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分布式的“倒灌”:新能源背景下的电网、电源新格局

放大字体  缩小字体 发布时间: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。
 
  最近媒体上又有很多人开始讨论特高压项目,但是很多人尤其是一些非专业人士在质疑特高压的时候,都会提到分布式新能源,似乎特高压和分布式是死敌,发展了特高压,分布式就没戏了。
 
  这实际是一种误解,甚至在很多电力系统专业人士的认知里,也存在不少模糊的地方。其实,特高压与分布式能源建设如果都放在电网建设这个整体框架下,都是宏观同步、互相促进的手段之一,它们之间既没有水火不容的敌对,也不该有先来后到的亲疏。
 
    分布式的“倒灌”
 
  如果我们深入分析,一定会首先问,什么是分布式?很多人认为分布式就是分散在用户侧的电源,所以认为负荷端如果都能自发自用了,那就不需要远距离大功率输电了,也就不需要特高压了。
 
  有着这样认识的人大多来自新能源领域。实际上,分布式电源的定义非常简单,就是接入在配电网的电源可以视作是分布式电源,与此相对应的就是传统意义上的顺着发输配送这条生产链接入电网的集中式电厂。
 
  那么分布式电源接入电网,究竟有什么样的影响呢?最大的问题,就是因为分布式大量接入,待超过一定比例后,即一定会“倒灌”到输电网层面,如果没有大的储能设备或者可直接利用的抽水蓄能电站,那么这种倒灌产生的盈余就必然只能通过输电线路在区域电网间流动,甚至有可能通过跨国电网卖到国外去。
 
  忽略掉这种倒灌逆潮流对电力设备的物理影响,再假设可再生能源电站不能提供足量无功和短路电流的缺点不远的将来总会解决,那么这种逆潮流对电网最直接也最深刻的影响应该就是由此引发的输电网架内的大规模功率流动了。
 
  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,需要针对该地区负荷强度,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区的电力供应。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区输送到另一个地区,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
 
  新能源发展带给电网最大的冲击就是必须对电网规划作足够的冗余量设计,以冗余和流动来对付不稳定。这种观念上的转变在任何一个国家都是惊人的,以德国为例,2013年德国整体可再生能源在发电中所占的比例已超过25%,这与10年前制定的2020年达到35%的目标只有一步之遥。德国的能源转型计划与可再生能源发展计划已令世人瞩目,其雄心勃勃的远景目标也被越来越多的人乐见其成——2050年可再生能源要占到电力生产的80%,在总能源消耗中要占到60%。届时,德国将有超过500万部的电动汽车在行驶,智能环保建筑将使得建筑供暖能耗下降一半,而海上风电装机也将达到2500万千瓦。
 
  对于这个8000多万人口,东西南北拓展不过近千公里的国家来说,在这个计划里已经实现的和将要实现的,其实并不简单。德国在能源转型道路上也走了很多弯路,其中一条最重要的,就是在新能源发展之初,对跨区电网输送走廊建设的忽视与迟滞。
 
  人们都还记得2012年年底,德国能源界最震撼的新闻是,德国总理默克尔和副总理罗斯勒前所未有的先后为两根连接东部到西部和南部的高压输电线路建成剪彩,这算是对迟到的电网扩建计划的补偿。其中一条连接柏林和汉堡的高压线路,7年来一直因为居民的反对就只剩下某处的大约1公里尚未修建,终于在政府的大力推动下赶在当年年底前完成。如果不是因为能源转型,不是因为随着可再生能源并网发电比例的增加引发的电网瓶颈,引起了社会各界的重视,这条高压输电线也许还要再等上个几年才能突破这最后的几百米。
 
