互聯(lián)電網(wǎng)的覆蓋范圍是否需要或者能夠繼續(xù)擴大?未來,應(yīng)該選擇超級電網(wǎng)還是加強電網(wǎng)智能化建設(shè)?這些問題由于新能源的快速發(fā)展、霧霾威脅等帶來的挑戰(zhàn)而被重新思考。在這些問題上,不同國家有不同的選擇,專家和業(yè)內(nèi)也有著諸多不同看法。
那么,電網(wǎng)是否存在最優(yōu)規(guī)模?最近,美國一項研究認為,電網(wǎng)規(guī)模并不是越大越好,相關(guān)科學(xué)家還根據(jù)實驗得出了最優(yōu)的規(guī)模大小,這個研究結(jié)果在美國引發(fā)了一場有關(guān)電網(wǎng)規(guī)模的討論。
電網(wǎng)發(fā)展有沒有邊界?
上世紀(jì)80年代,許多國家和地區(qū)的電網(wǎng)完成了快速擴張,如俄羅斯電網(wǎng)與東歐、中亞、波羅的海國家電網(wǎng)保持同步聯(lián)接。近年來,可再生能源發(fā)展被提上國際日程,電網(wǎng)被視為解決可再生能源發(fā)電裝機所在地遠離負荷集中地問題的關(guān)鍵一環(huán)。通過擴大電網(wǎng)規(guī)模和覆蓋范圍解決新能源消納問題被不少國家納入考慮,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)(SuperGrid)的擴大是投資重點。
在美國,電力企業(yè)各自為政,要在如今割裂式的電網(wǎng)格局下發(fā)展新能源,到底是通過實現(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)還是零散推行智能電網(wǎng)技術(shù)?曾任美國能源部部長的比爾·理查森在近期發(fā)表的一篇文章中表明了自己的觀點。他認為,目前美國電網(wǎng)格局無法支撐自己提出的新能源發(fā)展目標(biāo)?!耙雽⒚绹亩嘣茉瓷a(chǎn),特別是太陽能和風(fēng)能的收益最大化,解決電網(wǎng)各自為政的問題就顯得尤為緊迫。舉個例子,在美國中西部地區(qū),特別是在伊利諾伊州、印第安納州和威斯康星州,風(fēng)電裝機不斷增長,要將風(fēng)電輸送到相鄰的東部電網(wǎng),就急需更強的跨區(qū)域能源輸送能力……盡管零散推行的‘智能電網(wǎng)’技術(shù)將會獲得一定成效,但美國的電網(wǎng)系統(tǒng)需要升級更新,實現(xiàn)全國范圍的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)當(dāng)提上議事日程。”
面對呼聲和需求,電網(wǎng)這個大型人造系統(tǒng)是否適合不斷擴大?
卓爾德(北京)環(huán)境研究與咨詢首席能源經(jīng)濟師張樹偉認為,更大范圍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)性障礙,更多的爭論體現(xiàn)在必要性與可行性上。他分析,電力傳輸是損耗較高的能量傳輸方式。通過鐵路運輸,能耗在0.6%,若使用電力機車其能耗會小于0.2%。而目前的直流電力傳輸?shù)木€損率普遍在5%以上。擴大電網(wǎng)范圍與規(guī)模,一方面,導(dǎo)致投資上升與損耗加大,以及日常維護與安全保障需要的增加;但另一方面,卻可以在更大范圍內(nèi)調(diào)配出力特性存在互補可能的電源,節(jié)省裝機與減少系統(tǒng)冗余。“所以,電網(wǎng)的規(guī)模不是越大越好,也不是越小越好。隨著邊際成本的上升與邊際收益的下降,這無疑存在最優(yōu)規(guī)模的問題。”
到底多大才是合適的?
那到底多大的電網(wǎng)規(guī)模才是最優(yōu)的?最近國外一組科學(xué)家圍繞這個話題做了相關(guān)實驗,并嘗試用確切的數(shù)字去回答這個問題。這些科學(xué)家認為,電網(wǎng)規(guī)模并不是越大越好。
近期,美國愛荷華州立大學(xué)電力工程學(xué)教授伊安·多布森以及物理學(xué)家戴維·紐曼和本·卡若拉斯,通過實驗研究得出了電網(wǎng)的最佳規(guī)模大小,并將相關(guān)研究成果發(fā)表在一本名為《Chaos》的科學(xué)期刊上。
這組科學(xué)家通過電網(wǎng)建模來證明,頻率穩(wěn)定等電網(wǎng)優(yōu)點會被大停電帶來的影響所掩蓋,電網(wǎng)規(guī)模變大,有可能成為更大范圍級聯(lián)停電的助推因素。2003年的美加大停電就是一個典型的例子。
卡若拉斯教授通過仿真實驗得出結(jié)論,具有700-1000個節(jié)點的電網(wǎng)(每個節(jié)點由一系列發(fā)電廠、變電站、變壓器等組成,美國西部電網(wǎng)就有約16000個節(jié)點),可以使互聯(lián)電網(wǎng)的優(yōu)勢發(fā)揮到最大,同時使停電成本降到最低,可謂是最優(yōu)的電網(wǎng)規(guī)模。研究人員認為,從這個結(jié)論可以推出,目前一些電網(wǎng)規(guī)模太大。
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