發(fā)展特高壓：新能源背景下的電網(wǎng)思考

在大力發(fā)展新能源背景下，我們必須積極設(shè)想新的電網(wǎng)格局和構(gòu)建思路，不能再以過(guò)往的歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)作為判據(jù)。

最近媒體上又有很多人開始討論特高壓項(xiàng)目，但是很多人尤其是一些非專業(yè)人士在質(zhì)疑特高壓的時(shí)候，都會(huì)提到分布式新能源，似乎特高壓和分布式是死敵，發(fā)展了特高壓，分布式就沒(méi)戲了。

這實(shí)際是一種誤解，甚至在很多電力系統(tǒng)專業(yè)人士的認(rèn)知里，也存在不少模糊的地方。其實(shí)，特高壓與分布式能源建設(shè)如果都放在電網(wǎng)建設(shè)這個(gè)整體框架下，都是宏觀同步、互相促進(jìn)的手段之一，它們之間既沒(méi)有水火不容的敵對(duì)，也不該有先來(lái)后到的親疏。

分布式的“倒灌”

如果我們深入分析，一定會(huì)首先問(wèn)，什么是分布式?很多人認(rèn)為分布式就是分散在用戶側(cè)的電源，所以認(rèn)為負(fù)荷端如果都能自發(fā)自用了，那就不需要遠(yuǎn)距離大功率輸電了，也就不需要特高壓了。

有著這樣認(rèn)識(shí)的人大多來(lái)自新能源領(lǐng)域。實(shí)際上，分布式電源的定義非常簡(jiǎn)單，就是接入在配電網(wǎng)的電源可以視作是分布式電源，與此相對(duì)應(yīng)的就是傳統(tǒng)意義上的順著發(fā)輸配送這條生產(chǎn)鏈接入電網(wǎng)的集中式電廠。

那么分布式電源接入電網(wǎng)，究竟有什么樣的影響呢?最大的問(wèn)題，就是因?yàn)榉植际酱罅拷尤耄^(guò)一定比例后，即一定會(huì)“倒灌”到輸電網(wǎng)層面，如果沒(méi)有大的儲(chǔ)能設(shè)備或者可直接利用的抽水蓄能電站，那么這種倒灌產(chǎn)生的盈余就必然只能通過(guò)輸電線路在區(qū)域電網(wǎng)間流動(dòng)，甚至有可能通過(guò)跨國(guó)電網(wǎng)賣到國(guó)外去。

忽略掉這種倒灌逆潮流對(duì)電力設(shè)備的物理影響，再假設(shè)可再生能源電站不能提供足量無(wú)功和短路電流的缺點(diǎn)不遠(yuǎn)的將來(lái)總會(huì)解決，那么這種逆潮流對(duì)電網(wǎng)最直接也最深刻的影響應(yīng)該就是由此引發(fā)的輸電網(wǎng)架內(nèi)的大規(guī)模功率流動(dòng)了。

之所以會(huì)這樣，是因?yàn)樾履茉窗l(fā)展最大的問(wèn)題是不穩(wěn)定，如果為了真正做到自給自足，需要針對(duì)該地區(qū)負(fù)荷強(qiáng)度，調(diào)高安裝容量配比，比如風(fēng)力一般為1比4，光伏要到1比7甚至更高，這樣才能在風(fēng)不那么大、光不那么強(qiáng)的時(shí)候依然能滿足該地區(qū)的電力供應(yīng)。但如此設(shè)計(jì)的整體電網(wǎng)一旦遇到自然條件充足或者異常超出時(shí)，多余配置的發(fā)電容量就會(huì)源源不斷地生產(chǎn)多余電力，這就需要輸電網(wǎng)層面把這些電力從一個(gè)地區(qū)輸送到另一個(gè)地區(qū)，甚至從一個(gè)國(guó)家輸送到另一個(gè)國(guó)家，通過(guò)“洲際電網(wǎng)”來(lái)實(shí)現(xiàn)全球風(fēng)力和光照資源的最佳調(diào)控，也許這聽上去天方夜譚，但誰(shuí)又會(huì)否認(rèn)這不是未來(lái)的可能?

