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美国解决电力不足的两大手段:智能电网和超导超级变电站

[日期:2011-06-09] 来源:电力软件网  作者:王喜文 [字体: ]

    美国加州供电严重不足,引发了“电力危机”。当地政府实施了轮流停电措施,但却并非按计划停电,而是经常突然性地停电。 

    由于经常短时间停电,许多人纷纷设置了计算机备用电源,小心防备空调、高层建筑电梯的停止运行。这使居住于酷热地区或高层住宅的居民非常困扰,对加州整体经济造成了严重影响。 

    当时大规模电力不足主要是因为:(1)1996年实施了电力自由化政策,结果形成了一项限制电费涨价的制度,反而遏制了电力公司的设备投资,造成了发电能力的下降;(2)天然气价格上涨;(3)互联网泡沫带动经济过热,用电需求增大;(4)酷暑;(5)安然公司等德州能源联盟进行市场操纵等原因。 

    美国的“西电东输” 

    实际上美国有3000多家电力公司(除了2000多家企业外,还有地方经营的电力公司以及电力行业联盟等)。早在1882年,发明大王爱迪生在纽约就成立了给电灯供直流电的电力公司。当时由于尚不能进行远距离输电,所以就近设立了许多供电公司。 

    1896年采用特斯拉的交流输电技术后,远途输电成为可能。西屋电气在尼亚加拉瀑布设立了大规模水力发电站,能够对远在30公里外的布法罗供电。此后,许多电力公司开始大规模合并,在上世纪30年代大萧条的复苏期国有电力公司的比率得以增加,但是最终美国3000多家电力公司大多并没有能够完全合并,直至今天。


 

 

横贯加州中央平原的高压输电线


     

    这些电力公司为了实现电量的互相融通,长期推进着输电网的互联工作。目前“东部”、“西部”、“德州”三大区域已经能够互联。

 

 

美国三大输电网互联地区



     
    美国输电频率都是60赫兹,但是只有在互联区域内,交流的频率才可以同步,区域外则无法实现互联。尽管互联设备可使交流电转为直流后还能按照其它区域的需求再次转换为交流,但是效率较差,只能转换2GW。为此,从德州向加州输电几乎是不可能的。 

    德州有大量风力发电、亚利桑那有大量太阳能发电,替代能源发电的中心地区大多位于美国西部地区。而电力的最大需求地区则是汇集了纽约、华盛顿特区等大城市的美国东北部。 

    遥远的亚利桑那州能不能低价向东北部供给太阳能发电站所产生的电量呢?为了实现从亚利桑那向东北部的输电,互联问题以及远途大量传输效率问题一直难以解决。 

    解决互联问题的一个方法是推进在与三个地区相交的新墨西哥州地下建设超级变电站。 

    被称为“Tres Amigas”的这一超导超级变电站将花费6亿美元(约39亿元)的建设费用,从2012年开始建设,计划在2014年开始投入使用。据称,最初使用容量为5GW、未来容量可达30GW。


 

 

超导电力转换点机制


     

    Tres Amigas公司负责建设与运营。该公司接受了美国电力公司与政府的资助,但是其本身为民营企业,希望通过电力交易每年获得40亿美元(约259亿元)的营业额。 

    另一个方法是,通过直流进行大容量传输。目前可变压的交流是电网的主力,但是如果点到点输送大容量电力,直流方式效率相对较高。 

    在与特斯拉的交流电进行的竞争中落败的爱迪生的直流电在经历100多年后再次复活。 

    节电的“智能电网” 

    继发电、输电之后,“智能电网”是用电史上的一大技术创新。 

    在家庭与办公场所设置“智能电表”,能够自动读取电表数据并无线发送出去,从而进行自动抄表,让电力公司实现实时的网络监控。 

    进而,电力公司通过分析读取来的每个用户的使用数据,了解用户的电力使用状况,可以向用户提示如何最有效节电,在电力高峰到来时,还可以让电力公司通过远程操作调节空调的温度设置。 

    数据采集与分析加工是硅谷最擅长的信息技术,再加上奥巴马政府的推动,其未来值得期待。美国的“政府扶持政策”主要是2009年制定的《美国复苏与再投资法案》(ARRA),该法案包含了将能源与通信基础设施现代化、降低能源海外依赖度等一系列经济刺激计划。对象涉及范围较广,但是能源领域最大一项是建设“智能电网”的补贴,总预算额约35亿美元(约227亿元)。 

    智能电表是建设智能电网的第一歩。目前在美国已经广泛推进着智能电表的安装工作。例如,电力公司PG&E的智能电表系统由美国银泉网络公司提供,设备硬件由通用电气公司制造。 

    美国银泉网络公司总部位于雷德伍德市,由著名风险投资商与Google联手出资,是一个典型的硅谷高科技企业。 

    在产生对绿色环保领域风险投资热潮的2008年,大型风险投资商Kleiner Perkins公司筹集了巨额资金,目前为14家电力公司提供联接智能电表的无线网络、采集数据进行处理的软件、虚拟主机服务等系统。 

    PG&E基于该系统提供“能源预警服务”。在用户电量使用增加后,电力公司上调一个电价计费段之前,通过电话或短信、电子邮件告知用户。尽管是一个简单的机制,但是未来双方向实时用电量数据的用途必将出现许多扩展。 

    那么,对于电力公司来说,不是希望用户尽可能多用电吗?采用智能电网进行节电对电力公司来说有什么好处呢? 

    电力公司保证一定利润的同时,有义务保障电力稳定供给与推进可再生能源发展。对电力公司来说,在发电量难以增加的现状下,有效调整电量供给,充分利用可再生能源或许对自己更为有利。 

    启示 

    总是号召家庭或企业自主节电来进行节电,效果极为有限。办公场所也经常会有一些诸如少开灯、设置空调温度上限等让员工去忍受痛苦的节电措施。而长途的交通通勤、较长的工作时间却没有什么改变,如果采取远程在家办公与电视电话会议等通过IT技术改变工作方式的做法,或许会有更大的节电效果。 

    为解决高峰期的电力不足,需要按照“短期节电、中期输电、长期发电”的顺序实施组合方法,其中相对于惩罚性管制或让企业分担,政府更应该灵活运用激励性措施,形成让企业自发进行节电的有效机制。 

    此外,在中、长期的电力政策方面,我们也可以参考美国的做法,并加以研究和改进。   (中国贸促会电子信息行业分会供稿   编译:王喜文) 

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