“毁灭性”飓风过后的思考：建立“微电网+分布式”的弹性可再生能源电力系统
来源:落基山研究所 作者:Christopher Burgess 2018/2/28
关键词:微电网、分布式能源、可再生能源
2017年9月，毁灭性的飓风伊玛席卷了加勒比地区。在高达185英里每小时的风速下，建筑物严重损毁，树木与电线东倒西歪，卡车被掀翻，而船舶像玩具一样被扔在岸边。风暴带来的洪水将街道变为了汹涌的大河，淹没了整个社区。飓风伊玛是有记录以来北大西洋地区发生的最强五级飓风，共造成超过36人死亡和难以想象的破坏。在巴布达，飓风伊玛摧毁了95%的住宅与基础设施，包括整个电网。在英属维京群岛，目击者称其为一次“核飓风”，造成了无法用语言形容的严重破坏与无数残骸。此外，在圣巴茨、安圭拉、波多黎各、古巴、多米尼加共和国、特克斯和凯科斯、巴哈马和美属维京群岛，飓风过后无不是一派破败不堪的悲惨景象。数千民众流离失所，甚至无法得到生活必需的水、食物和电力供应。
据估计，飓风伊玛造成的破坏共价值100亿美元，而它带来的总体经济损失可能比这一数字还要高10倍以上。然而，伊玛还只是北大西洋或墨西哥湾地区在过去三周内经历的四次已命名飓风中的一次。在伊玛到来前不到一周，飓风哈维已摧毁了巴巴多斯的电力设施，淹没了那里的街道，并随后登陆德克萨斯，带来了创纪录的倾盆大雨和史无前例的严重破坏。
大型风暴会对加勒比地区小国造成严重的个人和社会损失，甚至可能在一夜之间使这些国家的经济倒退数十年。2004年，飓风伊万给格林纳达带来的损失高达9亿美元，比该国GDP的两倍还要多。
同等重要的是，这些灾难事件提醒了我们加勒比地区国家在自然灾害面前是如此不堪一击。其中，最明显的例子就是他们暴露的、集中式的、依靠化石燃料供应能源的电网系统。如果风暴摧毁了一座岛屿的电厂，整个岛屿都将被黑暗笼罩。风暴对脆弱的港口的破坏还会切断其必不可少的燃料的供应。除此以外，数英里长的电缆线路同样非常脆弱，并且重建这些线路需要付出昂贵的代价。
重建弹性系统的机遇
灾难过后，我们首先需要做的当然是提供人道主义救援，包括为灾民提供水、食物和其他必要补给;确保灾民的安全;恢复基本服务;并帮助当地商业重回正轨。然而，即使我们必须立刻着手向这一区域提供帮助，我们仍有机会将其重建得更美好、更清洁。相对于重建原先的二十世纪电网系统，我们能够充分利用二十一世纪的新兴技术，使加勒比地区在未来风暴中具备更强的抵抗力。
其中的关键工作在于，用分散化的弹性可再生能源电力以及能效提升手段，替代或改造集中式的电网系统。随着太阳能、风能和电池储能技术成本的大幅下降，小型分布式可再生能源系统和更高的能效能够降低当前的岛屿电力成本，约每千瓦时0.20-0.50美元，这一成本处于全球最高水平之列。因为部分独立运行的微电网有可能在电网或其他微电网断电时继续正常运转，这能够提高这些国家在大规模风暴来临时的抵御能力。值得一提的是，为理查德˙布兰森爵士所拥有的内克岛大部分地区供电的太阳能发电设施在遭受伊玛的冲击后仍然存活了下来;而根据特克斯和凯科斯电力公司Fortis TCI确认，位于该国普罗维登西亚莱斯岛的太阳能发电厂在伊玛以155英里每小时风速袭击这座英国海外领地时一直保持着不间断的运行。
然而，岛屿国家并不是分散式弹性可再生能源电网唯一的目标。在美国，国家电力制造商协会(NationalElectrical Manufacturers Association，NEMA)认为“大学、医院、工业园区和住宅区都是发展弹性且坚固的互联式微电网的理想场所，而这才是未来电力公用基础设施发展的方向。独立运行的微电网可以在名义上连接在一起，形成一套整体电网系统，但在自然灾害等破坏事件发生时可以从整体电网中分离出来独立运营。”
除提供能源弹性外，可再生能源还能帮助岛屿国家免受化石燃料价格波动的影响，而后者和飓风一样都会对该区域经济带来强烈震动，给这一世界上面临最严峻经济挑战的地区带来沉重的负担。更重要的是，可再生能源能够降低岛屿国家对化石燃料进口的依赖，节省用于购买外国燃料的数百万美元，并且有可能通过实现交通系统电气化转型，进一步降低对外国化石燃料的进口。
