英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)：低碳化浪潮中艱難前行

2015年10月15日，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司如期公布了今年的迎峰度冬報(bào)告。與往年不同的是，在電力與天然氣供應(yīng)的預(yù)測(cè)文本之外，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司專門提供了一份清潔能源的預(yù)測(cè)報(bào)告。在過(guò)去的3年里，英國(guó)可再生能源發(fā)電量翻了一番，2015年第二季度，英國(guó)可再生能源發(fā)電占比已達(dá)25%,比2014年同期提升了8.6個(gè)百分點(diǎn)，首次超過(guò)煤炭的占比，居于第二。

作為英國(guó)可再生能源法的執(zhí)行平臺(tái)，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司在英國(guó)的低碳化進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。可再生能源的快速發(fā)展和大規(guī)模使用，使得電網(wǎng)對(duì)出力預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性、電壓、潮流、頻率等參數(shù)的控制能力面對(duì)著更為嚴(yán)格的考驗(yàn)。電網(wǎng)對(duì)可再生能源的消納與傳輸能力如何，是各類出力不穩(wěn)定的可再生能源能否順利發(fā)展的重要前提。

西電東送治霧霾

1926年，英國(guó)以132千伏、50赫茲的主網(wǎng)架建立統(tǒng)一的國(guó)家電網(wǎng)。在90年的發(fā)展歷程中，英國(guó)電力用戶、社會(huì)用電量和能源消耗量快速增長(zhǎng)。

1938年，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)的電力用戶由1920年的75萬(wàn)戶激增到900萬(wàn)戶。1950年，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司預(yù)測(cè)，到1970年，英國(guó)社會(huì)用電量約為3000萬(wàn)千瓦。但實(shí)際上，1960年代的電力需求就已經(jīng)突破了這一預(yù)測(cè)，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)不得不急速刷新電壓等級(jí)，建設(shè)超高壓電網(wǎng)，以適應(yīng)洶涌而來(lái)的電力需求。

超高壓電網(wǎng)的出現(xiàn)及時(shí)解決了供需矛盾，它強(qiáng)大的能源資源配置能力和對(duì)于環(huán)境的重要意義也被社會(huì)所認(rèn)識(shí)。英國(guó)用電需求快速增加，能源消耗量大幅提升，引發(fā)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。尤其是東南部負(fù)荷中心區(qū)需求不斷加大，發(fā)電廠數(shù)量和裝機(jī)規(guī)模不斷增長(zhǎng)，但該區(qū)域環(huán)境容量已日趨飽和。從1952年12月5日開始，倫敦連續(xù)數(shù)日寂靜無(wú)風(fēng)，這導(dǎo)致整個(gè)倫敦籠罩在大霧之中。倫敦霧霾事件引起了社會(huì)普遍的恐慌，此后，英國(guó)走上了長(zhǎng)達(dá)半個(gè)世紀(jì)的治霾之路。

建設(shè)超高壓電網(wǎng)是英國(guó)治霾的手段之一。1965年以前，英國(guó)電網(wǎng)主要采取就地平衡的方式滿足區(qū)域供電需求。但隨著東南部負(fù)荷中心區(qū)需求的不斷加大，1968年以后，英國(guó)出臺(tái)了一系列空氣污染防控法案，針對(duì)各種廢氣排放進(jìn)行了嚴(yán)格約束。超高壓遠(yuǎn)程輸送逐漸成為解決負(fù)荷中心區(qū)增量需求的主要方式。通過(guò)超高壓線路，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)加強(qiáng)了資源富集區(qū)與負(fù)荷中心區(qū)的連接，以輸電代輸煤的能源運(yùn)輸方式節(jié)約了輸煤成本，緩解了交通壓力，在提升負(fù)荷中心區(qū)供電能力的同時(shí)，也減少了倫敦周邊電廠和排放物的數(shù)量。1970年代，英國(guó)西電東送的規(guī)模達(dá)到了600萬(wàn)千瓦。

低碳化浪潮中艱難前行

上世紀(jì)70年代末，英國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展失速，電力需求增長(zhǎng)日趨減緩。同時(shí)，英國(guó)發(fā)、配、售市場(chǎng)里涌入了德國(guó)意昂、萊茵集團(tuán)，法國(guó)電力公司等國(guó)際巨頭。發(fā)電企業(yè)從盈利角度考慮，不愿提供更多的系統(tǒng)備用容量，英國(guó)電力系統(tǒng)備用裕度持續(xù)降低，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)調(diào)控和平衡的責(zé)任日益繁重。

