目前，風力發電已經占美國總發電量的3%，在部分州這一比例已經超過10%。美國能源部的目標是在2030年年底前將這一比例提高到20%。對美國聯邦和各州如何在電網吸納風能，從而提高風電利用率進行探討，對中國和其他國家的風電資源利用具有重要的參考價值。

　　美國風電入網難

　　美國風電資源十分豐富，陸上風電資源約為11000吉瓦，相當于200億桶石油所包含的能量，海上風電資源約為4150吉瓦。美國風力發電起步于20世紀70年代的石油危機之后，20世紀80年代初美國風電曾顯赫一時，占全球風電裝機的90%。遺憾的是，80年代中期之后，世界石油價格下跌和政府削減經費，美國風電產業突然停頓。2000年以后，隨著全球清潔可再生能源發展日益強勁，美國也加快了風電產業發展步伐，在聯邦政府和德克薩斯等州州政府的推動下，美國風電新增裝機容量以每年30%的比例快速增長。從2005年開始，美國新增風電裝機容量超過德國，重新位居世界第一，直到2009年被中國超過。

　　截至2012年，美國風電新增裝機容量達到13124兆瓦，風電累計裝機容量達到60000兆瓦，每年的發電量占美國電力消費的3.5%，可以滿足約1500萬美國家庭的正常使用。隨著技術進步和規模擴大，美國風電價格已經下降到5?8美分/千瓦時，與火電價格基本齊平。雖仍面臨天然氣發電的強勢競爭，但已具備相當的市場競爭力。

　　盡管如此，美國風電也面臨著入網難的問題。2008年，美國地平線風能公司斥資3.2億美元，建成楓樹嶺風場，但由于區域電網過于擁擠，這個裝有200個風輪的風場最終被勒令關閉。無獨有偶，明尼蘇達州近年來在風電并網項目上投入較大，但該州的卡普克斯電網工程只能將水牛嶺風電站22兆瓦發電量中的2兆瓦并入電網，入網電量不到發電量的10%。

　　“地方割據”是入網難主因

　　美國電網“地方割據”嚴重。美國的電網系統十分分散，其2/3的輸電系統由地區輸電組織或獨立系統運營商管理，另外1/3的電網系統則由更小、更分散的電網組成，這些電網系統之間的聯接非常薄弱。

　　目前，美國已經形成了東部、西部和德克薩斯州電網3個主要的互聯電網，但是三大互聯電網之間只有非同步聯系。在美國，經營不同電網的電力公司有3000多個，絕大部分為私人所有。各電力公司對所屬的電網進行獨立調度，或是幾家電力公司對旗下的電網進行統一調度。

　　電力公司投資者擁有公司80%的所有權，美國聯邦能源管制委員會擁有剩余20%的所有權，并負責規范電力的傳輸和銷售。同時，地方政府的公共事業委員會也對所屬區域的電力相關活動有監管權。互相分割的電網系統和經營單位，以及相互之間的市場競爭，使得電網之間的協調合作異常困難。同時，美國電網線路陳舊，傳輸能力，尤其是長途傳輸能力非常不足。

　　美國風電資源的空間分布很不均勻，風力資源主要集中在中部高原和西部沿海地區，而人口集中和能源消費最高的地方則在美國東部。據統計，28個東海岸州消耗了全國近80%的電力。即使同一個州內，風力資源也不均勻。以在德克薩斯州為例，風力最豐富的地區主要在西部高地和高原地區，而大城市如達拉斯和霍斯頓則在100多公里之外。

　　風力資源的空間錯位對電力資源的長途輸送能力提出了很高的要求。雖然美國聯邦政府早已知道電網設施的不足，但卻遲疑不決，原因之一就是不愿越權。美國各州州政府在輸電線路項目審批方面擁有很大的權力，而各州因為環境和經濟方面的利益不同，往往難以就跨州的重大項目決策達成一致，導致很多輸電項目被迫推遲，甚至擱淺。根據美國政府公布的數據，美國發電量的增長速度，超出電網傳輸建設速度4倍。新墨西哥州州長里察德森曾表示，美國的電網發展屬于第三世界，在沒有政府投資，缺乏政策支持的情況下，美國電網的現代化舉步維艱，尤其對于風力發電來說，這種情況更為嚴重。

　　應對這一困境，美國聯邦政府能源部2005年出臺新的能源法案，提出了“國家利益輸電走廊計劃”，以解決跨州的區域電力傳輸，同時，在2008年之后，美國總統奧巴馬力推智能電網工程，以促進電網的統一和智能化，增強電網對于可再生能源電力的調配和吸納能力。與此同時，德克薩斯和加利福利亞等州也結合各州特色，在風電入網和風電存儲方面進行了積極有效的探索。

　　“國家利益輸電走廊計劃”由美國能源部于2005年提出的，目標是根據可再生能源的分布和現有輸電系統中潛在瓶頸的位置，劃定若干“輸電走廊”。如果有在這些輸電走廊上修建新輸電線路的申請，能源部及其授權機構有權受理并批準這些申請，一旦這些項目獲得批準即可開始工程建設，這一措施避開了地方政治的干擾。

　　2007年，美國能源部依據該能源法案和“國家利益輸電走廊計劃”首次劃定了第一批兩個“國家利益輸電走廊”，包括中大西洋(600558,股吧)地區輸電走廊和西南地區輸電走廊。

　　其中，中大西洋國家輸電走廊經過了特拉華州、俄亥俄州、馬里蘭州、新澤西州、賓夕法尼亞州、弗吉尼亞州、西弗吉尼亞州和華盛頓特區等，主要連接紐約、新澤西和馬里蘭等負荷較大的州和北部及西部的風力發電富集地區。西南地區國家輸電走廊經過了南加州的7個縣和西亞利桑那州的3個縣，把西南地區的太陽能和地熱資源廣泛分布的加利福尼亞東部沙漠，以及亞利桑那、內華達等州與這些地區和美國西南的負荷中心——南加州的洛杉磯和圣地亞哥地區聯系起來。

