除了炸鸡,养活美国德州的大概是风能发电 | 黑马荐文
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除了炸鸡,养活美国德州的大概是风能发电 | 黑马荐文

德州农民和他脚下的土地,迎来了不同寻常的好日子....

推荐星级:★★★★

阅读时长: 8分钟。

推荐理由:中国虽为风能产量最高的国家,或将彻底放弃风能了。但在美国德州,风能产业正在经历爆发式的增长。深蓝 Deeper Blue 推荐在德州风能发展的参照系下,去理解中国的风能产业。黑马哥推荐给你。本文由深蓝Deeperblue(微信ID:deeperbluetech)授权i黑马发布,深蓝翻译组翻译。

大概一般人对于美国德克萨斯州的理解仅止于炸鸡了。

如果德州是一个国家,那么它是世界上的第六大风能国家。根据 Global Wind Energy Council 的最新数据,前五大分别是:中国、美国、德国、印度、西班牙。

中国是第一大风能产能国家。然而,电力是一个无法大量储存的能源,需要 “发-供-用” 三个步骤,瞬时同步进行。所以发电和送电得一起,否则只能 “弃风弃电”。比如从新疆甘肃输送到华北华东要几千公里,必须用特高压才能把电力送出去。

而德州不仅胜在它是风能的产能大州,常年拥有稳定风源,更重要的是,它地处要道:连接西部荒地与北部大城市(包括达拉斯、奥斯汀、圣安托尼奥、休斯顿)。这是新疆甘肃所没有的条件。

德州政府的一些措施也使得风能在德州能够广泛发展。2002 年,德州解除了对能源市场的管制。这之后,发电、电力输配、与电力销售,这三者得以职能分开。

在中国,同样也正进行着一场电力改革:以广东、贵州、重庆为试点,这些省份城市正在建立电力交易市场、让电力定价逐步市场化,并发电、售电、配电三者分开。

此前,中国电力市场中,售电侧有效竞争机制并未建立,广东、重庆在 2015 年底获得了试点资格。但进一步的改革效果,目前仍然难以评估。但这一改革方案,很可能不利于中国风能发展。

“现在的电改方案,会进一步削弱风电竞争能力。新的电改方案会进一步取消风电补贴,以前它作为清洁能源受到支持,而这一部分在之后会逐渐拿掉,” 清华大学机电系柴建云教授告诉深蓝 Deeper Bule,他主要研究电网 “风电消纳”,其实验室正在研究如何解决风电冲击电网的技术难题。

“这是因为,在制定新的电改方案时,没有计入碳交易的成本。只有把碳成本、碳排放污染都纳入发电成本中,这样风电才会有竞争力。而地方保护火电的政策,会给发电指标,会把更多指标分给火电。以至于风电要从火电站去买发电指标,这进一步推高了风电成本,” 他说。

在柴建云眼中,中国在技术上要达到德州水平,“完全不是问题”。在中国普遍存在的风电弃电现象,不是技术问题,而是地方政府的政策问题——这一政策保护火电,原因在于火电提供了更长的产业链。

今天深蓝编译了 MIT Technology Review 的文章,记者 Richard Martin 记录并解释了德州风能何以突飞猛进。对于中国读者来说,这是很好的参照系,足以衡量我们所处的位置,值得读者仔细阅读。

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德州老农民罗兰·派迪用靴子戳了戳脚下的泥土,抬头望了眼天上炙热的太阳。“我是在用信仰干农活,” 他说,他的那些棉花田还完全没有灌溉,“但我们必须得相信雨很快就要来了”。

如果雨最终没来,虽然棉花田的产出得不到保障,但农民派迪有备用的收入来源:地租。他把田地租给了发电风场。

放眼望去,在派迪的收割机与矮小整齐的棉花田上方 150 英尺,耸立着无数台风力涡轮发电机,它们如森林般延伸至地平线。

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德州石油丰裕,而现在石油、风能和棉花已成为其三大经济支柱。图为建在棉花田上的涡轮机。

派迪的田,地处贫瘠的西德克萨斯州,但它们正好位于广阔的马谷风能中心(Horse Hollow wind farm)。

对派迪以及德克萨斯的其他农民而言,把田地租给发电风场可谓一笔巨额横财——无论老天是否下雨,收成是否良好,农民派迪跟他的父母及其他的三兄弟,每年都能靠地租赚得成千上万的美金。不过,在美国这场史无前例的大型风能浪潮中,派迪的农庄只是一个小玩家。

