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陶光遠：特高壓輸電對可再生能源發展不可或缺

發布者：陶光遠 | 來源：財新網 | 2評論 | 6609查看 | 2014-03-11 17:04:00

　　中(zhong)(zhong)國目前電(dian)(dian)(dian)力的(de)主(zhu)要(yao)初級能源(yuan)是煤炭。由于(yu)中(zhong)(zhong)國的(de)煤炭資源(yuan)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)(zhong)在中(zhong)(zhong)國的(de)西(xi)部而遠離負荷中(zhong)(zhong)心，因此，是以在煤礦(kuang)的(de)坑口發電(dian)(dian)(dian)用高壓輸電(dian)(dian)(dian)網輸電(dian)(dian)(dian)為(wei)主(zhu)，還是以鐵(tie)路(lu)運煤到負荷中(zhong)(zhong)心發電(dian)(dian)(dian)為(wei)主(zhu)，一(yi)直在爭議。

　　一條運行重載單元列車的鐵路，每年可以運輸超過4億噸的煤炭，全部用于發電每年可發約1萬億千瓦時的電力，相當于約2億千瓦輸電線路的輸電能力，運輸距離遠時經濟性很好；但特高壓擴大了輸電距離，且輸送的能力和方向性靈活，在地形復雜時，造價比鐵路占優。因此，可以說遠距離輸電時是各有其用武之地：在一個方向上能源輸送量特別大、地理條件比較好時，用鐵路運煤到負荷中心發電合理；而在能源輸送方向分散，在每個方向上的輸送量不是特別大、地理條件較差時，在煤炭資源地發電用特高壓輸送劃算。

　　今天燃煤發電的現代煙氣處理技術水平，對治霾來說，已經足夠高了。以煙氣中的顆粒物含量為例，上海外高三發電廠已經達到了平均11毫克/立方米的水平，相比之下，中國絕大多數燃煤發電廠的煙氣顆粒物含量現在為30毫克/立方米至100毫克/立方米。換句話說，只要中國東部絕大多數燃煤發電廠的煙氣處理水平達到上海外高三發電廠的水平，燃煤發電廠與霧霾天的出現就沒有太大的關系了。

　　而且現在燃煤發電的煙氣經處理完全可以達到低于1毫克/立方米的水平，例如德國紐倫堡垃圾焚燒廠的煙氣顆粒物處理最高水平為低于0.3毫克/立方米，比北京霧霾天時空氣中所含的顆粒物還要少。現在這么高的煙氣技術處理水平在經濟上也是可以承受的，每千瓦時電力的生產成本最多增加幾分錢，相比之下，使用市場價格的燃氣發電的成本比燃煤發電要增加幾十分錢。所以，給中國東部地區治霾，通過特高壓輸電將燃煤電廠搬到西部，并非唯一選擇。

　　但是，情況正在變化。由于氣候保護導致二氧化碳減排的國際壓力，燃煤發電必須退出發電主力的舞臺，把位置讓給可再生能源。可再生能源資源最豐富的兩大形式是風力和太陽能，中國可供經濟開發的風力和太陽能加起來，是現在中國電力需求量的幾十倍，從能源資源上講，應無任何顧慮。風力發電和太陽能光伏發電的成本，最近十幾年，一直快速下降，預計到2020年左右，在中國的風力發電和太陽能光伏發電的成本會雙雙低于燃煤發電，在2030年之前還會低于核電。因此，風力發電和太陽能光伏發電的成本將很快就不是阻礙這兩種電力發展的障礙。2050年中國的電力主要產自于風力和太陽能，已沒有什么懸念。

