我們需要什么樣的電網(wǎng)

張樹偉

在保障能源安全、提高本地環(huán)境質量、減緩氣候變化的需求下，提高可再生能源在能源體系中的比重成為世界大部分地區(qū)的共同選擇。歐盟正朝著2020年實現(xiàn)或超過可再生能源20%的目標穩(wěn)步前進；目前，2030年27%的可再生能源目標也在政策議程當中，有待成員國討論與最終立法批準；遠期50%～100%的可再生能源供應也成為學者研究的方向。

有關超級電網(wǎng)與智能電網(wǎng)的討論

作為一個有“分權”傳統(tǒng)與更重視市場機制的國家，美國的可再生能源政策更多體現(xiàn)在州政府強制性配額與電價激勵方面。總體而言，可再生能源可望在2020年電力結構中達到20%～30%。我國也制定了2020年11.4%的可再生能源目標，其中風電要達到2億千瓦裝機，太陽能發(fā)電3500萬千瓦。按目前的發(fā)展趨勢，在裝機中的比重將達到10%～15%。

但是，可再生能源不同于傳統(tǒng)的可控化石能源發(fā)電，其出力間歇性與波動性的特點使其與需求波動的性質更為接近，電網(wǎng)的角色變得尤為關鍵。在如何解決可再生波動性輸出的問題上，各國的思路與方式不盡相同。

美國2008年推出智能電網(wǎng)（Smart Grid）戰(zhàn)略，核心在于發(fā)展智能電表與分布式存儲技術。在能源部2009年電網(wǎng)現(xiàn)代化投資中，100%將用于配電網(wǎng)調(diào)度通訊等系統(tǒng)的智能化發(fā)展，而沒有擴大電網(wǎng)互聯(lián)的預算。

歐盟2010年發(fā)布的基礎設施優(yōu)先計劃中，跨國天然氣與電力超級傳輸網(wǎng)絡（Super Grid）的擴大則是投資的重點，而智能化部分的投資更多地體現(xiàn)在要吸引社會私人投資；遠期通過擴大中東北非對歐洲的可再生電力輸出來支持歐洲實現(xiàn)100%可再生能源（如Desertec Initiative）。盡管涉及經(jīng)濟、安全、政治可行性的爭議非常大，相關的太陽能熱發(fā)電公司（CSP）也因為成本劇降的光伏發(fā)電競爭已經(jīng)多數(shù)破產(chǎn)。

在我國，“棄風限電” 問題的解決至關重要，擴大電網(wǎng)范圍、遠距離輸送與消納，抑或依托智能電網(wǎng)，分布式接入，減少大范圍的傳輸是兩種截然不同的戰(zhàn)略選擇。關于超級電網(wǎng)與智能電網(wǎng)、直流與交流角色的討論也日益增多，可能影響“十二五”乃至更長時期的電網(wǎng)基礎設施建設與電力發(fā)展。

那么，必須回答的問題是：超級電網(wǎng)與智能電網(wǎng)，能否整合成為超級智能電網(wǎng)（Super Smart Grid）來促進可再生能源的發(fā)展，它們是競爭關系還是互補關系？它們是否可以和諧共存，抑或一個的發(fā)展會強烈地抑制另一個的擴張？從全社會的效率與福利角度，政策制定者是否需要對其中一個進行政策扶持，以避免另外一個的潛在風險？

問題之一：

電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展有無邊界？

電力系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了從直流傳輸?shù)浇涣鞒删W(wǎng)的歷史過程，電壓等級、輸送容量與輸送距離逐漸擴大，系統(tǒng)復雜程度逐步提高。目前，世界各國的主網(wǎng)基本是400kV或者500kV的網(wǎng)架，而最高電壓等級達到了交流1000kV，以及直流800kV、1100kV，甚至更高。緊密互聯(lián)的交流電網(wǎng)，也曾被比喻為“電力高速公路交通網(wǎng)”。

那么一個有意思的一般性問題是，電壓等級與傳輸容量和距離是否應該能夠繼續(xù)提升，其必要性與可行性如何，互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)的覆蓋范圍是否需要或者能夠繼續(xù)擴大？超級電網(wǎng)作為最大的人造系統(tǒng)，其發(fā)展有無邊界？現(xiàn)實中，的確曾經(jīng)有“北非-歐洲超級電網(wǎng)”、“洲際電網(wǎng)”的提法與建議。

