中國與歐洲國家的電網(wǎng)規(guī)劃過程雖存在諸多不同，但隨著可再生能源利用的不斷增加，高比例可再生能源并網(wǎng)、遠(yuǎn)距離輸電等問題是中國和歐洲面臨的共同挑戰(zhàn)。
在制定規(guī)劃時，歐洲的電網(wǎng)運(yùn)營商基于氣候變化與能源政策，做出精細(xì)的情景模擬。其中，歐洲十年網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃就考慮了基于氣候變化不同能源政策的三種情景；德國在制定《2019-2030年電網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃》時，也基于2030年將可再生能源發(fā)電提高到65%的目標(biāo)以及逐步退煤的建議，新增了2038年的無煤情景。
歐洲電網(wǎng)規(guī)劃中市場導(dǎo)向性更強(qiáng)，未來電力系統(tǒng)的電源配比，以及是否需要新建傳輸線等，均可通過市場模擬模型來解決。同時，公眾參與也是其制定規(guī)劃的重要環(huán)節(jié)。
德國如何在電網(wǎng)規(guī)劃中整合不同因素？
能源轉(zhuǎn)型對德國電網(wǎng)提出了巨大的挑戰(zhàn)?？稍偕茉窗l(fā)電受天氣條件影響，發(fā)電波動性較大，有時并網(wǎng)電量過多電網(wǎng)無法消納。德國的大型風(fēng)電場主要建在北部，而南部和西部則是主要的電力負(fù)荷地，電網(wǎng)擴(kuò)建跟不上可再生能源的發(fā)展步伐，因此經(jīng)常出現(xiàn)輸電阻塞現(xiàn)象。有時甚至不得不關(guān)停整個風(fēng)電場，以避免電網(wǎng)過載。2015年和2016年，德國因輸電阻塞造成的重新調(diào)度成本高達(dá)10億歐元/年。電網(wǎng)重新調(diào)度成本通過電網(wǎng)過路費(fèi)最終會分?jǐn)偟诫娏οM(fèi)者身上。
為了減少輸電阻塞造成的成本，2016年，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和能源部牽頭成立了一個專門工作小組，研究相應(yīng)對策，這個工作小組的研究結(jié)果認(rèn)為，通過合理提高電源富集地現(xiàn)有電網(wǎng)的負(fù)荷率，可在中短期內(nèi)減少約2億歐元的電網(wǎng)阻塞成本。近年來，德國提出了不同領(lǐng)域的電氣化方案（Power to X），即基于可再生能源發(fā)電，在交通、工業(yè)、能源、建筑、供暖等領(lǐng)域應(yīng)用電制氫、電制油、電制氣等，以此擴(kuò)大綠色電力的使用，提高負(fù)荷率。
該小組同時指出，合理提高現(xiàn)有電網(wǎng)負(fù)荷率只是一個過渡性的解決方案，要持續(xù)提高電網(wǎng)的輸電能力，就必須擴(kuò)建電網(wǎng)。因此，聯(lián)邦和州政府已做好相應(yīng)準(zhǔn)備，與50Hertz、Amprion、TenneT和TransnetBW這四大電網(wǎng)運(yùn)營商共同開展電網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)。
德國輸電網(wǎng)運(yùn)營商在向政府提出電網(wǎng)規(guī)劃方案時，將時間跨度一直延續(xù)到了2030年。他們主要采用基于發(fā)展情景和市場模式的規(guī)劃方法，大致分為5個階段：包括情景框架、電網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃與環(huán)境評估、聯(lián)邦要求計(jì)劃、聯(lián)邦及區(qū)域規(guī)劃與批準(zhǔn)，最后才是開工建設(shè)。
德國電網(wǎng)規(guī)劃步驟
來源：德國經(jīng)濟(jì)與能源部
情景框架是電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃制定的基礎(chǔ)。輸電網(wǎng)運(yùn)營商（TSOs）通常提前10年提出電網(wǎng)規(guī)劃方案。
通過情景框架把未來的電力生產(chǎn)和電力消費(fèi)預(yù)測聯(lián)系起來，考慮的因素包括國民生產(chǎn)總值（GDP）預(yù)測，到2030年即將關(guān)停、退役的發(fā)電機(jī)組，可再生能源容量可信度，人口變化，用電量預(yù)測等，進(jìn)而推算出未來全德國電網(wǎng)中需要輸送的電力情況，輸電網(wǎng)運(yùn)營商利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行市場模擬。
TSOs先把全德國的輸電需求值分解到各個地區(qū)，并計(jì)算出納入所有能源來源的情況下，每個電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)所能提供的最大輸電功率，再通過模型計(jì)算出各地區(qū)的電力交換量值，在這一基礎(chǔ)上計(jì)算出輸電需求，即在高負(fù)荷情況下，輸電網(wǎng)必須有多少輸送電力的能力。