隨著英國(guó)政府大力推動(dòng)新能源發(fā)展，備用欲度不足的問(wèn)題更加突出。2008年11月，英國(guó)頒布了《氣候變化法案》，成為全球第一個(gè)以法律形式設(shè)定減排目標(biāo)的國(guó)家。這一減排目標(biāo)意味著大量穩(wěn)定的燃煤和燃油機(jī)組都將關(guān)閉，取而代之的是出力不穩(wěn)定的可再生能源機(jī)組，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)備用容量不足的問(wèn)題雪上加霜。

為此，英國(guó)政府引入了能夠鼓勵(lì)長(zhǎng)周期新能源投資的差價(jià)合同制度和為備用機(jī)組提供補(bǔ)償?shù)娜萘渴袌?chǎng)制度。作為新制度的執(zhí)行平臺(tái)，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)以保障供電安全、實(shí)現(xiàn)能源脫碳化以及電力用戶負(fù)擔(dān)成本最小為目標(biāo)，提供有關(guān)容量市場(chǎng)和差價(jià)合同的分析，以監(jiān)測(cè)政策效果;對(duì)擁有新能源機(jī)組的發(fā)電企業(yè)，它是控制及交易可再生能源比例配額的平臺(tái);對(duì)出力穩(wěn)定的傳統(tǒng)機(jī)組或發(fā)電企業(yè)，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司則運(yùn)用容量補(bǔ)貼使其甘為備用，以盡量保障可再生能源全額上網(wǎng)。

通過(guò)容量補(bǔ)貼進(jìn)行發(fā)電側(cè)管理，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)系統(tǒng)的短期備用問(wèn)題得到了一定程度的解決。但由于電源建設(shè)的周期普遍較長(zhǎng)，這項(xiàng)政策并沒有馬上改變備用裕度嚴(yán)重不足的局面。從2014年起，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司開始嘗試將這一政策延伸到需求側(cè)：邀請(qǐng)大用戶加入一項(xiàng)志愿活動(dòng)，參與活動(dòng)的企業(yè)可以得到一筆訂金，但他們需承諾在必要時(shí)縮減其用電量。2015年11月上旬，由于風(fēng)力發(fā)電量小于預(yù)期，在發(fā)電側(cè)補(bǔ)貼潛力挖盡，網(wǎng)上發(fā)電廠盡量滿發(fā)的情況下，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)首次啟動(dòng)了需求側(cè)補(bǔ)貼的非常規(guī)方式：通過(guò)給大用戶資金補(bǔ)貼，促使其在高峰時(shí)段關(guān)掉空調(diào)等非必要設(shè)備，以維持系統(tǒng)平衡。

走上“合縱連橫”之路

新能源在帶來(lái)系統(tǒng)平衡壓力的同時(shí)，也給英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)帶來(lái)了難得的發(fā)展機(jī)遇。

英國(guó)是海島國(guó)家，風(fēng)能資源充足，其風(fēng)能資源約占整個(gè)歐洲的40%。相對(duì)于其他清潔能源，風(fēng)電開發(fā)成本相對(duì)較低。因此，英國(guó)將大力發(fā)展風(fēng)電作為其實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)的主要手段。然而，風(fēng)電的間歇性、波動(dòng)性特點(diǎn)對(duì)并網(wǎng)電網(wǎng)系統(tǒng)備用和消納能力的要求相對(duì)較高。在風(fēng)電發(fā)展初期，英國(guó)單機(jī)容量3兆瓦以內(nèi)、擁有風(fēng)機(jī)50臺(tái)左右的小型風(fēng)電場(chǎng)居多。這些小型風(fēng)電場(chǎng)的總輸出容量一般在20萬(wàn)千瓦以內(nèi)，可通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)向用戶輸送，對(duì)大電網(wǎng)的影響和沖擊相對(duì)較小。隨著政策刺激力度的加大，英國(guó)開始涌現(xiàn)出總輸出容量在50萬(wàn)千瓦左右的大型風(fēng)場(chǎng)，配電網(wǎng)絡(luò)不再能夠適應(yīng)其并網(wǎng)需求，直接接入輸電網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)場(chǎng)逐年增多，對(duì)系統(tǒng)的備用容量和可靠性提出了較高要求。

出于對(duì)供應(yīng)安全和效益的雙重考慮，2002年，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司與另外一家國(guó)有公共事業(yè)單位拉提斯合并，在電力供應(yīng)的同時(shí)還運(yùn)營(yíng)天然氣輸配網(wǎng)絡(luò)，兩家能源公司的合并提升了英國(guó)的能源安全水平。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)與客戶服務(wù)業(yè)務(wù)的合并也節(jié)約了人工成本，提升了響應(yīng)效率。

