《北美洲能源互联网研究与展望》

摘要

北美洲经济社会发达，区域合作紧密，自由贸易及经济一体化发展水平高，具有科教水平领先、营商环境好、能源资源储量大等突出优势，也面临经济增长放缓、基础设施建设滞后及大量化石能源消费导致碳排放量大等发展挑战。近年来，北美洲各国积极探索变革与创新，制定国家发展计划，推动产业转型升级和基础设施建设，提出应对气候变化减排目标，积极推动能源系统清洁化发展，为保障北美洲能源安全、清洁和高效供应，实现北美洲可持续发展奠定了重要基础。实现北美洲可持续发展，需要充分发挥风能、太阳能、水能资源优势，为经济社会发展提供绿色新动能，不断深化区域一体化，推动各国各地区平衡发展，实现经济增长、社会进步和生态保护的全面协调可持续发展。

实现北美洲可持续发展，关键是大力推动能源转型发展，加快清洁能源资源开发利用，加强基础设施建设和互联互通，构建北美洲能源互联网。北美洲可持续发展需秉持绿色低碳发展理念，统筹北美洲各国经济、社会、环境发展目标和诉求，以丰富的清洁能源资源为基础，着力打造绿色经济发展新动力，促进社会融合发展；加快清洁能源基地开发，实现能源清洁化、多元化发展；加快推动电能替代，提升能源利用效率；加强跨国跨洲电网互联互通，为清洁能源大范围优化配置构筑高效平台。通过建设清洁低碳、电为中心、高度互联的北美洲能源互联网，破解化石能源依赖难题，保障能源供给安全，打造经济稳定发展、社会公平和谐、环境清洁美丽的北美可持续发展新时代。

北美洲一次能源需求先增后降，能源结构向清洁化、低碳化转型，电能逐步成为终端主导能源，电力需求平稳增长。北美洲一次能源需求在 2025 年达到峰值 40.6 亿吨标准煤，随后受能源需求增长放缓和能效提升影响快速下降，2050 年降至 34.3 亿吨标准煤。终端能源需求2025 年达到峰值 27.4 亿吨标准煤，随后下降至 2050 年的 20.8 亿吨标准煤。2035 年前电能将超过石油成为占比最高的终端能源品种，2050 年发电能源占一次能源比重提高到 68%，电能占终端能源比重提高到 59%。2035、2050 年北美洲用电总量分别达到 7.2 万亿千瓦时和 8.9 万亿千瓦时，2017—2035 年和 2036—2050 年的年均增速分别为 2.4% 和 1.5%。其中美国用电总量仍占据主导地位，2035、2050 年占全洲比重分别为 82% 和 81%；墨西哥用电总量逐年增加，2035 年占全洲比重为 7.7%，2050 年增长至 9.6%。北美洲年人均用电量也同步上升，2035 年为 12812 千瓦时，2050 年增至 14869 千瓦时。 

北美洲电力供应充分发挥清洁能源发电的成本和规模优势，呈现集中式和分布式并举、各类清洁能源协同的发展趋势。随着清洁能源发电成本的持续降低，清洁能源开发的经济、规模优势将越发凸显。预计 2050 年，北美洲陆上风电和集中式光伏发电度电成本均低于 3 美分 / 千瓦时。采取集中式、分布式并举的清洁能源开发方式，在资源优质、开发条件较好地区集约化开发清洁能源基地。未来在加拿大建设 3 个水电基地，在美国中部、加拿大魁北克省和北美东西海岸建设 16 个风电基地，在美国中南部、美国西南部和墨西哥建设 12 个太阳能基地。2035、2050年，北美洲电源装机总容量将分别达到 24.8 亿千瓦和 36.3 亿千瓦，清洁能源装机占比分别达到70% 和 81%。

北美洲电力流总体呈现“洲内北电南送、中部送电东西、跨洲与中南美洲互济”格局。未来北美洲主要负荷中心依然集中于美国东西海岸、五大湖、东南部、得克萨斯州等地区和墨西哥首都附近。加拿大、美国中部发挥水电、风电资源优势，墨西哥发挥太阳能资源优势，成为北美洲主要清洁能源外送基地。墨西哥同时发挥区位优势，形成北美洲连接中南美洲的重要电力枢纽。2035 年，北美洲跨国跨区电力流规模约 1 亿千瓦，其中跨国电力流规模 2900 万千瓦。2050 年，北美洲跨洲跨国跨区电力流达到 2 亿千瓦，实现北美东西部电网互供互援、北美洲与中南美洲丰枯互济。跨国电力流规模达到 6600 万千瓦，跨洲电力流规模 1000 万千瓦。 

