中國老百姓需要什么樣的電網(wǎng)？
發(fā)布時間：2014-04-18 09:16 來源：華電國威
未來的中國應(yīng)該選擇超級電網(wǎng)還是智能電網(wǎng)?超級電網(wǎng)更加關(guān)注傳輸技術(shù)，是漸進的技術(shù)進步，而智能電網(wǎng)更加關(guān)注本地控制與減少外部依賴，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。無疑，超級電網(wǎng)中電力服務(wù)商將是贏家，其擁有了更大的市場;而智能電網(wǎng)發(fā)展中，用戶面臨的選擇變多，是贏家。
對于超級電網(wǎng)與智能電網(wǎng)的投資，要保證二者的獨立性。
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年實現(xiàn)或超過可再生能源20%的目標穩(wěn)步前進;目前2030年27%的可再生能源目標也在政策議程當(dāng)中，有待成員國討論與最終立法批準;遠期50%-100%的可再生能源供應(yīng)也成為學(xué)者研究的方向。
作為一個有“分權(quán)”傳統(tǒng)與更重視市場機制的國家，美國的可再生能源政策更多體現(xiàn)在州政府強制性配額與電價激勵方面，總體而言可再生能源可望在2020年電力結(jié)構(gòu)中達到20%-30%。我國也制定了2020年11.4%的可再生能源目標，其中風(fēng)電要達到2億千瓦裝機，太陽能3500萬;按目前的發(fā)展趨勢，在裝機中的比重將達到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性的特點使其與需求波動的性質(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性輸出的問題上，各國的思路與方式不盡相同。美國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，而沒有擴大電網(wǎng)互聯(lián)的預(yù)算。
歐盟2010年發(fā)布的基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)先計劃中，跨國天然氣與電力超級傳輸網(wǎng)絡(luò)(Super Grid)的擴大則是投資的重點，而智能化部分的投資更多地體現(xiàn)在要吸引社會私人投資;遠期通過擴大中東北非對歐洲的可再生電力輸出來支持歐洲實現(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、安全、政治可行性的爭議非常大，相關(guān)的太陽能熱發(fā)電公司(CSP)也因為成本劇降的光伏發(fā)電競爭已經(jīng)多數(shù)破產(chǎn)。
在我國，“棄風(fēng)限電”問題的解決至關(guān)重要，擴大電網(wǎng)范圍、遠距離輸送與消納，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，必須回答的問題是：超級電網(wǎng)與智能電網(wǎng)，能否整合成為超級智能電網(wǎng)(SuperSmartGrid)來促進可再生能源的發(fā)展，他們是競爭關(guān)系還是互補關(guān)系?他們是否可以和諧共存，抑或一個的發(fā)展會強烈的抑制另一個的擴張?從全社會的效率與福利角度，政策制定者是否需要對其中一個進行政策扶持，以避免另外一個的潛在鎖定風(fēng)險?等等。
問題之一：電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展有無邊界?
電力系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了從直流傳輸?shù)浇涣鞒删W(wǎng)的歷史過程，電壓等級、輸送容量與輸送距離逐漸擴大，系統(tǒng)復(fù)雜程度逐步提高。目前，世界各國的主網(wǎng)基本是400kV或者500kV的網(wǎng)架，而最高電壓等級達到了交流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)”。
那么一個有意思的一般性問題是，電壓等級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)擴大。超級電網(wǎng)作為最大的人造系統(tǒng)，其發(fā)展有無邊界�，F(xiàn)實中，的確曾經(jīng)有“北非-歐洲超級電網(wǎng)”、“洲際電網(wǎng)”的提法與建議。
從技術(shù)上來講，更大范圍和/或更高電壓等級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與平衡，發(fā)揮電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)。一個地區(qū)發(fā)生了由于事故或者裝機不夠的缺電，其原因往往歸結(jié)到電網(wǎng)覆蓋范圍不夠大，不能夠從遠處調(diào)電予以解決。
這種思路，其實有點類似金融“龐氏騙局”論證的特點。如果一個“集資”活動資金鏈斷裂，其永遠可以解釋為資金規(guī)模不夠大。如果能夠更大，它就可以不倒，永遠玩下去�？墒聦嵣�，這種論證難有說服力。其擴大的過程，就是對各項資源的消耗與占用增加的過程，所需要的巨大的協(xié)調(diào)必要性與復(fù)雜程度，早就超過了可得與可能的范圍。這也是Desertec涉及到了40多個國家與地區(qū)，而5、6年以來幾無進展的基本原因。
當(dāng)然，打比方永遠只能是一種說明方式，幫助人們更形象的理解，它不能代替對于命題的論證，因為無法證明打比方的可比性在哪里。無論是“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，這一點通過簡單的推算就可以看出來，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。通過鐵路運輸，4000大卡的煤運輸1000公里，單位萬噸公里油耗在25公斤。這樣1萬噸煤，消耗25噸油，按照熱量，能耗也就在0.6%。
而電力機車的效率更是比燃油機車高出幾倍，即使按照等價熱值(測算相應(yīng)電的燃煤等量熱值)，其能耗也會小于0.2%。至于運輸過程中倒車等損耗，在目前的技術(shù)條件下，與上邊的能耗相比，要小一個數(shù)量級以上，幾乎可以忽略不計。而目前的直流電力傳輸?shù)木�損率，普遍要在5%以上，要比鐵路運輸高出一個甚至幾個數(shù)量級。
在能源效率低很多的情況下，總體經(jīng)濟性也必然相對的低。因為能源輸送中，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相對較大。無論初始投資大還是小，隨著時間的累積，可變成本大會侵蝕全壽期的經(jīng)濟性，成為經(jīng)濟性差的主導(dǎo)因素。
擴大的電網(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可能的電源形式，節(jié)省裝機與減少系統(tǒng)冗余。前者可以看做電網(wǎng)擴大的成本，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，這無疑是一個存在最優(yōu)規(guī)模的問題。
那么，目前的互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模是否超過了最優(yōu)規(guī)模，還是未達到?這并不顯而易見。但是以下幾個基本事實可以提供部分信息。
第一，我國的區(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，無論是地理范圍還是裝機容量;第二，主要電網(wǎng)設(shè)備的利用率比其他國家要低;第三，升壓到1000kV交流網(wǎng)絡(luò)的投資巨大，是次級電壓序列網(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也顯示比較大。
基于這些事實，筆者傾向于認為，中國交流互聯(lián)電網(wǎng)的進一步擴大不是指向最優(yōu)規(guī)模的方向。中國的電網(wǎng)已經(jīng)具有了超級電網(wǎng)的特征，未來的重點發(fā)展方向應(yīng)該在低壓的智能化方向。
從技術(shù)特點上講，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)的范圍不宜再擴大(Desertec也格外強調(diào)了直流的優(yōu)勢);獨立的直流線路更多地用于長距離輸送電力，輸電損耗較高，需要項目級的審慎論證。
