据预测，到2030年，美国能源消费总量将持续增长23%。在经济、资源和环境三重约束下，美国联邦政府和各州政府将满足未来能源需求增长寄希望于大量清洁、高效的可再生能源。由于技术相对成熟，而且资源丰富，风能受到了美国联邦政府和州政府的一致青睐。

 

    目前，风力发电已经占美国总发电量的3%，在部分州这一比例已经超过10%。美国能源部的目标是在2030年年底前将这一比例提高到20%。对美国联邦和各州如何在电网吸纳风能，从而提高风电利用率进行探讨，对中国和其他国家的风电资源利用具有重要的参考价值。

 

    美国风电并网难

 

    美国风电资源十分丰富，陆上风电资源约为11000吉瓦，相当于200亿桶石油所包含的能量，海上风电资源约为4150吉瓦。美国风力发电起步于20世纪70年代的石油危机之后，20世纪80年代初美国风电曾显赫一时，占全球风电装机的90%。遗憾的是，80年代中期之后，世界石油价格下跌和政府削减经费，美国风电产业突然停顿。2000年以后，随着全球清洁可再生能源发展日益强劲，美国也加快了风电产业发展步伐，在联邦政府和德克萨斯等州州政府的推动下，美国风电新增装机容量以每年30%的比例快速增长。从2005年开始，美国新增风电装机容量超过德国，重新位居世界第一，直到2009年被中国超过。

 

    截至2012年，美国风电新增装机容量达到13124兆瓦，风电累计装机容量达到60000兆瓦，每年的发电量占美国电力消费的3.5%，可以满足约1500万美国家庭的正常使用。随着技术进步和规模扩大，美国风电价格已经下降到5?8美分/千瓦时，与火电价格基本齐平。虽仍面临天然气发电的强势竞争，但已具备相当的市场竞争力。

 

    尽管如此，美国风电也面临着入网难的问题。2008年，美国地平线风能公司斥资3.2亿美元，建成枫树岭风场，但由于区域电网过于拥挤，这个装有200个风轮的风场最终被勒令关闭。无独有偶，明尼苏达州近年来在风电并网项目上投入较大，但该州的卡普克斯电网工程只能将水牛岭风电站22兆瓦发电量中的2兆瓦并入电网，入网电量不到发电量的10%。

 

    “地方割据”是入网难主因

 

    美国电网“地方割据”严重。美国的电网系统十分分散，其2/3的输电系统由地区输电组织或独立系统运营商管理，另外1/3的电网系统则由更小、更分散的电网组成，这些电网系统之间的联接非常薄弱。

 

    目前，美国已经形成了东部、西部和德克萨斯州电网3个主要的互联电网，但是三大互联电网之间只有非同步联系。在美国，经营不同电网的电力公司有3000多个，绝大部分为私人所有。各电力公司对所属的电网进行独立调度，或是几家电力公司对旗下的电网进行统一调度。

 

    电力公司投资者拥有公司80%的所有权，美国联邦能源管制委员会拥有剩余20%的所有权，并负责规范电力的传输和销售。同时，地方政府的公共事业委员会也对所属区域的电力相关活动有监管权。互相分割的电网系统和经营单位，以及相互之间的市场竞争，使得电网之间的协调合作异常困难。同时，美国电网线路陈旧，传输能力，尤其是长途传输能力非常不足。

 

    美国风电资源的空间分布很不均匀，风力资源主要集中在中部高原和西部沿海地区，而人口集中和能源消费最高的地方则在美国东部。据统计，28个东海岸州消耗了全国近80%的电力。即使同一个州内，风力资源也不均匀。以在德克萨斯州为例，风力最丰富的地区主要在西部高地和高原地区，而大城市如达拉斯和霍斯顿则在100多公里之外。

 

    风力资源的空间错位对电力资源的长途输送能力提出了很高的要求。虽然美国联邦政府早已知道电网设施的不足，但却迟疑不决，原因之一就是不愿越权。美国各州州政府在输电线路项目审批方面拥有很大的权力，而各州因为环境和经济方面的利益不同，往往难以就跨州的重大项目决策达成一致，导致很多输电项目被迫推迟，甚至搁浅。根据美国政府公布的数据，美国发电量的增长速度，超出电网传输建设速度4倍。新墨西哥州州长里察德森曾表示，美国的电网发展属于第三世界，在没有政府投资，缺乏政策支持的情况下，美国电网的现代化举步维艰，尤其对于风力发电来说，这种情况更为严重。

 

    应对这一困境，美国联邦政府能源部2005年出台新的能源法案，提出了“国家利益输电走廊计划”，以解决跨州的区域电力传输，同时，在2008年之后，美国总统奥巴马力推智能电网工程，以促进电网的统一和智能化，增强电网对于可再生能源电力的调配和吸纳能力。与此同时，德克萨斯和加利福利亚等州也结合各州特色，在风电入网和风电存储方面进行了积极有效的探索。

 

    “国家利益输电走廊计划”由美国能源部于2005年提出的，目标是根据可再生能源的分布和现有输电系统中潜在瓶颈的位置，划定若干“输电走廊”。如果有在这些输电走廊上修建新输电线路的申请，能源部及其授权机构有权受理并批准这些申请，一旦这些项目获得批准即可开始工程建设，这一措施避开了地方政治的干扰。

 

    2007年，美国能源部依据该能源法案和“国家利益输电走廊计划”首次划定了第一批两个“国家利益输电走廊”，包括中大西洋(600558,股吧)地区输电走廊和西南地区输电走廊。

 

