英国、美国和加拿大的公用事业和输电公司高管表示,电网的设计初衷并非是用于应对间歇性可再生能源和电动汽车的涌入。
英国电力网络、美国电力公司(AEP)和安大略发电公司(OPG)的高管在两个不同的会议上发言时也承认,在电网中提供安全、可靠和可负担的电力是一项挑战,而这些电网的设计无法承受气候突发事件,如冰冻天气、森林大火、洪水或暴雨。
不过,他们一致认为,通过规划以及更好地整合电力产生和存储,以消除日常和季节性变化,可以克服这些挑战。他们补充道,核电可以提供基本负荷服务,但直到最近,这一领域通常仍由燃煤发电厂占据。
“电网的设计不是为了处理分散的电力来源,”比如家庭住宅和企业屋顶的太阳能电池板,客户可以通过它向电网购买和出售电力,这是英国电网公司首席执行官Basil Scarsella与美国电力公司首席执行官Nick Atkins在爱迪生电气研究所(EEI)4月24日至29日举行的一场会议上的表述。
英国电网公司负责维护伦敦、英格兰东南部和东部大约11.9万公里的电力电缆和线路,为约2,000万人提供电力,美国电力公司作为美国最大的公用事业公司之一,负责维护长达4万英里的输电网络,同时为11个州提供电力。
Atkins表示,对电网进行脱碳并不容易,成本也不会便宜。
Atkins说,美国电力公司输电网络中电线和变压器的平均使用寿命约为57年,每年仅维护输电网络就需要花费30亿美元。
Atkins表示:“因此,我们在电网翻新、电网扩建以及将可再生能源电力应用能力方面还有很长的路要走,我看到有越来越多的可再生能源电力正在投入使用。”
电动汽车充电需求将不断分散
英国电力网络公司的Scarsella表示,他正在依靠大数据分析来预测电动汽车的电力负荷或用于供暖的电力消耗将出现在何处。Scarsella表示,目前通过燃烧天然气供暖的情况将在未来几年出现改变。
Scarsella说:“所有用电需求不会在同一个地方出现。”
加拿大、美国和英国都设定了净零排放目标,其中包括提高电动汽车销量和可再生能源的份额。
2021年,美国政府设定了一个目标,到2030年,电动汽车将占到所有轿车和货车新车销量的一半,同时英国与30多个发展中国家和发达国家呼吁到2030年停止销售燃油轿车和轻型货车,“努力在2040年或更早实现所有轿车和轻型货车的零排放。”4月7日,英国政府发布了一份咨询报告,讨论其如何实现零排放电动汽车(ZEV)目标。
加拿大的目标是到2026年,新销售的所有轻型汽车中至少20%是零排放汽车,到2030年这一比例达到至少60%,到2035年达到100%。
电网能否应对电动汽车的增长?
电网能否应对电动汽车的激增也是另一个问题。
“如果未来每个人都购买电动汽车,电网还能正常工作吗?答案是否定的。全面支持电动汽车的电网还没有充分建成,尤其是在城市中,还有很多工作要做,”安大略发电公司首席执行官Ken Hartwick 4月27日在《外交政策》杂志关于电网脱碳的讨论中表示。
Hartwick表示,安大略发电公司正计划通过能源结构多元化来满足加拿大电动汽车涌入电网,其中包括采用核电提供基本负荷电力,天然气发电厂满足需求高峰,不过公司认识到,天然气发电厂将重走燃煤发电的老路。安大略发电公司已经拥有4吉瓦的风力发电和7吉瓦以上的水力发电组合,但由于风力发电的间歇性,它只能依靠燃气和核能发电来保障电力稳定性。
这家加拿大公用事业公司正投资128亿加元(约合99亿美元),在达灵顿核电厂安装由通用日立核能公司制造的一个小型模块化反应堆,并希望再投资130亿加元(约合105亿美元),对布鲁斯核电站8个反应堆中的6个机组进行翻新。
电力行业是关键
参加这两个项目的政策制定者表示,他们意识到国民经济电气化和电网脱碳带来的挑战,以及公用事业公司在这一转型中发挥的关键作用。
在EEI论坛开幕日,美国总统气候变化特使John Kerry表示:“如果我们在电力行业都不能做到这一点,那么我们在其他行业也做不到。”
