那么，電網(wǎng)是否存在最優(yōu)規(guī)模？最近，美國一項研究認為，電網(wǎng)規(guī)模并不是越大越好，相關(guān)科學(xué)家還根據(jù)實驗得出了最優(yōu)的規(guī)模大小，這個研究結(jié)果在美國引發(fā)了一場有關(guān)電網(wǎng)規(guī)模的討論。

 

    電網(wǎng)發(fā)展有沒有邊界？

 

    上世紀80年代，許多國家和地區(qū)的電網(wǎng)完成了快速擴張，如俄羅斯電網(wǎng)與東歐、中亞、波羅的海國家電網(wǎng)保持同步聯(lián)接。近年來，可再生能源發(fā)展被提上國際日程，電網(wǎng)被視為解決可再生能源發(fā)電裝機所在地遠離負荷集中地問題的關(guān)鍵一環(huán)。通過擴大電網(wǎng)規(guī)模和覆蓋范圍解決新能源消納問題被不少國家納入考慮，歐盟2010年發(fā)布的基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)先計劃中，跨國天然氣與電力超級傳輸網(wǎng)絡(luò)(SuperGrid)的擴大是投資重點。

 

    在美國，電力企業(yè)各自為政，要在如今割裂式的電網(wǎng)格局下發(fā)展新能源，到底是通過實現(xiàn)大范圍聯(lián)網(wǎng)還是零散推行智能電網(wǎng)技術(shù)？曾任美國能源部部長的比爾·理查森在近期發(fā)表的一篇文章中表明了自己的觀點。他認為，目前美國電網(wǎng)格局無法支撐自己提出的新能源發(fā)展目標。“要想將美國的多元化能源生產(chǎn)，特別是太陽能和風(fēng)能的收益最大化，解決電網(wǎng)各自為政的問題就顯得尤為緊迫。舉個例子，在美國中西部地區(qū)，特別是在伊利諾伊州、印第安納州和威斯康星州，風(fēng)電裝機不斷增長，要將風(fēng)電輸送到相鄰的東部電網(wǎng)，就急需更強的跨區(qū)域能源輸送能力……盡管零散推行的‘智能電網(wǎng)’技術(shù)將會獲得一定成效，但美國的電網(wǎng)系統(tǒng)需要升級更新，實現(xiàn)全國范圍的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)當(dāng)提上議事日程。”

 

    面對呼聲和需求，電網(wǎng)這個大型人造系統(tǒng)是否適合不斷擴大？

 

    卓爾德(北京)環(huán)境研究與咨詢首席能源經(jīng)濟師張樹偉認為，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(shù)性障礙，更多的爭論體現(xiàn)在必要性與可行性上。他分析，電力傳輸是損耗較高的能量傳輸方式。通過鐵路運輸，能耗在0.6%，若使用電力機車其能耗會小于0.2%。而目前的直流電力傳輸?shù)木€損率普遍在5%以上。擴大電網(wǎng)范圍與規(guī)模，一方面，導(dǎo)致投資上升與損耗加大，以及日常維護與安全保障需要的增加；但另一方面，卻可以在更大范圍內(nèi)調(diào)配出力特性存在互補可能的電源，節(jié)省裝機與減少系統(tǒng)冗余。“所以，電網(wǎng)的規(guī)模不是越大越好，也不是越小越好。隨著邊際成本的上升與邊際收益的下降，這無疑存在最優(yōu)規(guī)模的問題。”

 

    到底多大才是合適的？

 

    那到底多大的電網(wǎng)規(guī)模才是最優(yōu)的？最近國外一組科學(xué)家圍繞這個話題做了相關(guān)實驗，并嘗試用確切的數(shù)字去回答這個問題。這些科學(xué)家認為，電網(wǎng)規(guī)模并不是越大越好。

 

    近期，美國愛荷華州立大學(xué)電力工程學(xué)教授伊安·多布森以及物理學(xué)家戴維·紐曼和本·卡若拉斯，通過實驗研究得出了電網(wǎng)的最佳規(guī)模大小，并將相關(guān)研究成果發(fā)表在一本名為《Chaos》的科學(xué)期刊上。

 

    這組科學(xué)家通過電網(wǎng)建模來證明，頻率穩(wěn)定等電網(wǎng)優(yōu)點會被大停電帶來的影響所掩蓋，電網(wǎng)規(guī)模變大，有可能成為更大范圍級聯(lián)停電的助推因素。2003年的美加大停電就是一個典型的例子。

 

    卡若拉斯教授通過仿真實驗得出結(jié)論，具有700-1000個節(jié)點的電網(wǎng)（每個節(jié)點由一系列發(fā)電廠、變電站、變壓器等組成，美國西部電網(wǎng)就有約16000個節(jié)點），可以使互聯(lián)電網(wǎng)的優(yōu)勢發(fā)揮到最大，同時使停電成本降到最低，可謂是最優(yōu)的電網(wǎng)規(guī)模。研究人員認為，從這個結(jié)論可以推出，目前一些電網(wǎng)規(guī)模太大。

 

    目前，美國電網(wǎng)由超過9000個發(fā)電廠和30萬英里輸電線路組成，形成了東部、西部和德克薩斯三大聯(lián)合電網(wǎng)，這三大聯(lián)合電網(wǎng)之間僅由少數(shù)低容量的直流線路連接。

 

    此研究結(jié)果一出，立即引起媒體關(guān)注。NBC發(fā)表了一篇題為《有科學(xué)家建議削減電網(wǎng)規(guī)模》的文章，認為卡若拉斯等學(xué)者的研究是在呼吁拆分北美東部和西部兩大電網(wǎng)。

 

    但作為研究者之一的馬德里卡洛斯三世大學(xué)教授卡若拉斯，立即站出來澄清說：“我們的研究目的和研究結(jié)果，并不是為了打破電網(wǎng)連接，事實上也做不到。”

 

    但卡若拉斯教授同時也強調(diào)，研究模型并不能完全代表真實的電網(wǎng)。研究中仿真實驗利用的是美國西部電網(wǎng)的模型，在這些模型里，每個節(jié)點平均代表的是真實電網(wǎng)里的10個節(jié)點。美國阿拉斯加大學(xué)物理學(xué)教授紐曼也認識到，刊登在《Chaos》上的這篇文章，在研究中使用的這種特定模型是理想化、同質(zhì)化的系統(tǒng)，同具體情況千差萬別的實際情況相比，還有很遠的距離，并不能把理想化研究與現(xiàn)實等同。

 

    實際上，研究者們的目的是希望提醒電網(wǎng)設(shè)計者，在設(shè)計電網(wǎng)時多考慮成本和效益，以及激發(fā)更多避免停電的新思考和新手段。但他們的觀點常常被解讀成對于電網(wǎng)工程的攻擊或者被認為并沒有多大意義。

 

    但卡若拉斯教授堅持，這次的研究報告有助于樹立一種理念：電網(wǎng)設(shè)計者考慮擴大互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的時候，應(yīng)將停電風(fēng)險納入損益計算中。這種理念可以應(yīng)用在發(fā)展中國家以及計劃增加跨國聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的歐洲國家。值得一提的是，擴大電網(wǎng)互聯(lián)范圍但不帶來停電風(fēng)險也是有可能的。紐曼教授指出，可以謹慎地考慮通過弱連接來限制地區(qū)電網(wǎng)中的停電風(fēng)險。