【觀察】未來電網(wǎng)還需要基荷嗎？

2017-10-13 16:04:28 落基山研究所　點擊量：評論 (0)

我們不能因推行過時的基底負載電力概念而扼殺創(chuàng)新。今年四月，美國能源部長里克•佩里宣布了一項為期60天，針對電力市場設(shè)計和電網(wǎng)穩(wěn)定性的研究計劃，旨在評估當(dāng)前市場設(shè)計在充分補償基底負載（例如燃煤和核

我們不能因推行過時的“基底負載”電力概念而扼殺創(chuàng)新。

今年四月，美國能源部長里克•佩里宣布了一項為期60天，針對電力市場設(shè)計和電網(wǎng)穩(wěn)定性的研究計劃，旨在評估當(dāng)前市場設(shè)計在充分補償“基底負載”（例如燃煤和核電）發(fā)電廠時存在多大程度的不足。

在該研究備忘錄中將“基底負載電力對一個運轉(zhuǎn)良好的電網(wǎng)而言是必要的。”這一值得考究的論點視為“事實”。然而，這一概念在多年前就已經(jīng)被多個領(lǐng)域的機構(gòu)（包括電力公司、系統(tǒng)運營商、經(jīng)濟學(xué)家和其他與該領(lǐng)域相關(guān)的專家）徹底否定了。

對于這些領(lǐng)域的業(yè)內(nèi)人士而言，這一論調(diào)就好像當(dāng)初艾森豪威爾總統(tǒng)沒有號令修建州際高速公路系統(tǒng)，而是轉(zhuǎn)向重新研究馬車的優(yōu)點。

今天的電網(wǎng)需要的是不同的電力資源為其提供系統(tǒng)靈活性，而不是提供基底負載的發(fā)電廠。市場的力量能夠幫助我們在不同選項中做出最佳選擇，從而避免盲目地投資于上世紀(jì)的過時技術(shù)而造成數(shù)萬億美元損失以及數(shù)十億噸碳排放。

現(xiàn)代電網(wǎng)不需要基底負載

隨著成本較低的可再生能源的發(fā)展，美國電力公司在過去十年中開始陸續(xù)降低電網(wǎng)運行中基底負載的電力比例，并維持了不錯的運行表現(xiàn)。

與此同時，在大西洋彼岸的歐洲，電網(wǎng)穩(wěn)定性和可再生能源比例都實現(xiàn)了比美國更高的水平；尤其是英格蘭，英國電網(wǎng)自1882年以來，近期首次實現(xiàn)一整天零煤電電力供應(yīng)，這無疑為其2025年全面關(guān)停燃煤電廠的計劃建立了信心。

從研究角度看，美國能源部（DOE）下屬國家實驗室的科學(xué)家們一直以來的分析結(jié)論都顯示，電網(wǎng)若并網(wǎng)中高比例的可再生能源（30%-80%），并降低同等比例的基底負載電力后，仍然能夠?qū)崿F(xiàn)與化石燃料電力系統(tǒng)相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和系統(tǒng)靈活性，同時還能實現(xiàn)更低的運行成本與風(fēng)險。

同時，電力公司的高管們也越來越意識到這一事實：基底負載電力不但不是電網(wǎng)穩(wěn)定性的必需品，而且從經(jīng)濟性上考量也越發(fā)無法適應(yīng)目前迅速變化的能源系統(tǒng)。

美國國家電網(wǎng)CEO在2015年就說過：“基底負載電力的概念已經(jīng)過時了，”現(xiàn)在的消費者更傾向于選擇位置更近、也更便宜的電力資源來滿足他們的需求。

全美最大的電力公司之一PG&E公司的一位高管表示：“大部分時間持續(xù)運行的大型基底負載發(fā)電廠并不適合于我們所期待的未來電網(wǎng)市場條件”。

即使是在田納西州，盡管其立法機關(guān)近期通過法案暫停了該州風(fēng)電項目開發(fā)，田納西河流域管理局首席財務(wù)官也承認(rèn)，不斷變化的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)“令我們十分擔(dān)心，不敢再將賭注長期壓在大型昂貴的新建發(fā)電廠”。

