中國(guó)老百姓需要什么樣的電網(wǎng)？
發(fā)布時(shí)間：2014-04-18 09:16 來(lái)源：華電國(guó)威
未來(lái)的中國(guó)應(yīng)該選擇超級(jí)電網(wǎng)還是智能電網(wǎng)?超級(jí)電網(wǎng)更加關(guān)注傳輸技術(shù)，是漸進(jìn)的技術(shù)進(jìn)步，而智能電網(wǎng)更加關(guān)注本地控制與減少外部依賴(lài)，是“顛覆性”改變，其發(fā)展代表的“贏家”與“輸家”也存在本質(zhì)的不同。無(wú)疑，超級(jí)電網(wǎng)中電力服務(wù)商將是贏家，其擁有了更大的市場(chǎng);而智能電網(wǎng)發(fā)展中，用戶(hù)面臨的選擇變多，是贏家。
對(duì)于超級(jí)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)的投資，要保證二者的獨(dú)立性。
在保障能源安全、提高本地環(huán)境質(zhì)量、減緩氣候變化的需求下，提高可再生能源在能源體系中的比重成為世界大部分地區(qū)的共同選擇。歐盟正朝著2020年實(shí)現(xiàn)或超過(guò)可再生能源20%的目標(biāo)穩(wěn)步前進(jìn);目前2030年27%的可再生能源目標(biāo)也在政策議程當(dāng)中，有待成員國(guó)討論與最終立法批準(zhǔn);遠(yuǎn)期50%-100%的可再生能源供應(yīng)也成為學(xué)者研究的方向。
作為一個(gè)有“分權(quán)”傳統(tǒng)與更重視市場(chǎng)機(jī)制的國(guó)家，美國(guó)的可再生能源政策更多體現(xiàn)在州政府強(qiáng)制性配額與電價(jià)激勵(lì)方面，總體而言可再生能源可望在2020年電力結(jié)構(gòu)中達(dá)到20%-30%。我國(guó)也制定了2020年11.4%的可再生能源目標(biāo)，其中風(fēng)電要達(dá)到2億千瓦裝機(jī)，太陽(yáng)能3500萬(wàn);按目前的發(fā)展趨勢(shì)，在裝機(jī)中的比重將達(dá)到10%-15%。
但是，可再生能源不同于傳統(tǒng)的可控化石能源發(fā)電，其出力間歇性與波動(dòng)性的特點(diǎn)使其與需求波動(dòng)的性質(zhì)更為接近，電網(wǎng)的角色變得尤為關(guān)鍵。在如何解決可再生波動(dòng)性輸出的問(wèn)題上，各國(guó)的思路與方式不盡相同。美國(guó)2008年推出智能電網(wǎng)(Smart Grid)戰(zhàn)略，核心在于發(fā)展智能電表與分布式存儲(chǔ)技術(shù);在能源部2009年電網(wǎng)現(xiàn)代化投資中，100%將用于配電網(wǎng)調(diào)度通訊等系統(tǒng)的智能化發(fā)展，而沒(méi)有擴(kuò)大電網(wǎng)互聯(lián)的預(yù)算。
歐盟2010年發(fā)布的基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)先計(jì)劃中，跨國(guó)天然氣與電力超級(jí)傳輸網(wǎng)絡(luò)(Super Grid)的擴(kuò)大則是投資的重點(diǎn)，而智能化部分的投資更多地體現(xiàn)在要吸引社會(huì)私人投資;遠(yuǎn)期通過(guò)擴(kuò)大中東北非對(duì)歐洲的可再生電力輸出來(lái)支持歐洲實(shí)現(xiàn)100%可再生能源也處于民間研究階段(比如Desertec Initiative)，盡管涉及經(jīng)濟(jì)、安全、政治可行性的爭(zhēng)議非常大，相關(guān)的太陽(yáng)能熱發(fā)電公司(CSP)也因?yàn)槌杀緞〗档墓夥l(fā)電競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)多數(shù)破產(chǎn)。
在我國(guó)，“棄風(fēng)限電”問(wèn)題的解決至關(guān)重要，擴(kuò)大電網(wǎng)范圍、遠(yuǎn)距離輸送與消納，抑或依托智能電網(wǎng)，分布式接入，減少大范圍的傳輸是兩種截然不同的戰(zhàn)略選擇;關(guān)于超級(jí)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)、直流與交流角色的討論也日益增多，可能影響“十二五”乃至更長(zhǎng)期的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與電力發(fā)展。
那么，必須回答的問(wèn)題是：超級(jí)電網(wǎng)與智能電網(wǎng)，能否整合成為超級(jí)智能電網(wǎng)(SuperSmartGrid)來(lái)促進(jìn)可再生能源的發(fā)展，他們是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系還是互補(bǔ)關(guān)系?他們是否可以和諧共存，抑或一個(gè)的發(fā)展會(huì)強(qiáng)烈的抑制另一個(gè)的擴(kuò)張?從全社會(huì)的效率與福利角度，政策制定者是否需要對(duì)其中一個(gè)進(jìn)行政策扶持，以避免另外一個(gè)的潛在鎖定風(fēng)險(xiǎn)?等等。
問(wèn)題之一：電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展有無(wú)邊界?
