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分布式的“倒灌”:新能源背景下的電網、電源新格局

放大字体  缩小字体 發布時間:2014-05-13
       在大力发展新能源背景下,我们必须积极设想新的电网格局和构建思路,不能再以过往的历史经验来作为判据。
 
  最近媒體上又有很多人開始討論特高壓項目,但是很多人尤其是一些非專業人士在質疑特高壓的時候,都會提到分布式新能源,似乎特高壓和分布式是死敵,發展了特高壓,分布式就沒戲了。
 
  這實際是一種誤解,甚至在很多電力系統專業人士的認知裏,也存在不少模糊的地方。其實,特高壓與分布式能源建設如果都放在電網建設這個整體框架下,都是宏觀同步、互相促進的手段之一,它們之間既沒有水火不容的敵對,也不該有先來後到的親疏。
 
    分布式的“倒灌”
 
  如果我們深入分析,一定會首先問,什麽是分布式?很多人認爲分布式就是分散在用戶側的電源,所以認爲負荷端如果都能自發自用了,那就不需要遠距離大功率輸電了,也就不需要特高壓了。
 
  有著這樣認識的人大多來自新能源領域。實際上,分布式電源的定義非常簡單,就是接入在配電網的電源可以視作是分布式電源,與此相對應的就是傳統意義上的順著發輸配送這條生産鏈接入電網的集中式電廠。
 
  那麽分布式電源接入電網,究竟有什麽樣的影響呢?最大的問題,就是因爲分布式大量接入,待超過一定比例後,即一定會“倒灌”到輸電網層面,如果沒有大的儲能設備或者可直接利用的抽水蓄能電站,那麽這種倒灌産生的盈余就必然只能通過輸電線路在區域電網間流動,甚至有可能通過跨國電網賣到國外去。
 
  忽略掉這種倒灌逆潮流對電力設備的物理影響,再假設可再生能源電站不能提供足量無功和短路電流的缺點不遠的將來總會解決,那麽這種逆潮流對電網最直接也最深刻的影響應該就是由此引發的輸電網架內的大規模功率流動了。
 
  之所以会这样,是因为新能源发展最大的问题是不稳定,如果为了真正做到自给自足,需要针对该地區负荷强度,调高安装容量配比,比如风力一般为1比4,光伏要到1比7甚至更高,这样才能在风不那么大、光不那么强的时候依然能满足该地區的电力供应。但如此设计的整体电网一旦遇到自然条件充足或者异常超出时,多余配置的发电容量就会源源不断地生产多余电力,这就需要输电网层面把这些电力从一个地區输送到另一个地區,甚至从一个国家输送到另一个国家,通过“洲际电网”来实现全球风力和光照资源的最佳调控,也许这听上去天方夜谭,但谁又会否认这不是未来的可能? 
 
    电网先行已成德国共识
 
  新能源發展帶給電網最大的沖擊就是必須對電網規劃作足夠的冗余量設計,以冗余和流動來對付不穩定。這種觀念上的轉變在任何一個國家都是驚人的,以德國爲例,2013年德國整體可再生能源在發電中所占的比例已超過25%,這與10年前制定的2020年達到35%的目標只有一步之遙。德國的能源轉型計劃與可再生能源發展計劃已令世人矚目,其雄心勃勃的遠景目標也被越來越多的人樂見其成——2050年可再生能源要占到電力生産的80%,在總能源消耗中要占到60%。屆時,德國將有超過500萬部的電動汽車在行駛,智能環保建築將使得建築供暖能耗下降一半,而海上風電裝機也將達到2500萬千瓦。
 
  對于這個8000多萬人口,東西南北拓展不過近千公裏的國家來說,在這個計劃裏已經實現的和將要實現的,其實並不簡單。德國在能源轉型道路上也走了很多彎路,其中一條最重要的,就是在新能源發展之初,對跨區電網輸送走廊建設的忽視與遲滯。
 
  人們都還記得2012年年底,德國能源界最震撼的新聞是,德國總理默克爾和副總理羅斯勒前所未有的先後爲兩根連接東部到西部和南部的高壓輸電線路建成剪彩,這算是對遲到的電網擴建計劃的補償。其中一條連接柏林和漢堡的高壓線路,7年來一直因爲居民的反對就只剩下某處的大約1公裏尚未修建,終于在政府的大力推動下趕在當年年底前完成。如果不是因爲能源轉型,不是因爲隨著可再生能源並網發電比例的增加引發的電網瓶頸,引起了社會各界的重視,這條高壓輸電線也許還要再等上個幾年才能突破這最後的幾百米。
 
