编者按被视为破解美国可持续能源和清洁能源发展瓶颈问...

编者按：被视为破解美国可持续能源和清洁能源发展瓶颈问题的TresAmigas计划于近日正式启动，该计划将引领全球可持续能源开发与可再生能源转化利用相关技术的发展。本专题从计划背景、工程设计、技术突破、预期效应等方面对其进行系统介绍。TresAmigas计划：美国清洁能源未来的希望近日，美国清洁电能计划TresAmigas正式启动，这不仅成为奥巴马所勾画的美国可持续能源经济蓝图的重要一笔，而且也使“再生能源”和“清洁能源”再度成为全美关注的热点。1背景及概况目前，美国有三大电网：东部电网、西部电网和南部的得克萨斯电网。这三大电网虽然均基于当地可再生能源资源特点和优势形成全美三个主要的可再生能源转化和利用中心，但是由于地理位置和技术条件所限，可再生能源和清洁能源（特别是太阳能和风能）一直以来并未得到有效转化和利用，也未能实现电能供应的合理配置。TresAmigas项目即是针对上述问题，旨在突破现存技术障碍，实现现有能源网络的有效互连，形成美国可再生能源及清洁能源充分利用和能源传输与供应的合理布局。建成后的TresAmigas系统不仅将成为连接全美三大电网和可再生能源转化中心的枢纽系统，而且也将成为美国可再生能源与清洁能源市场的枢纽，将极大地刺激并带动美国风能、太阳能及地热能转化和利用的增长。该项目的最初设计由美国著名能源运营商TresAmigasLLC首先提出，因而项目名称以TresAmigasLLC公司的名字命名。2工程设计（1）位置选址对于TresAmigas计划至关重要。TresAmigas工程位置定于可再生能源资源丰富的美国南部新墨西哥州东部，科罗拉多州、俄克拉荷马州及得克萨斯州三州交界处（Clovis），将连接西部、东部及得克萨斯三大能源干线网。Clovis之所以成为TresAmigas工程的最佳选址，主要出于三方面考虑：一是该地区为沟通三大电网的枢纽位置；二是该地区是美国可再生能源资源的集中区域，其风能和太阳能资源总量占全美可再生能源资源的35%以上；三是未来TresAmigas系统的运营还将得到其西部可再生能源资源的支持。新墨西哥州西部可再生能源资源开发潜力位居全美首位，其可再生能源产能为27GW。目前，整个新墨西哥州的年均可再生能源产能超过7万GWh。日前，美国新墨西哥州政府已经授权TresAmigasLLC公司负责TresAmigas工程建设。TresAmigas工程的占地面积将达到14400英亩。（2）系统结构及其关键设施TresAmigas系统设计基于分级能源转换与传输站点设计。建成后的整个系统将由TresAmigas超级站点和次级站点组成，超级站点即为该项目工程主体，次级站点即为现有三大干线网络。系统建成后，每一干线网络将成为高压直流HVDC输电终端，当电能传入超级站后，HVDC终端将交流电（AV）在传输线路中转换为直流电（DC），然后再经由超导传输管线传送。当从超级站供应电能时，HVDC终端通过超导传输线路将直流电转换为适宜的交流电发送至远端需求点。经由TresAmigas的任何电能传输都将通过上述转换过程完成。作为次级站点，每一HVDC终端的主体设施均为HVDC转换器。其内部为高容量电能转换电子装置，实现电能在交流和直流之间的转换。次级站点设施还包括电能转换相关电子装置和超导传输线路的冷却系统。变流器系统TresAmigas超级站使用的变流器系统是电压型变流器系统（VSC）。直流超导体环直流超导体环是TresAmigas系统的关键结构构成，为一地下直流超导体环形传输线路，其电缆直径3英尺以内，传输能力为50亿瓦（无损耗），可以满足250万户居民的电力供应。能量储存电池每一HVDC终端同时配备先进的电池系统，以保证超级站可以随时利用可再生能源维持设施的正常运转以及支持连接AC系统的辅助功能。3系统性能及安全性TresAmigas系统为无损耗传输系统。当TresAmigas系统超级站满负荷运转时，超导传输线路可以节省6千万千瓦时电能损耗，相比传统传输技术，这一数字相当于3万户居民的用电和减少4万吨二氧化碳排放。每一单独超导传输线输电能力相当于3条高空架设的765KV交流输电线的输电能力。由于采用地下结构设计，因而与空架输电线不同，TresAmigas系统可以有效避免因天气原因造成的传输中断（这是导致电力传输中断的最主要原因）和蓄意的破坏与攻击。4技术突破（1）先进的电能转换技术TresAmigas系统将采用最新的电压型电能转换（VSC）技术。该VSC控制系统不仅可以自动识别电能级别和方向，而且可以实现电能的全等级递变且实现该变换过程不需要任何转换器功能中断或者设备中断（转轨或滤波）。与传统转换技术相比，该VSC设计支持TresAmigas多终端连接并且能够升级。