全球能源互联网:理想与现实的碰撞

发布时间: 2016-05-04 来源: 能源汇智

  “全球能源互联网”概念背景2015年2月3日,国家电网公司董事长、党组书记刘振亚在《全球能源互联网》一书中首次提出建设“全球能源互联网”的理论构想。他提出:全球能源互联网将是以特高压电网为骨干网架(通道),以输送清洁能源为主导,全球互联泛在的坚强智能电网。将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网的国家泛在智能电网构成,连接 “一极一道”和各洲大型能源基地,适应各种分布式电源接入需要,能够将风能、太阳能、海洋能等清洁能源输送到各类用户,是服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台,也是实施能源开发上的清洁替代和能源消费上的电能替代(两个替代)的关键。国家电网认为“全球能源互联网”的建设将使人人享有充足、清洁、廉价、高效、便捷的能源供应。

  “全球能源互联网”的实施路径可归纳为:一个布局——全球能源互联网”;两个原则—— 清洁发展;全球配置;三个阶段——国内互联;洲内互联;洲际互联;四个特征——网架坚强;广泛互联;高度智能;活动开放;以及五个功能——能源输送;资源配置;市场交易;产业带动;公共服务。

 一、“全球能源互联网”应当进行充分的科学论证

  现实派:“全球能源互联网”作为一个长远宏大的战略,理当在战术层面进行科学论证。

  “全球能源互联网”作为一个战略目标有必要进行前瞻性研究,看清未来世界格局和挑战,再来谈技术。因此,至少应当对其进行如下五个要素分析:

  一是需求暨必要性,指电力消费大国有无因对零碳能源(主要指风力、光伏)需求的紧迫性而产生的跨国及洲际电力贸易;

  二是规划暨合理性,指基于前述需求,如何设立国家间的合作框架、路线图,并保障各参与方的利益;

  三是收益暨经济性,指“全球能源互联网”的建设成本及收益预测,以及最优工程设计方案;

  四是技术暨实现的必要条件,指“全球能源互联网”必须解决区域电网的分裂性、输电线路容量不足等技术难题;

  五是安全暨合作主要顾虑,指全球能源治理的各国主要决策者对“全球能源互联网”的决策意志、愿望及博弈。

  五项要素中,前四项为方案实施的必要条件,而第五项为影响因素。毕竟,大多数人认同如果有资源必要性、经济合理性和技术可行性支撑,政治和外交终归还是要为社会服务的。但对“全球能源互联网”的方案如何开展应当首先对上述要素进行科学的充分论证。

  理想派:“全球能源互联网“是与时俱进的宏大目标,有目标才有实现的可能。

  中国缺少像AmoryLovins和JeremyRifkin这样的能源战略家。放眼国际,发达资本主义国家非常擅长的经济发展策略之一——就是不断推出一些看上去很美的新概念,去引领、影响、甚至逼迫发展中国家始终保持跟随的队形。比如近两年非常时髦的云计算,大数据,也包括智能电网,需求侧管理,柔性输电等等。不能率先提出影响深远且布局合理的新概念的国家或公司,势必在全球化竞争中处于被动地位。因此,必须肯定国网主席刘振亚于2009便提出并组织研究了“全球能源互联网”的设想,这在中国当前国情下是非常难能可贵的。

  “全球能源互联网”是在世界范围内利用新兴的能源互联网技术对能源进行重新分配、从而更及时有效满足全球能源需求变化的一种与时俱进的方案设想。我们也看到习主席亦于2015年9月在联合国大会发言上倡议探讨“全球能源互联网”,而早在2015年7 月,国际能源治理领域非常有影响力的国际能源署已经和中国国家电网成立了联合工作组,积极探讨、深入研究“全球能源互联网”的可行性,上述言论及举措表明无论实在中国国家领导层面以及国际社会对“全球能源互联网”这一概念的提出都达到了的相当的重视程度。

  我们同意在落地方案上有必要进行贵方所说的科学论证。但反观国内,贵方所提的完整分析框架并没有被很好利用,对“全球能源互联网”的大部分反对观点停留在第五个影响要素“政治和国家安全”的层面。事实上,政治、国家安全甚至技术都不是全球能源互联的障碍,实现全球能源互联的关键在于市场需求。人类需要交流、沟通和贸易,通讯和交通的全球互联便应运而生。一旦电力产生全球贸易的市场需要,而电从远方来更清洁更便宜时,全球能源互联网就很有可能会随着时间的推移而应运而生了。

 二、需求是否存在?

