中國儲能網(wǎng)訊：近日國家電網(wǎng)公司董事長劉振亞提出了“構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，連接“一極一道”(北極、赤道)大型能源基地，推動智能電網(wǎng)在全球廣泛應(yīng)用，引起了業(yè)界廣泛討論。也有人認為，所謂的“一極一道”實無必要。能源互聯(lián)網(wǎng)究竟應(yīng)如何解讀并應(yīng)用，或許先看看前行者的經(jīng)驗最好不過。能豆君今天就給大家分享一篇能源互聯(lián)網(wǎng)在歐洲的實踐的文章與思考。
今年7月底，國家電網(wǎng)公司董事長劉振亞在美國華盛頓舉辦的電氣與電子工程師學(xué)會電力與能源協(xié)會2014年會上提出，構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，連接“一極一道”(北極、赤道)大型能源基地，適應(yīng)各種集中式、分布式電源，推動智能電網(wǎng)在全球廣泛應(yīng)用，強化能源與電力技術(shù)創(chuàng)新，最終實現(xiàn)洲內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、洲際聯(lián)網(wǎng)和全球互聯(lián)。
這一概念的提出，在美歐工業(yè)國家圈內(nèi)引起了廣泛的討論。
在極力推動可再生能源發(fā)展的歐洲，其低碳、環(huán)保的發(fā)展邏輯和劉振亞董事長提出的“兩個替代”(清潔替代和電能替代)深度契合。以德國為例，雖然近年來制定了大量復(fù)雜的鼓勵可再生能源發(fā)展的法律、條文和框架，整個能源轉(zhuǎn)型涉及電力系統(tǒng)、可再生能源、智能建筑和新能源汽車等眾多層面，歸根結(jié)底也就是“兩個替代”要闡述的核心意義：人類社會面臨嚴峻的能源挑戰(zhàn)，要實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須在能源消耗中大大提高用電比例，同時也要在電力生產(chǎn)中大大提高清潔能源所占的比例。
發(fā)電能源在一次能源消費中的比重是表征一國電氣化程度的重要指標。由于使用電力比直接使用石油、天然氣和煤炭等一次能源的效率高，且電力用途廣泛，使用靈活方便，不污染環(huán)境，可靠性高。因此，世界各國的電力生產(chǎn)和消費一般高于能源的增長速度，發(fā)電用能源在一次能源總消費量中的比例總體上不斷增大。德國和丹麥是歐洲可再生能源領(lǐng)域的代表國家，其用電占一次消費的比例分別是30%和40%(按照發(fā)電煤耗計算法)。在歐洲，如果電網(wǎng)更大程度互聯(lián)，就可以進一步優(yōu)化電力利用效率，消納未來更大規(guī)模的新能源電力。
近些年，歐洲海上風(fēng)電和分布式新能源發(fā)電正大行其道，并網(wǎng)成本、電力安全等原因也在倒逼國際互聯(lián)性電網(wǎng)的建設(shè)。其中，英國/愛爾蘭、西班牙/葡萄牙、意大利和波羅的海三國這四個區(qū)域可以說是歐洲的“電力半島”。英國和愛爾蘭附近海域擁有歐洲最好的海上風(fēng)電資源，但是與歐洲主網(wǎng)的互聯(lián)又最弱。而連接北海沿岸的德國、法國、比利時、荷蘭、盧森堡、丹麥、瑞典、愛爾蘭和英國等9個國家的歐洲超級電網(wǎng)Super Grid，可以把海上風(fēng)電場的長期投資成本減少約四分之一，并且已經(jīng)至少有21家公司參與了這個計劃(Friends of the Supergrid)。英國的海上風(fēng)力發(fā)電場、德國的太陽能光伏電站(含大型和分布式)、比利時和丹麥的波浪能發(fā)電站將與挪威的水力發(fā)電站連成一片，有望徹底解決變幻莫測的天氣所導(dǎo)致的新能源發(fā)電不穩(wěn)定性和發(fā)電成本過高等問題。上述國家希望這個超級電網(wǎng)能在今后十年內(nèi)投入使用，從而盡快解決平衡大規(guī)模發(fā)展新能源的承諾與電網(wǎng)建設(shè)投資的問題。此前歐盟承諾“到2020年，20%電力來源于可再生能源”，而超級電網(wǎng)被看作是實現(xiàn)這個諾言的重要步驟。歐洲和北非國家的DESERTEC項目，也就是試圖把阿爾及利亞、突尼斯、利比亞和摩洛哥等北非國家豐富的光熱、光伏發(fā)電資源通過跨海電網(wǎng)輸送到意大利和西班牙南部，與歐洲大電網(wǎng)相連，以最終實現(xiàn)對可再生能源的更大規(guī)模利用。