  可再生能源的这个特点和对电网的影响只有在比例上升到一定程度之后才会被人们发现,而这恰恰是中国在大力提高新能源装机容量之前必须吸取的教训。德国的很多政客近来也在各种场合承认了政策上的一些失误,比如对可再生能源的发展想得过于简单了,对能源尤其是电网运营的专业性研究不够。这主要是来自于新能源发展商不遗余力地在媒体上抨击电网公司,给公众一种错误的印象,即电网公司是新能源并网的阻挠者。殊不知在风光能预测不够精准,电源配置不够恰当,电网线路容量不够足量的情况下,在每一个大风和强光的日子里,德国的电网调度部门像绷紧的弦,他们紧张地祈求上帝,莫要哪里蹦出个故障。
 
  如今,电网先行已经成为德国举国上下的共识,不仅仅是电网本身的建设,更要预先从电网架构设计、电网调度理念、并网技术标准这三方面进行完善的思考和布局,然后再从细节上去推进新能源发展。 
 
    新能源背景下的电网新格局
 
  特高压电网作为中国整体电网规划中的重要一环,评估它不能再用老观点来衡量。中国电力建设前几轮的发展,带有很强的后发性和学习性,因此那个年代成长起来的从业人员已经习惯了研究—复制—突破的思维定式,较少面对更开放的电力格局。
 
  国家电网公司现在已经是一个年最高负荷已达700多吉瓦的大电网,不再是2000年左右那个只有100多吉瓦的“小电网”。未来,各大区域之间的电力流动必将与往时不可同日而语,动辄将以数十吉瓦计,这不是自然功率仅有1吉瓦左右的500千伏线路所能承受的。
 
  更何况,过去的中国电网是紧缺型电网,人们担心的是电网不够使用,但今后随着新能源的大力发展,电网形态呈现的必须是“过剩态”,即系统必须要有足够能力把火电等传统能源发电出力压低作为备用,而把大部分发电空间让给随时可能变动的风力和光伏,因此电网必须坚强且智能地应付不断东来西去的“临时性能源”,而这就需要特高压电网的大输送能力和充分的冗余裕度。在大力发展新能源的背景下,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。
 
  在缺电的年代,输电网带着深深的救民于水火的点对点稳定供电烙印。人们设计一条线路,往往是根据有多大的负荷,需要传输多少功率来评判其工程效益。但是在新能源时代,这种理念已经落伍。新能源比例超过30%以后,气象的变化和对负荷的调控给电网带来的挑战都是空前的,无论是直流还是交流,都要面临何处是集中的能源输入基地的挑战。更重要的是,中国是一个幅员极广的国家,这意味着光伏电站一旦安装比例较高后,正午高峰出力可延续数小时并对电网提供利用支撑,大规模的综合调控调度必须依靠强有力的区域电网流动,这对潮流分布的影响将是颠覆性的。
 
  因此,电网的规划设计必须放在能源转型这个大框架之下做出整体战略设计,无论是运煤还是输电、交流还是直流、分布式与集中式的比例,都必须参照中国煤炭分布特性、新能源发展规划、储能情况、电动汽车发展规模等方面,都必须在宏观体系下作出整体考量,仅以一两个工程的投资规模作出判断,轻言上马或者反对势必是不科学的。
 
  再以德国为例,2013年,德国政府制定了至2022年的电网发展规划,其中明确提出要大力修建跨区电力输送走廊,超过2000公里的4条直流输电走廊,加上近3000公里的交流新修和扩建线路,将负责把德国北部区域的近3200万千瓦绿色电力输送到南部负荷中心。这份总投资额超200亿欧元的电网规划展现的是一个清醒的认识,可再生能源的发展和投资最终要通过其生产的电力的流动和传输来体现。
 
  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。
 
  在这样的国际化背景下再去打量特高压,如果中国能利用特高压工程实践积累人才和技术,并积极推动这些技术参与全球竞争,所取得的收益又岂是用贵贱可以来简单衡量的。能源全球互联网,这才是能源战争最后的决胜之地。
 
  我们可以做出这样的假设,假如2050年北京的500万辆机动车全部变成电动车,这将对电网、煤矿和石油生产意味着什么?也许到那时人们才会认识到现在的特高压争论和电网规划的重要性和特殊性。
 
 
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