  现实派:能源总体供应过剩的局面下恐难在短期内产生全球清洁电力贸易需求。

  讨论“全球能源互联网”,就不得不谈谈“能源互联网”这个大能源互联的概念,说说两者的区别。能源互联网指在信息技术的基础上,打通能源发、输、配、送及终端环节,消费终端既是生产者又是消费者,同时在电网、气网、热网等不同能源系统之间进行互联互补。“能源互联网”中能源在需求侧与供应侧的高度集成形成一种从能源供应方到用户最优化的能源系统。

  而“全球能源互联网”则是对可再生能源进行全球化配置,是对太阳能的光照进行全球性时间互补,对各国的风能进行空间互补,偏重于可再生能源供应侧的长输;忽视了“能源互联网”中消费侧的自我供应功能以及供应侧多能源间的优选替换功能。

  就供应侧优化而言,就近与经济是普遍的原则。当前,由于经济低迷、能耗下降而导致能源需求总量下降,最终造成负荷中心本地发电厂的利用率下降。过剩不仅是中国独有的,更是全球范畴的普遍现象,诸如Uber,Airbnb之类的共享经济就是建立在供应冗余的基础上的,这类共享经济的火爆实则为社会经济的各个层面出现过剩的表征。我们相信全球能源需求总体过剩的状况恐难支撑舍近求远的清洁电力需求。

  在全球化资源要素配置的前提下,“能源互联网”是不是一定最先通过电网互联实现呢?实际上电网、天然气网络、煤炭的海运与陆路运输网络等的优化高效运营已经创造了经济、有效的能源流通路径。

  退一步讲,即便消费侧的负荷中心有对清洁能源的巨大需求,那么消费侧自身是否缺乏清洁能源其实是个伪命题,因为可再生资源量足够大,问题本质在于成本是否可行。EnvironmentAmericaResearch&PolicyCenter的研究表明,海上风电每年发电潜力为17万亿千瓦时,陆上风电发电潜力为33万亿千瓦时,光热发电的潜力为116万亿千瓦时,而地面大型光伏发电的潜力高达283万亿千瓦时,远远超过美国的电力需求。所以,全球电力的需求应当建立在经济性的比较上。

  理想派:“全球能源互联网”与“能源互联网”二者相互补充,互联的本质是应需求而生。

  作为“全球能源互联网”的乐观派,我们赞同对其经济性、可行性、存在的风险的种种讨论,也乐见对其赞赏、支持、怀疑、反对等千差万别的态度。需要指出的是“全球能源互联网”与“能源互联网”并非“非此即彼”的对立关系,而是“相互补充”关系。

  我们认为当“能源互联网”中的分布式电源和微网发展到一定程度,出现共同利益需求就会产生互联。那么当世界各负荷中心对清洁能源的需求与生产中心的清洁能源供应在某个价格/成本上对接,“全球能源互联网”便应这种需求而生。

  全球范围内已经建立起通讯网、交通网,而“全球能源互联网”的目标则是建设全球电力高速公路,这就像能源界的Uber和Airbnb,使电力按照实际距离与输送功率互相调剂余缺。应当说“能源互联网”与“全球能源互联网”存在共性目标,未来“网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动”的智能电网将助推“能源互联网”的建设。

三、规划是否合理?

  现实派:国内互联与跨国互联尚且难以实现,何论洲际互联?

  既然刘振亚董事长已经提出“先国内,后洲内,再洲际”的“全球能源互联网”三阶段实施路径,那就应当在有能力解决国内诸多电网难题的基础上建立洲内互联,最后才考虑洲际互联,否则“全球能源互联网”一说就只是空中楼阁。

  国网首先应当解决的国内电网问题包括并不限于以下几点:不少农村电力系统脆弱无力甚至支撑家庭冰箱、空调等家电运行;经济放缓、结构转型导致电力负荷中心所在地的高效环保机组尚不能充分利用,进而导致特高压利用率偏低,而输送费因效率低下昂贵,最终引发多地弃水、弃风、弃光率走高的结果。对于上述问题,国网打算如何解决?

