输电与配电为何是清洁能源转型的秘密武器

An oil derrick and wind turbines stand above the plains north of Amarillo, Texas, U.S., March 14, 2017
As Texas' example shows, transmission and distribution are integral to expanding renewable capacityImage: REUTERS/Lucas Jackson
本内容由人工智能自动翻译。
  • 增加来自清洁能源的发电量,需要扩大输配电网络。

  • 这样做,加上电网之间更紧密的互联互通,可以抵消可再生能源的间歇性,并建立更稳定的电网。

  • 得克萨斯州——美国最大的风能生产州——就是一个典型例证。

随着世界迈向“大重置”,人们对以可再生能源(RE)为未来供电的讨论相当热烈。然而,利用风能和太阳能作为可持续能源的吸引力并非新鲜事物。1931年,托马斯·爱迪生曾对他的朋友亨利·福特说,“我会把赌注押在太阳和太阳能上。多么强大的能源!我希望我们不必等到石油和煤炭耗尽才去着手解决这个问题”。

然而,时隔近一个世纪,可再生能源运动仍在努力争取发展势头,而且这仅限于世界某些地区。正如睿智的爱迪生所预言,世界仍严重依赖石油和煤炭作为能源。超过80%的世界能源来源于煤炭、天然气和石油。那么,为何尽管有诸多环境效益,发达国家和发展中国家都在艰难地完成这一转变?

解决方案往往十分复杂。碳定价等举措在执行得当的情况下可能非常有力,从长远看也至关重要——然而,各政党之间的讨价还价可能使此类举措沦为空谈,无法对碳氢化合物和煤炭的垄断造成实质性冲击。还有一长串其他值得称道的政策举措,包括可再生能源配额制/清洁能源标准、上网电价和生物燃料。然而,这些提案与碳定价一样,大多属于党派之争议题,最终可能引发跨党派的分歧。

尽管应对当前气候紧急状况需要多管齐下,但各国可以在短期内着重关注一些易于实现的目标。围绕可再生能源项目建设的热议并非毫无根据;确实需要建设更多风能和太阳能项目。然而,人们往往忽视了将能源输送到电网以及将电力调度至终端用户的重要性。风电场通常需要大量土地,因此多建于远离城市中心、土地廉价且易于获得的偏远地区,所以,通过电网将可再生能源项目发出的电力输送至城市负荷中心的能力至关重要。

任何提高清洁能源发电量的尝试,都需要同步扩大输配电网络。输配电网络不足会导致持续的拥堵和弃电问题,从而影响项目的经济可行性。如果项目发出的电力因拥堵而被弃用,投资者就不愿建设清洁发电厂。贷款机构也不愿为可能面临此类风险的项目提供融资,从而影响项目的财务可行性。

即使新建了可再生能源项目,如果因输电网拥堵而无法并入电网,其作用也将大打折扣。加利福尼亚州就是这一问题的典型代表。加州的目标是到2045年实现100%清洁能源,并一直在迅速增加可再生能源装机容量。然而,由于其输电网没有相应扩容,且缺乏足够的储能设施,大量来自可再生能源的电力因弃电而被浪费。例如,在2019年1月至5月期间,加州共有630,864兆瓦时的风能和太阳能发电量被弃用,较2018年同期增长2.19倍。2018年至2019年间,50-60%的此类弃电是由输电限制所致。

得克萨斯州则为如何应对这一问题提供了最佳范例。这个孤星州通常以石油和天然气生产闻名,同时也拥有全美最高的风力发电装机容量,并且其太阳能发电装机容量也在迅速增长。2019年,得克萨斯州约占全美风力发电量的28%。

这一成就绝非小事,并为其他地区提供了清晰的借鉴。为激励投资并利用其风能资源,得克萨斯州议会克服了“先有鸡还是先有蛋”的难题,责成得克萨斯州公用事业委员会(PUCT)确定大型风电场的开发区域以及新建输电线路的建设地点。PUCT指示得克萨斯电力可靠性委员会(ERCOT)评估全州的风能资源以及此类风能资源面临的输电限制。基于ERCOT的评估,PUCT划定了多个竞争性可再生能源区(CREZ),确定了新建输电线路的路线。为促进其建设并激励开发商,得克萨斯州议会允许PUCT“无视两个关键因素——现有服务的充足性以及对额外服务的需求”。

得克萨斯州新增输电网络地图Image: 得克萨斯电力可靠性委员会

确定CREZ区域后,下一个障碍是为其融资。得克萨斯州并未将成本分摊给公用事业公司(这会造成不良激励),而是通过在所有电力用户账单中加收附加费,将额外输电容量的成本社会化。该州利用这些资金修建了约3,600英里的新输电网络,耗资约70亿美元,以满足18,500兆瓦的风电需求。得克萨斯州目前拥有全美最大的风电装机容量(29,000兆瓦),超过了排名紧随其后的三个州——爱荷华州、俄克拉荷马州和加利福尼亚州——的总和。得克萨斯州风电设施的弃风率“从2009年的17%降至2014年的0.5%”,这得益于该州输配电网络的扩建。这也引发了人们对太阳能项目的浓厚兴趣,预计太阳能装机将增加55吉瓦,其中已有约9.5吉瓦的项目签订了并网协议。

我承认,PUCT的独立性以及FERC管辖权的缺失在CREZ项目的加速推进中发挥了作用。尽管如此,这一做法颇具前瞻性,是激励开发商在短时间内建设风力发电设施、提升可再生能源发电能力的典范,值得全球其他地区借鉴。输配电网络的扩建是一项与燃料类型无关的举措,不太可能在政治上引发分歧。然而,它对于任何提升可再生能源并网能力的努力都至关重要。针对可再生能源提出的常见批评之一是风能和太阳能的间歇性——输配电网络的扩建,连同电网之间更紧密的互联互通,不仅能够克服这一问题,还将带来更稳定的电网。

授权与转载
世界经济论坛发布的文章,可依据《知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎4.0国际公共许可协议》以及我方《使用条款》进行转载。 本文所表达的观点仅代表作者个人立场,并不代表世界经济论坛的观点。