　　但是，在中國風力發電和太陽能發電要大發展，除了發電成本之外，還有三個繞不過去的問題。

　　第一個問題是風光電力的大規模遠距離輸送：

　　如果在中國地圖上從漠河到騰沖劃一條斜線，可以看到：中國的風力和太陽能資源，就集中在這條斜線的左上方；而中國的用電負荷，則集中在這條斜線的右下方。人類現在還看不到，在可以預見到的未來，有比高壓輸電更便捷和更經濟（例如將電力轉換成化學能或其它能量形式）的辦法，在陸地上遠距離傳輸電力。因此，如果在中國的北部，西北部和西部獲取風力和太陽能發電，則需要將電力通過平均1000多公里、最長達4000多公里的距離輸送到中國的中部、東部和東南部。

　　以功率為1千瓦的太陽能光伏電池為例，在上海一年只能發電1000千瓦時左右，在青海格爾木一年就可發電1600千瓦時左右，比上海高約60%；而通過2000公里左右的特高壓輸電線路將電力從格爾木輸送到上海，損耗卻只有5%左右，而遠距離輸電成本比太陽能發電成本低得多。因此，如果僅考慮發電和輸電的成本因素，則在青海用太陽能發電輸送到上海，比在上海用太陽能發電的經濟性明顯要好。

　　第二個問題是，風力和太陽能發電因氣象條件的隨機波動范圍很大：

　　氣象條件不但隨季節變化，且每日不同，雖然可以提前一段時間預測到。可以想象，如果上海的電力很大一部分依賴于上海及其附近省份的太陽能，碰上哪年有特長的梅雨天，就會造成嚴重的電力能源危機了。

　　而通過擴大風力發電和光伏發電的聯網范圍，則這種氣象條件造成的風力發電和太陽能發電量的波動，就會通過多個地方的相互補償得到減弱。畢竟從新疆到上海，從黑龍江到云南，還沒有出現過全國各地同時連續幾天都不刮風和都是陰雨天的天氣。這就是所謂的風光電發電量波動水平可通過異地氣候的不相關性得到補償的原理。

　　要提供風光電發電量通過異地氣候不相關性得到盡可能大的補償，就需要盡可能地擴大遠程輸電網的覆蓋范圍。

　　第三個是僅僅針對光伏的一個天文問題：

　　對地球表面的單位面積來說，太陽在中午的光照強度遠高于早晚，其發電功率曲線猶如一個玉米面窩窩頭，日變化非常劇烈。但是，用電負荷與光伏的發電量不是完全匹配的。如果一地的光伏電成為當地的主力電源，中午光伏發電功率達到高峰時就用不完；而傍晚太陽下山后，特別是在18點至21點的家庭用電高峰，卻幾乎沒有一丁點兒的光伏電力生產。

