欧盟国家新增的电力装机中,可再生能源发电装机已经占到了62%以上,超过了传统能源发电的新增装机。随着技术不断进步,可再生能源发电的单位成本呈逐年下降趋势。
根据欧洲、美国和日本等发达国家和地区的预计,到2020年,光伏发电基本上可以实现平价上网。2011年,欧洲可再生能源委员会出版了一份名为《Re-thinking2050》的报告,报告预测:按照目前欧洲可再生能源的发展速度,到2020年,欧洲新增的电力装机将全部来自可再生能源;报告也大体勾画了到2050年实现100%可再生能源供应体系的路线图。
2011年1月,德国环境咨询委员会提交了一份名为《建立一个100%的可再生能源电力系统》的报告,该报告得出结论,到2050年,德国电力100%由可再生能源供应是可能的。世界观察研究所的报告认为[7]:到2050年,中国可再生能源将达到总能源需求的40-45%。由此可见,可再生能源将在未来得到快速发展,而化石能源的比重将逐渐降低。
我国的能源资源和负荷资源的地理分布极不均衡,电力资源大部分分布在西部和北部,而人口和负荷资源大部分分布在中部和东部地区。考虑到可再生能源发展的远景,我国未来能源资源和负荷资源分布不均衡的矛盾将更加突出。根据周孝信等另一份研究报告,依据我国环境和资源约束条件,并结合我国未来发展态势,预测我国2050年总的电力需求量和发电装机容量如表1(低方案)及表2(高方案)所示。同时,我国将有大约5亿千瓦的电力需要从西部地区送往中东部地区,年输送电能将达到2.3-2.5万亿度。
由此可见,随着可再生能源在能源中所占比重不断增加,我国不仅“西电东送”、“北电南送”的基本格局没有改变,而且电力资源与负荷资源分布不均衡的矛盾将进一步加深,发展大容量远距离电力输送技术仍将是十分必要的。
1.超导输电技术的原理及比较优势
超导输电技术是利用高密度载流能力的超导材料发展起来的新型输电技术,超导输电电缆主要由超导材料、绝缘材料和维持超导状态的低温容器构成,图1和图2分别是常温电绝缘和低温电绝缘的超导输电电缆的示意图。
由于超导材料的载流能力可以达到100-1000A/mm2(大约是普通铜或铝的载流能力的50-500倍),且其传输损耗几乎为零(直流下的损耗为零,工频下会有一定的交流损耗,约为0.1~0.3W/kA.m)。