從技術上來講，更大范圍或更高電壓等級的輸電線路在一定范圍內(nèi)不存在技術性的障礙，更多的爭論體現(xiàn)在必要性與可行性上。該種提議的支持者的論據(jù)包括資源的更大范圍傳輸與電力的互濟與平衡，發(fā)揮電網(wǎng)的網(wǎng)絡效應。一個地區(qū)發(fā)生了由于事故或者裝機不夠的缺電，其原因往往歸結到電網(wǎng)覆蓋范圍不夠大，不能夠從遠處調(diào)電予以解決。

這種思路，其實有點類似金融“龐氏騙局” 論證的特點。如果一個“集資”活動資金鏈斷裂，其永遠可以解釋為資金規(guī)模不夠大。如果能夠更大，它就可以不倒，永遠玩下去?？墒聦嵣希@種論證難有說服力。其擴大的過程，就是對各項資源的消耗與占用增加的過程，所需要的巨大的協(xié)調(diào)必要性與復雜程度，早就超過了可得與可能的范圍。這也是Desertec涉及到了40多個國家與地區(qū)，而五六年以來幾無進展的基本原因。

當然，打比方永遠只能是一種說明方式，幫助人們更形象地理解，它不能代替對于命題的論證，因為無法證明打比方的可比性在哪里。無論是“電力交通網(wǎng)”還是“旁氏騙局”的比方都是這樣。

電網(wǎng)的發(fā)展有無邊界，在邏輯上卻是可以回答的。總體而言，電力傳輸是損耗較高的能量傳輸方式，這一點通過簡單的推算就可以看出來，這也是電網(wǎng)系統(tǒng)通常并不作為交通基礎設施的基本原因。

而電力機車的效率更是比燃油機車高出幾倍，即使按照等價熱值（測算相應電的燃煤等量熱值），其能耗也會小于0.2%。至于運輸過程中倒車等損耗，在目前的技術條件下，與上邊的能耗相比，要小一個數(shù)量級以上，幾乎可以忽略不計。而目前的直流電力傳輸?shù)木€損率，普遍在5%以上，要比鐵路運輸高出一個甚至幾個數(shù)量級。

在能源效率低很多的情況下，總體經(jīng)濟性也必然相對的低。因為在能源輸送中，能源的消耗在絕大部分情況下都是最大的可變成本，效率低意味著可變成本會相對較大。無論初始投資大還是小，隨著時間的累積，可變成本大會侵蝕全壽期的經(jīng)濟性，成為經(jīng)濟性差的主導因素。

擴大的電網(wǎng)范圍與規(guī)模，一方面，導致投資的上升與損耗的加大，以及日常維護與安全保障需要的增加；另一方面，可以在更大的范圍內(nèi)調(diào)配出力特性存在互補可能的電源形式，節(jié)省裝機與減少系統(tǒng)冗余。前者可以被看做電網(wǎng)擴大的成本，而后者是其收益。電網(wǎng)的規(guī)模不是越大越好，當然也不是越小越好。隨著邊際成本的上升與邊際收益的下降，這無疑是一個存在最優(yōu)規(guī)模的問題。

那么，目前的互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模是否超過了最優(yōu)規(guī)模，還是未達到？這并不顯而易見。但是，以下幾個基本事實可以提供部分信息。

第一，我國的區(qū)域電網(wǎng)范圍已經(jīng)比大部分地區(qū)的互聯(lián)電網(wǎng)要大，無論是地理范圍還是裝機容量；第二，主要電網(wǎng)設備的利用率比其他國家要低；第三，升壓到1000kV交流網(wǎng)絡的投資巨大，是次級電壓序列網(wǎng)絡的指數(shù)倍數(shù)；第四，電網(wǎng)目前的結構與復雜程度已經(jīng)很高，安全與穩(wěn)定保障難度從每年的保電事實也顯示比較大。

基于這些事實，筆者傾向于認為，中國交流互聯(lián)電網(wǎng)的進一步擴大不是指向最優(yōu)規(guī)模的方向。中國的電網(wǎng)已經(jīng)具有了超級電網(wǎng)的特征，未來的重點發(fā)展方向應該在低壓的智能化方向。

從技術特點上講，緊密聯(lián)系的交流電網(wǎng)最主要的作用在于成網(wǎng)，而目前擴大成網(wǎng)的邊際收益很小，而邊際成本非常高，因此交流電網(wǎng)的范圍不宜再擴大（Desertec也格外強調(diào)了直流的優(yōu)勢）；獨立的直流線路更多地用于長距離輸送電力，輸電損耗較高，需要項目級的審慎論證。

