可再生能源:让我们正视现实

英国电力消费者可能已经注意到，英国国家电网电力系统运营商(ESO)在4月28日宣布，英国自维多利亚时代以来保持的超过18天没有燃烧任何煤炭发电的“记录”被打破了。ESO主任芬坦·斯莱当时声称“英国最长时间的无煤运行”被广泛报道，包括在E&T．ESO在6月2日表示，这一“令人难以置信的无煤运行”现在已经持续了53天，而且还在继续。

虽然这可能意味着一个重复的事实，即可再生能源正在无情地、无缝地、可靠地取代英国电网中以化石燃料为基础的电力供应，但事实并非如此。

在“破纪录”的时期之前，煤炭对英国发电的贡献仅为2%左右。与此同时，从4月23日星期四开始，英国经历了一个非常温和和平静的七天时期，加上Covid-19，使英国的电力需求比季节性平均水平低了18%左右。与此同时，英国的风力发电实际上已经崩溃，并将在5月3日、6日、7日和8日完全崩溃。

尽管需求减少，但在那一周和5月初，该国仍依赖进口电力来维持照明和医院运行。三个连接欧洲大陆的连接器提供的最大容量为4000兆瓦，相当于三个多座Torness发电站。

在我今年4月进行的一次随机检查中，苏格兰进口了超过1200兆瓦的电力，相当于第二个托内斯(Torness)，以在新冠疫情加速传播之际维持这个平静的国家的运转。

ESO没有提到英国在4月23日很少使用旧的开式循环燃气轮机(ocgt)，可能是为了满足需求。虽然这避免了使用煤炭，但ocgt的效率要低得多，运行成本要高得多，而且与它们所补充的联合循环燃气轮机(ccgt)相比，直接排出的废气向环境释放的热能和二氧化碳要多得多。ocgt通常很少使用，如果有的话，然后在需求和电价都高得多的冬季使用。否则它们就不经济。

在这段“创纪录”的时期，英国10%的电力从欧洲进口。其中大部分是燃煤发电，所以在这个“创纪录”的时期，英国电力并非“无煤”。天然气、核能、太阳能和风能也无法独自维持电力供应。

荷兰约15%的电力来自煤炭。在德国，这一比例约为30% - 38%，当Datteln 4号今年投入使用时，这一比例将会增加，使用的是碳浓度最高的“硬”煤。德国也是荷兰和法国的主要出口国，因此法国对英国的出口通常包括核电和煤电。例如，截至5月30日中午，德国向法国出口了3.6吉瓦，而法国向英国出口了924兆瓦。

在英国脱欧之前，英国一直在努力建立另外6到7个与欧洲大陆的互连点，这将导致英国在实现净零排放的过程中，越来越多地将二氧化碳排放转移到海外。进口电力的碳排放数据不计入英国的统计数据中，这种方法越来越多地被业内人士称为“成本最低的去碳化途径”。

英国发电厂对国内发电的排放缴纳碳税，但对进口不征税，因此投资新天然气发电的经济学被扭曲了。当然，在英国建立新的天然气发电能力要比进口同等水平的煤电清洁得多——即使不考虑碳捕获和封存，天然气也占到污染的大约一半。这就好比大声而自以为是地放弃化石燃料汽车以支持净零排放，而悄悄地在方便的时候继续使用邻居的汽车。

5月6日，Ofgem修订了其“上限和下限”制度，以促进计划中的Greenlink和NeuConnect互连项目的财务规则软化，并试图确保它们继续进行，同时警告说:“互连可以从低碳市场进口，减少系统排放;然而，他们也可以从排放较高的市场进口电力(这对脱碳不利)。”这意味着监管机构不太相信“去碳化的最低成本途径”的说法。

当然，这其中还包括欧盟“共同利益快速通道项目”规划体系，旨在鼓励整个欧洲的互联互通，并通过“连接欧洲基金”(Connecting Europe Facility)提供一些资金，目前该基金几乎包括了英国和欧洲大陆之间计划中的所有项目。如果在英国脱欧后失去了这一点，那么CEF刺激的私人投资的冷却将给ESO及其当前的互连支持政策带来问题。

此外，在英国脱欧之后，英国很可能不得不放弃在能源监管机构合作机构的席位，转而在欧洲传输系统运营商网络中扮演技术问题输入角色。然而，互联网络的运营责任将继续存在，这意味着英国将不得不遵守欧盟现有和未来的能源、竞争和国家援助法规，而英国在很大程度上无法影响这些法规。

那么，英国的未来如何?