　　德國用電負荷功率（黑線）和光伏發電功率（彩色顏色表示不同月份）圖

　　但是(shi)(shi)，太(tai)陽(yang)的(de)升起(qi)和(he)落下(xia)(xia)的(de)時(shi)間在全(quan)中國(guo)從東(dong)(dong)到(dao)西(xi)是(shi)(shi)不一樣的(de)，有4個(ge)小時(shi)的(de)時(shi)差。因(yin)此(ci)，如(ru)果建設(she)全(quan)國(guo)從東(dong)(dong)到(dao)西(xi)的(de)特高壓(ya)輸(shu)電(dian)(dian)(dian)網(wang)，則因(yin)天文原因(yin)造(zao)成(cheng)的(de)光(guang)伏(fu)發電(dian)(dian)(dian)波(bo)動(dong)就會(hui)得(de)到(dao)很大程度上的(de)平滑(hua)，各地(di)在中午高峰發電(dian)(dian)(dian)時(shi)間發出(chu)的(de)電(dian)(dian)(dian)力，都可(ke)以向東(dong)(dong)或(huo)向西(xi)傳輸(shu)；而東(dong)(dong)部(bu)的(de)太(tai)陽(yang)下(xia)(xia)山(shan)后就從西(xi)部(bu)調電(dian)(dian)(dian)，西(xi)部(bu)的(de)太(tai)陽(yang)下(xia)(xia)山(shan)后東(dong)(dong)部(bu)進入后半(ban)夜用(yong)(yong)電(dian)(dian)(dian)低谷，于是(shi)(shi)西(xi)部(bu)從東(dong)(dong)部(bu)調取用(yong)(yong)不完(wan)的(de)其(qi)他能源發的(de)電(dian)(dian)(dian)（包(bao)括風電(dian)(dian)(dian)）。說通俗點兒(er)(er)，就是(shi)(shi)避(bi)免了各地(di)依(yi)賴光(guang)伏(fu)發電(dian)(dian)(dian)的(de)用(yong)(yong)戶們(men)(men)撐(cheng)的(de)撐(cheng)死(si)，餓(e)的(de)餓(e)死(si)。譬如(ru)，當(dang)天黑(hei)以后牡丹江當(dang)地(di)的(de)光(guang)伏(fu)板(ban)已經停止發電(dian)(dian)(dian)，新(xin)(xin)疆(jiang)塔里木(mu)沙漠(mo)的(de)光(guang)伏(fu)板(ban)還正“鋤(chu)禾日當(dang)午”呢，于是(shi)(shi)牡丹江的(de)老少爺兒(er)(er)們(men)(men)和(he)老少姐(jie)妹(mei)兒(er)(er)們(men)(men)坐在電(dian)(dian)(dian)視機前看新(xin)(xin)聞聯(lian)播時(shi)，可(ke)以用(yong)(yong)到(dao)新(xin)(xin)疆(jiang)塔里木(mu)的(de)電(dian)(dian)(dian)力。

　　另外，中國的水力資源集中在西部，其中西北地區的水能集中地——黃河上游的水電站，正好在光伏電和風電的東西向輸電走廊上，而且距發電場的距離比距負荷中心的距離近得多，作為風電和光伏電的蓄能電站，經濟上再合適不過了。而中國西南部的豐富水電參與風電和光伏電的蓄能調節，也需要南北方向的大規模聯網。

　　到2050年，中國風力發電和太陽能發電的功率總計可能高達20億-30億千瓦，甚至更高，大部分集中在中國的西部、西北部和北部。即便考慮到在當地的消費和蓄能，中國僅為輸送這些風光電就需要10億多千瓦的特高壓輸電能力。

　　德國是全球在可再生能源電力領域走在最前面的國家，德國的經驗和教訓值得作為后來者的中國借鑒。德國的風光發電量已經超過了總發電量的15%，每年還在以幾百萬千瓦的速率增長，預計到2050年將成為德國的主力電源。

　　德國目前正在啟動能源轉型的2.0版，其中關鍵的任務就是解決大規模風光電并網帶來的輸電網和配電網能力不足及電力供應不穩定的問題。其中一個重要的專項，就是為擴大德國北部風力發電的規模并將電力輸往南部，加速規劃建設縱觀南北的長達800公里的特高壓輸電線路，特高壓輸電線路考慮采用的技術包括了800千伏交流輸電技術和±500千伏以上的直流輸電技術。盡管德國是一個南北只有800多公里長，東西只有600多公里寬的國家。德國上上下下都在抱怨特高壓線路的規劃建設落后于風光電的發展，擔心由于特高壓輸電線路投入運行時間的滯后將造成巨大的風電棄風損失，或產生為避免棄風而采取昂貴的替代技術措施（例如儲能）造成的經濟損失。

　　作為長遠的規劃，德國還在考慮將北部的風電場與挪威峽灣的水電/抽水蓄能電站之間用特高壓輸電線路連接，為德國不穩定的風電蓄能調節。

　　其實中國的特高壓遠距離輸電現在已經滯后于可再生能源的發展。德國的風力發電量占總發電量的10%左右，棄風電量比例還不到0.3%。而中國的風力發電量現在才僅占總發電量的不到2%，棄風電量比例就已達15%左右，是德國的50倍左右。中國發生大量棄風的部分原因就是因為遠距離輸電

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