  此外,国内区域电网如华北和华东、南网和国网尚未实现互联,全国特高压电网的安全风险并无实际经验充分论证,那么唯有全面、充分论证洲际互联的安全风险后方可开展“全球能源互联网”方案。

  理想派:跨国电网早已存在,洲内与洲际互联电网提议早已存在。

  国内联网、跨国互联与洲际互联确实是“全球能源互联网”的三阶段,但这三阶段是充分条件关系而非必然条件关系,主要还是看资源要素的全球化配置需求。实际上中国与周边国家的电网互联已经存在并运行多年,比如俄罗斯向我国的电力输入与南方电网向越南、老挝、泰国等东南亚国家的电力输出合作早。而蒙古等国家也对 “全球能源互联网”表示合作感兴趣,因而,完全有条件进一步扩大跨国电网合作。

  就洲内互联与洲际互联而言,“全球能源互联网”的设想并非无中生有。比如美国早在上世纪七十年代发展可再生能源的初期就进行了远距离电力联网类似研究;日本设计了在中国和蒙古的沙漠建设大规模光伏电站向日本送电的计划,并在2000年前后在蒙古国做了一座兆瓦级的电站进行示范,希冀将戈壁改造为沙漠绿洲;欧盟制定了“2050能源路线图计划”,计划在2050年构建出强大的电力互联网,以完成从日照条件非常好的南欧国家向德法等传统工业国家输送最高近50吉瓦的国际化电网框架;而“沙漠能源科技” (DESERTEC)计划,试图将北非国家丰富的光热、光伏发电资源通过跨海电网输与欧洲大电网相连,送电至意大利和西班牙南部,实现对可再生能源的更大规模利用。国际能源领域这么多案例的出现表明洲内互联与洲际互联并非虚无,而是能源领域具备战略意义的目标。

 四、经济是否可行?

  理想派:“全球能源互联网”将是由差价产生的需求。

  “全球能源互联网”是商业化理念,必然是在经济可行的基础上操作。国网主席刘振亚曾举例说明其经济可行性:比如中国新疆风电目前成本约每度电人民币五毛钱,而德国缺电且其平均电价为25美分以上;那么,由新疆输送风电至德国的总成本约12-13美分,包括发电成本8美分,输送费约4-5美分,二者之间有明显差价,便会产生国际贸易,就有建设洲际互联的必要性。

  现实派:成本的估算应在统一范畴的能源成本曲线上比较。

  首先,请以数据说明德国电价构成。我们认为“平均电价25美分”至少存在三种错误:1.混淆上网电价跟终端电价;2.混淆不同行业的巨大差别;3.此电价中含税与补贴等政府调节手段。

  其次,请统筹考虑“外来可再生能源+特高压”与“本地可再生能源+储能成本”的能源成本曲线,方可测算潜在贸易量。

  第三,从另一个角度看,在建设洲际特高压前应当评估当前国内特高压输电线的利用率,除了西南水电和三峡的外送工程在政府规划下利用效率较高外,晋东南到湖北荆门、哈密到郑州等线路的利用率都比较低。利用率低是容量过剩的反应,国网有无对这些低利用率项目的经济性进行过评估?

  理想派:世间没有绝对的过剩。

  首先,绝大多数的商品可能会过剩或短缺,但某种意义上说,能源永远不会过剩,因为人的欲望是无穷的。当前过剩未必代表永久过剩。

  其次,下面是贵方需要的德国电价构成。需要说明的是,新疆输电外送与运煤外送的经济性比较早已经被多家第三方机构验证,欧洲有效联网虽未完全实现,但跨国电力交易其实一直都在进行,并缓速增加。一种新的理念提出需要较长时间实现,其可行性及实现路径取决于技术发展以及各方利益的平衡与博弈。站在今天,我们无法完全清晰地预见未来,但如果没有梦想,我们可能就根本等不到美好的未来。

图2:德国终端电价结构

 五、技术能否支撑?

