北美大停電，中國(guó)“電堅(jiān)強(qiáng)”

電網(wǎng)高壓造成2003年的北美大停電后，發(fā)達(dá)國(guó)家致力于建造分散式的智能電網(wǎng)。中國(guó)的智能電網(wǎng)卻執(zhí)著于特高壓的堅(jiān)強(qiáng)型統(tǒng)一大網(wǎng)絡(luò)， 國(guó)情造成的電力布局仍是大問題。

“一分錢等于342億?！?/p>

這是一個(gè)不尋常的“等式”，中國(guó)電力科學(xué)研究院副總工程師白曉民借它向記者闡明中國(guó)用電問題的重要性。根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2008年中國(guó)全社會(huì)用電量34268億千瓦時(shí)，“哪怕電價(jià)只提高一分錢，結(jié)果都是驚人的?！?/p>

中國(guó)的電價(jià)制度一直是各利益相關(guān)方爭(zhēng)議的核心。在中國(guó)電價(jià)的組成部分中，“上網(wǎng)電價(jià)”問題尤其是爭(zhēng)議中的爭(zhēng)議。日漸市場(chǎng)化的發(fā)電企業(yè)抱怨電網(wǎng)的建設(shè)跟不上新能源開發(fā)的步伐，對(duì)電力“準(zhǔn)入”關(guān)口把得太嚴(yán)。因此，市場(chǎng)對(duì)電網(wǎng)的升級(jí)極其敏感。

2009年5月21日，國(guó)家電網(wǎng)公司拋出了名為“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃，時(shí)間表指向了2020年，到期要“全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”。消息一出，在電力市場(chǎng)占有八成份額的東軟集團(tuán)和提供智能電表的長(zhǎng)城開發(fā)，在投資評(píng)級(jí)上立即被各大機(jī)構(gòu)從“增持”調(diào)高到“買入”級(jí)別。

力圖在電網(wǎng)上打上“智能”標(biāo)簽的，不只中國(guó)一家。大洋彼岸的美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬拋出了“新能源主義”，其核心就是鋪建智能化的電網(wǎng)，近40億美元的刺激資金會(huì)用于提高電力效率，再造美國(guó)電網(wǎng)體系。如果改造成功，建立起的新型清潔能源體系將徹底轉(zhuǎn)變?nèi)藗兊纳a(chǎn)方式和生活方式。

智能大改造

全國(guó)電網(wǎng)的智能化被稱為“電網(wǎng)2.0”，地中海小國(guó)馬耳他是吃螃蟹的第一家。在2009年的早些時(shí)候，馬耳他公布了和IBM達(dá)成的協(xié)議，雙方同意建立一個(gè)“智能公用系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)該國(guó)電網(wǎng)和供水系統(tǒng)數(shù)字化。

根據(jù)協(xié)議，馬耳他要為全國(guó)40萬人口耗資9100萬美元，其中核心的環(huán)節(jié)是替換全部25萬塊機(jī)電模擬式電能表，并且將全部水表與先進(jìn)的信息技術(shù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、管理、抄表及中斷服務(wù)等操作。通過將普通電表?yè)Q成互動(dòng)式電表，馬耳他的電網(wǎng)變成了一個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，電廠能對(duì)用電情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，并制定不同的電價(jià)來獎(jiǎng)勵(lì)節(jié)約用電的用戶。對(duì)于電廠來說，這有助于降低成本并減少碳排放。而對(duì)用戶來說，他們可以清楚地為自己的電費(fèi)買單。

IBM公司從20 0 8年開始就力推“智慧地球”這一概念，在它看來“智慧電網(wǎng)”是其中的關(guān)鍵一環(huán)。這個(gè)“網(wǎng)”是在物理的電網(wǎng)之上，建立基礎(chǔ)信息溝通平臺(tái)，將相關(guān)的設(shè)備、裝置、系統(tǒng)、用戶、員工和用電量等互動(dòng)起來，通過對(duì)用戶和需求側(cè)的隨需訪問和智能分析，實(shí)現(xiàn)更智慧、更科學(xué)、更優(yōu)化的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高的安全保障、可控的節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。這一思路與美國(guó)智能電網(wǎng)如出一轍。

在美國(guó)提出建設(shè)“ 堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)”(Strong Smart Grid)之后，中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)隨即選擇和復(fù)制了這一概念，加入了席卷全球的這場(chǎng)電力改革戰(zhàn)中。國(guó)家電網(wǎng)總經(jīng)理劉振亞如此來強(qiáng)調(diào)中國(guó)的智能電網(wǎng)概念:“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)以堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架為基礎(chǔ)，以通信信息平臺(tái)為支撐，以智能控制為手段?！?/p>

