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，相關科學家還根據(jù)實驗得出了最優(yōu)的規(guī)模大小，這個研究結果在美國引發(fā)了一場有關電網(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)布的基礎設施優(yōu)先計劃中，跨國天然氣與電力超級傳輸網(wǎng)絡(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？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，特別是太陽能和風能的收益最大化，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，風電裝機不斷增長，要將風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)應當提上議事日程。”

 

    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不存在技術性障礙，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調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？最近國外一組科學家圍繞這個話題做了相關實驗，并嘗試用確切的數(shù)字去回答這個問題。這些科學家認為，電網(wǎng)規(guī)模并不是越大越好。

 

    近期，美國愛荷華州立大學電力工程學教授伊安·多布森以及物理學家戴維·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，并將相關研究成果發(fā)表在一本名為《Chaos》的科學期刊上。

 

    這組科學家通過電網(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。

 

    此研究結果一出，立即引起媒體關注。NBC發(fā)表了一篇題為《有科學家建議削減電網(wǎng)規(guī)模》的文章，認為卡若拉斯等學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，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。美國阿拉斯加大學物理學教授紐曼也認識到，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)設計者，在設計電網(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)設計者考慮擴大互聯(lián)電網(wǎng)規(guī)模的時候，應將停電風險納入損益計算中。這種理念可以應用在發(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)中的停電風險。