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“东西部联网”遇阻,远距离输电在美国或无路可走

日期:2020-08-28    来源:南方能源观察  作者:唐芊 蔡译萱

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2020
08/28
08:48
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关键词: 发电容量 东西电网 可再生能源电力

2018年8月14日,美国国家可再生能源实验室(NREL)时年30岁的工程师约书亚·诺瓦切克(Joshua Novacheck)提出了电网互联研究,也就是众所周知的Seams(无缝互联研究)。在堪萨斯州劳伦斯的专家和决策者会议上,诺瓦切克分享了研究成果。Seams研究表明,美国东西部电网之间更紧密的互联将加速风能和太阳能的增长,从而极大地减少美国对煤炭的依赖,并为消费者节省数十亿美元。

民主党人最近引用了国家可再生能源实验室的研究成果,要求争取数十亿美元进行电网升级和政策变更。但由于特朗普政府是煤炭行业的拥护者,否认气候变化,在这种情况下, 对于联邦政府资助的实验室来说,Seams研究的政治环境并不明朗。美国能源部(DOE)电力部门助理副秘书凯瑟琳·凯蒂·杰里扎给DOE总部就Seams研究的反煤发出了警告邮件,该邮件引发了激烈的内部讨论。Investigate West新闻工作室通过采访5位在特朗普办公室与NREL就职的知情者,并根据《信息自由法》(FOIA)从行业从业者那里得到多达900多页的文件和邮件往来,发现特朗普政府最终将阻止Seams的继续研究,这也将损害美国为减缓气候变化所做的努力。

消除东西部联网分界,提升电力调度经济性

目前美国东部和西部电网之间互联薄弱。落基山脉两侧建有数千个发电厂,共计950吉瓦的发电容量,然而东西电网之间只能传输超过1吉瓦的电量。例如,科罗拉多州的西部电网发电厂向远在1000英里以外的加州电网提供电力,但由于缺少互联,其甚至不能将电力输送到其隔壁的内布拉斯加州。这种分隔增加了电力成本,无法消纳多发的风电和光伏,电网互联通道少且时常过载,无助于实现高比例可再生能源电力系统的转型。

Seams的研究要回答一个问题,即连接全美国的广域电网是否需要花费大量资金。目前,东西部电网中仅有的七个老旧的换流站可调节整个东西电网交互的电流,但究竟是重建换流站还是进行大规模的电网升级,还需要知道哪种方式更经济。Seams研究给出的假设是,电网升级扩建会创建一个更可靠,可持续和可负担的电力系统,最终的研究结果也证实了这一假设。

2018年8月22日,NREL负责人艾伦·布鲁姆(Aaron Bloom)给美国电力公司和电网运营商的高级别研究员和规划人员发了邮件,称美国能源部的政策立场让Seams的研究触及到了政策天花板。很快,NREL就搁浅了布卢姆和诺瓦切克的研究项目,禁止他们公布Seams研究结果以及在NREL之外发表关于该研究的任何讨论。

2018年底,布卢姆离开了NREL去了私营公司。这项耗资160万美元的研究已销声匿迹。NREL删除了公布在网站上已完成的调查结果,连同YouTube上的相关视频。NREL的一份文件显示,布卢姆和诺瓦切克希望在堪萨斯会议举行后六周内向顶级电网工程期刊提交一篇文章。但两年后,论文仍未发表。

自然资源保护委员会(Natural Resources Defence Council)的政策分析师阿琼·克里希纳斯瓦米(Arjun Krishnaswami)认为特朗普拒绝开展NREL电网研究的行为,是在把美国能源部及其国家实验室“深层政治化”。欧洲,中国和其他国家已在远距离电力输送技术取得领先,有电网专家表示,在特朗普的领导下,该技术将在美国无路可走。

堪萨斯峰会召开前几周,Seams研究进展顺利。2018年7月26日,布卢姆在爱荷华州的一次电网研讨会上发布了该研究的结果。在活动邀请函中,Seams的输电网加强计划研究被形容为“万亿美元的经济事项”。布卢姆对此解释道:“这40年以来,我们一直在构想更清洁,更大规模的的现代化电网,现在是时候实现这一目标了。”

在研讨会上,布卢姆通过视频展示了他的团队如何进行模拟实验,其中一项试验展示了如下情景:假设2038年8月热浪来袭,空调使用的增加使电力需求猛增。随着太阳逐渐在美国各州升起,光伏发电范围开始扩大,西部光伏电站的多发的电力可以向东传输,进一步压低中西部的煤电需求。随着太阳下山,美国中西部风电场启动,向西部传输电力,这能最大限度地降低西部燃煤和燃气发电机的使用。

布卢姆在爱荷华州会议上说:“这是我们将要看到的全新世界。” 实际上,这一20至35吉瓦的大规模远距离电力传输计划提议远远超出了美国现有电网的承受能力。但是,Seams研究为此提供了解决方向。

根据研究的技术审查委员会要求,Seams把模拟核心情景假设为“碳政策”,根据该政策,发电厂将承受越来越高的碳税。该模拟情景显示,广域的电力传输扩大了落基山脉两侧的发电机组的服务范围,减少了所需的化石燃料机组的数量和降低了其运行时间;由此节省的燃料和设备费用远远超过新增输电线路的费用。随着碳价的攀升,电网升级的经济性将尤其显著。到2038年,每年将减少3500万吨的CO2排放量,相当于目前美国天然气生产和传输的年度碳排放量。每在传输上投资1美元就能获得约2.5美元或更多回报。此设计最大程度地降低成本把输电线路连接起来,形成了一个“超级电网”。Seams模拟了一个从华盛顿州到佛罗里达州长达7500英里的超级电网,把电力运送到美国各地。到2038年,超级电网每年至少可为消费者节省36亿美元。