著名能源問題專家武建東提出，智能電網(wǎng)就是在改造人類能源體系。在發(fā)電上，智能電網(wǎng)強(qiáng)調(diào)重新整合太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、石油、天然氣、核能、煤炭、氫能和生物質(zhì)能等人類能源技術(shù);在輸電方面，則是利用新材料和智能電網(wǎng)改進(jìn)輸電過程中的損耗;此外，在供電、用電角度上，是解決分布式能源管理和管理效益最大化問題。

改變?cè)从谛枨蟆０讜悦穹治稣f:“中國(guó)現(xiàn)在正處于快速的發(fā)展時(shí)期。與個(gè)人用戶以百為單位計(jì)算的用電量相比，工業(yè)用電的數(shù)量是驚人的，2009年一季度全國(guó)工業(yè)用電量為5507.80億千瓦時(shí)?！彼J(rèn)為，未來對(duì)電力的需求將會(huì)劇增，而現(xiàn)有電網(wǎng)的供應(yīng)已經(jīng)到了一個(gè)極限，因而電網(wǎng)的未來發(fā)展需要考慮到這一需求。

與白曉民計(jì)算的經(jīng)濟(jì)賬不同，清華大學(xué)電機(jī)系副教授何光宇更愿意將對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)升級(jí)改造的原因歸于節(jié)能減排的需求。從大環(huán)境來看，金融危機(jī)也是智能電網(wǎng)崛起的一個(gè)因素:“美國(guó)正是為了抵御國(guó)際金融危機(jī)及振興經(jīng)濟(jì)，才提出了現(xiàn)在的新能源戰(zhàn)略，啟動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)。在此推動(dòng)下，全球范圍的智能電網(wǎng)建設(shè)也起步了?！?/p>

中國(guó) “電堅(jiān)強(qiáng)”

為將現(xiàn)有單一的電網(wǎng)升級(jí)為智能電網(wǎng)，中國(guó)預(yù)備了4萬億人民幣。使用這筆錢的目標(biāo)是:2020年堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建成時(shí)，清潔能源裝機(jī)比例達(dá)到35%，分布式電源實(shí)現(xiàn)“即插即用”，在全國(guó)十幾億人口中普及應(yīng)用智能電表。

盡管“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”三步走的計(jì)劃日前才公布，但相關(guān)工作很早就進(jìn)行了。今年年初，中國(guó)首條特高壓輸電線路“晉東南——南陽(yáng)——荊門”特高壓交流試驗(yàn)示范工程通電試運(yùn)行，初步實(shí)現(xiàn)了華北電網(wǎng)和華中電網(wǎng)的水火調(diào)劑、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。國(guó)家電網(wǎng)公司副總經(jīng)理舒印彪提及，這種具有長(zhǎng)距離、大容量輸電特征的特高壓電網(wǎng)將成為中國(guó)建設(shè)智能電網(wǎng)的核心環(huán)節(jié)。

何光宇分析，以特高壓為骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)智能電網(wǎng)，是因?yàn)橹袊?guó)的資源分布與用電負(fù)荷不一致導(dǎo)致輸電距離過長(zhǎng)，“中國(guó)煤電資源主要集中在西部，而用電負(fù)荷是在東部，需要西電東送。而單位長(zhǎng)度的特高壓輸電線路的電阻約為超高壓輸電線路電阻的l/4，從而能夠輸送更大容量的功率，一般1000千伏輸送能力為500千伏輸電能力的4倍以上，這就提高了輸電線路的利用率?！?/p>

除了輸電容量更大，在輸送相同容量電力時(shí)，特高壓在輸電線路上流經(jīng)的電流和輸電線路電阻均小于超高壓。一條距離為400千米的超高壓輸電線路損耗達(dá)到了輸送容量的2.98%，而特高壓這一損耗僅為0.9%，考慮特高壓輸電比超高壓輸電多了一層升降壓環(huán)節(jié)，算進(jìn)去這部分損耗，輸電總損耗仍遠(yuǎn)小于超高壓輸電，而且輸電距離越長(zhǎng)，差值越明顯。

另外一個(gè)現(xiàn)實(shí)是，中國(guó)500千伏電網(wǎng)已相當(dāng)密集，短路電流(線路短路時(shí)短路流過的電流)水平大部分接近50千安，華北、華東、華中電網(wǎng)的短路電流接近或超過63千安，從電網(wǎng)設(shè)備來看，國(guó)內(nèi)外的設(shè)備制造水平還達(dá)不到制造能開斷63千安以上短路電流的斷路器，所以需要發(fā)展短路電流較小的特高壓電網(wǎng)。

何光宇做了一個(gè)形象的比喻:“特高壓與超高壓就像交通上的特快與動(dòng)車組。比如原來在北京和上海之間有特快車13個(gè)小時(shí)直達(dá)，現(xiàn)在使用動(dòng)車組只需要10個(gè)小時(shí)?！眹?guó)家電網(wǎng)公司預(yù)計(jì)，到2020年一旦特高壓骨干網(wǎng)建成，全國(guó)一年可減少損耗1000億千瓦時(shí)以上，相當(dāng)于節(jié)煤2000萬噸。