  现实派:“全球能源互联网”要解决的不仅是超长距离输送的技术,还涉及与各国电网的兼容。

  实现电力全球互联,需要更远距离的电力主干输送线路,这将是国网面临的巨大技术挑战。欧洲“泛欧洲电力市场”项目中,欧洲不仅面临连接容量不足的障碍,更面临各国电力间网络结构分离的挑战。尽管欧洲试图通过区域性推进整合欧洲电力市场,比如分别整合北欧及西欧地区国家。然而,区域市场的存在却助推了分裂的电网结构继续存在。此外,诸如不列颠群岛和斯堪的纳维亚半岛的地区电网频率与欧洲大陆并不相同。这一系列问题都需要技术来解决。

  “全球能源互联网”面对更多的国家,更广阔的区域,更远的输送距离,必然会遇到更多的挑战。那么国网是否有足够的技术支撑来面对方案所面临的挑战?

  理想派:科技发展的不可预见性使得技术并不构成障碍。

  贵方提及的上述技术问题有些是当前有钱即可解决的,比如频率不同可在每一端增加变压器,以调整功率。有些当前可能无法解决,但问题的关键其实应该是我们解决困难的动力。当年三峡建设中的一个故事就是很好的例证:三峡截流的时候丢下去的石头不够大被冲走,最后是通过几天之内调集了全葛洲坝的焊工做了一个大铁笼装了几十块石头才解决了这个当时的难题。

  科技与经济的发展是我们不可能完全预见的,当年马云带着“阿里巴巴”去找投资人时受到的质疑和白眼估计远胜于“全球能源互联网”,所以不能因某个理念当前没有可行的技术方案打击它或直接放弃。以国网的强大资源动员能力,相信“全球能源互联网”并非只是一个空想。

六、合作安全及其他可能因素可否保障?

  现实派:“全球能源互联网”必须应对经济、技术、政治、监管、社会等方面的多重挑战。

  挑战是多方面的,在欧洲的“泛欧洲电力市场”规划中也会遇到社会层面的挑战:比如土地所有者对项目线路的反对亦会造成障碍;冗长的审批流程以及过低的输配线项目利润会打击私营企业投资的积极性。

  社会因素中更重要的部分是政治和外交,中国面临的政治环境等诸多方面并不具备条件,而创造这些条件实则比“全球能源互联网”更难,欧洲国家间发展水平相近,文化相对统一,又同在欧盟内,建设一个泛欧电网尚且如此之难,国网的洲际互联将毫无疑问地迎来更艰巨的挑战。且不论洲际,如需建立亚洲超级电网应当如何解决半岛互联的政治问题?

  “全球能源互联网”是一项众多国家间的合作,“泛欧洲电力市场”的投资大约为1400亿欧元,“全球能源互联网”的投资肯定会更庞大。那么,这巨额投资理当在合作国之间分担。尽管倡议是国网提出的,但如此高规模的投资需要在国家层面来落实是否必要,国内反对声音比国外大的一个主要原因是因为事关国家资源的投入。而外部国家的支持也不应仅仅是口头支持,我们应当看那些赞成全球能源互联网建设的国家,是否愿意投资开展研究并最终花钱购买服务?

  理想派:“全球能源互联网”应当成为国家战略,中国的政治制度适合成为此类超大项目的执行人。

  将电变为资本输出到国外形成影响力始终是建立在经济性基础上的,能给主导国家带来实质性经济利益的。习总书记在联合国大会上提到“全球能源互联网”也说明国家层面上对“全球能源互联网”在战略层面是支持的。

  此外,中国传统的威权政治体制,表明我们是世界上最适合搞超大项目的民族。国家电网运作国际项目能力已经非常成熟,亦不缺乏国际化人才。由中国来主导“全球能源互联网”,实则是一种主动的对外能源战略;而由国网来执行该方案,至少拥有一定人才及资源优势。

  我们相信“全球能源互联网”在推动过程中一定会遇到来自各方面的障碍和挑战,但这个理念自提出后便引起了广泛的讨论,实际已经昭示了某种意义上的成功。

关键词: 能源互联网

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