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【观察】未来电网还需要基荷吗？

2017-10-13 16:04:28 落基山研究所 　 点击量： 评论 (0)
我们不能因推行过时的基底负载电力概念而扼杀创新。今年四月，美国能源部长里克•佩里宣布了一项为期60天，针对电力市场设计和电网稳定性的研究计划，旨在评估当前市场设计在充分补偿基底负载（例如燃煤和核
我们不能因推行过时的“基底负载”电力概念而扼杀创新。
 
今年四月，美国能源部长里克•佩里宣布了一项为期60天，针对电力市场设计和电网稳定性的研究计划，旨在评估当前市场设计在充分补偿“基底负载”（例如燃煤和核电）发电厂时存在多大程度的不足。
 
在该研究备忘录中将“基底负载电力对一个运转良好的电网而言是必要的。”这一值得考究的论点视为“事实”。然而，这一概念在多年前就已经被多个领域的机构（包括电力公司、系统运营商、经济学家和其他与该领域相关的专家）彻底否定了。
 
对于这些领域的业内人士而言，这一论调就好像当初艾森豪威尔总统没有号令修建州际高速公路系统，而是转向重新研究马车的优点。
 
今天的电网需要的是不同的电力资源为其提供系统灵活性，而不是提供基底负载的发电厂。市场的力量能够帮助我们在不同选项中做出最佳选择，从而避免盲目地投资于上世纪的过时技术而造成数万亿美元损失以及数十亿吨碳排放。
 
现代电网不需要基底负载
 
随着成本较低的可再生能源的发展，美国电力公司在过去十年中开始陆续降低电网运行中基底负载的电力比例，并维持了不错的运行表现。
 
与此同时，在大西洋彼岸的欧洲，电网稳定性和可再生能源比例都实现了比美国更高的水平；尤其是英格兰，英国电网自1882年以来，近期首次实现一整天零煤电电力供应，这无疑为其2025年全面关停燃煤电厂的计划建立了信心。
 
从研究角度看，美国能源部（DOE）下属国家实验室的科学家们一直以来的分析结论都显示，电网若并网中高比例的可再生能源（30%-80%），并降低同等比例的基底负载电力后，仍然能够实现与化石燃料电力系统相当的稳定性和系统灵活性，同时还能实现更低的运行成本与风险。
 
同时，电力公司的高管们也越来越意识到这一事实：基底负载电力不但不是电网稳定性的必需品，而且从经济性上考量也越发无法适应目前迅速变化的能源系统。
 
美国国家电网CEO在2015年就说过：“基底负载电力的概念已经过时了，”现在的消费者更倾向于选择位置更近、也更便宜的电力资源来满足他们的需求。
 
全美最大的电力公司之一PG&E公司的一位高管表示：“大部分时间持续运行的大型基底负载发电厂并不适合于我们所期待的未来电网市场条件”。
 
即使是在田纳西州，尽管其立法机关近期通过法案暂停了该州风电项目开发，田纳西河流域管理局首席财务官也承认，不断变化的电网结构“令我们十分担心，不敢再将赌注长期压在大型昂贵的新建发电厂”。
 
因此，此次国家能源局研究计划中，选择忽略过去十多年以来否定基底负载电力理论的实践证据、严密分析和经济事实，这一做法确实令人不解。
 
虽然电力供应的物理条件从威斯汀豪斯和爱迪生时代至今并没有什么实质性改变，但用以满足这些物理条件的各种经济方式却已经发生了天翻地覆的变化。
 
稳定性是一个系统指标，而不是个体指标
 
没人否认我们的经济需要一个可靠的电网来确保每一时刻电力供应与需求的匹配，但这并不意味着我们需要在每个时刻都不停运行的个体电厂。事实上，这样的电厂也不可能存在。
 
基底负载发电厂的故障停机率在2%（核电厂）到10%（燃煤电厂）之间，当它们出现意外停机时，恢复成本十分高昂，而且这些意外情况常常发生在极热和极寒等最需要电力的情况下。
 
即便电厂拥有“充足的储备燃料”，以上问题仍然无法避免。然而，“充足的储备燃料”这一概念令人困惑，因为相比于燃煤电厂，它更适用于太阳能和风能这些并不依赖于远方燃料的可再生能源电厂——因为它们根本不需要燃料。
 
因此，在整个电网发展的历史中，多元化的能源组合总是成本最低的保证电网可靠性的方法。过去，这一组合包括了基底负载发电厂以及修建成本较低且更加灵活的电厂（如燃气涡轮）。这一组合方式使电网能够适应电力负荷的变化，而这一变化常常比风电和太阳能发电量更加难以预料。
 
相比仅仅5年前，如今情况已经发生了变化，低成本能源的基本默认选项成为了风能与太阳能。它们的长期固定成本已经能够与新建核电、煤电和燃气电厂相竞争，甚至与已建电厂的运营成本相比也不差上下。
 
在目前可再生能源成本已经极低并且仍在下降的现实下，电网灵活性这一指标甚至比过去更加重要——但幸运的是，如今实现电网灵活性的方式也比过去更加成本低廉、更加清洁，并更加丰富了。
 
 
系统灵活性是新时代电网的最重要属性
 
将清洁能源资源可靠地纳入电网运行的系统灵活性可以有多种表现形式，并且横跨各种时间尺度。与电网稳定运营的需求相对应的，我们主要需要考虑三种时间尺度：
 
1.“秒-分钟”时间尺度。在这些较短时间段中，电网需要“辅助服务”来维持稳定性，确保需求与供应的匹配。过去，化石燃料或水电的备用容量能够提供这些服务，但逐渐地，使用分布式能源及其他新能源、清洁能源来提供辅助服务开始具备了更强的经济优势。
 
例如，加利福尼亚州的一家大型集中式光伏电站表示，光伏逆变器——作为一种帮助可再生电力实现电流转换从而并入主网的可靠电子技术设备，同时也能提供这一类的辅助服务，并且无需再支付额外的费用。而PJM电网运营商则是通过控制大量热水器来控制这些数秒间的电力不平衡。
 
重要的是，这些资源和其他清洁能源常常能够提供比它们所替代的化石燃料电厂更好的辅助服务（例如，更快且更准确地响应信号），因此它们能够通过联邦能源管理委员会的“根据运行表现来支付”规则获得更多补助。
 
包括电动汽车和专用电池等其他资源也越来越多地参与到了这一市场，并且这类型的资源可通过其提供的主要服务（如汽车的驾驶用途或电池的备用电力用途）来收回其硬件成本，同时额外向电网提供许多有价值的辅助服务。
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责任编辑：lixin

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