電力系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了從直流傳輸?shù)浇涣鞒删W(wǎng)的歷史過(guò)程，電壓等級(jí)、輸送容量與輸送距離逐漸擴(kuò)大，系統(tǒng)復(fù)雜程度逐步提高。目前，世界各國(guó)的主網(wǎng)基本是400kV或者500kV的網(wǎng)架，而最高電壓等級(jí)達(dá)到了交流1000kV，以及直流800kV、1100kV甚至更高。緊密互聯(lián)的交流電網(wǎng)，也曾被比喻為“電力高速公路交通網(wǎng)”。
那么一個(gè)有意思的一般性問(wèn)題是，電壓等級(jí)與傳輸容量與距離是否應(yīng)該，以及能夠繼續(xù)提升，其必要性與可行性如何，互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)的覆蓋范圍是否需要或者能夠繼續(xù)擴(kuò)大。超級(jí)電網(wǎng)作為最大的人造系統(tǒng)，其發(fā)展有無(wú)邊界。現(xiàn)實(shí)中，的確曾經(jīng)有“北非-歐洲超級(jí)電網(wǎng)”、“洲際電網(wǎng)”的提法與建議。
從技術(shù)上來(lái)講，更大范圍和/或更高電壓等級(jí)的輸電線路在一定范圍內(nèi)不存在技術(shù)性的障礙，更多地爭(zhēng)論體現(xiàn)在必要性與可行性上。該種提議的支持者的論據(jù)包括資源的更大范圍傳輸與電力的互濟(jì)與平衡，發(fā)揮電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。一個(gè)地區(qū)發(fā)生了由于事故或者裝機(jī)不夠的缺電，其原因往往歸結(jié)到電網(wǎng)覆蓋范圍不夠大，不能夠從遠(yuǎn)處調(diào)電予以解決。
這種思路，其實(shí)有點(diǎn)類(lèi)似金融“龐氏騙局”論證的特點(diǎn)。如果一個(gè)“集資”活動(dòng)資金鏈斷裂，其永遠(yuǎn)可以解釋為資金規(guī)模不夠大。如果能夠更大，它就可以不倒，永遠(yuǎn)玩下去�？墒聦�(shí)上，這種論證難有說(shuō)服力。其擴(kuò)大的過(guò)程，就是對(duì)各項(xiàng)資源的消耗與占用增加的過(guò)程，所需要的巨大的協(xié)調(diào)必要性與復(fù)雜程度，早就超過(guò)了可得與可能的范圍。這也是Desertec涉及到了40多個(gè)國(guó)家與地區(qū)，而5、6年以來(lái)幾無(wú)進(jìn)展的基本原因。
當(dāng)然，打比方永遠(yuǎn)只能是一種說(shuō)明方式，幫助人們更形象的理解，它不能代替對(duì)于命題的論證，因?yàn)闊o(wú)法證明打比方的可比性在哪里。無(wú)論是“電力交通網(wǎng)”還是“旁氏騙局”的比方都是這樣。
電網(wǎng)的發(fā)展有無(wú)邊界，在邏輯上卻是可以回答的�？傮w而言，電力傳輸是損耗較高的能量傳輸方式，這一點(diǎn)通過(guò)簡(jiǎn)單的推算就可以看出來(lái)，這也是電網(wǎng)系統(tǒng)通常并不作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的基本原因。通過(guò)鐵路運(yùn)輸，4000大卡的煤運(yùn)輸1000公里，單位萬(wàn)噸公里油耗在25公斤。這樣1萬(wàn)噸煤，消耗25噸油，按照熱量，能耗也就在0.6%。
