中國儲能網訊：未來的中國應該選擇超級電網還是智能電網?超級電網更加關注傳輸技術，是漸進的技術進步，而智能電網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”也存在本質的不同。無疑，超級電網中電力服務商將是贏家，其擁有了更大的市場;而智能電網發(fā)展中，用戶面臨的選擇變多，是贏家。
對于超級電網與智能電網的投資，要保證二者的獨立性。
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。
作為一個有“分權”傳統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3500萬;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(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年電網現代化投資中，100%將用于配電網調度通訊等系統的智能化發(fā)展，而沒有擴大電網互聯的預算。
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100%可再生能源也處于民間研究階段(比如Desertec Initiative)，盡管涉及經濟、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)電競爭已經多數破產。
在我國，“棄風限電”問題的解決至關重要，擴大電網范圍、遠距離輸送與消納，抑或依托智能電網，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;關于超級電網與智能電網、直流與交流角色的討論也日益增多，可能影響“十二五”乃至更長期的電網基礎設施建設與電力發(fā)展。
那么，必須回答的問題是：超級電網與智能電網，能否整合成為超級智能電網(SuperSmartGrid)來促進可再生能源的發(fā)展，他們是競爭關系還是互補關系?他們是否可以和諧共存，抑或一個的發(fā)展會強烈的抑制另一個的擴張?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鎖定風險?等等。
問題之一：電網系統的發(fā)展有無邊界?
電力系統發(fā)展經歷了從直流傳輸到交流成網的歷史過程，電壓等級、輸送容量與輸送距離逐漸擴大，系統復雜程度逐步提高。目前，世界各國的主網基本是400kV或者500kV的網架，而最高電壓等級達到了交流1000kV，以及直流800kV、1100kV甚至更高。緊密互聯的交流電網，也曾被比喻為“電力高速公路交通網”。
那么一個有意思的一般性問題是，電壓等級與傳輸容量與距離是否應該，以及能夠繼續(xù)提升，其必要性與可行性如何，互聯電網系統的覆蓋范圍是否需要或者能夠繼續(xù)擴大。超級電網作為最大的人造系統，其發(fā)展有無邊界?，F實中，的確曾經有“北非-歐洲超級電網”、“洲際電網”的提法與建議。
從技術上來講，更大范圍和/或更高電壓等級的輸電線路在一定范圍內不存在技術性的障礙，更多地爭論體現在必要性與可行性上。該種提議的支持者的論據包括資源的更大范圍傳輸與電力的互濟與平衡，發(fā)揮電網的網絡效應。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覆蓋范圍不夠大，不能夠從遠處調電予以解決。
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?，這種論證難有說服力。其擴大的過程，就是對各項資源的消耗與占用增加的過程，所需要的巨大的協調必要性與復雜程度，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5、6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，幫助人們更形象的理解，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”還是“旁氏騙局”的比方都是這樣。
電網的發(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，這也是電網系統通常并不作為交通基礎設施的基本原因。通過鐵路運輸，4000大卡的煤運輸1000公里，單位萬噸公里油耗在25公斤。這樣1萬噸煤，消耗25噸油，按照熱量，能耗也就在0.6%。
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，要小一個數量級以上，幾乎可以忽略不計。而目前的直流電力傳輸的線損率，普遍要在5%以上，要比鐵路運輸高出一個甚至幾個數量級。
在能源效率低很多的情況下，總體經濟性也必然相對的低。因為能源輸送中，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濟性，成為經濟性差的主導因素。
擴大的電網范圍與規(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調配出力特性存在互補可能的電源形式，節(jié)省裝機與減少系統冗余。前者可以看做電網擴大的成本，而后者是其收益。電網的規(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，目前的互聯電網規(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)域電網范圍已經比大部分地區(qū)的互聯電網要大，無論是地理范圍還是裝機容量;第二，主要電網設備的利用率比其他國家要低;第三，升壓到1000kV交流網絡的投資巨大，是次級電壓序列網絡的指數倍數;第四，電網目前的結構與復雜程度已經很高，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，中國交流互聯電網的進一步擴大不是指向最優(yōu)規(guī)模的方向。中國的電網已經具有了超級電網的特征，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，緊密聯系的交流電網最主要的作用在于成網，而目前擴大成網的邊際收益很小，而邊際成本非常高，因此交流電網的范圍不宜再擴大(Desertec也格外強調了直流的優(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：超級電網與智能電網是否兼容?——國外案例
直觀來看，從投資與資金層面，超級電網每增加一份投資，就意味著智能電網減少一份投資，雙方是互相擠出的。Blarke與Jenkins2013年在《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。
這種沖突具體表現在：超級電網更加關注傳輸技術，是漸進的技術進步，而智能電網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”也存在本質的不同。無疑，超級電網中電力服務商將是贏家，其擁有了更大的市場;而智能電網發(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競爭，就有一種可能，超級電網的“漸進”技術變化與大量投資可能會擠壓智能電網的發(fā)展。 作者以丹麥西部的電力市場形態(tài)為例進行了分析。這一區(qū)域已經建設了較多的傳輸線路，可以與沒有電網擴張的東部地區(qū)進行天然比較。比較的結果發(fā)現，丹麥西部傳輸線路建成之后，大量的低價格電力傳輸到東部，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技術(比如電熱鍋爐)失去了經濟吸引力，從而造成投資的不足，減少了西部智能電網發(fā)展的可能性。
基于此，作者建議，智能電網與超級電網的發(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。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，不能僅限于網絡與線路，要確保充足的智能電網投資。
由于中國與丹麥的國家特點、發(fā)展起點、社會經濟環(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：我國智能電網與超級電網是否兼容?