德克萨斯州拥有 18,000 兆瓦风能产能。如果它是一个国家,将会成为仅次于西班牙的世界第六大风能发电国家。

如今,德克萨斯州正筹备再增加几千兆瓦的风能——仅仅是这个增量,就几乎相当于整个加利福尼亚州的风电产能。大多风电涡轮机位于西德克萨斯,这里是美国大陆最荒凉、也是风力最大的地区之一。15 年前,当风能发电的基础工作正在准备时,西德克萨斯州什么都没有,只有棉花地、谷物农庄、油田、短小干涸的河床以及落后的小城镇。   

然而今天,西德克萨斯州已经成为白色涡轮机之乡。这些涡轮机补助了如派迪这些农民的收入——光靠种棉花,他们可活不到这么好。入夜,风刮得最强最稳的时候,如果站在其中一片田地上,你能够清楚地听到涡轮叶片转动发出的声音,那是近乎幽灵般的咻咻声。

不到一代人的时间,风能就为这些当时衰朽的城镇带来生机与繁荣。“如果不是因为这些涡轮机,2011 年的大干旱会造成大批人破产,” 农民派迪说,“正是这些风能发电场,帮助我们保住了手里的地。”

派迪的经历还显示了,当有恰当的政策与合适的基础设施投资,一个大州就能够从可再生资源中获取大量的经济动力。2015 年,一份来自于美国能源局的叫做《风能前景报告》中这样写道:2050 年,美国将把风能在总体电力的占比从今天的 4.5% 提升至 35%。

在德州,这个数字已经被超越了:上个冬天(2015 年)的某个风能集中日,风能已大概为这个州提供了 40% 以上的电力。对于其他想要依靠风能的州而言,德克萨斯是榜样。

这份报告同时揭露了风力发电的瓶颈。总的来说,风能发电还只占了德州发电总量的不到 20% ——在平静无风的酷热夏天,这个数字甚至会降至个位数。除此之外,即使有风力发电做底,德州在 2013 年的总体碳排放中,仍是美国最高的一个州——比往年要高 5 个百分点。

而德州风能爆发式增长所需的条件,很可能不易被复制。这不仅因为德州常年充满稳定风源,更因为它有着其他地方所没有的条件:连接西部荒地与北部大城市(包括达拉斯、奥斯汀、圣安托尼奥、休斯顿)。

2007 年,德州政府花了将近 70 亿美元建造的能源管道,2007 年获得通过开始实施。这个建设能源管道的工程包含在德州建立“竞争性可再生能源区”(简称 CREZ)这个大项目的主导之下。

虽然这一项目给德州当地住户的每月电费账单增加了好几美元。但现在看上去,这是个颇有远见的基础设施投资——而这是其他州不愿意、也不能够达成的一项投资。

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CREZ 项目的运输管道图

这个夏天,从艾比莱恩到阿马里洛,我开车近 1,200 英里,去探索德州的风能产业。

我想去理解到底是什么在推动德州的风能产业兴起,以及最后的极限到底如何。

经济角度与物理角度而言,德州电网到底能够吸纳多少风能?

其他州、其他国家是否可能像德州一样成功?或者这里是否有其他条件,使得别的地方难以复制德州的成功路径?

新兴之力

前狱警盖伊·佩恩是德州风能发电的受惠者。曾经,佩恩经常开着一辆运输囚徒的巴士路过那些风力涡轮机。2003 年,一个朋友向他提到风能产业的一些机会,比如:免费给工人培训、津贴优待、户外工作,不用整天被犯人羞辱。

在加州,佩恩接受了通用电气的六个月培训,成为了一名风力涡轮机的技术员。这个工作有几个主要职能:电气工、机械工、塔顶攀爬工、紧急事件联系人。他现在监管着隶属于 Invenergy(一家风力开发公司)的 65 个技术员,这些技术员同时为好多个发电风场工作。

其中一个拥有 100 个通用电气涡轮机的发电风场,位于德州卢博克市东部的棉花田里面。卢博克市位于埃斯塔卡多平原的边缘,在当地,人们称这里为 “盖层”。这片覆盖德州西北区与新墨西哥州的广阔平顶台地,拥有北美大陆最强劲稳定的风力——超过 28 英里每小时的理想风能。