相比陸上風(fēng)電，海上風(fēng)電場(chǎng)具有風(fēng)速高、風(fēng)力穩(wěn)定、干擾少、發(fā)電量大等優(yōu)勢(shì)，建設(shè)規(guī)模不受土地制約。近年來(lái)，英國(guó)離岸風(fēng)電場(chǎng)越來(lái)越多，規(guī)模越來(lái)越大，2013年7月運(yùn)營(yíng)的倫敦陣列風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目是目前全球最大的近海風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，總裝機(jī)容量63萬(wàn)千瓦。很快，這項(xiàng)紀(jì)錄又將被約克近海的一個(gè)規(guī)模為120萬(wàn)千瓦的近海風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)刷新。這些海上巨無(wú)霸的發(fā)電能力不遜于任何傳統(tǒng)電廠，但并網(wǎng)工程投資量驚人，離岸風(fēng)電機(jī)組之間、風(fēng)場(chǎng)與陸地之間具有傳輸里程長(zhǎng)，容量大等特點(diǎn)，需要大量大直徑海纜。為保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，需投入建設(shè)大量重型變速器等基礎(chǔ)設(shè)施。

根據(jù)測(cè)算，未來(lái)20年里，海上風(fēng)電并網(wǎng)所需投資高達(dá)170億英鎊。英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司曾經(jīng)謀求投資并直接管理這些并網(wǎng)工程，但未獲批準(zhǔn)。2009年后，英國(guó)引入第三方企業(yè)投資建設(shè)從海上風(fēng)電場(chǎng)到英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)陸上系統(tǒng)的并網(wǎng)工程。失之東隅,收之桑榆，離岸風(fēng)電的并網(wǎng)迅速提升了風(fēng)電比重，而高占比的風(fēng)電需要電網(wǎng)有良好的消納能力。作為一個(gè)海島國(guó)家，英國(guó)自身的電能消納能力有限。

在風(fēng)電發(fā)展的過(guò)程中，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)獲批建立起與法國(guó)、荷蘭、北愛爾蘭電網(wǎng)的連接，運(yùn)營(yíng)英法之間的海底電纜，并積極尋求與比利時(shí)、挪威、冰島等鄰近國(guó)家聯(lián)網(wǎng)，以便在更大區(qū)域內(nèi)消納風(fēng)電，實(shí)現(xiàn)與歐洲大陸的互聯(lián)與互濟(jì)。

在與國(guó)外能源企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)、合作中，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司也開始主動(dòng)向海外出擊，通過(guò)一系列并購(gòu)行為，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)在美國(guó)東北部開辟了一個(gè)包含天然氣和電力供應(yīng)業(yè)務(wù)、超過(guò)1000萬(wàn)客戶的能源市場(chǎng)，走上了一條合縱連橫與自我壯大的道路。

推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新與智能升級(jí)

近年來(lái)，英國(guó)大力發(fā)展智慧城市，智能電網(wǎng)是其核心技術(shù)之一。2014年，英國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電近500萬(wàn)千瓦。太陽(yáng)能發(fā)電等分布式電源的接入、電動(dòng)汽車充電、智能化家庭能源管理都需要電網(wǎng)與需求側(cè)具有更好的交互性。

為此，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司制訂了明確的智能電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)，以期實(shí)現(xiàn)高可靠性和高質(zhì)量的電能供應(yīng)，靈活接入低碳或無(wú)碳發(fā)電設(shè)備，利用需求側(cè)管理技術(shù)鼓勵(lì)用戶減少能源消耗和碳排放，讓電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)碳排放和成本最優(yōu)，提高整個(gè)電網(wǎng)的可視性和交互性。在這一目標(biāo)的引領(lǐng)下，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)積極開展智能電網(wǎng)技術(shù)的研究、開發(fā)和試點(diǎn)，開展配網(wǎng)與主網(wǎng)的傳輸試驗(yàn)，開發(fā)能夠?qū)⒅悄茈姳?、集成高速通信、配電自?dòng)化以及家庭能源管理結(jié)合在一起的需求側(cè)方案，提升了配用電網(wǎng)絡(luò)的潮流、信息流交互性，很好地融入了英國(guó)的智慧城市戰(zhàn)略，也幫助用戶提高了能效。

