中國儲(chǔ)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(dòng)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(rèn)為，所謂的“一極一道”實(shí)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(yàn)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(shí)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(huì)電力與能源協(xié)會(huì)2014年會(huì)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(dòng)智能電網(wǎng)在全球廣泛應(yīng)用，強(qiáng)化能源與電力技術(shù)創(chuàng)新，最終實(shí)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(dòng)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(gè)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(lì)可再生能源發(fā)展的法律、條文和框架，整個(gè)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(gè)替代”要闡述的核心意義：人類社會(huì)面臨嚴(yán)峻的能源挑戰(zhàn)，要實(shí)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(shí)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(fèi)中的比重是表征一國電氣化程度的重要指標(biāo)。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(fèi)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(fèi)量中的比例總體上不斷增大。德國和丹麥?zhǔn)菤W洲可再生能源領(lǐng)域的代表國家，其用電占一次消費(fèi)的比例分別是30%和40%(按照發(fā)電煤耗計(jì)算法)。在歐洲，如果電網(wǎng)更大程度互聯(lián)，就可以進(jìn)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(gè)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(shí)、荷蘭、盧森堡、丹麥、瑞典、愛爾蘭和英國等9個(gè)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(gè)計(jì)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(shí)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(gè)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(shí)現(xiàn)這個(gè)諾言的重要步驟。歐洲和北非國家的DESERTEC項(xiàng)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(shí)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(jì)劃”，試圖在2050年構(gòu)建出強(qiáng)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(dá)一定程度后，電網(wǎng)內(nèi)的能源流動(dòng)將顛覆目前已有的模式，動(dòng)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(huì)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(jiān)強(qiáng)、廣泛互聯(lián)、高度智能、開放互動(dòng)”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(dòng)、安全和可交換性提供最直接的技術(shù)保障。
在歐洲，一個(gè)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(fèi)，最大限度提高北歐地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益并實(shí)現(xiàn)共贏。
電力市場的運(yùn)營使得丹麥這樣的“新能源大國”和“負(fù)荷小國”能夠利用他國資源為本國風(fēng)電提供儲(chǔ)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(qiáng)，被認(rèn)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(jià)格昂貴，但是在挪威出現(xiàn)旱季時(shí)，可以成為丹麥風(fēng)電的另一個(gè)儲(chǔ)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(qiáng)電網(wǎng)的國際互聯(lián)，電力供應(yīng)會(huì)不會(huì)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(gè)歐洲已把發(fā)展可再生能源作為目標(biāo)，為了達(dá)到電力供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)，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(shí)，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(qiáng)大的國際間互聯(lián)，整個(gè)電力系統(tǒng)將會(huì)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(qiáng)大的互聯(lián)使其電力傳輸可靠性指標(biāo)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(qiáng)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益。目前，丹麥更多新的電網(wǎng)國際互聯(lián)也在計(jì)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(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。歐洲風(fēng)電一體化研究項(xiàng)目EWIS，是第一次由來自歐洲4個(gè)地區(qū)的13個(gè)國家共同攜手打造的歐洲電力供應(yīng)規(guī)劃。其中一個(gè)挑戰(zhàn)就是找到一種市場和技術(shù)之間良好的互動(dòng)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(qiáng)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(huì)經(jīng)濟(jì)效益最大化為準(zhǔn)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(huì)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(jià)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(shí)，國內(nèi)電網(wǎng)的改建與加強(qiáng)也同樣重要，進(jìn)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(jìn)程過快將導(dǎo)致線路利用率下降，造成浪費(fèi);進(jìn)程過慢或建設(shè)順序不當(dāng)會(huì)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(shí)，技術(shù)水平、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、工程成本、環(huán)境保護(hù)、用戶利益等眾多會(huì)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(shí)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(jī)制。
為了實(shí)現(xiàn)丹麥政府制定的戰(zhàn)略目標(biāo)，丹麥電網(wǎng)建設(shè)還有很長的路要走。不僅是丹麥，整個(gè)歐洲在這次能源系統(tǒng)升級改造中將會(huì)真正實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化共享，互相補(bǔ)足。強(qiáng)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(tái)。
全球能源互聯(lián)網(wǎng)有望帶來三個(gè)改變
我們探索“全球能源互聯(lián)網(wǎng)”等各種技術(shù)的實(shí)施過程中，還有三個(gè)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(jì)算。目前常規(guī)的電力網(wǎng)絡(luò)，潮流計(jì)算作為判斷系統(tǒng)運(yùn)營狀態(tài)和設(shè)備負(fù)載情況的工具必不可少。但是現(xiàn)有的潮流計(jì)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(dòng)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(diǎn)。
其二是經(jīng)濟(jì)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(shí)差、生產(chǎn)和生活狀況隨時(shí)變化，因此其價(jià)格多變也成為必然。這種情況下，電的24小時(shí)變化價(jià)格的商品特性也許會(huì)讓電這一未來最重要的能源形式成為人們財(cái)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(huì)催生更多的互聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式，而這一體系的設(shè)計(jì)也是各國政治和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要著力點(diǎn)。
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(jià)格的攀升，IT技術(shù)尤其是移動(dòng)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(dòng)融合。電力作為一種24小時(shí)不斷變化價(jià)格的新型商品成為電動(dòng)汽車、智能家居及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等多個(gè)行業(yè)的交叉點(diǎn)，引領(lǐng)著需求側(cè)管理、主動(dòng)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(xiàng)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(jì)與能源研究所、Photon光伏測試實(shí)驗(yàn)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(huì)”。
原標(biāo)題:能源互聯(lián)網(wǎng)的歐洲實(shí)踐與圖景