有了這些數(shù)據(jù)，TSOs就可與現(xiàn)有電網(wǎng)輸電能力和政府已經(jīng)批準(zhǔn)的電網(wǎng)擴(kuò)建項(xiàng)目做對比，從而確定輸電網(wǎng)是否有足夠的輸送能力，還是必須做出進(jìn)一步的改建或擴(kuò)建。電網(wǎng)運(yùn)營商提出計(jì)劃后，提交監(jiān)管機(jī)構(gòu)審核。
基于該計(jì)劃，第二年TSOs將做環(huán)境評估，同年8—10月再經(jīng)由監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行多輪咨詢，包括公共機(jī)構(gòu)、個人等利益相關(guān)方都能提出意見，參與到電網(wǎng)規(guī)劃之中。在當(dāng)年年底，監(jiān)管機(jī)構(gòu)會公布他們批準(zhǔn)的未來十年新建電網(wǎng)規(guī)劃。供職于德國經(jīng)濟(jì)與能源部的Schope博士向eo記者表示，通常情況下，TSOs提出的新建輸電網(wǎng)或既有輸電網(wǎng)的擴(kuò)建需求，會超出立法者批準(zhǔn)的輸電網(wǎng)項(xiàng)目擴(kuò)建規(guī)模。
此后，聯(lián)邦電網(wǎng)管理局（BnetzA）會向政府提交通過審核和評估的新建線路提案，由政府提交議會。與此同時，第三年TSOs還將進(jìn)行另一個情景模擬，于下一年提交BNetzA進(jìn)行評估。最終議會會將這四年的評估結(jié)果打包形成一個法案（Federal Requirement Plan），法律上通過之后才可實(shí)施。
在第四階段，TSOs提交文件，聯(lián)邦或州政府進(jìn)行規(guī)劃，劃定輸電線沿線的大致走廊，通常需要一到兩年，接著分到各區(qū)域來確定輸電線路的具體位置，TSOs才可以開工修建。在此期間，利益相關(guān)方還將提出其公共利益及環(huán)境訴求。
給規(guī)劃實(shí)施按下“加速鍵”
2017年初，輸電網(wǎng)運(yùn)行商已就電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃草稿征詢了公眾的意見，并收到了2000余條反饋意見。修改后的規(guī)劃稿在當(dāng)年5月提交給了 BNetzA，評估后，BNetzA認(rèn)為輸電網(wǎng)運(yùn)行商在該版本的電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃中提出的160項(xiàng)措施中有90項(xiàng)是必要的，其它70項(xiàng)措施被認(rèn)為“尚不能確認(rèn)”。
2017年夏，BNetzA再次向公眾公布最新版的電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃征詢意見，所有感興趣的公眾在2017年10月16日前提出了自己對電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃的意見。此外，BNetzA還在多個時間段分別在萊比錫、杜塞爾多夫和漢堡舉行電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃信息介紹和咨詢活動。
廣泛的公眾參與之下，電網(wǎng)擴(kuò)建仍然困難重重。Schope博士表示，主要問題在于，雖然德國議會已將擴(kuò)建規(guī)劃納入《聯(lián)邦要求計(jì)劃》范圍，但剩下的溝通、實(shí)施仍需TSOs和公共機(jī)構(gòu)去做。這個過程相當(dāng)復(fù)雜，所以項(xiàng)目總是一拖再拖，最終能源部長就成為了“眾矢之的”。
德國經(jīng)濟(jì)與能源部部長Peter Altmaier在2018年一上任，就將解決電網(wǎng)擴(kuò)建的問題提為其任內(nèi)的一項(xiàng)重要政治任務(wù)，對電網(wǎng)建設(shè)設(shè)立了嚴(yán)格的時間節(jié)點(diǎn)，德國聯(lián)邦政府也就此設(shè)計(jì)了6個時間節(jié)點(diǎn)，每個節(jié)點(diǎn)分別對應(yīng)電網(wǎng)規(guī)劃的不同階段。
分別是區(qū)域規(guī)劃的提出請求和決定階段（Request and decision on the regional planning），詳細(xì)規(guī)劃的提出請求和決定階段（Request and decision on the detailed planning ）以及開始施工和調(diào)試階段（Beginning of construction and commissioning）。
BnetzA和區(qū)域當(dāng)局會與TSOs之間商定時間目標(biāo)，他們要求這些時間目標(biāo)必須切合實(shí)際，而非基于“最佳假設(shè)”。同時，他們將每三個月對項(xiàng)目進(jìn)展進(jìn)行監(jiān)督，對可能延期的項(xiàng)目采取措施。
歐洲結(jié)合能源政策的多情景模擬
在歐洲，可再生能源的發(fā)展離不開區(qū)域間協(xié)作。各國參與的區(qū)域電力市場(coupled market)和遠(yuǎn)距離輸送(interconnections)對歐洲的電力平衡起到了關(guān)鍵作用。歐洲電網(wǎng)規(guī)劃中市場導(dǎo)向性更強(qiáng)，未來電力系統(tǒng)電源配比、是否需要修建新傳輸線等，均可通過市場模擬模型來解決。