不符合白宫气候政策,遭遇政治搁浅

电网升级将使美国降低对煤炭的依赖。根据NREL的模型,未来数十年内,美国境内的煤电厂将陆续全面退役,而输电网的升级会加速这一进程。在竞选中,特朗普对其阵营中的蓝领阶层和反监管人士许诺重振“清洁、美丽的煤炭行业”。当选后,他任用煤炭行业的资深人士,退出《巴黎协议》,放松煤炭行业监管。但实际上,与奥巴马政府时期相比,煤炭在特朗普政府时期反而加速退役。时任能源部秘书长的里克·佩里(Eric Rick Perry)承受着挽救美国煤炭行业的巨大压力,其战略旨在将煤电厂塑造成能抵御极端天气,网络攻击和其他紧急情况电网卫士。但监管电力和天然气市场的联邦委员会曾一致否决了佩里关于补贴煤电机组和核电机组的提案。

Seams项目可以增强电网弹性,从而保持电网输电稳定。在大灾难中坚强电网的作用尤为突出,2011年日本海啸后电网崩溃期间,由于传输能力薄弱,大阪附近的发电机组无法为东京东北部陷入困境的核电站提供电力,而这类停电是本可以避免的。电网专家指出,如果美国各电网之间的联系更加紧密,美国各地的发电机组就可能帮助加州避免现在由热浪引起的停电。但是,佩里却优先考虑通过保护煤电和核电站来保证电网弹性。

特朗普政府对监管NREL的能效和可再生能源办公室(EERE)所有的分析报告也加强了管控。EERE于2018年5月公布了“一级”的加强版名单,要求研究者要通过政治批准才能发表研究结果。“一级”清单里包括了与电网可靠性或“整个能源部门预测”有关的任何内容,比如化石燃料和可再生能源。NREL的邮件显示,政府最早在2018年6月就对Seams研究进行了审查。诺瓦切克在邮件中写道,Seams的结果“极为敏感”,研究人员“未经能源部的直接批准不得发布任何结果。”

在研究资金方面,2018年NREL的预算为4.06亿美元,资助主要来源于EERE。但在特朗普的领导下,政府一再提议削减EERE一半以上的拨款,EERE的财政情况极不稳定,Seams项目的资金还不到NREL预算的百分之一。

能源部发言人于8月21日在一封邮件中重申了该机构早先的声明,称Seams项目“仍在审查中”,并“将在完成后发布。”在布卢姆与其合作者起草的最终报告中,能源部对其进行了大量删节,草稿中没有直接使用“碳”这一字眼,而是采取了委婉隐晦的说法。例如,“高比例可再生能源”变成“ 波动性电源”;“碳价”变成了“排放价”。一些其他表述也被删除,例如,到2038年,二氧化碳排放量预计下降到2024年的30%。“煤电厂退役”这一表述也被删除,报告中的彩色条形图也显示了Seams研究的输电网加强计划使煤电份额缩小为一条细线。但堪萨斯州会议之后,Seams研究则不了了之,其最终报告仍未发布。

2019年初,一组电网专家在一次会议上公开对美国能源部发声,称Seams研究已完成,而能源部却压制此项目。能源部坚持认定这项研究仍在进行中,并于同年9月发表声明,宣称:“能源部工作人员已对初步结果进行了审查,并希望通过推广项目进一步深入研究,以完成其他方案的模拟与分析,建议Seams研究于2022年发布。”

有科学法律专家警告,在特朗普的领导下,政客们正以前所未有的方式干预科学研究。尤其是与气候变化有关的科学研究,政府则放缓其进度或直接将其雪藏。其中一项是美国能源部委托进行的电网弹性研究,于2018年4月完成。

能源部的干扰对Seams研究已经产生了实际影响。由于能源部声称Seams研究不完整并阻止其发表,Seams研究结果的可信度一再被降低。一份电力交易期刊指出,爱荷华州会议之后有言论甚嚣尘上,声称Seams甚至都不是一项研究,只是一组描述未来研究的幻灯片。

波士顿大学可持续能源研究所的电力行业专家彼得·福克斯·彭纳(Peter Fox-Penner)表示,美国在建立大型电网连接以实现向可再生能源过渡的过程中落后于其他主要经济体,欧洲、澳大利亚和其他国家已开始很好地处理这些问题,而美国则落在了后面。国际能源署(International Energy Agency)预计,中国日益增长的区域电网互联可以为其消费者和行业每年节省90亿美元。

另一方面, 法规要求能源部每三年对全美电网阻塞报告进行一次更新,该报告是电网规划的重要组成部分,但其进度比计划晚了两年。目前能源部网站仍预计奥巴马政府2015年研究报告将在2019年更新。

NREL目前的电网研究遇到了麻烦,有多项电网建模的相关研究遭遇瓶颈,除了Seams项目,还有一项是在德克萨斯州,墨西哥和加拿大进行的研究,以及关于电气化能源能否替代煤炭,天然气和石油,满足用能需求的报告。最后一项研究与Seams项目一样具有政治敏感性,其研究前景依旧不明。


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