電網(wǎng)先行已成德國(guó)共識(shí)

新能源發(fā)展帶給電網(wǎng)最大的沖擊就是必須對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃作足夠的冗余量設(shè)計(jì)，以冗余和流動(dòng)來(lái)對(duì)付不穩(wěn)定。這種觀念上的轉(zhuǎn)變?cè)谌魏我粋€(gè)國(guó)家都是驚人的，以德國(guó)為例，2013年德國(guó)整體可再生能源在發(fā)電中所占的比例已超過(guò)25%，這與10年前制定的2020年達(dá)到35%的目標(biāo)只有一步之遙。德國(guó)的能源轉(zhuǎn)型計(jì)劃與可再生能源發(fā)展計(jì)劃已令世人矚目，其雄心勃勃的遠(yuǎn)景目標(biāo)也被越來(lái)越多的人樂(lè)見其成——2050年可再生能源要占到電力生產(chǎn)的80%，在總能源消耗中要占到60%。屆時(shí)，德國(guó)將有超過(guò)500萬(wàn)部的電動(dòng)汽車在行駛，智能環(huán)保建筑將使得建筑供暖能耗下降一半，而海上風(fēng)電裝機(jī)也將達(dá)到2500萬(wàn)千瓦。

對(duì)于這個(gè)8000多萬(wàn)人口，東西南北拓展不過(guò)近千公里的國(guó)家來(lái)說(shuō)，在這個(gè)計(jì)劃里已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的和將要實(shí)現(xiàn)的，其實(shí)并不簡(jiǎn)單。德國(guó)在能源轉(zhuǎn)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(fā)展之初，對(duì)跨區(qū)電網(wǎng)輸送走廊建設(shè)的忽視與遲滯。

人們都還記得2012年年底，德國(guó)能源界最震撼的新聞是，德國(guó)總理默克爾和副總理羅斯勒前所未有的先后為兩根連接?xùn)|部到西部和南部的高壓輸電線路建成剪彩，這算是對(duì)遲到的電網(wǎng)擴(kuò)建計(jì)劃的補(bǔ)償。其中一條連接柏林和漢堡的高壓線路，7年來(lái)一直因?yàn)榫用竦姆磳?duì)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(dòng)下趕在當(dāng)年年底前完成。如果不是因?yàn)槟茉崔D(zhuǎn)型，不是因?yàn)殡S著可再生能源并網(wǎng)發(fā)電比例的增加引發(fā)的電網(wǎng)瓶頸，引起了社會(huì)各界的重視，這條高壓輸電線也許還要再等上個(gè)幾年才能突破這最后的幾百米。

可再生能源的這個(gè)特點(diǎn)和對(duì)電網(wǎng)的影響只有在比例上升到一定程度之后才會(huì)被人們發(fā)現(xiàn)，而這恰恰是中國(guó)在大力提高新能源裝機(jī)容量之前必須吸取的教訓(xùn)。德國(guó)的很多政客近來(lái)也在各種場(chǎng)合承認(rèn)了政策上的一些失誤，比如對(duì)可再生能源的發(fā)展想得過(guò)于簡(jiǎn)單了，對(duì)能源尤其是電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的專業(yè)性研究不夠。這主要是來(lái)自于新能源發(fā)展商不遺余力地在媒體上抨擊電網(wǎng)公司，給公眾一種錯(cuò)誤的印象，即電網(wǎng)公司是新能源并網(wǎng)的阻撓者。殊不知在風(fēng)光能預(yù)測(cè)不夠精準(zhǔn)，電源配置不夠恰當(dāng)，電網(wǎng)線路容量不夠足量的情況下，在每一個(gè)大風(fēng)和強(qiáng)光的日子里，德國(guó)的電網(wǎng)調(diào)度部門像繃緊的弦，他們緊張地祈求上帝，莫要哪里蹦出個(gè)故障。

如今，電網(wǎng)先行已經(jīng)成為德國(guó)舉國(guó)上下的共識(shí)，不僅僅是電網(wǎng)本身的建設(shè)，更要預(yù)先從電網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、電網(wǎng)調(diào)度理念、并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)這三方面進(jìn)行完善的思考和布局，然后再?gòu)募?xì)節(jié)上去推進(jìn)新能源發(fā)展。

新能源背景下的電網(wǎng)新格局

特高壓電網(wǎng)作為中國(guó)整體電網(wǎng)規(guī)劃中的重要一環(huán)，評(píng)估它不能再用老觀點(diǎn)來(lái)衡量。中國(guó)電力建設(shè)前幾輪的發(fā)展，帶有很強(qiáng)的后發(fā)性和學(xué)習(xí)性，因此那個(gè)年代成長(zhǎng)起來(lái)的從業(yè)人員已經(jīng)習(xí)慣了研究—復(fù)制—突破的思維定式，較少面對(duì)更開放的電力格局。

