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深度

英國國家電網是如何持續探索低碳發展之路的？

來源：國家電網雜志 | 0評論 | 5403查看 | 2015-12-10 12:32:00

　　2015年10月15日，英國國家電網公司如期公布了今年的迎峰度冬報告。與往年不同的是，在電力與天然氣供應的預測文本之外，英國國家電網公司專門提供了一份清潔能源的預測報告。在過去的3年里，英國可再生能源發電量翻了一番，2015年第二季度，英國可再生能源發電占比已達25%,比2014年同期提升了8.6個百分點，首次超過煤炭的占比，居于第二。

　　作為英國可再生能源法的執行平臺，英國國家電網公司在英國的低碳化進程中發揮著重要作用。可再生能源的快速發展和大規模使用，使得電網對出力預測準確性、電壓、潮流、頻率等參數的控制能力面對著更為嚴格的考驗。電網對可再生能源的消納與傳輸能力如何，是各類出力不穩定的可再生能源能否順利發展的重要前提。

　　西電東送治霧霾

　　1926年，英國以132千伏、50赫茲的主網架建立統一的國家電網。在90年的發展歷程中，英國電力用戶、社會用電量和能源消耗量快速增長。

　　1938年，英國國家電網的電力用戶由1920年的75萬戶激增到900萬戶。1950年，英國國家電網公司預測，到1970年，英國社會用電量約為3000萬千瓦。但實際上，1960年代的電力需求就已經突破了這一預測，英國國家電網不得不急速刷新電壓等級，建設超高壓電網，以適應洶涌而來的電力需求。

　　超高壓電網的出現及時解決了供需矛盾，它強大的能源資源配置能力和對于環境的重要意義也被社會所認識。英國用電需求快速增加，能源消耗量大幅提升，引發了嚴重的環境問題。尤其是東南部負荷中心區需求不斷加大，發電廠數量和裝機規模不斷增長，但該區域環境容量已日趨飽和。從1952年12月5日開始，倫敦連續數日寂靜無風，這導致整個倫敦籠罩在大霧之中。倫敦霧霾事件引起了社會普遍的恐慌，此后，英國走上了長達半個世紀的治霾之路。

　　建設超高壓電網是英國治霾的手段之一。1965年以前，英國電網主要采取就地平衡的方式滿足區域供電需求。但隨著東南部負荷中心區需求的不斷加大，1968年以后，英國出臺了一系列空氣污染防控法案，針對各種廢氣排放進行了嚴格約束。超高壓遠程輸送逐漸成為解決負荷中心區增量需求的主要方式。通過超高壓線路，英國國家電網加強了資源富集區與負荷中心區的連接，以輸電代輸煤的能源運輸方式節約了輸煤成本，緩解了交通壓力，在提升負荷中心區供電能力的同時，也減少了倫敦周邊電廠和排放物的數量。1970年代，英國西電東送的規模達到了600萬千瓦。

　　低碳化浪潮中艱難前行

　　上世紀70年代末，英國經濟發展失速，電力需求增長日趨減緩。同時，英國發、配、售市場里涌入了德國意昂、萊茵集團，法國電力公司等國際巨頭。發電企業從盈利角度考慮，不愿提供更多的系統備用容量，英國電力系統備用裕度持續降低，英國國家電網公司系統調控和平衡的責任日益繁重。

　　隨著英國政府大力推動新能源發展，備用欲度不足的問題更加突出。2008年11月，英國頒布了《氣候變化法案》，成為全球第一個以法律形式設定減排目標的國家。這一減排目標意味著大量穩定的燃煤和燃油機組都將關閉，取而代之的是出力不穩定的可再生能源機組，英國國家電網備用容量不足的問題雪上加霜。

　　為此，英國政府引入了能夠鼓勵長周期新能源投資的差價合同制度和為備用機組提供補償的容量市場制度。作為新制度的執行平臺，英國國家電網以保障供電安全、實現能源脫碳化以及電力用戶負擔成本最小為目標，提供有關容量市場和差價合同的分析，以監測政策效果；對擁有新能源機組的發電企業，它是控制及交易可再生能源比例配額的平臺；對出力穩定的傳統機組或發電企業，英國國家電網公司則運用容量補貼使其甘為備用，以盡量保障可再生能源全額上網。