即使在不考虑气候变化的前提下，抓住机遇，更合理地安排重建工作也是具有非凡意义的。但是，随着海平面上升的趋势得到确定，以及更加频繁且更加凶猛风暴的不断发生，这一任务正变得愈发关键。这为加勒比岛国抵御今后的挑战带来了最关键的希望，同时还能够降低成本、促进经济发展、并提高整个区域的竞争力。
飓风伊玛造成的悲剧有可能成为受其影响的各国政府、电力公司管理层和当地人们寻求改变的催化剂——通过与国际合作伙伴及私营部门合作，将灾难变为机遇，重建一个更美好、更清洁的可持续的弹性电力与交通系统。
我们的方案
在我们的岛屿能源计划及克林顿气候倡议(Clinton Climate Initiative，CCI)过去数年成功运营的经验基础上，我们总结出了转变加勒比地区的行动方案。这一行动方案特别包括了三方面互相促进的组成部分：
1. 快速的一体化资源规划：整体化系统方案将为能源和交通部门创造一体化的规划方式，从而降低成本，刺激私营部门投资，提高系统可靠性，增加在极端天气事件和其他灾难下的能源弹性，并降低排放(甚至零排放)。这一规划能够识别最理想的项目，通过高水平的可再生能源和能效开发完成能源部门转型，同时推动交通部门变革，推广电动汽车。这一过程的具体步骤包括：
联合利益相关方，对于希望建设什么样的社会达成共识;
预测电力需求方面的变化，确定满足这一需求所需的新资源;
发现可用的资源，如太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、垃圾发电、柴油以及天然气;
对能效和集中式与分布式能源发电方式的组合，以及它们成本、对现存电网的影响进行细致分析;
及时发现包括灾难、超负荷需求或其他问题造成的现存电网缺陷，识别加强电网的机遇。
2. 项目识别和开发：一旦规划流程识别了可行的投资项目，下一阶段工作就将关注于通过制定更详细的计划并降低整体风险来提高目标加勒比岛国的投资机遇。这一流程包括：
识别不同资源的组合，从而以最低的成本满足特定岛屿国家的需求，同时决定开发这些资源的最佳地点;
完成详尽的财务与经济分析;
在目标地点为项目开发和商业化运行做好准备。
3. 项目融资与建设：当弹性可再生能源项目的开发和投资准备工作完成后，相关国家需要支持优惠政策的出台，提供资金和私营部门资本将这些计划项目落到实处。他们也需要在监督项目建设过程中提供支持，确保其满足安全与建筑标准。这些支持包括：
确定正确的财务结构，如购电协议(power purchase agreements, PPAs),建设-拥有-运营-转让机制(BOOT);政府和社会资本合作机制(PPPs)或典型改良性资本支出贷款;
支持合同谈判过程;
监督建设过程，确保最佳实践和安全标准得到正确应用;
与地方岛屿电力公司、承包商及第三方工程师一起完成系统试运行。
以上三方面工作呈互相促进关系。快速的一体化资源规划工作识别出理想的气候弹性项目。项目去风险工作确定其中高质量且有投资吸引力的项目。同时，项目融资和建设监督支持保证了这些项目的快速高质量部署，使受益人看到各种效益，包括降低的成本和提高的可靠性和弹性。而这能够反过来强化一体化规划的价值，从而形成良性循环。这一过程的持续进行能够更快地产出更高质量、更低成本的项目，从而加速向更强健、更清洁、更 具可持续性未来的转型。
协调与合作
飓风伊玛是一次可怕的毁灭性风暴，给人们带来了无尽的痛苦与经济损失。但现在，我们有机会，更多的是有责任重建我们的家园，让人民在面临未来威胁时更加安全，系统更具弹性。克林顿气候倡议与落基山研究所在开发以上方案方面拥有丰富的成功经验。
然而，要实现这一机遇需要更大范围的协调与共同努力。大批慈善组织、外国救援和私人机构都将参与到伊玛过后的重建工作中来。最重要的是，各个岛屿应共同选择一种统一的方案来确保在加勒比地区建造灵活的、分布式的弹性可再生能源电力系统。
(来源：落基山研究所 作者：Christopher Burgess, 落基山研究所岛屿能源计划项目总监;Justin Locke, 落基山研究所岛屿能源计划总监;Stephen Doig，落基山研究所常务董事)