國(guó)家電網(wǎng)公司現(xiàn)在已經(jīng)是一個(gè)年最高負(fù)荷已達(dá)700多吉瓦的大電網(wǎng)，不再是2000年左右那個(gè)只有100多吉瓦的“小電網(wǎng)”。未來(lái)，各大區(qū)域之間的電力流動(dòng)必將與往時(shí)不可同日而語(yǔ)，動(dòng)輒將以數(shù)十吉瓦計(jì)，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(guò)去的中國(guó)電網(wǎng)是緊缺型電網(wǎng)，人們擔(dān)心的是電網(wǎng)不夠使用，但今后隨著新能源的大力發(fā)展，電網(wǎng)形態(tài)呈現(xiàn)的必須是“過(guò)剩態(tài)”，即系統(tǒng)必須要有足夠能力把火電等傳統(tǒng)能源發(fā)電出力壓低作為備用，而把大部分發(fā)電空間讓給隨時(shí)可能變動(dòng)的風(fēng)力和光伏，因此電網(wǎng)必須堅(jiān)強(qiáng)且智能地應(yīng)付不斷東來(lái)西去的“臨時(shí)性能源”，而這就需要特高壓電網(wǎng)的大輸送能力和充分的冗余裕度。在大力發(fā)展新能源的背景下，我們必須積極設(shè)想新的電網(wǎng)格局和構(gòu)建思路，不能再以過(guò)往的歷史經(jīng)驗(yàn)來(lái)作為判據(jù)。

在缺電的年代，輸電網(wǎng)帶著深深的救民于水火的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)穩(wěn)定供電烙印。人們?cè)O(shè)計(jì)一條線路，往往是根據(jù)有多大的負(fù)荷，需要傳輸多少功率來(lái)評(píng)判其工程效益。但是在新能源時(shí)代，這種理念已經(jīng)落伍。新能源比例超過(guò)30%以后，氣象的變化和對(duì)負(fù)荷的調(diào)控給電網(wǎng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)都是空前的，無(wú)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(zhàn)。更重要的是，中國(guó)是一個(gè)幅員極廣的國(guó)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(xù)數(shù)小時(shí)并對(duì)電網(wǎng)提供利用支撐，大規(guī)模的綜合調(diào)控調(diào)度必須依靠強(qiáng)有力的區(qū)域電網(wǎng)流動(dòng)，這對(duì)潮流分布的影響將是顛覆性的。

因此，電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)必須放在能源轉(zhuǎn)型這個(gè)大框架之下做出整體戰(zhàn)略設(shè)計(jì)，無(wú)論是運(yùn)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(guó)煤炭分布特性、新能源發(fā)展規(guī)劃、儲(chǔ)能情況、電動(dòng)汽車發(fā)展規(guī)模等方面，都必須在宏觀體系下作出整體考量，僅以一兩個(gè)工程的投資規(guī)模作出判斷，輕言上馬或者反對(duì)勢(shì)必是不科學(xué)的。

再以德國(guó)為例，2013年，德國(guó)政府制定了至2022年的電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，其中明確提出要大力修建跨區(qū)電力輸送走廊，超過(guò)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(kuò)建線路，將負(fù)責(zé)把德國(guó)北部區(qū)域的近3200萬(wàn)千瓦綠色電力輸送到南部負(fù)荷中心。這份總投資額超200億歐元的電網(wǎng)規(guī)劃展現(xiàn)的是一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)，可再生能源的發(fā)展和投資最終要通過(guò)其生產(chǎn)的電力的流動(dòng)和傳輸來(lái)體現(xiàn)。

德國(guó)還促進(jìn)了歐盟層面的遠(yuǎn)景能源發(fā)展戰(zhàn)略“Roadmap 2050”，希望能大力發(fā)展跨國(guó)甚至洲際輸電。比如該發(fā)展戰(zhàn)略希望能在西班牙和法國(guó)間建設(shè)約5000萬(wàn)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(fā)電。同時(shí)，在英國(guó)和法國(guó)間建立約1200萬(wàn)千瓦的線路，以輸送英國(guó)近年來(lái)大力發(fā)展的海上風(fēng)電。

在這樣的國(guó)際化背景下再去打量特高壓，如果中國(guó)能利用特高壓工程實(shí)踐積累人才和技術(shù)，并積極推動(dòng)這些技術(shù)參與全球競(jìng)爭(zhēng)，所取得的收益又豈是用貴賤可以來(lái)簡(jiǎn)單衡量的。能源全球互聯(lián)網(wǎng)，這才是能源戰(zhàn)爭(zhēng)最后的決勝之地。

我們可以做出這樣的假設(shè)，假如2050年北京的500萬(wàn)輛機(jī)動(dòng)車全部變成電動(dòng)車，這將對(duì)電網(wǎng)、煤礦和石油生產(chǎn)意味著什么?也許到那時(shí)人們才會(huì)認(rèn)識(shí)到現(xiàn)在的特高壓爭(zhēng)論和電網(wǎng)規(guī)劃的重要性和特殊性。