随着电网升级和互联规模不断扩大，未来北美洲总体形成北美东部电网、北美西部电网和魁北克电网 3 个同步电网。北美东部电网加强五大湖 765 千伏主网架，建设覆盖东海岸和东南部负荷中心的 1000 千伏骨干电网，并通过 500 千伏交流与得州电网同步互联。北美西部电网建设美国西部、墨西哥 1000 千伏骨干电网并同步互联，沿西海岸形成覆盖加拿大西部、美国西部及墨西哥的清洁能源优化配置平台。魁北克电网维持与北美东部电网异步互联，建设魁北克水电、风电特高压外送通道，大幅提升向北美东部电网送电能力。 

北美洲建设坚强区域能源互联网，形成广泛互联、经济高效的清洁能源优化配置平台。交流主网架：东部电网加强五大湖 765 千伏主网架，向北延伸形成环网，东北部及东南部建设 1000 千伏电网，得州建设 500 千伏交流电网，全面同步互联运行；西部电网沿西海岸建设1000 千伏交流输电通道，汇集北部风电、水电向南部负荷中心输送，并进一步与墨西哥 1000千伏交流电网互联。清洁能源基地外送通道：美国国内建设 13 回 ±800 千伏直流输电通道，将中部清洁能源基地电力分别向东送至东北部、东南部和得州负荷中心，向西送至加州负荷中心，实现东西部电网异步互联。跨国跨洲电网互联：建设 6 回加拿大—美国 ±800 千伏直流输电通道，满足加拿大清洁能源基地大规模外送需求。跨洲建设墨西哥—秘鲁 ±800 千伏直流通道，实现南北美洲水电太阳能互补互济。 

2050 年前，北美洲共建设 1 项跨洲、7 项跨国和 18 项区域内重点互联互通工程，支撑清洁能源基地电力送出、互补互济和汇集消纳。跨洲建成墨西哥墨西哥城—秘鲁特鲁希略 ±800千伏直流工程，输送容量 800 万千瓦。跨国在加拿大与美国间建成 6 个 ±800 千伏直流工程，总输送容量 4800 万千瓦；在美国与墨西哥间建设 1 个 1000 千伏交流联网工程，同步互联美国西部和墨西哥 1000 千伏主网架。美国国内建设 3 个 ±800 千伏直流工程，总输送容量 2400万千瓦，实现东、西部电网间的异步互联；建设 10 个 ±800 千伏直流清洁能源基地外送工程，总输电规模 8000 万千瓦；在五大湖、东海岸、东南部、西海岸分别建设 1 个 765 千伏交流环网、3 个 1000 千伏交流输电走廊工程，路径全长分别达到 1780、1165、1160、2344 千米。在墨西哥建设 1000 千伏交流输电走廊工程，路径全长 2129 千米。 

构建北美洲能源互联网综合效益显著。经济效益方面，到 2050 年建设北美洲能源互联网可带来约 4.3 万亿美元投资需求，对北美地区经济增长的贡献率约为 1.2%，将推动北美产业升级，实现能源转型。社会效益方面，建设北美洲能源互联网将累计创造就业岗位约 1000 万个；提高电气化水平，2050 年电能占终端能源比重达到 59%；并降低能源供应成本，缩小贫富差距。环境效益方面，建设北美洲能源互联网可有效减少温室气体排放，到 2050 年，能源系统二氧化碳排放降至 11 亿吨 / 年；有效减少气候相关灾害，减少大气污染物排放，到 2050 年可减少排放二氧化硫 700 万吨 / 年、氮氧化物 1900 万吨 / 年、细颗粒物 170 万吨 / 年，提高土地资源价值 300 亿美元 / 年。政治效益方面，建设北美洲能源互联网可增强北美国家政治互信，促进区域协同发展。 

着眼于助力实现全球 1.5 摄氏度温控目标，北美洲需要积极应对碳排放水平较高的巨大挑战，应加快清洁替代，加大电能替代力度和深度，合理应用碳捕集与封存及负排放技术，进一步加快能源转型，推进高比例清洁能源系统建设。与助力实现全球 2 摄氏度温控目标相比，北美洲 2050 年化石能源需求减少 51%，清洁能源电源装机容量增加 32%；加强电网互联互通，提升资源配置能力，跨洲跨区电力流增加约5000 万千瓦；加大投资力度，到 2050 年清洁能源开发和电网建设投资累计增加 30%。