白宫科技政策办公室首席能源转型策略师兼能源事务副主任Sally Benson参加了与Hartwick和核能研究所首席执行官的讨论,她对Hartwick的观点表示赞同。
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寻找合适的平衡点
Benson说,电网是基于可预测的供应设计运行的(从基本负荷的煤炭、天然气或核电机组,以及少量燃油发电),当需求增加时可以启动。但电网并非是为了在风能和太阳能等间歇性能源减少时,快速为这些来源提供补充电力而设计。
她表示,当风能和太阳能发电开始扩大规模时,电网运营商不仅要开始适应,实际上还要擅长应对这些电力潮流,因为这些间歇性能源发电不仅取决于一天中的天气和时间,还取决于一年中的季节。
更重要的是,Benson说,这些模型显示电力来源组合越多,即核能、天然气、风能、太阳能与储能的组合,调度电力的成本就越低。所以现在的关键是“找到合适的平衡点”,以保持电网的可靠性和可承受性。
美国电力公司在其2021年气候影响分析中表示,计划到2030年逐步淘汰73%的煤炭发电能力。目前已经淘汰13.5吉瓦,并计划到2028年再淘汰1,633兆瓦的煤炭发电。与此同时,公司计划到2025年新增10吉瓦的可再生能源装机规模,到2030年再增加6吉瓦的可再生能源装机规模。
与安大略发电公司一样,美国电力公司也在电网领域进行大量投资,包括在能源储存方面,同时还在探索新型发电方式,如模块化核电和研究未来氢能发电。美国电力公司在分析中表示,在任何提供稳定基本负荷以补充间歇性可再生能源发电的讨论中,燃气发电和核能发电都至关重要。
随着交通和供暖等经济部门电气化水平的提升,Atkins表示,“我们必须非常谨慎地应对这一转变。”
Atkins表示,美国电力公司的客户及其投资者对清洁能源的需求正在日益增加,但他们也希望确保电网系统的可靠性和弹性。
监管机制有待完善
然而,他表示,美国完善监管机制的速度仍然不够快,无法跟上消费者和投资者的预期,“因此这种分歧将继续存在。”
成立负责管理美国电网的6个区域输电组织(RTO)和独立系统运营商(ISO)在过去只是为了审查数量相当少的煤炭和天然气项目。而现在需要处理数百甚至数千份申请文件。
今年早些时候,负责协调哥伦比亚特区以及美国中西部和东部13个州全部或部分地区电力的独立系统运营商PJM Interconnection,提议推迟两年接受任何电网接入新申请,因为公司已经积压了超过2,500份许可申请。公司已经成立一个特别工作组研究相关解决方案。
联邦政府也在加紧完善相关制度。美国联邦能源管理委员会(FERC)于2021年发布了一份工作白皮书,并召开了4次技术会议,探讨日益变化的电力市场性质及其运作模式,随后于4月21日采取了两项重大举措。
对能源规划提出了改变
负责监管州际电力传输的联邦能源管理委员会(FERC)对其概述区域输电组织如何规划其电力传输需求和配电成本的2011年第1000号命令提出了修改建议。拟议的规则要求区域输电组织编制具有足够前瞻性的规划,以预测因资源组合和需求变化所驱动的输电需求变化。
FERC表示,由于客户要求使用清洁能源,公用事业公司通过承诺采购可再生能源对客户作出回应,因此“发电配置正在发生迅速变化”。
联邦能源管理委员会表示,它还意识到,随着客户需求的变化,传统的电力使用模式或负荷状况正在发生变化,例如,为互联网服务全天候数据中心供电的需求增加。
监管部门还要求其监管的区域输电组织和独立系统运营商在60天内提交详细报告,说明它们对未来5至10年能源资源需求和负荷概况(或电力使用情况)的看法。
“能源组合和需求的变化、运营挑战以及不断加快的区域一体化进程,都提升了参与区域输电规划和成本分配的重要性,以更有效地或更具成本效益地满足长期输电需求,”联邦能源管理委员表示。
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