而電力機(jī)車(chē)的效率更是比燃油機(jī)車(chē)高出幾倍，即使按照等價(jià)熱值(測(cè)算相應(yīng)電的燃煤等量熱值)，其能耗也會(huì)小于0.2%。至于運(yùn)輸過(guò)程中倒車(chē)等損耗，在目前的技術(shù)條件下，與上邊的能耗相比，要小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，幾乎可以忽略不計(jì)。而目前的直流電力傳輸?shù)木�損率，普遍要在5%以上，要比鐵路運(yùn)輸高出一個(gè)甚至幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
在能源效率低很多的情況下，總體經(jīng)濟(jì)性也必然相對(duì)的低。因?yàn)槟茉摧斔椭�，能源的消耗在絕大部分情況下都是最大的可變成本，效率低意味著可變成本會(huì)相對(duì)較大。無(wú)論初始投資大還是小，隨著時(shí)間的累積，可變成本大會(huì)侵蝕全壽期的經(jīng)濟(jì)性，成為經(jīng)濟(jì)性差的主導(dǎo)因素。
擴(kuò)大的電網(wǎng)范圍與規(guī)模，一方面，導(dǎo)致投資的上升與損耗的加大，以及日常維護(hù)與安全保障需要的增加;另一方面，可以在更大的范圍內(nèi)調(diào)配出力特性存在互補(bǔ)可能的電源形式，節(jié)省裝機(jī)與減少系統(tǒng)冗余。前者可以看做電網(wǎng)擴(kuò)大的成本，而后者是其收益。電網(wǎng)的規(guī)模不是越大越好，當(dāng)然也不是越小越好。隨著邊際成本的上升與邊際收益的下降，這無(wú)疑是一個(gè)存在最優(yōu)規(guī)模的問(wèn)題。
那么，目前的互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模是否超過(guò)了最優(yōu)規(guī)模，還是未達(dá)到?這并不顯而易見(jiàn)。但是以下幾個(gè)基本事實(shí)可以提供部分信息。
第一，我國(guó)的區(qū)域電網(wǎng)范圍已經(jīng)比大部分地區(qū)的互聯(lián)電網(wǎng)要大，無(wú)論是地理范圍還是裝機(jī)容量;第二，主要電網(wǎng)設(shè)備的利用率比其他國(guó)家要低;第三，升壓到1000kV交流網(wǎng)絡(luò)的投資巨大，是次級(jí)電壓序列網(wǎng)絡(luò)的指數(shù)倍數(shù);第四，電網(wǎng)目前的結(jié)構(gòu)與復(fù)雜程度已經(jīng)很高，安全與穩(wěn)定保障難度從每年的保電事實(shí)也顯示比較大。
基于這些事實(shí)，筆者傾向于認(rèn)為，中國(guó)交流互聯(lián)電網(wǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大不是指向最優(yōu)規(guī)模的方向。中國(guó)的電網(wǎng)已經(jīng)具有了超級(jí)電網(wǎng)的特征，未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向應(yīng)該在低壓的智能化方向。
從技術(shù)特點(diǎn)上講，緊密聯(lián)系的交流電網(wǎng)最主要的作用在于成網(wǎng)，而目前擴(kuò)大成網(wǎng)的邊際收益很小，而邊際成本非常高，因此交流電網(wǎng)的范圍不宜再擴(kuò)大(Desertec也格外強(qiáng)調(diào)了直流的優(yōu)勢(shì));獨(dú)立的直流線路更多地用于長(zhǎng)距離輸送電力，輸電損耗較高，需要項(xiàng)目級(jí)的審慎論證。