電網的發(fā)展，涉及到的經濟、能源等不確定性必須得到顯性的考慮。電力輸送規(guī)模越大，需要與之配合的資源就越多，要求越高，而不匹配的可能性也會越大，這是所有重大基礎工程的共同特點。過去，我國二灘水電站的消納困難是一個典型的案例。而每年，為了保證三峽水電的消納，同樣需要花費巨大的技術、人力與其他資源。
未來，經濟的發(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。就解決風電的棄風而言，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”，將在東部電力系統參與實時平衡，將極大的消耗東部省份的調峰備用資源，使得東部地區(qū)的“廉價可得”的可再生能源發(fā)展失去足夠電網資源的支撐。
這一風電的發(fā)展形態(tài)如果形成，意味著高昂的能源供應成本，系統形態(tài)將進一步鎖定在大范圍調配、投入大量資源保障供應與安全上。從這一角度來講，筆者傾向于認為，我國超級電網與智能電網下的分布式電源發(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，在于其能否實現有效的利用。目前全國范圍內可利用的低風速資源面積約占全國風能資源區(qū)的2/3，且均接近電網負荷中心地區(qū)。京津冀地區(qū)低風速資源到處都是， 太陽能資源比較優(yōu)質，年利用小時數大部分地區(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
在超級電網與智能電網存在沖突的情況下，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電力帶來的成本增加。遠距離輸送風電，其一度電的供應成本，顯著地高于在東部地區(qū)利用低廉的進口煤炭，建設環(huán)境標準更加嚴格的火電站。實現同樣的減排，也將顯著地高于東部風電的成本。
相比而言，少數西北地區(qū)的太陽能光伏發(fā)電有可能具有經濟可行性。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，在現實中不一定會顯性的體現出來。因為已有的體制機制、或者政府政策(稅、費、特定價格手段等)可能已經嚴重扭曲了價格體系。總體上，我國的能源資源價格信號傳導不太通暢，統一市場建設還非常滯后。
一個例子就是分省火電標桿電價水平。在目前的標桿電價體系之下，東部地區(qū)的電廠的利潤水平明顯好于中西部地區(qū)，這說明其電價水平脫離成本的程度要更大，基于成本的“標桿電價”扭曲程度更高，其代價由所有的高電價地區(qū)的消費者承擔。 在某些項目案例中，面對兩地巨大的電價差異(這種差異本身就是不合理的)，這可能造成遠距離輸送風電到東部仍有“盈余”的錯覺。
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，更加審慎的進行成本效益分析。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、離散化的應用已經極具競爭力，2012年德國40%的可再生能源實現了直接平價上網，陸上風電市場價格直接上網比例更是超過了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濟性與競爭力的提高。這一交叉補貼政策必須盡快取消。這一機制如果能夠盡快理順，將提供中國分布式電源發(fā)展的最大動力。
最后，對于超級電網與智能電網的投資，要保證二者的獨立性。用于后者的部分要與前者可比，并且不能擠占，以防止投資擠出導致智能電網投資的份額不足。
(本文作者介紹：卓爾德(北京)環(huán)境研究與咨詢首席能源經濟師。)