在這些大規(guī)劃背景之下，歐盟也制定了“2050能源路線圖計劃”，試圖在2050年構(gòu)建出強大的電力互聯(lián)網(wǎng)，以完成從日照條件非常好的南歐國家，比如西班牙，向德法等傳統(tǒng)工業(yè)國家輸送最高近50吉瓦的國際化電網(wǎng)框架。
可再生能源比例到達一定程度后，電網(wǎng)內(nèi)的能源流動將顛覆目前已有的模式，動輒幾千萬千瓦的能量輸送將成為地區(qū)和國家間電力交換的常態(tài)。完全可以想象，如果國際社會積極響應(yīng)“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”這一概念，中國主導(dǎo)的特高壓交直流技術(shù)將成為具備“網(wǎng)架堅強、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動”特征的全球性大電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，為電力聯(lián)網(wǎng)的互動、安全和可交換性提供最直接的技術(shù)保障。
在歐洲，一個新的電力互聯(lián)網(wǎng)圖景已經(jīng)呈現(xiàn)。而作為電力互聯(lián)網(wǎng)成員的歐洲各國，是怎么考慮自身電網(wǎng)的定位、電力安全性和電網(wǎng)的升級改造規(guī)劃建設(shè)等重要問題的?本文試以丹麥為例做綜合介紹。
一國的應(yīng)對之策：以丹麥為例
除了歐洲電力互聯(lián)網(wǎng)，早在10多年前，在更小的區(qū)域范圍內(nèi)，挪威、瑞典、芬蘭和丹麥等國的電力系統(tǒng)就已跨國互聯(lián)。其目的是優(yōu)化電力生產(chǎn)與消費，最大限度提高北歐地區(qū)的社會經(jīng)濟效益并實現(xiàn)共贏。
電力市場的運營使得丹麥這樣的“新能源大國”和“負荷小國”能夠利用他國資源為本國風(fēng)電提供儲備電源。比如與丹麥北部相連的挪威水電豐富，而水電靈活調(diào)節(jié)能力強，被認為是風(fēng)電的最佳搭檔。德國的火電在電力市場中相較風(fēng)電價格昂貴，但是在挪威出現(xiàn)旱季時，可以成為丹麥風(fēng)電的另一個儲備電源。在這種背景下，發(fā)展與其他國家的電力系統(tǒng)互聯(lián)成為了丹麥繼續(xù)發(fā)展可再生能源的必要條件
丹麥加強電網(wǎng)的國際互聯(lián)，電力供應(yīng)會不會受制于人?這是任何電網(wǎng)公司都不能回避的問題。令人樂觀的是，整個歐洲已把發(fā)展可再生能源作為目標，為了達到電力供應(yīng)標準，所有成員國必須接受電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)合作的條件。這是一種互惠互利、互相制衡的局面。歐盟各成員國的能源組成不同，只有讓不同類型的發(fā)電單元配合默契，才能創(chuàng)造出長久的平衡與和諧。
比如在丹麥周圍的北海刮起大風(fēng)時，可以把電力傳輸?shù)綒W洲大陸最南端的西班牙。而當(dāng)?shù)湜]風(fēng)或者挪威沒有水時，太陽能可從西班牙的陽光海岸輸送過來，令各種資源得以充分利用，協(xié)作共贏。沒有強大的國際間互聯(lián)，整個電力系統(tǒng)將會變得昂貴而低效，甚至不安全。
丹麥地處北歐四國中最南面。其電力系統(tǒng)北方與挪威、瑞典相連，南與德國相連。特殊的地理位置使丹麥成為了連接北歐和歐洲腹地的電力樞紐。從電力可靠性角度看，丹麥與周邊國家強大的互聯(lián)使其電力傳輸可靠性指標在全球遙遙領(lǐng)先。從市場角度看，丹麥在發(fā)展可再生能源和加強國際電網(wǎng)互聯(lián)中長期獲益。2012年到2013年間，該國電力生產(chǎn)中近40%的風(fēng)電用于出口，為丹麥帶來了顯著的社會經(jīng)濟效益。目前，丹麥更多新的電網(wǎng)國際互聯(lián)也在計劃中。比如2019年與荷蘭、2020年與英國將跨海相連，此外還要加大現(xiàn)有鄰國包絡(luò)線的傳輸容量。
國際電網(wǎng)互聯(lián)機遇與挑戰(zhàn)并存。歐洲風(fēng)電一體化研究項目EWIS，是第一次由來自歐洲4個地區(qū)的13個國家共同攜手打造的歐洲電力供應(yīng)規(guī)劃。其中一個挑戰(zhàn)就是找到一種市場和技術(shù)之間良好的互動模式，以市場為主導(dǎo)，以電力系統(tǒng)互聯(lián)為基礎(chǔ)的發(fā)展可再生能源的模式，共同解決可再生能源并網(wǎng)的挑戰(zhàn)。
為了加強國際互聯(lián)，丹麥如何決策?