  可再生能源的這個特點和對電網的影響只有在比例上升到一定程度之後才會被人們發現,而這恰恰是中國在大力提高新能源裝機容量之前必須吸取的教訓。德國的很多政客近來也在各種場合承認了政策上的一些失誤,比如對可再生能源的發展想得過于簡單了,對能源尤其是電網運營的專業性研究不夠。這主要是來自于新能源發展商不遺余力地在媒體上抨擊電網公司,給公衆一種錯誤的印象,即電網公司是新能源並網的阻撓者。殊不知在風光能預測不夠精准,電源配置不夠恰當,電網線路容量不夠足量的情況下,在每一個大風和強光的日子裏,德國的電網調度部門像繃緊的弦,他們緊張地祈求上帝,莫要哪裏蹦出個故障。
 
  如今,電網先行已經成爲德國舉國上下的共識,不僅僅是電網本身的建設,更要預先從電網架構設計、電網調度理念、並網技術標准這三方面進行完善的思考和布局,然後再從細節上去推進新能源發展。 
 
    新能源背景下的电网新格局
 
  特高壓電網作爲中國整體電網規劃中的重要一環,評估它不能再用老觀點來衡量。中國電力建設前幾輪的發展,帶有很強的後發性和學習性,因此那個年代成長起來的從業人員已經習慣了研究—複制—突破的思維定式,較少面對更開放的電力格局。
 
  國家電網公司現在已經是一個年最高負荷已達700多吉瓦的大電網,不再是2000年左右那個只有100多吉瓦的“小電網”。未來,各大區域之間的電力流動必將與往時不可同日而語,動辄將以數十吉瓦計,這不是自然功率僅有1吉瓦左右的500千伏線路所能承受的。
 
  更何況,過去的中國電網是緊缺型電網,人們擔心的是電網不夠使用,但今後隨著新能源的大力發展,電網形態呈現的必須是“過剩態”,即系統必須要有足夠能力把火電等傳統能源發電出力壓低作爲備用,而把大部分發電空間讓給隨時可能變動的風力和光伏,因此電網必須堅強且智能地應付不斷東來西去的“臨時性能源”,而這就需要特高壓電網的大輸送能力和充分的冗余裕度。在大力發展新能源的背景下,我們必須積極設想新的電網格局和構建思路,不能再以過往的曆史經驗來作爲判據。
 
  在缺電的年代,輸電網帶著深深的救民于水火的點對點穩定供電烙印。人們設計一條線路,往往是根據有多大的負荷,需要傳輸多少功率來評判其工程效益。但是在新能源時代,這種理念已經落伍。新能源比例超過30%以後,氣象的變化和對負荷的調控給電網帶來的挑戰都是空前的,無論是直流還是交流,都要面臨何處是集中的能源輸入基地的挑戰。更重要的是,中國是一個幅員極廣的國家,這意味著光伏電站一旦安裝比例較高後,正午高峰出力可延續數小時並對電網提供利用支撐,大規模的綜合調控調度必須依靠強有力的區域電網流動,這對潮流分布的影響將是顛覆性的。
 
  因此,電網的規劃設計必須放在能源轉型這個大框架之下做出整體戰略設計,無論是運煤還是輸電、交流還是直流、分布式與集中式的比例,都必須參照中國煤炭分布特性、新能源發展規劃、儲能情況、電動汽車發展規模等方面,都必須在宏觀體系下作出整體考量,僅以一兩個工程的投資規模作出判斷,輕言上馬或者反對勢必是不科學的。
 
  再以德國爲例,2013年,德國政府制定了至2022年的電網發展規劃,其中明確提出要大力修建跨區電力輸送走廊,超過2000公裏的4條直流輸電走廊,加上近3000公裏的交流新修和擴建線路,將負責把德國北部區域的近3200萬千瓦綠色電力輸送到南部負荷中心。這份總投資額超200億歐元的電網規劃展現的是一個清醒的認識,可再生能源的發展和投資最終要通過其生産的電力的流動和傳輸來體現。
 
  德国还促进了欧盟层面的远景能源发展战略“Roadmap 2050”,希望能大力发展跨国甚至洲际输电。比如该发展战略希望能在西班牙和法国间建设约5000万千瓦输电能力的线路,以充分利用光照充足的西班牙光伏发电。同时,在英国和法国间建立约1200万千瓦的线路,以输送英国近年来大力发展的海上风电。
 
  在這樣的國際化背景下再去打量特高壓,如果中國能利用特高壓工程實踐積累人才和技術,並積極推動這些技術參與全球競爭,所取得的收益又豈是用貴賤可以來簡單衡量的。能源全球互聯網,這才是能源戰爭最後的決勝之地。
 
  我們可以做出這樣的假設,假如2050年北京的500萬輛機動車全部變成電動車,這將對電網、煤礦和石油生産意味著什麽?也許到那時人們才會認識到現在的特高壓爭論和電網規劃的重要性和特殊性。
 
 
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