因此，此次國家能源局研究計劃中，選擇忽略過去十多年以來否定基底負載電力理論的實踐證據(jù)、嚴(yán)密分析和經(jīng)濟事實，這一做法確實令人不解。

雖然電力供應(yīng)的物理條件從威斯汀豪斯和愛迪生時代至今并沒有什么實質(zhì)性改變，但用以滿足這些物理條件的各種經(jīng)濟方式卻已經(jīng)發(fā)生了天翻地覆的變化。

穩(wěn)定性是一個系統(tǒng)指標(biāo)，而不是個體指標(biāo)

沒人否認(rèn)我們的經(jīng)濟需要一個可靠的電網(wǎng)來確保每一時刻電力供應(yīng)與需求的匹配，但這并不意味著我們需要在每個時刻都不停運行的個體電廠。事實上，這樣的電廠也不可能存在。

基底負載發(fā)電廠的故障停機率在2%（核電廠）到10%（燃煤電廠）之間，當(dāng)它們出現(xiàn)意外停機時，恢復(fù)成本十分高昂，而且這些意外情況常常發(fā)生在極熱和極寒等最需要電力的情況下。

即便電廠擁有“充足的儲備燃料”，以上問題仍然無法避免。然而，“充足的儲備燃料”這一概念令人困惑，因為相比于燃煤電廠，它更適用于太陽能和風(fēng)能這些并不依賴于遠方燃料的可再生能源電廠——因為它們根本不需要燃料。

因此，在整個電網(wǎng)發(fā)展的歷史中，多元化的能源組合總是成本最低的保證電網(wǎng)可靠性的方法。過去，這一組合包括了基底負載發(fā)電廠以及修建成本較低且更加靈活的電廠（如燃氣渦輪）。這一組合方式使電網(wǎng)能夠適應(yīng)電力負荷的變化，而這一變化常常比風(fēng)電和太陽能發(fā)電量更加難以預(yù)料。

相比僅僅5年前，如今情況已經(jīng)發(fā)生了變化，低成本能源的基本默認(rèn)選項成為了風(fēng)能與太陽能。它們的長期固定成本已經(jīng)能夠與新建核電、煤電和燃氣電廠相競爭，甚至與已建電廠的運營成本相比也不差上下。

在目前可再生能源成本已經(jīng)極低并且仍在下降的現(xiàn)實下，電網(wǎng)靈活性這一指標(biāo)甚至比過去更加重要——但幸運的是，如今實現(xiàn)電網(wǎng)靈活性的方式也比過去更加成本低廉、更加清潔，并更加豐富了。

系統(tǒng)靈活性是新時代電網(wǎng)的最重要屬性

將清潔能源資源可靠地納入電網(wǎng)運行的系統(tǒng)靈活性可以有多種表現(xiàn)形式，并且橫跨各種時間尺度。與電網(wǎng)穩(wěn)定運營的需求相對應(yīng)的，我們主要需要考慮三種時間尺度：

1.“秒-分鐘”時間尺度。在這些較短時間段中，電網(wǎng)需要“輔助服務(wù)”來維持穩(wěn)定性，確保需求與供應(yīng)的匹配。過去，化石燃料或水電的備用容量能夠提供這些服務(wù)，但逐漸地，使用分布式能源及其他新能源、清潔能源來提供輔助服務(wù)開始具備了更強的經(jīng)濟優(yōu)勢。

例如，加利福尼亞州的一家大型集中式光伏電站表示，光伏逆變器——作為一種幫助可再生電力實現(xiàn)電流轉(zhuǎn)換從而并入主網(wǎng)的可靠電子技術(shù)設(shè)備，同時也能提供這一類的輔助服務(wù)，并且無需再支付額外的費用。而PJM電網(wǎng)運營商則是通過控制大量熱水器來控制這些數(shù)秒間的電力不平衡。

重要的是，這些資源和其他清潔能源常常能夠提供比它們所替代的化石燃料電廠更好的輔助服務(wù)（例如，更快且更準(zhǔn)確地響應(yīng)信號），因此它們能夠通過聯(lián)邦能源管理委員會的“根據(jù)運行表現(xiàn)來支付”規(guī)則獲得更多補助。

包括電動汽車和專用電池等其他資源也越來越多地參與到了這一市場，并且這類型的資源可通過其提供的主要服務(wù)（如汽車的駕駛用途或電池的備用電力用途）來收回其硬件成本，同時額外向電網(wǎng)提供許多有價值的輔助服務(wù)。

責(zé)任編輯：lixin

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