我拜访的当天,佩恩正在准备上线 Invenergy 的又一个最新发电风场——这个风场被命名做 “威客风能中心”。这里,66 平方英里的棉花田与灌木丛,将被 257 兆瓦的综合设施覆盖。1 月那里还是支离破碎的土地,到 10 月,数百个涡轮机就能够正式发电。

“威客” 命名自一座废弃古城,那里仅有一台古老轧棉机所为人知。而现在,这个发电风场运用了最新技术的涡轮机:塔高 260 英尺,轮子直径 330 英尺,安装了先进软件,技术员能用笔记本电脑随时检修。涡轮机的建造费用更加低廉、维修更加简单,以至于风能在价格上能够与天然气媲美。

威客风能中心在另一方面也表现卓越,在威客生产的大多数电力会直接到达两个巨头公司:玻纤巨头 Owens  Corning 与达拉斯大数据中心 Equinix 。

事实上,德州越来越多的发电风场正接受一些想要至少超过 20 年风能电源的公司赞助。

比如 Facebook,去年它宣布会合作建设 200 兆瓦风场,这使得它能够称自己的设备 “将百分百有可再生能源发电”。

除了 Facebook,Google 也在某个发电风场投资了 7,500 万美元,同时它正计划与 Invenergy 合作,在卢博克市北部建设新的 225 兆瓦级别的设备。

这一切能够发生,主要得益于德州政府在 2002 年解除了对能源市场的管制。因此发电、电力输配、与电力销售,这三者得以职能分开。

加州也同样实施了开放管制政策,但它在 2000 年~ 2001 年多次电网近乎崩溃,连续引发几次重大瘫痪时间。德州看起来运行得不错,原因在于德州拥有高效的电网运营策略,以及花了 70 亿美金、在 “竞争性可再生能源区”(CREZ)项目中建设起来的的能源管道。

“没有管制机构,没有许可机制,没有风能法律,” 罗德·维塞尔这样说道,他是一个专长于风能租借的律师,曾合作编写风能法律,“如果你想清楚了,并执行到位,你就做成事儿。”

但这也同时意味着你可能满盘皆输。石油亿万富翁 T·布恩·皮肯斯曾经想要在北德州建造世界上最大的发电风场,在花费超过 20 亿美金之后,他不得不退出他的宏伟计划——主要原因是因为他过早进入市场。

“石油大亨皮肯斯的计划就是前 ‘竞争性可再生能源区’(CREZ)的建设计划”,律师维塞尔说道,“如果他肯等个几年(再行动)也许就好了。”

势不可挡

我把车停在清洁交叉变电站(Clear Crossing Substation)时,两只雪白的牛背鹭正划过一片苜蓿田。这是一个 345 千瓦的转换站,它在一片空荡灌木丛里,距离哈斯克尔郡最近的城镇 30 英里开外。清洁交叉变电站是许多输电线路和变电站进入德州中南西北的一部分,旨在最大限度地提高电网的服务效率。

清洁交叉变电站由德州能源运输公司花费 4,200 万美元建成,美国电力能源与瓦伦-巴菲特的 Berkshire Hathaway 能源公司为了这个项目进行了风险投资。

在北部风场处,清洁交叉变电站收集电力并输送至东边。运输管道在华氏一百度的天里发出嗡嗡声,而美国电力(American Electric Power)发言人格雷格·布莱尔与我站在一起,凝视着 40 英亩的线路断路器与电线的复杂交错。路的那头,是一个正在由圣安托尼奥市公用事业部建设的大型太阳能场。

“这里有很多给这样的大型项目开工的开阔地儿,” 布莱尔轻描淡写地评论着。

在过去 10 年内,德州能源传输计划已经建成了超过 CREZ 体系(3600 英里长)五分之一的线路。该体系也是德州对所谓风能疑虑的回应:最好的风能应建在偏远地区,无人居住那种——因为那种地方,风实在太特么(so damn windy)大了。没有 CREZ 计划,德州也不会有风能大发展。

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德州风力充足。图中是德州境内,墨西哥边境线向北不远,一座废弃的加气站被沙漠大风掀翻了天花板。

“有没有可能说风能过剩呢?答案是肯定的,绝对。”

