「東西部聯網」遇阻,遠距離輸電在美國或無路可走

2020-09-05 南方能源觀察

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南方能源觀察

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翻譯 | 唐芊

編輯 | 蔡譯萱

2018年8月14日,美國國家可再生能源實驗室(NREL)時年30歲的工程師約書亞·諾瓦切克(Joshua Novacheck)提出了電網互聯研究,也就是眾所周知的Seams(無縫互聯研究)。在堪薩斯州勞倫斯的專家和決策者會議上,諾瓦切克分享了研究成果。Seams研究表明,美國東西部電網之間更緊密的互聯將加速風能和太陽能的增長,從而極大地減少美國對煤炭的依賴,並為消費者節省數十億美元。

民主黨人最近引用了國家可再生能源實驗室的研究成果,要求爭取數十億美元進行電網升級和政策變更。但由於川普政府是煤炭行業的擁護者,否認氣候變化,在這種情況下, 對於聯邦政府資助的實驗室來說,Seams研究的政治環境並不明朗。美國能源部(DOE)電力部門助理副秘書凱薩琳·凱蒂·傑裡扎給DOE總部就Seams研究的反煤發出了警告郵件,該郵件引發了激烈的內部討論。Investigate West新聞工作室通過採訪5位在川普辦公室與NREL就職的知情者,並根據《信息自由法》(FOIA)從行業從業者那裡得到多達900多頁的文件和郵件往來,發現川普政府最終將阻止Seams的繼續研究,這也將損害美國為減緩氣候變化所做的努力。

消除東西部聯網分界,提升電力調度經濟性

目前美國東部和西部電網之間互聯薄弱。落基山脈兩側建有數千個發電廠,共計950吉瓦的發電容量,然而東西電網之間只能傳輸超過1吉瓦的電量。例如,科羅拉多州的西部電網發電廠向遠在1000英裡以外的加州電網提供電力,但由於缺少互聯,其甚至不能將電力輸送到其隔壁的內布拉斯加州。這種分隔增加了電力成本,無法消納多發的風電和光伏,電網互聯通道少且時常過載,無助於實現高比例可再生能源電力系統的轉型。

Seams的研究要回答一個問題,即連接全美國的廣域電網是否需要花費大量資金。目前,東西部電網中僅有的七個老舊的換流站可調節整個東西電網交互的電流,但究竟是重建換流站還是進行大規模的電網升級,還需要知道哪種方式更經濟。Seams研究給出的假設是,電網升級擴建會創建一個更可靠,可持續和可負擔的電力系統,最終的研究結果也證實了這一假設。

2018年8月22日,NREL負責人艾倫·布魯姆(Aaron Bloom)給美國電力公司和電網運營商的高級別研究員和規劃人員發了郵件,稱美國能源部的政策立場讓Seams的研究觸及到了政策天花板。很快,NREL就擱淺了布盧姆和諾瓦切克的研究項目,禁止他們公布Seams研究結果以及在NREL之外發表關於該研究的任何討論。

2018年底,布盧姆離開了NREL去了私營公司。這項耗資160萬美元的研究已銷聲匿跡。NREL刪除了公布在網站上已完成的調查結果,連同YouTube上的相關視頻。NREL的一份文件顯示,布盧姆和諾瓦切克希望在堪薩斯會議舉行後六周內向頂級電網工程期刊提交一篇文章。但兩年後,論文仍未發表。

自然資源保護委員會(Natural Resources Defence Council)的政策分析師阿瓊·克裡希納斯瓦米(Arjun Krishnaswami)認為川普拒絕開展NREL電網研究的行為,是在把美國能源部及其國家實驗室「深層政治化」。歐洲,中國和其他國家已在遠距離電力輸送技術取得領先,有電網專家表示,在川普的領導下,該技術將在美國無路可走。

堪薩斯峰會召開前幾周,Seams研究進展順利。2018年7月26日,布盧姆在愛荷華州的一次電網研討會上發布了該研究的結果。在活動邀請函中,Seams的輸電網加強計劃研究被形容為「萬億美元的經濟事項」。布盧姆對此解釋道:「這40年以來,我們一直在構想更清潔,更大規模的的現代化電網,現在是時候實現這一目標了。」

在研討會上,布盧姆通過視頻展示了他的團隊如何進行模擬實驗,其中一項試驗展示了如下情景:假設2038年8月熱浪來襲,空調使用的增加使電力需求猛增。隨著太陽逐漸在美國各州升起,光伏發電範圍開始擴大,西部光伏電站的多發的電力可以向東傳輸,進一步壓低中西部的煤電需求。隨著太陽下山,美國中西部風電場啟動,向西部傳輸電力,這能最大限度地降低西部燃煤和燃氣發電機的使用。

布盧姆在愛荷華州會議上說:「這是我們將要看到的全新世界。」 實際上,這一20至35吉瓦的大規模遠距離電力傳輸計劃提議遠遠超出了美國現有電網的承受能力。但是,Seams研究為此提供了解決方向。

根據研究的技術審查委員會要求,Seams把模擬核心情景假設為「碳政策」,根據該政策,發電廠將承受越來越高的碳稅。該模擬情景顯示,廣域的電力傳輸擴大了落基山脈兩側的發電機組的服務範圍,減少了所需的化石燃料機組的數量和降低了其運行時間;由此節省的燃料和設備費用遠遠超過新增輸電線路的費用。隨著碳價的攀升,電網升級的經濟性將尤其顯著。到2038年,每年將減少3500萬噸的CO2排放量,相當於目前美國天然氣生產和傳輸的年度碳排放量。每在傳輸上投資1美元就能獲得約2.5美元或更多回報。此設計最大程度地降低成本把輸電線路連接起來,形成了一個「超級電網」。Seams模擬了一個從華盛頓州到佛羅裡達州長達7500英裡的超級電網,把電力運送到美國各地。到2038年,超級電網每年至少可為消費者節省36億美元。