問題之二：

超級電網(wǎng)與智能電網(wǎng)是否兼容？

直觀來看，從投資與資金層面，超級電網(wǎng)每增加一份投資，就意味著智能電網(wǎng)減少一份投資，雙方是互相擠出的。2013年，Blarke與Jenkins在《Energy Policy》的一篇文章對此進行了理論與案例探討。他們首先從二者的發(fā)展路徑、技術特征以及相關利益群體比較了二者的不同，傾向于認為這二者存在本質上的沖突。

這種沖突具體表現(xiàn)在：超級電網(wǎng)更加關注傳輸技術，是漸進的技術進步，而智能電網(wǎng)更加關注本地控制與減少外部依賴，是“顛覆性”改變，其發(fā)展代表的“贏家”與“輸家”，二者也存在本質的不同。無疑，超級電網(wǎng)中電力服務商將是贏家，其擁有了更大的市場；而智能電網(wǎng)發(fā)展中，用戶面臨的選擇變多，是贏家。

因此，如果這二者在一個地理范圍內(nèi)競爭，就有一種可能，超級電網(wǎng)的“漸進”技術變化與大量投資可能會擠壓智能電網(wǎng)的發(fā)展。以丹麥西部的電力市場形態(tài)為例進行分析，這一區(qū)域已經(jīng)建設了較多的傳輸線路，可以與沒有電網(wǎng)擴張的東部地區(qū)進行天然比較。丹麥西部傳輸線路建成之后，大量的低價格電力傳輸?shù)綎|部，造成西部電價價格的上升；而這一電價的上升使得很多的智能電網(wǎng)技術（比如電熱鍋爐）失去了經(jīng)濟吸引力，從而造成投資的不足，減少了西部智能電網(wǎng)發(fā)展的可能性。

基于此，Blarke與Jenkins建議，智能電網(wǎng)與超級電網(wǎng)的發(fā)展，要做到嚴格的地理區(qū)域上的區(qū)分戰(zhàn)略，特別是中短期內(nèi)。二者在同一個市場競爭的結果往往是此消彼長的，從而造成技術鎖定的風險。對于智能電網(wǎng)的發(fā)展，作者建議要重新定義基礎設施的定義，不能僅限于網(wǎng)絡與線路，要確保充足的智能電網(wǎng)投資。

由于中國與丹麥的國家特點、發(fā)展起點、社會經(jīng)濟環(huán)境等諸多方面迥異，這一研究的含義及對我們的啟示需要進一步探討。

同打比方不是一種論證方式一樣，做比較也不是可信的論證方式，可比性的有無是個問題，仍舊需要具體問題具體分析。這一點同樣適用于特高壓的爭論，無論是與德國800公里超高壓線路還是高鐵去比都是這樣。這是一個基本的邏輯。

問題之三：

我國智能電網(wǎng)與超級電網(wǎng)是否兼容？

未來，經(jīng)濟的發(fā)展、人口的增長、不同能源的價格、技術的進步與重大突破等因素都會影響到輸電受入地區(qū)的電力需求，以及需要受入電力的規(guī)模。其中的不確定性極大，甚至成為輸電省份還是受電省份都存在著諸多可能。重大的電網(wǎng)輸送工程建成，成為“燙手山芋”的可能性是客觀存在的。在這一點上，“科學把握未來發(fā)展趨勢”幾無可操作性，“對一個地區(qū)定位”的過時做法出錯成本非常之高。比如，為何僅基于能源資源稟賦定位內(nèi)蒙古為能源基地，而不是基于其自然資源與生態(tài)環(huán)境、地理位置定位為生態(tài)保護基地？成為基地相比分散的布局，有何規(guī)模效益可以發(fā)揮？

以“棄風限電”問題為例，長距離輸送的確是解決方案之一。遠距離輸送作為重大能源工程，其如果建成并最終投入使用，必然成為需要保證高負荷率的“政治工程”，將在東部電力系統(tǒng)參與實時平衡，將極大地消耗東部省份的調(diào)峰備用資源，使得東部地區(qū)的“廉價可得”的可再生能源發(fā)展失去足夠電網(wǎng)資源的支撐。

如果這一風電的發(fā)展形態(tài)形成，意味著高昂的能源供應成本，系統(tǒng)形態(tài)將進一步鎖定在大范圍調(diào)配、投入大量資源保障供應與安全上。從這一角度來講，筆者傾向性認為，我國超級電網(wǎng)與智能電網(wǎng)下的分布式電源發(fā)展尤其是沖突的。

在這方面，需要更新關于何為“資源”的觀念。關于中國的資源特點，“富煤缺油少氣”是一個常用的表述，而對于風電與太陽能資源分布，也有“主要在西北地區(qū)”的表述。這其實只是技術資源量的表述，類似“北非的太陽能可以滿足歐洲的全部需要”“太陽能輻射是人類需要能源的100倍”之類的表達，缺乏“經(jīng)濟資源量”的考量，而后者往往是更關鍵的。