　　德州應對風電入網難題

　　德克薩斯州是美國風力資源最豐富、風電發展最快、裝機容量最大的州之一。2011年，德州風電裝機總容量為10.377吉瓦，風力發電量為26251千瓦時，占德州總發電量的6.9%。德州的風力資源大多處于該州西部，而主要大城市和負荷中心，如達拉斯、圣安東尼奧和休斯敦則位于該州東部。另外，德州西部地區的風力在晚上最為強勁，而消費的高峰期卻在白天。時間和空間的錯位，使得德州電網在風電吸納過程中面臨著嚴峻的挑戰。

　　為此，德州立法機構于2005年提出，并在2008年8月批準了德州公共事業管理局設立5個競爭性可再生能源區的方案。所謂競爭性可再生能源區，指的是最適合建設可再生能源發電設施（主要是風電）的區域。該方案計劃建設多條345千伏交流輸電線路，線路總長近3700公里，工程總造價約49.3億美元，占當年美國可再生能源輸電建設總投資的1/4。

　　競爭性可再生能源區輸電項目建成后，可將18.5吉瓦風電從德州西部的競爭性可再生能源區輸送到人口密集的東部負荷中心。同時，部分線路還可用于滿足未來西部地區的輸電需求。該項目預計在2013年完成。2011年，德州電力可靠性委員會提出再投資87億美元，在接下來的5年內，改善電力傳輸系統。

　　德州對大規模的儲能技術也十分感興趣。大型儲能技術可以平衡可再生能源的短期波動，保證為消費者提供穩定的能源服務。2012年，奇彌撒能源公司在德州西部地區開工建設270兆瓦的壓縮空氣儲能項目。這個項目將非高峰期的風電以壓縮空氣的形式儲存在地下洞穴里。在消費高峰期，通過釋放壓縮空氣，推動發電機以發電。該項目就位于競爭性可再生能源區的線路旁邊，預計2014年就可運行。

　　另外，德州也大力推行能源需求管理和智能電網技術。目前，德州在智能電表的安裝方面走在美國國內的前面，在電力委員會管理區域內，已經有500萬只智能電表在運行，以協調風電入網。在能源需求應對管理項目方面，德州鼓勵消費者在電網緊張時減少電力消費。目前，電力可靠性委員會已經從200多家電力用戶中獲取了2.4吉瓦的管理需求。

　　加州的風電入網探索

　　加利福尼亞州擁有豐富的可再生能源，特別是風能、太陽能和地熱資源。2009年，加州已實現11.6%的電力來自于風電、太陽能、地熱能、生物質能和小規模水電站等，另外還有9.2%的電力來自于大規模水電站。加州的目標是，到2020年，將加州可再生能源占其電力機構的比例提升到33%，這一目標得到了歷屆州長的大力支持。要實現這一目標，加州在2020年之前要新增20吉瓦的可再生能源，其中包括8吉瓦的大規模集中利用，以及12吉瓦分散的、本地化的風電、太陽能和熱能等可再生能源利用。

　　風能為主的特哈卡皮山區，位于南北加州電網的結合部，兩側有比較近的負荷中心，主要是南部的洛杉磯盆地和北部的中央谷地地區；太陽能主要分布在南部加州、內華達州和亞利桑那州交界處；地熱資源則集中在北加州靠近俄勒岡州邊界的地區，以及南加州的英培瑞爾地區。

　　加州在州內劃分了競爭性可再生能源區并配備了大型輸電線路建設。目前，加州在建或已經獲得批準的有三個大型500千伏輸電項目，主要是為了把這些加州內部的可再生能源發電地區和系統主干網聯接起來。除了州內的可再生能源，加州也在考慮將美國西部其他各州豐富的風能、太陽能資源通過輸電系統送入加州。

　　另外，加州在能源儲存技術的研究上更為積極，正在推進和探索州內強制能源存儲法案。跟強制配額制度類似，強制儲能可能會要求電網企業投入資金，在短期或長期內建立能源存儲系統或者配備能源存儲能力，以存儲富余電力，補充和平衡間歇性電力（如風電和太陽能等）的波動。

　　2010年，加州議會要求加州公共事務委員會探索是否設定強制性儲能，以及采取什么形式的研究。2012年8月，加州議會通過了一項確認有利于電網和消費者的20項電力存儲方式的決議。這一決議被認為是向能源儲存強制法案又邁進了一步。對于加州而言，能源存儲不僅是可再生能源戰略的一個部分，加州也希望借此將加州打造為節能技術的先行者，使其在未來節能市場占有領導地位。

　　在促進電網對于風能等可再生能源的吸納方面，美國聯邦和州政府等目前的應對策略主要集中在三個方面：一是在可再生能源資源豐富的地區設定特區或者競爭性區域，并輔之以大規模輸電線路建設，推動可再生能源電力由資源密集區向消耗集中區的輸送；二是大力推進智能電網工程，增強電力消費需求管理，優化電力調度、檢測和控制，增強電網對于可再生能源電力的消化和平衡能力；三是積極探索各種能源存儲技術，以補充和平衡可再生能源電力的間歇性特質。

　　智能電網建設、儲能技術和可再生能源技術相互支撐，共同構成美國可再生能源戰略的基石，同時，這也是美國正在塑造的未來美國全球經濟和科技競爭的核心競爭力。

　　（作者系清華大學公共管理學院博士研究生，

　　美國塔夫茨國際能源和資源研究中心研究員）