丹麥國家電網(wǎng)公司以需求為前提，以社會經(jīng)濟效益最大化為準則，理性規(guī)劃與建設(shè)電力系統(tǒng)。各國規(guī)劃電網(wǎng)，都會首先以本國的利益最大化為前提，分析各種方案的可行性。國與國的包絡(luò)往往都是電力價格出現(xiàn)差異的地方。這些差異是由于國內(nèi)系統(tǒng)出現(xiàn)阻塞造成的，即線路傳輸容量不足。所以在發(fā)展風(fēng)電和國際電網(wǎng)互聯(lián)的同時，國內(nèi)電網(wǎng)的改建與加強也同樣重要，進而減少國內(nèi)的傳輸阻塞。
所以，國際包絡(luò)線的建設(shè)需要配合國內(nèi)線路的升級改造。該進程過快將導(dǎo)致線路利用率下降，造成浪費;進程過慢或建設(shè)順序不當(dāng)會導(dǎo)致不能充分利用他國資源，從而限制本地風(fēng)電發(fā)展。同時，技術(shù)水平、風(fēng)險預(yù)測、工程成本、環(huán)境保護、用戶利益等眾多會影響到發(fā)電能力共享的因素都需要被考慮。此外，在建設(shè)國際包絡(luò)線時還要充分考慮鄰國的需要和對領(lǐng)國造成的影響。最終能夠使得整體區(qū)域的效益最大化。這需要一整套建立在電力市場規(guī)則下的平等對話機制。
為了實現(xiàn)丹麥政府制定的戰(zhàn)略目標，丹麥電網(wǎng)建設(shè)還有很長的路要走。不僅是丹麥，整個歐洲在這次能源系統(tǒng)升級改造中將會真正實現(xiàn)資源優(yōu)化共享，互相補足。強大的國際電網(wǎng)互聯(lián)將為可再生能源成為主角創(chuàng)造舞臺。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)有望帶來三個改變
我們探索“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”等各種技術(shù)的實施過程中，還有三個方面的改變必須引起人們的重視。
其一是純技術(shù)方面：網(wǎng)絡(luò)余量潮流計算。目前常規(guī)的電力網(wǎng)絡(luò)，潮流計算作為判斷系統(tǒng)運營狀態(tài)和設(shè)備負載情況的工具必不可少。但是現(xiàn)有的潮流計算考慮“現(xiàn)量”多，考慮“存量”少。在能源互聯(lián)網(wǎng)的大背景下，各國之間針對即將出現(xiàn)的可再生能源波動必須要考慮容許通過的輸電可能，因此互聯(lián)狀態(tài)下的全網(wǎng)備用和可使用信息將成為網(wǎng)絡(luò)安全的重要突破點。
其二是經(jīng)濟方面：電力的貨幣性。如果北極和赤道作為能源基地與各國電網(wǎng)相連，那么電的供需形勢將隨著各國的資源、時差、生產(chǎn)和生活狀況隨時變化，因此其價格多變也成為必然。這種情況下，電的24小時變化價格的商品特性也許會讓電這一未來最重要的能源形式成為人們財富交換和資源交易的中介。在各國電網(wǎng)廣泛互聯(lián)狀態(tài)下賦予電的各種神奇屬性也許會催生更多的互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式，而這一體系的設(shè)計也是各國政治和經(jīng)濟發(fā)展的重要著力點。
其三是思維模式方面：隨著歐美國家電力市場的不斷放開和能源價格的攀升，IT技術(shù)尤其是移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，“能源互聯(lián)網(wǎng)”在不少國家形成了新的創(chuàng)業(yè)生態(tài)圈。比如在美國的Opower，新西蘭的Powershop和德國的Green Packet等創(chuàng)業(yè)公司，都是基于開放的售電端活躍市場和節(jié)能增效的大背景出現(xiàn)的新型能源公司。這一概念下的“能源互聯(lián)網(wǎng)”，呈現(xiàn)的是前所未有的互聯(lián)網(wǎng)激情和各行各業(yè)的主動融合。電力作為一種24小時不斷變化價格的新型商品成為電動汽車、智能家居及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等多個行業(yè)的交叉點，引領(lǐng)著需求側(cè)管理、主動配電網(wǎng)這些純能源概念不斷與互聯(lián)網(wǎng)思維及用戶端產(chǎn)生結(jié)合。
【作者：廖宇：在德國柏林電網(wǎng)公司調(diào)度中心從事新能源調(diào)度管理工作，曾任職于國家電力公司蘇州供電局、西門子智能電網(wǎng)部全球項目管理中心。
范征：現(xiàn)回國創(chuàng)業(yè)，從事新能源并網(wǎng)、電網(wǎng)規(guī)劃和電力軟件研發(fā)等工作。畢業(yè)于德國亞琛工業(yè)大學(xué)，曾就職于德國電力經(jīng)濟與能源研究所、Photon光伏測試實驗室、中國電科院和DNV GL，并與業(yè)界同仁共同創(chuàng)立了“德國華人新能源協(xié)會”。
原標題:能源互聯(lián)網(wǎng)的歐洲實踐與圖景
