电网革命：能源升级的关键

多米尼克·麦拉德 / 法国国家电网CEO / 2014-10-10

输电网是整个电力系统的主干，是能源转化的关键。它必须与发电方式相匹配，同时满足消费需求，以实现能源供需间的可持续平衡。最初的高压线路基于集中式发电手段产生，如水力、热力发电以及后来的核电站。1945年以来，城市与工业区用电需求迅速上升，决定了当前的电网布局。今天，可再生能源发电和不可或缺的区域协调将带来一场新的电网革命。

可再生能源的开发和利用是影响电力传输网络进化的重要参数。虽然发达国家的消费已经几年没有增长，发电手段多样化要求的电网转型却越来越紧迫。

越发灵活多样的供给

确实，能源结构的改变导致了发电站位置的改变。新电厂在分布上更加分散，选址往往与传统电厂相距甚远。风力发电和光伏电厂一般都位于远离消费地的区域。比如，德国就需要把风力发的电能从北部海岸输送到南部消费地区，这成了一个大问题。由于传输能力不足，可再生能源利用受到了限制，不管在能源还是经济上，都是浪费。电网系统亟待转型以适应新的发电方式。

除了联网，大规模利用新能源还要考虑电力系统的管理问题。与传统发电手段的可控性相比，新能源发电往往很不稳定。

把电储存起来，可能是个好办法，也可用来应对消费的日夜和季节性波动。然而目前可行的技术还仅局限于抽水蓄能（pumped storage），而且这一被人类使用了80年的老旧技术正受到电站数量和环境影响的制约。另外，这种技术需要电力的双向输送：抽取和回输，理想状态是一种弥漫式存储。方法倒是有很多（见相关报道：储存风能？），只是没有一种有可能在一二十年内实现大规模产业化。

存储不行，要发展新能源，我们当前就只有一种选择：改进电网管理。精确地说，这意味着一张庞大的电网。

通过建立一个多容量层次、相互交叉的电力转换和输送网络，来显著降低成本，同时确保全国供给。

洲际电网尤其重要。比如，法国人实际消费的电是本国产能的4倍，这些国外供给都是通过穿越边境的电网输送而来。

电力经济学，可不仅仅是电网大小，还与更大范围上的文化、气候、发电方式等息息相关。还以欧洲电网为例，一方面，电力消费晚高峰出现时间在各国截然不同，因为法国人、比利时和德国人吃晚饭时间各不相同。此外，欧洲国家的电力系统大多对天气条件有着或多或少的敏感：法国用电高峰出现在寒冷的冬天夜晚，而德国电厂则受制于风力变化。通过电网来汇集和输送电力，分散了这种天气风险，进而降低了总产能（编注：主要是备用产能）。

这样，输电网络既有利于绿色能源大规模利用，也缓解了其发电间歇性导致的管理压力。 进而，减少了对备用火力（煤，燃气与石油）装机容量的依赖，同时将本地多余产能及时外输。比如住宅区午休时产生的太阳能发电输送到有需要的区域，反过来，在夜晚或缺少日光的时间，电能被从别的地方输送回来。

转换消费模式的必要性

通过基础设施建设，发展与新供给布局相匹配的本地与跨国电网，是能源转型的关键。但却不是全部。

完成工业化的国家，到1990年代早期，极具可控性的发电模式如水力与核能发电得到普遍应用，也决定了“供给围着需求转”的观念模式。电网需要根据需求波动做被动调整以维持电力供需均衡。

但今时不同往日，变化还会持续。新的用电设备如空调、移动电话的发展，以及可预见的新趋势如电动汽车的普及，要求我们对当前的消费模式加以控制，以免超出发电设施和电网的负荷能力。

气候变化导致的需求高峰的变化，也应引起注意。用电取暖的国家如法国，2012年2月的用电量达到峰值102GW，比10年前高出30%。愈发频繁的热浪，制冷设备的猛增，不断地挑战新的消费高峰。这将是对供给方的严峻考验：西欧国家迎来用电高峰的寒冬和酷夏，也正是其反气旋无风季节。一旦风能发电成为产能主力，这就成了关键变量。

可见，调整消费与发展电网、增加供给同样重要。而电网公司在开发和使用新技术抑制消费方面，起着决定性的作用。

抑制消费只是需求管理的一种具体形式，它不仅要平滑消费高峰，而更应该是上整个“负荷曲线”趋于平坦。它包括减少一个或一组给定对象的物理消耗。在住宅区和工业区，供给干预应采取不同形式。

“智能电网”（见相关文章：Smart Grids: Less Carbon, More Intelligent Networks）是最为人们熟知的形式。它不仅是一种技术，也是一种市场机制，能够将普通消费转逐步转变成拥有可持续观念的消费者。智能电网正方兴未艾，电网公司正是主导者。招标已经带来了断电量的大幅增加。自2010年进入以来，断电量从当时的100MW增加到2013年底的700MW。

新的市场机制如装机容量交易将被进大量使用，在中长期内帮助改进电力需求的弹性。

经济优化与环境改善

不管是电力供给的汇集和优化，还是消费的激增与调整，都涉及电力输送网络的一个关键使命：区域协作。事实上，电网能够协调区域间产能及消费的差异和不均衡。由于能够为供需双方带来灵活性，电网进而也是一种有效的环境优化工具。

实际上，电力输送管理需要考虑到技术限制以及不同发电手段的经济性。比如，无法存储的风力和太阳能发的电会先于边际成本更低的水力和核电被输送和使用，最后才是煤电等。

理论上，这种次序确保了能源利用的效率和经济性。问题是，需要考虑的实际因素可不止这些，新能源的迅速崛起也打破了这种平衡。欧洲再一次成为绝好案例。

除了技术整合，对新能源的鼓励机制也与现有市场机制发生了冲突。

这要具体情况具体分析。欧洲市场，由于消费疲软和煤炭及二氧化碳价格的下降，火力发电厂尤其是结合了其循环的火力发电厂举步维艰。绿色电厂的进入无疑会让这个市场雪上加霜。批发价格已经多次出现负价格，这种情况在某些国家甚至一年会出现几百小时。

需求不增加，新能源发电带来的供给大幅增加逻辑上会导致火力电厂的短暂停机，引发技术和经济的相关后果。因此，火力电厂不得接受负价格，来维持设备在最低产能上持续运转。

虽然影响到了火力电厂的利润甚至存亡，但这不仅仅是个经济问题。一个悖论是，风能和太阳能固有的间歇性，反而凸显了传统方式的高效。从而绿色电厂的大发展，恰恰也可能削弱整个电力产业。

在全欧洲范围内关闭火力和燃气发电厂的做法是有问题的。后果将是，我们的用电安全边际将在2014-2018年降低，考验在2015-2016年间尤其严峻，2013年RTE发表报告显示，若再来一次2012年那样席卷全欧洲的寒潮，在同样的天气条件（风、光照和温度）下，政府规定的电力安全标准——断电不超过3小时——将很难达到。

这个市场正努力释放长期信号，以满足欧洲能源和气候治理目标。

不仅在欧洲，包括其他发达国家，需要一种新模式来避免危害电力供给的安全、倡导新能源技术与智能电网产业机会，同时激发我们重新思考整体电力经济，做到与2030年的目标协同一致。考虑所有因素的相互作用，也将影响电力供给的质量，包括电网本身——供给质量的根基之一。