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分布式的“倒灌”:新能源背景下的電網、電源新格局


在大力發展新能源背景下,我們必須積極設想新的電網格局和構建思路,不能再以過往的歷史經驗來作為判據。

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里,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,也不該有先來后到的親疏。

分布式的“倒灌”

如果我們深入分析,一定會首先問,什么是分布式?很多人認為分布式就是分散在用戶側的電源,所以認為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產鏈接入電網的集中式電廠。

那么分布式電源接入電網,究竟有什么樣的影響呢?最大的問題,就是因為分布式大量接入,待超過一定比例后,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,那么這種倒灌產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,那么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。

之所以會這樣,是因為新能源發展最大的問題是不穩定,如果為了真正做到自給自足,需要針對該地區負荷強度,調高安裝容量配比,比如風力一般為1比4,光伏要到1比7甚至更高,這樣才能在風不那么大、光不那么強的時候依然能滿足該地區的電力供應。但如此設計的整體電網一旦遇到自然條件充足或者異常超出時,多余配置的發電容量就會源源不斷地生產多余電力,這就需要輸電網層面把這些電力從一個地區輸送到另一個地區,甚至從一個國家輸送到另一個國家,通過“洲際電網”來實現全球風力和光照資源的最佳調控,也許這聽上去天方夜譚,但誰又會否認這不是未來的可能?

電網先行已成德國共識

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,以德國為例,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產的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,智能環保建筑將使得建筑供暖能耗下降一半,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里的國家來說,在這個計劃里已經實現的和將要實現的,其實并不簡單。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后為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年來一直因為居民的反對就只剩下某處的大約1公里尚未修建,終于在政府的大力推動下趕在當年年底前完成。如果不是因為能源轉型,不是因為隨著可再生能源并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后的幾百米。

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后才會被人們發現,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,給公眾一種錯誤的印象,即電網公司是新能源并網的阻撓者。殊不知在風光能預測不夠精準,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里,德國的電網調度部門像繃緊的弦,他們緊張地祈求上帝,莫要哪里蹦出個故障。

如今,電網先行已經成為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、并網技術標準這三方面進行完善的思考和布局,然后再從細節上去推進新能源發展。

新能源背景下的電網新格特高壓電網作為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,帶有很強的后發性和學習性,因此那個年代成長起來的從業人員已經習慣了研究—復制—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,動輒將以數十吉瓦計,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,但今后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為備用,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,不能再以過往的歷史經驗來作為判據。

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%以后,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后,正午高峰出力可延續數小時并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。

再以德國為例,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公里的4條直流輸電走廊,加上近3000公里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產的電力的流動和傳輸來體現。

德國還促進了歐盟層面的遠景能源發展戰略“Roadmap 2050”,希望能大力發展跨國甚至洲際輸電。比如該發展戰略希望能在西班牙和法國間建設約5000萬千瓦輸電能力的線路,以充分利用光照充足的西班牙光伏發電。同時,在英國和法國間建立約1200萬千瓦的線路,以輸送英國近年來大力發展的海上風電。

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,并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,這才是能源戰爭最后的決勝之地。

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、煤礦和石油生產意味著什么?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。

(責任編輯:投資發展部)