在匆忙转向不可预测、不可调度和嵌入式分布式可再生能源和发电之前，从来没有足够的建模和前瞻性投入到电网开发中。这个国家不得不迎头赶上。

去年8月9日的重大电网故障说明了这一点。在一次雷击引发霍恩西风电场和Little Barford CCGT电站故障后，频率控制丢失，115万客户的供应出现故障或“负载脱落”(断开)，约30列火车低频故障，大多数列车必须手动重置，耗时数小时，造成约590项服务中断。Hornsea和Barford都无法履行他们的电网代码“穿越”义务，ESO也没有足够的可用储备。

Ofgem于2020年1月完成了对该事件的初步研究并提交50页的技术问题在ESO、发电公司和两家配电公司的各个角色和工程中都具有国家重要性，这相当于在参与者中无情而精确地识别出无数的技术和程序故障。几乎没有一个关键的技术方面是不重要的。

对于任何电力系统工程师来说，一份几乎令人难以置信、近乎可怕的报告引用了一些重要的“经验教训”:

• “这次停电凸显了在不断发展的电力系统中管理系统安全和稳定性的风险和挑战，以及稳健的行业流程的重要性。”
• “ESO本应更积极主动地理解和解决分布式发电及其对系统安全的影响。”
• “当ESO将复杂的电力系统连接到网络时，它必须能够在网络受到干扰时对其性能进行建模。此外，在重新连接发电机之前，理解和确保故障相关停机背后的问题的过程应该更加可靠。”
• “应考虑进一步改进ESO结构和治理框架，以应对能源转型的挑战。”
• “ESO应该考虑并提出建议来改善……储备、响应和系统惯性……”[这包括平衡服务。]

鉴于其严重关切，Ofgem表示将在今年检讨系统运营商的角色。

哎哟!

可再生能源的普及已经达到了ESO现在公开建议电网需要更多的惯性和无功能力来支持频率和电压稳定的阶段。大型同步电站的关闭将使情况恶化。除了塞斯维尔(Sizewell)，英国所有稳定的核电站都将在未来几年内关闭。我们许多业内人士多年来一直在预测这一点，ESO同样也会一直意识到这一点。ESO宣布的方法是现在呼吁电网用户购买惯性功率和无功功率。这是增加可再生能源的直接后果，将大大增加可再生能源的实际成本和用户的账单。

然而，首先必须设计并提供这种能力。苏格兰电力公司，包括通过2019年10月29日的“移民”利益相关者参与活动，一直在讨论苏格兰中部可能需要多达7个300MVA同步补偿器，带大型飞轮，以保护其电网区域。这些还将提供急需的7000 mva系统故障输入，以保护系统保护，解决Longannet关闭时失去的稳定性问题。

据我所知，世界上还没有其他国家考虑过如此大规模的部署，目前仍处于原型研究阶段。谁知道整个英国要花多少钱，需要多长时间?

英国缺乏大规模同步发电也使该国面临日益严重的“黑启动”问题，这是一个日益严重的危机。风能和太阳能可再生能源无法重新启动我们，而通往欧洲的额外VSC互连器尚未建成。

英国现在是一个私有化和分散的行业，主要由外国企业拥有，显然缺乏法律义务来同意和实施一项最适合用户的长期协调战略，而我们仍然完全依赖欧洲进口来维持照明。

就像放牧猫一样，Ofgem(最好是一个新的中央集权的完全授权的能源机构)需要解决如何集中这些不同的私营公司，以帮助制定和遵循连贯的电网稳定和净零战略。我们不能继续依赖市场，而不是规划和设计英国未来的电网。对于一个主权国家来说，出现这种情况是令人难以置信的。

与此同时，寻求“纪录”真的是在解决排放问题吗?不。风能可再生能源在前所未有的健康危机中失败了吗?是的。

在政府发布下一份能源白皮书之前，能够宣布一个破纪录的“无煤”时期，在政客们面前会很有面子。Ofgem向ESO提出了需要其紧急关注的重要得多的问题。

David Watson是一名特许电气工程师，退休前是福斯特惠勒能源公司的项目经理，该公司位于格拉斯哥，负责该公司苏格兰业务的项目执行管理。