    其中，中大西洋国家输电走廊经过了特拉华州、俄亥俄州、马里兰州、新泽西州、宾夕法尼亚州、弗吉尼亚州、西弗吉尼亚州和华盛顿特区等，主要连接纽约、新泽西和马里兰等负荷较大的州和北部及西部的风力发电富集地区。西南地区国家输电走廊经过了南加州的7个县和西亚利桑那州的3个县，把西南地区的太阳能和地热资源广泛分布的加利福尼亚东部沙漠，以及亚利桑那、内华达等州与这些地区和美国西南的负荷中心——南加州的洛杉矶和圣地亚哥地区联系起来。

 

    德州应对风电并网难题

 

    德克萨斯州是美国风力资源最丰富、风电发展最快、装机容量最大的州之一。2011年，德州风电装机总容量为10.377吉瓦，风力发电量为26251千瓦时，占德州总发电量的6.9%。德州的风力资源大多处于该州西部，而主要大城市和负荷中心，如达拉斯、圣安东尼奥和休斯敦则位于该州东部。另外，德州西部地区的风力在晚上最为强劲，而消费的高峰期却在白天。时间和空间的错位，使得德州电网在风电吸纳过程中面临着严峻的挑战。

 

    为此，德州立法机构于2005年提出，并在2008年8月批准了德州公共事业管理局设立5个竞争性可再生能源区的方案。所谓竞争性可再生能源区，指的是最适合建设可再生能源发电设施（主要是风电）的区域。该方案计划建设多条345千伏交流输电线路，线路总长近3700公里，工程总造价约49.3亿美元，占当年美国可再生能源输电建设总投资的1/4。

 

    竞争性可再生能源区输电项目建成后，可将18.5吉瓦风电从德州西部的竞争性可再生能源区输送到人口密集的东部负荷中心。同时，部分线路还可用于满足未来西部地区的输电需求。该项目预计在2013年完成。2011年，德州电力可靠性委员会提出再投资87亿美元，在接下来的5年内，改善电力传输系统。

 

    德州对大规模的储能技术也十分感兴趣。大型储能技术可以平衡可再生能源的短期波动，保证为消费者提供稳定的能源服务。2012年，奇弥撒能源公司在德州西部地区开工建设270兆瓦的压缩空气储能项目。这个项目将非高峰期的风电以压缩空气的形式储存在地下洞穴里。在消费高峰期，通过释放压缩空气，推动发电机以发电。该项目就位于竞争性可再生能源区的线路旁边，预计2014年就可运行。

 

    另外，德州也大力推行能源需求管理和智能电网技术。目前，德州在智能电表的安装方面走在美国国内的前面，在电力委员会管理区域内，已经有500万只智能电表在运行，以协调风电入网。在能源需求应对管理项目方面，德州鼓励消费者在电网紧张时减少电力消费。目前，电力可靠性委员会已经从200多家电力用户中获取了2.4吉瓦的管理需求。

 

    加州的风电并网探索

 

    加利福尼亚州拥有丰富的可再生能源，特别是风能、太阳能和地热资源。2009年，加州已实现11.6%的电力来自于风电、太阳能、地热能、生物质能和小规模水电站等，另外还有9.2%的电力来自于大规模水电站。加州的目标是，到2020年，将加州可再生能源占其电力机构的比例提升到33%，这一目标得到了历届州长的大力支持。要实现这一目标，加州在2020年之前要新增20吉瓦的可再生能源，其中包括8吉瓦的大规模集中利用，以及12吉瓦分散的、本地化的风电、太阳能和热能等可再生能源利用。

 

    风能为主的特哈卡皮山区，位于南北加州电网的结合部，两侧有比较近的负荷中心，主要是南部的洛杉矶盆地和北部的中央谷地地区；太阳能主要分布在南部加州、内华达州和亚利桑那州交界处；地热资源则集中在北加州靠近俄勒冈州边界的地区，以及南加州的英培瑞尔地区。

 

    加州在州内划分了竞争性可再生能源区并配备了大型输电线路建设。目前，加州在建或已经获得批准的有三个大型500千伏输电项目，主要是为了把这些加州内部的可再生能源发电地区和系统主干网联接起来。除了州内的可再生能源，加州也在考虑将美国西部其他各州丰富的风能、太阳能资源通过输电系统送入加州。

 

    另外，加州在能源储存技术的研究上更为积极，正在推进和探索州内强制能源存储法案。跟强制配额制度类似，强制储能可能会要求电网企业投入资金，在短期或长期内建立能源存储系统或者配备能源存储能力，以存储富余电力，补充和平衡间歇性电力（如风电和太阳能等）的波动。

 

    2010年，加州议会要求加州公共事务委员会探索是否设定强制性储能，以及采取什么形式的研究。2012年8月，加州议会通过了一项确认有利于电网和消费者的20项电力存储方式的决议。这一决议被认为是向能源储存强制法案又迈进了一步。对于加州而言，能源存储不仅是可再生能源战略的一个部分，加州也希望借此将加州打造为节能技术的先行者，使其在未来节能市场占有领导地位。

 

    在促进电网对于风能等可再生能源的吸纳方面，美国联邦和州政府等目前的应对策略主要集中在三个方面：一是在可再生能源资源丰富的地区设定特区或者竞争性区域，并辅之以大规模输电线路建设，推动可再生能源电力由资源密集区向消耗集中区的输送；二是大力推进智能电网工程，增强电力消费需求管理，优化电力调度、检测和控制，增强电网对于可再生能源电力的消化和平衡能力；三是积极探索各种能源存储技术，以补充和平衡可再生能源电力的间歇性特质。

 

    智能电网建设、储能技术和可再生能源技术相互支撑，共同构成美国可再生能源战略的基石，同时，这也是美国正在塑造的未来美国全球经济和科技竞争的核心竞争力。