盡管都是輸電，但是，與中國(guó)突出以特高壓為骨干網(wǎng)絡(luò)相比，美國(guó)致力于建設(shè)超導(dǎo)電纜(即采用高溫超導(dǎo)材料制作的電纜)。常規(guī)輸電用的銅線或鋁線會(huì)因電阻而造成能量損耗，用超導(dǎo)技術(shù)直流輸電時(shí)完全沒有電阻，在交流輸電時(shí)會(huì)有一些交流損耗，大約是常規(guī)損耗的十分之一，加上為其配套的制冷系統(tǒng)所消耗的能量，綜合起來，在傳輸相同容量的電能時(shí)，高溫超導(dǎo)電纜的損耗約為常規(guī)電纜的一半左右。在相同截面下，輸電能力是常規(guī)電纜的3∽5倍，在長(zhǎng)距離運(yùn)輸中優(yōu)勢(shì)比較明顯。比如，從內(nèi)蒙古到上海通過傳統(tǒng)輸電方式輸電至少需要500千伏的電壓，通過超導(dǎo)電纜使用220伏的電壓即可輸送。

“超導(dǎo)的問題是造價(jià)太高?！焙喂庥钫f。目前每1000安/米超導(dǎo)電纜的造價(jià)可達(dá)2萬元，而相同單位的常規(guī)電纜造價(jià)僅600至800元。但特高壓也存在問題，交流特高壓技術(shù)的應(yīng)用以及由此出現(xiàn)的交流同步網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大，會(huì)形成具有聯(lián)動(dòng)效應(yīng)的大電網(wǎng)。對(duì)于大電網(wǎng)，安全穩(wěn)定運(yùn)行是其首要考慮的問題，否則大面積停電的事件將一再重演。

大電網(wǎng)與大停電

何光宇提及，智能電網(wǎng)的安全也包括了抵抗自然災(zāi)害的能力。在2008年的冰災(zāi)中，南方500千伏電網(wǎng)幾乎都遭到了毀滅性的打擊，給搶修工作帶來了極大的困難。與500千伏電網(wǎng)鐵塔相比，特高壓鐵塔的高度是其兩倍，高達(dá)70米，相當(dāng)于20-30層的高樓，維修起來的難度可想而知。

2003年8月14日下午4時(shí)11分，美國(guó)和加拿大大湖區(qū)的一個(gè)變電站發(fā)生了事故，轉(zhuǎn)瞬間，加拿大的多倫多、渥太華停電了，美國(guó)東北部的密歇根、俄亥俄、紐約、新澤西、康涅狄格和馬薩諸塞等6個(gè)州以及加拿大的安大略省無一不受到嚴(yán)重影響。據(jù)初步估計(jì)，停電波及9300平方英里，5000萬人飽受斷電之苦。這次“美加大停電”事件是典型大電網(wǎng)效應(yīng)的體現(xiàn)，由于一條線路的癱瘓?jiān)斐闪苏麄€(gè)電網(wǎng)的癱瘓，保守估計(jì)每天損失250億美元左右。也正是這次事件給大電網(wǎng)集中供電敲響了警鐘，此后，發(fā)達(dá)國(guó)家開始大力發(fā)展分布式能源。

所謂分布式能源，是一種建在用戶端的能源供應(yīng)方式，既可獨(dú)立運(yùn)行，也可并網(wǎng)運(yùn)行，而無論規(guī)模大小、使用什么燃料或應(yīng)用的技術(shù)。比如醫(yī)院和工廠等重要的部門或場(chǎng)所，往往自行安裝一些小型發(fā)電設(shè)備(柴油發(fā)電機(jī)組)，作為緊急備用電源，目的是為增加供電的可靠性和安全性，但現(xiàn)行的分布式能源使用風(fēng)能、水電、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能等可再生能源，比柴油發(fā)電機(jī)組更為清潔。在已經(jīng)啟動(dòng)的歐洲超級(jí)智能電網(wǎng)計(jì)劃中，歐盟就希望將北海和大西洋的海上風(fēng)電、歐洲南部和北非的太陽(yáng)能融入歐洲電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模集成。

“分布式能源可以分散大電網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)組就近負(fù)荷安裝，可以減少大距離輸電的能源損耗問題，同時(shí)也利于電網(wǎng)的調(diào)峰，是歐美發(fā)展智能電網(wǎng)的趨勢(shì)。但是分布式能源要求各地都有機(jī)組，而且有專人來操作，這對(duì)中國(guó)來說可行性不如特高壓電網(wǎng)高?！焙喂庥钫f，分布式能源還需要考慮到因地制宜，中國(guó)智能電網(wǎng)的發(fā)展，最好是結(jié)合特高壓電網(wǎng)與分布式能源兩種方式，避免一味追求特高壓而重蹈美加大停電的覆轍。