TresAmigas系统VSC转换器的特点和优势包括：•使得电能控制流转换迅速而精准；•传输控制得到极大改进和简化，从而有效提升了AC网络的性能和效率；•可以以任意方向且不功耗地独立控制电能传输，从而实现了输电频率和电压的稳定；•具有黑启动性能；•对AC故障和系统干扰响应迅速；•其对电压的适应性有效降低了AC传输系统损失。基于上述特性，TresAmigas能够提供以下服务以及网络之间的：•储能共享；•应急电能输入输出；•动态电压支持；•紧急援助；•崩溃系统的黑启动。（2）先进的传输技术TresAmigas系统传输将采用大功率超导体传输电缆，在实现电能无损耗传输的同时，使单条HVDC电缆的传输能力提高至50亿瓦，不仅如此，电缆的设计也注重可扩展性。（3）先进的能源存储技术TresAmigas将采用先进的蓄能电池系统，为能源传输提供保障，其特点包括：•能够实现对系统变化的快速、动态响应；•能够控制大规模充电放电循环以适应可再生能源资源断续供应的情况；•具有自动响应性能，从而确保了电网的可靠性和输电质量。（4）绿色设计TresAmigas系统超级站的运转所需能量将主要来自可再生能源，包括蓄能系统的充电过程，这种绿色设计将确保整个系统：•二氧化碳零排放；•实现有效的产能备份；•具备黑启动性能；•在可再生资源断续供应条件下仍然可以保证系统的正常运转。5工程期限整个工程将历时5年，计划于2013或2014年建成并投入运营，初期清洁电能转化及输电能力为50亿瓦，最终将达到300亿瓦。6工程效应根据预期，TresAmigas系统建设不仅将加速美国原有三大电网和可再生能源转化利用中心的升级和扩展，而且在国家层面，其收益巨大：（1）将实现任意网络用于电能转化的可利用资源组合最优化，从而优化全美可持续能源资源开发与利用；（2）实现全美已有电网干线和可再生及清洁能源转化利用中心的有机互连，从而将确保美国国家电网的可靠性；（3）将推动相关项目的建设使美国国家能源传输系统NationalCorridorTransmissionSystem全面升级；（4）实现所有干线网络能源的灵活调配，从而将有效满足能源供应方和用户的利益需求；（5）将促进新能源、清洁能源和可再生能源电能资源的有效整合和开发，推动当前公共政策的贯彻落实；（6）还将使作为国家能源储备重要组成的其他异步电网受益。此外，仅仅就工程所在地新墨西哥州而言，TresAmigas工程就将为其创造500亿元的年均收益，因此，TresAmigas工程未来带给美国的经济收益之巨更是不言而喻。7评论与结论对于TresAmigas计划的正式启动，美国各界纷纷给予好评和支持。美国新墨西哥州长，前总统克林顿内阁能源秘书BillRichardson认为，TresAmigas工程的重要性首先在于他将实现新墨西哥州清洁能源向全美其他地区的输送。项目负责人TresAmigasLLC公司首席执行官PhilHarris称，TresAmigas工程将打开美国的能源资源通道，成为可再生能源市场枢纽，使得地区之间传送绿色电能成为可能。同时，他也将为美国电力供应的可靠性和安全性增加新的砝码。美国风能协会主席DeniseBode对此表示欢迎，她指出，“这将极大的振兴美国工业，刺激风能需求的显著增长”，同时，“新的传输技术将缓解国家所面临的能源传输方面的挑战，我们为凭借该极具前景的技术所取得的进步而兴奋”。美国联邦能源管理委员会（FERC）现任主席JonWellinghof称，FERC需要更多像TresAmigas计划这样的提议以促进可再生能源的开发。美国联邦能源管理委员会前任主席PatrickWoodIII作为SharylandUtilities的代表表示愿意成为TresAmigas项目的合作方承担部分得克萨斯传输网络连接线路的建设。全球著名风能设施制造商美国超导集团（AmericanSuperconductorCorp）称，TresAmigas将在全球率先实现风能、太阳能、氢能和地热能等可再生能源的异网传输（目前的技术尚无法实现）。同时，超导公司表示同意在超导线圈和电缆系统方面为工程提供支持（日前，超导公司已同TresAmigasLLC公司签署合作协议）。美国业界评论指出，TresAmigas计划的正式启动意味着“美国发展可再生能源的最大障碍将被消除”，工程的最终完成将是“美国应对清洁能源挑战所迈出的首要一步，TresAmigas将引领清洁能源的未来。作为全球最大的可持续能源转化与传输工程和美国继“绿色电力超级高速公路”计划之后的重要可持续能源计划，TresAmigas工程不仅将成为美国未来电网和可持续能源体系的关键有机组成，而且在全球范围和技术层面，TresAmigas计划将引领国际可再生能源和清洁能源市场并使美国占领可再生能源和清洁能源开发与传输技术的制高点。参考文献：[1]FREDA.TheTresAmigasSuperstationProject.[2]PowerHub:TresAmigasandtheFutureofCleanEnergy.[3]TresAmigasProposesThree-wayTransmissionLink.（张树良整理撰写）