因為資源是否有價值，在于其能否實現(xiàn)有效的利用。目前，全國范圍內(nèi)可利用的低風速資源面積約占全國風能資源區(qū)的2/3，且均接近電網(wǎng)負荷中心地區(qū)。京津冀地區(qū)低風速風電 資源到處都是，太陽能資源比較優(yōu)質，年利用小時數(shù)大部分地區(qū)可以達到1800～2000小時，這遠優(yōu)于以發(fā)展分布式光伏著稱的德國的大部分地區(qū)。這種資源的利用無需付出較高的能源輸送成本，在經(jīng)濟意義上“好于”西部的風電與太陽能資源。

同樣，西南地區(qū)的水電如果不能低成本的外送，也不能稱之為好資源。未來，進口煤炭的競爭力將越來越強，而環(huán)境資源的稀缺性的限制也會壓制煤炭租金進一步下降，這會使得西部的煤炭資源的價值進一步降低。而由于埋存條件、基礎設施、運輸條件等限制，其開采成本會越加高昂。中國“富煤”的說法已不是一個經(jīng)濟意義上的說法。

問題之四：

理順價格信號對認識優(yōu)劣尤其關鍵

在超級電網(wǎng)與智能電網(wǎng)存在沖突的情況下，如何保證二者的公平競爭就變?yōu)橐粋€關鍵的問題。其中，理順價格信號在當前可能尤為關鍵。

從去年開始，云南水電的消納困難問題暴露出來。分析整個過程可以看出，消納困難的基本原因不在于基礎設施不足以及滯后的問題，而是整體經(jīng)濟性不足導致效益“蛋糕不夠大”，而電力供輸雙方代表無法談攏的經(jīng)濟性問題。而風電相比水電，其線路利用率更低，從而成本更加高昂，而輸送成本下降的潛力也非常有限。

目前，東部的風機運行經(jīng)驗表明，福建、云南等地區(qū)更是高達3000小時以上，即使在低風速地區(qū)，其運行小時數(shù)也可以達到2100小時，甚至更高。西部與中東部的資源差別，彌補不了長距離輸送低利用小時數(shù)電力帶來的成本增加。相比而言，少數(shù)西北地區(qū)的太陽能光伏發(fā)電有可能具有經(jīng)濟可行性。因為其相對東部，特別是華東地區(qū)，具有優(yōu)越的光照條件，以及低廉的供地成本，輸電成本可以被更高的發(fā)電量以及更低的成本所抵消。

必須注意的是，成本在大部分情況下不具有優(yōu)勢，在現(xiàn)實中不一定會顯性地體現(xiàn)出來。因為已有的體制機制或者政府政策（稅、費、特定價格手段等）可能已經(jīng)嚴重扭曲了價格體系?？傮w上，我國的能源資源價格信號傳導不太通暢，統(tǒng)一市場建設還非常滯后。

因此，一個起碼的底線，“遠距離輸送”項目，需要遵循一項目一議的基本原則，更加審慎地進行成本效益分析。通過考慮各種極端情況（出力情況不理想、線路利用率低、安全保障支出增加）的單位供電成本的競爭力，考察項目的可行性。

而對于分布式發(fā)電項目，當務之急，是取消嚴重影響居民判斷的“交叉補貼”。在美國以及歐洲的很多地區(qū)，由于居民電價水平較高，風電、光伏等分布式、離散化的應用已經(jīng)極具競爭力。2012年德國40%的可再生能源實現(xiàn)了直接平價上網(wǎng)，陸上風電市場價格直接上網(wǎng)比例更是超過了70%。

而我國居民電價始終處于一個較低的水平。這種低電價并沒有降低居民支出的總負擔，因為工商業(yè)的高昂電價必然要通過其他日常消費品傳導給用戶，可以說在降低“總體居民支出”負擔方面沒有幫助，卻嚴重干擾了市場價格信號，使居民用戶產(chǎn)生了價格錯覺，扭曲了居民的用電行為，更有礙于新興可再生能源的經(jīng)濟性與競爭力的提高。這一交叉補貼政策必須盡快取消。而如果能夠盡快理順，將提供中國分布式電源發(fā)展的最大動力。

最后，對于超級電網(wǎng)與智能電網(wǎng)的投資，要保證二者的獨立性。用于后者的部分要與前者可比且不能擠占，以防止投資擠出導致智能電網(wǎng)投資的份額不足。