CREZ 是由里克·派瑞时期建设的,他于 2000-2015 年担任政府联邦官员。无疑,CREZ “应该被目为德州史上最有远见的基础设施项目”,来自风能联合会的杰夫·克拉克如是说。

这一切成为可能,是因为德州是全美唯一拥有自己电网的州。

美国大陆有三大基础电网:东部联网,西部联网与德州电力可靠性委员会(ERCOT)。前两个负责许多不同的州,而 ERCOT 则只在德州运行,负责德州的四分之三地区。它可以投资并建筑长距离的运输管道,只要它本身、立法机构与州政府觉得合适就好,而不需要跨州之间的政治扯皮——这种扯皮已经阻止了一些其他有雄心的跨州长途运输工程计划。

德州的风能发展是如此势不可挡,以至于 CREZ 体系也渐渐达到了其能力的上限。在某些风力极其旺盛的时候,一些风场只能关停,而不能将电能东输至城市。Invenergy 的一个风场在 1 月就曾遭遇这种事——当传输管道的输送拥堵程度上升时,它便不能够输出电力,就算它提出支付给公共部门 22 美元每兆瓦时,也于事无补。

同时,当地新太阳能项目也将增加 2,200 兆瓦的电能,另外还有 7,000 兆瓦的项目正在研究准备之中。德州已经花了好几十亿在能源运输项目上,目前正面临着要再花成千上百万去扩展项目——这恰好展示了从化石能源到可再生能源的困难程度,即便是在条件如此好的地区也是如此。

未知之地

就算发电风场有时要支付消费者一定金额来撤回能源,发电风场仍然能通过联邦税收对风力开发的支持实现盈利。不过补贴会从明年开始逐步退出,直到 2020 年完全取消。这会使风能的经济性完全展现。

风力发电的费用总体仍然要比化石能源的要贵。特别在当今,由天然气爆发而导致的低电价后,我们非常难预判,在不毛之地冒出的新风场,如果没有州政府与联邦政府的大力直接与间接支持,将如何保持竞争力。

前路的挑战可谓实实在在。

尽管看起来,风能最终能够达到总体能源结构的 35%,但如果依赖风能来提供超过 20-25% 的能源,实施起来就非常困难——因为风的不稳定性,会从不同程度影响供电的持续性。

电网运营必须按分钟来调控供需关系,因此储备能源——如今大多数是天然气厂——要在风速降低时,及时补充来弥补需求差距。(而风能过剩时,供需差距也可能发生:当风速超 64 英里每小时,涡轮机将停机以避免受损。)

由于需要化石能源厂在没有能源市场时继续运转,风能的整体消耗费用也会提升。风的不稳定性同时也会影响电力质量——这是指电网在特定电压与频率时的供电能力。

即便巨额投资已经投入到了新的传输管道,这些问题仍然使得美东地区不能够依赖这种间歇的可再生能源,让它作为三分之一以上的电力来源。

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1950 年代,在图中这片牧场发现了石油。这口油井在无数风电涡轮机的环绕下,至今仍在运行。

“有没有可能因为风能过剩,由此而引发系统控制的某些问题或挑战呢?答案是肯定的,绝对。” 住友集团美国分公司副总裁比尔·卡农如此说,“风力越大,挑战越严峻。至于多少才是理想的风量——我认为没人能回答这个问题。

能源储存、电网控制软件与风力涡轮机的技术进步,都能够使得风能发电量上升。但上升多少?这问题几乎可以肯定能够在未来 5-10 年内的德州找到答案。而这也同时预示着风能的前景。因为,如果德州都无法吸纳更多的风能,则别的地方也同样无法成功。

在传输管道与几乎覆盖全州的电网之外,德州有许多未被开发的领地能够用于扩张风场。而在东海岸,或者南部,或甚至在加州你不能够看到这种场景——这些地方房地产费用如此高昂,近乎所有风能容量都聚集在这三个区域。离岸风场也提供了另一种可能性,但由于它们的传输与政治风险,如今在美国的发展依旧受限。

德州还有些其他无形的文化特点。德州人从不担心住在大型能源设施附近,不管是 Eagle Ford 页岩气勘探抽油机设备,还是大型海岸精炼厂。而别的州由于担心风力涡轮机对鸟类的杀害,所以极力反对——这一点也不影响德州。

归根到底,德州风能的巨大发展,既预示着可再生能源发展的限度,也预示着它未来的无限可能。

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