2009年，由歐洲36個國家的43個輸電運(yùn)營商共同組成了歐洲輸電運(yùn)營商聯(lián)盟（European Network of Transmission System Operators for Electricity，ENTSO-E），該機(jī)構(gòu)是歐洲電力領(lǐng)域最具影響力的機(jī)構(gòu)之一。其主要職責(zé)包括制定電網(wǎng)規(guī)劃、協(xié)調(diào)電力輸送、制定電力市場標(biāo)準(zhǔn)、推動新能源發(fā)展等，旨在促進(jìn)歐洲統(tǒng)一電力市場建設(shè)。
十年網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃（Ten-Year Network Development Plan，TYNDP）是歐盟授權(quán)ENTSO-E推動輸電系統(tǒng)發(fā)展的長期規(guī)劃，其以十年為目標(biāo)時間節(jié)點(diǎn)，每兩年定期發(fā)布，旨在實(shí)現(xiàn)歐洲能源轉(zhuǎn)型及低碳化發(fā)展。發(fā)展情景是規(guī)劃研究的核心。
2019年11月，ENTSO-E發(fā)布了十年網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃2020年的情景模擬（TYNDP 2020 Scenario）。該計(jì)劃不僅評估了未來電力和天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的項(xiàng)目需求，還考慮了天然氣和電力系統(tǒng)之間的相互作用，以此來評估多元能源系統(tǒng)的建設(shè)需求。
TYNDP的發(fā)展情景描述了未來實(shí)現(xiàn)歐洲排放目標(biāo)的3種截然不同、但都富有挑戰(zhàn)性的路徑，具體指的是：
1. 國家趨勢情景（National Trends Scenario）
反映各歐盟成員國的國家能源和氣候計(jì)劃（NECP）草案，并認(rèn)可歐盟的氣候目標(biāo)。
2.分布式能源情景（Distributed Energy）
產(chǎn)消合一，利用小規(guī)模發(fā)電、電池和電-氣轉(zhuǎn)換，消費(fèi)者也可以向電力系統(tǒng)送電。
3. 全球雄心情景（Global Ambition）
全力推進(jìn)全球低碳化，大規(guī)模開發(fā)電力和天然氣領(lǐng)域的可再生能源，即控制全球升溫在1.5°C 內(nèi)。
TYNDP2020情景方案顯示，所有的情景都表明，到2025、2030和2040年，化石能源發(fā)電將穩(wěn)步減少，風(fēng)能和太陽能發(fā)電將大大增加。此外，水電和抽水蓄能發(fā)電略有增加，生物質(zhì)能發(fā)電和其他可再生能源發(fā)電變化不大。但其他非可再生能源（主要是規(guī)模較小的熱電聯(lián)產(chǎn)）對于脫碳很重要。同時，3種場景表明，需求側(cè)和儲能技術(shù)有可能參與市場，并有助于調(diào)峰和降低電價水平。到2050年，歐洲的能源系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)碳中和。
在無新增電網(wǎng)的情況下，一直到2040年，能源系統(tǒng)每年花費(fèi)的成本將達(dá)到430億歐元。為了在2040年之前實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，需要在輸電網(wǎng)上投資1400億歐元。到2025年，電網(wǎng)投資將主要集中在直流上。
2018年，ENTSO-E及歐洲輸氣運(yùn)營商聯(lián)盟ENTSO-G首次聯(lián)手，共同研究提出了TYNDP2018，更加注重歐洲的清潔發(fā)展、跨國互聯(lián)和電氣化水平提升。該報告對如何實(shí)現(xiàn)高可再生能源占比的能源系統(tǒng)穩(wěn)定性提出了具體目標(biāo)，包括新建輸電網(wǎng)絡(luò)及相應(yīng)的電源容量配比等。
該報告提出，到2030年，可再生能源覆蓋負(fù)荷需求的48%—58%，新建166個輸電工程，15個儲能工程（12個抽水蓄能、3個壓縮空氣儲能），二氧化碳減排量達(dá)到1990年水平的65%—75%，投資1140億歐元，每年節(jié)約發(fā)電成本20億—50億歐元。
到2040年，可再生能源覆蓋負(fù)荷需求的65%—81%，二氧化碳減排量達(dá)到1990年水平的80%—90%。通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化減少邊際發(fā)電成本3—14歐元/MWh、減少可再生能源電量消耗58—156TWh。
不難看出，歐洲的十年電網(wǎng)規(guī)劃是一個靈活性解決方案的組合，包括電網(wǎng)和儲能、需求側(cè)響應(yīng)以及不同能源品類的耦合等，這也是實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的、高比例可再生能源的系統(tǒng)所需要的。