　　通過容量補貼進行發電側管理，英國國家電網系統的短期備用問題得到了一定程度的解決。但由于電源建設的周期普遍較長，這項政策并沒有馬上改變備用裕度嚴重不足的局面。從 2014年起，英國國家電網公司開始嘗試將這一政策延伸到需求側：邀請大用戶加入一項志愿活動，參與活動的企業可以得到一筆訂金，但他們需承諾在必要時縮減其用電量。2015年11月上旬，由于風力發電量小于預期，在發電側補貼潛力挖盡，網上發電廠盡量滿發的情況下，英國國家電網首次啟動了需求側補貼的非常規方式：通過給大用戶資金補貼，促使其在高峰時段關掉空調等非必要設備，以維持系統平衡。

　　走上“合縱連橫”之路

　　新能源在帶來系統平衡壓力的同時，也給英國國家電網帶來了難得的發展機遇。

　　英國是海島國家，風能資源充足，其風能資源約占整個歐洲的40%。相對于其他清潔能源，風電開發成本相對較低。因此，英國將大力發展風電作為其實現減排目標的主要手段。然而，風電的間歇性、波動性特點對并網電網系統備用和消納能力的要求相對較高。在風電發展初期，英國單機容量3兆瓦以內、擁有風機50臺左右的小型風電場居多。這些小型風電場的總輸出容量一般在20萬千瓦以內，可通過配電網絡向用戶輸送，對大電網的影響和沖擊相對較小。隨著政策刺激力度的加大，英國開始涌現出總輸出容量在50萬千瓦左右的大型風場，配電網絡不再能夠適應其并網需求，直接接入輸電網絡的風場逐年增多，對系統的備用容量和可靠性提出了較高要求。

　　出于對供應安全和效益的雙重考慮，2002年，英國國家電網公司與另外一家國有公共事業單位拉提斯合并，在電力供應的同時還運營天然氣輸配網絡，兩家能源公司的合并提升了英國的能源安全水平。同時，網絡維護與客戶服務業務的合并也節約了人工成本，提升了響應效率。

　　相比陸上風電，海上風電場具有風速高、風力穩定、干擾少、發電量大等優勢，建設規模不受土地制約。近年來，英國離岸風電場越來越多，規模越來越大，2013年7月運營的倫敦陣列風力發電項目是目前全球最大的近海風力發電場，總裝機容量63萬千瓦。很快，這項紀錄又將被約克近海的一個規模為120萬千瓦的近海風力發電場刷新。這些海上巨無霸的發電能力不遜于任何傳統電廠，但并網工程投資量驚人，離岸風電機組之間、風場與陸地之間具有傳輸里程長，容量大等特點，需要大量大直徑海纜。為保證電網的穩定性，需投入建設大量重型變速器等基礎設施。

　　根據測算，未來20年里，海上風電并網所需投資高達170億英鎊。英國國家電網公司曾經謀求投資并直接管理這些并網工程，但未獲批準。2009年后，英國引入第三方企業投資建設從海上風電場到英國國家電網陸上系統的并網工程。失之東隅 ,收之桑榆，離岸風電的并網迅速提升了風電比重，而高占比的風電需要電網有良好的消納能力。作為一個海島國家，英國自身的電能消納能力有限。

　　在風電發展的過程中，英國國家電網獲批建立起與法國、荷蘭、北愛爾蘭電網的連接，運營英法之間的海底電纜，并積極尋求與比利時、挪威、冰島等鄰近國家聯網，以便在更大區域內消納風電，實現與歐洲大陸的互聯與互濟。

　　在與國外能源企業的競爭、合作中，英國國家電網公司也開始主動向海外出擊，通過一系列并購行為，英國國家電網在美國東北部開辟了一個包含天然氣和電力供應業務、超過1000萬客戶的能源市場，走上了一條合縱連橫與自我壯大的道路。

　　推動技術創新與智能升級

　　近年來，英國大力發展智慧城市，智能電網是其核心技術之一。2014年，英國太陽能發電近500萬千瓦。太陽能發電等分布式電源的接入、電動汽車充電、智能化家庭能源管理都需要電網與需求側具有更好的交互性。

　　為此，英國國家電網公司制訂了明確的智能電網發展目標，以期實現高可靠性和高質量的電能供應，靈活接入低碳或無碳發電設備，利用需求側管理技術鼓勵用戶減少能源消耗和碳排放，讓電力系統運行實現碳排放和成本最優，提高整個電網的可視性和交互性。在這一目標的引領下，英國國家電網積極開展智能電網技術的研究、開發和試點，開展配網與主網的傳輸試驗，開發能夠將智能電表、集成高速通信、配電自動化以及家庭能源管理結合在一起的需求側方案，提升了配用電網絡的潮流、信息流交互性，很好地融入了英國的智慧城市戰略，也幫助用戶提高了能效。

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