不符合白宮氣候政策,遭遇政治擱淺

電網升級將使美國降低對煤炭的依賴。根據NREL的模型,未來數十年內,美國境內的煤電廠將陸續全面退役,而輸電網的升級會加速這一進程。在競選中,川普對其陣營中的藍領階層和反監管人士許諾重振「清潔、美麗的煤炭行業」。當選後,他任用煤炭行業的資深人士,退出《巴黎協議》,放鬆煤炭行業監管。但實際上,與歐巴馬政府時期相比,煤炭在川普政府時期反而加速退役。時任能源部秘書長的裡克·佩裡(Eric Rick Perry)承受著挽救美國煤炭行業的巨大壓力,其戰略旨在將煤電廠塑造成能抵禦極端天氣,網絡攻擊和其他緊急情況電網衛士。但監管電力和天然氣市場的聯邦委員會曾一致否決了佩裡關於補貼煤電機組和核電機組的提案。

Seams項目可以增強電網彈性,從而保持電網輸電穩定。在大災難中堅強電網的作用尤為突出,2011年日本海嘯後電網崩潰期間,由於傳輸能力薄弱,大阪附近的發電機組無法為東京東北部陷入困境的核電站提供電力,而這類停電是本可以避免的。電網專家指出,如果美國各電網之間的聯繫更加緊密,美國各地的發電機組就可能幫助加州避免現在由熱浪引起的停電。但是,佩裡卻優先考慮通過保護煤電和核電站來保證電網彈性。

川普政府對監管NREL的能效和可再生能源辦公室(EERE)所有的分析報告也加強了管控。EERE於2018年5月公布了「一級」的加強版名單,要求研究者要通過政治批准才能發表研究結果。「一級」清單裡包括了與電網可靠性或「整個能源部門預測」有關的任何內容,比如化石燃料和可再生能源。NREL的郵件顯示,政府最早在2018年6月就對Seams研究進行了審查。諾瓦切克在郵件中寫道,Seams的結果「極為敏感」,研究人員「未經能源部的直接批准不得發布任何結果。」

在研究資金方面,2018年NREL的預算為4.06億美元,資助主要來源於EERE。但在川普的領導下,政府一再提議削減EERE一半以上的撥款,EERE的財政情況極不穩定,Seams項目的資金還不到NREL預算的百分之一。

能源部發言人於8月21日在一封郵件中重申了該機構早先的聲明,稱Seams項目「仍在審查中」,並「將在完成後發布。」在布盧姆與其合作者起草的最終報告中,能源部對其進行了大量刪節,草稿中沒有直接使用「碳」這一字眼,而是採取了委婉隱晦的說法。例如,「高比例可再生能源」變成「 波動性電源」;「碳價」變成了「排放價」。一些其他表述也被刪除,例如,到2038年,二氧化碳排放量預計下降到2024年的30%。「煤電廠退役」這一表述也被刪除,報告中的彩色條形圖也顯示了Seams研究的輸電網加強計劃使煤電份額縮小為一條細線。但堪薩斯州會議之後,Seams研究則不了了之,其最終報告仍未發布。

2019年初,一組電網專家在一次會議上公開對美國能源部發聲,稱Seams研究已完成,而能源部卻壓制此項目。能源部堅持認定這項研究仍在進行中,並於同年9月發表聲明,宣稱:「能源部工作人員已對初步結果進行了審查,並希望通過推廣項目進一步深入研究,以完成其他方案的模擬與分析,建議Seams研究於2022年發布。」

有科學法律專家警告,在川普的領導下,政客們正以前所未有的方式幹預科學研究。尤其是與氣候變化有關的科學研究,政府則放緩其進度或直接將其雪藏。其中一項是美國能源部委託進行的電網彈性研究,於2018年4月完成。

能源部的幹擾對Seams研究已經產生了實際影響。由於能源部聲稱Seams研究不完整並阻止其發表,Seams研究結果的可信度一再被降低。一份電力交易期刊指出,愛荷華州會議之後有言論甚囂塵上,聲稱Seams甚至都不是一項研究,只是一組描述未來研究的幻燈片。

波士頓大學可持續能源研究所的電力行業專家彼得·福克斯·彭納(Peter Fox-Penner)表示,美國在建立大型電網連接以實現向可再生能源過渡的過程中落後於其他主要經濟體,歐洲、澳大利亞和其他國家已開始很好地處理這些問題,而美國則落在了後面。國際能源署(International Energy Agency)預計,中國日益增長的區域電網互聯可以為其消費者和行業每年節省90億美元。

另一方面, 法規要求能源部每三年對全美電網阻塞報告進行一次更新,該報告是電網規劃的重要組成部分,但其進度比計劃晚了兩年。目前能源部網站仍預計歐巴馬政府2015年研究報告將在2019年更新。

NREL目前的電網研究遇到了麻煩,有多項電網建模的相關研究遭遇瓶頸,除了Seams項目,還有一項是在德克薩斯州,墨西哥和加拿大進行的研究,以及關於電氣化能源能否替代煤炭,天然氣和石油,滿足用能需求的報告。最後一項研究與Seams項目一樣具有政治敏感性,其研究前景依舊不明。

參考資料:

https://www.theatlantic.com/politics/archive/2020/08/how-trump-appointees-short-circuited-grid-modernization/615433/?fbclid=IwAR0cXRpJna9m9-IyK47W1ylI3NgfTzNjkPp9d0Q7ByAQxI-MYlyOSt6FCSU

https://www.jianshu.com/p/596fac45c350#_dt=1598169466220

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