英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司還積極借助外腦與外力，發(fā)展智能電網(wǎng)技術(shù)。英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司先后與曼徹斯特大學(xué)合作建設(shè)高壓研究中心和電力系統(tǒng)研究中心，開展降低能源消耗、可再生能源開發(fā)、儲(chǔ)能和潔凈能源等一系列研究;與福特汽車公司等機(jī)構(gòu)合作開展綜合性研究和示范合作項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車與智能電網(wǎng)技術(shù)的匹配集合。在低碳化與備用容量不足矛盾較為尖銳的情況下，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司在網(wǎng)內(nèi)分布式能源智能管理、流量平衡控制、智能保護(hù)等方面的技術(shù)也較為成熟和領(lǐng)先。

點(diǎn)評(píng)

與時(shí)俱進(jìn)，方能制勝

在如今霧霾問(wèn)題尚未解決的現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，英國(guó)治理霧霾的經(jīng)驗(yàn)對(duì)于我國(guó)有很好的借鑒意義。而英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司正是治霾的執(zhí)行者之一，電壓等級(jí)的升高、西電東送的布局、助力新能源發(fā)展、推動(dòng)綠色科技和智能化技術(shù)升級(jí)……這一切都是綠色低碳發(fā)展的必經(jīng)之路。

對(duì)于英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)而言，低碳發(fā)展的每一步都是巨大的挑戰(zhàn)，需要面對(duì)許多尖銳的矛盾，還要平衡各方因素，不斷創(chuàng)新，無(wú)論是機(jī)制上還是技術(shù)上。創(chuàng)新的力量讓英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司極大地助力英國(guó)政府治霾、發(fā)展新能源。

如今，世界能源發(fā)展正面臨著新的變化，一場(chǎng)以低碳化和智能化為特征的產(chǎn)業(yè)革命正在到來(lái)。電網(wǎng)正經(jīng)歷著從國(guó)內(nèi)互聯(lián)到國(guó)際互聯(lián)、從單向變?yōu)殡p向，從輸送電流到電流、信息流共同輸送的一場(chǎng)變革。英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司積極發(fā)展智能電網(wǎng)、推動(dòng)電網(wǎng)互聯(lián)，成為歐洲綠色能源轉(zhuǎn)型中的先鋒者。大范圍電網(wǎng)互聯(lián)是英國(guó)在間歇性特點(diǎn)明顯的可再生能源大量進(jìn)入系統(tǒng)后，解決備用容量不足和消納問(wèn)題的根本選擇。

同時(shí)，隨著太陽(yáng)能發(fā)電成本的降低，越來(lái)越多的人們將既是用電者，也是供電者。在以家庭為單元的微型電網(wǎng)中，與建筑一體的太陽(yáng)能將成為人們生活中的基礎(chǔ)能源，而由大電廠支持的大電網(wǎng)將成為家庭的備用網(wǎng)絡(luò)，電流、信息流和資金流將在分布式的發(fā)電主體與電網(wǎng)間頻繁流動(dòng)。而家庭能源管理的互動(dòng)需求，電動(dòng)汽車發(fā)展對(duì)寬頻電壓、電流的需求，都需要電網(wǎng)與信息技術(shù)的深度融合。智能電網(wǎng)本身，也有節(jié)能降耗的功能，據(jù)測(cè)算，如果歐洲1.83億用戶全部接入智能電網(wǎng)，可以降低18吉瓦、約占總額12%的電力消耗。

歐洲是世界上發(fā)展智能電網(wǎng)最早的地方，在住宅太陽(yáng)能光伏發(fā)電裝置、家用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置等分布式微型發(fā)電裝置集成方面最早取得突破。目前，英國(guó)的智能電網(wǎng)項(xiàng)目已得到社會(huì)的普遍呼應(yīng)，人們通過(guò)智能化設(shè)置，實(shí)現(xiàn)部分電氣設(shè)備的錯(cuò)峰用電，使用電行為與可再生能源發(fā)電實(shí)現(xiàn)同步，在解決系統(tǒng)容量與消納問(wèn)題的同時(shí)，促進(jìn)了社會(huì)整體的節(jié)能減排。在綠色轉(zhuǎn)型的步步推進(jìn)中，社會(huì)發(fā)展出現(xiàn)了新的面貌。根據(jù)歐盟2050年能源路線圖，其碳排放量要比1990年下降80%～95%，可再生能源比例還將有更大比例的上升。屆時(shí)，歐洲的消納能力又將受到考驗(yàn)。但新的挑戰(zhàn)是刺激企業(yè)發(fā)展的最好契機(jī)，正如英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司首席執(zhí)行官霍利迪所言：“我們正處于這個(gè)產(chǎn)業(yè)的革命期，這是最令我們興奮的事情。”