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分析欧洲电网互联对我国能源转型的借鉴意义

    随着数字信息时代的到来和能源革命的推进,电力已成为新一代能源系统的中心,电力的清洁低碳发展成为全球应对气候变化的关键。欧洲是全球能源绿色低碳发展和推进电网互联发展的积极践行者,本文主要介绍欧洲互联电网发展及其在支撑清洁能源发展方面的经验,分析其对我国能源转型的借鉴意义。
       欧洲互联电网与可再生能源发展现状
       欧洲互联电网主要包括欧洲大陆、北欧、波罗的海、英国、爱尔兰五个同步电网区域,由欧洲输电商联盟(ENTSO-E)负责协调管理,是世界上规模最大的互联电网之一。各成员国间电网互联相对紧密,共有跨国电网联络线355条,其中交流联络线328条,直流联络线27条,联络电压等级以380/400千伏、200/285千伏为主。
       截至2015年年底,欧洲电网总装机容量达到10.3亿千瓦,发电量达到3.3万亿千瓦时,各成员国间交换电量约4490亿千瓦时,占总用电量12%;风电装机1.43亿千瓦,占全球的33%,仅次于亚洲;太阳能装机0.98亿千瓦,占全球的43%,居全球各大洲首位;2006年以来,风电和太阳能发电装机年均增长率为13%和46%。
       欧洲电网互联发展经验
       欧洲地区国家众多,能源需求量大,能源资源相对匮乏且分布不均衡。为促进经济发展,欧洲各国间电网互联起步较早。在过去的10多年间,为应对气候变化和能源安全的双重挑战,欧洲大力发展可再生能源,欧洲跨国联网进入了一个新的快速发展时期。为提高能效和保障可再生能源发展目标的实现,欧洲各国不断加强电网互联,欧盟不断加强和完善能源立法,构建统一电力市场,消除国家间电力贸易壁垒,促进可再生能源在欧洲更大范围内自由流动和高效消纳。近年来,欧洲成为全球可再生能源发展的重要领跑者。总结其经验,主要有发展战略引领、打破市场壁垒、完善电网运营与规划协调、加强电网互联四大方面。
       发展战略引领
       欧盟作为全球温室气体减排行动的积极倡导者,近年来出台了一系列能源战略,积极引领和推动可再生能源发展。2007年,欧盟理事会确立了中期能源与气候变化目标,即“20—20—20”:2020年温室气体排放量比1990年水平减少20%(如果条件许可则减少30%),可再生能源份额提高到20%,能源利用效率提高20%。2011年12月,欧盟发布了“2050能源路线图”,提出欧盟到2050年碳排放量比1990年下降80%~95%的目标,并提出大力发展可再生能源等四种路径的组合来实现这一目标。2013年,欧盟制定《2050年能源技术路线图》等战略计划,突出可再生能源在能源供应中的主体地位。2014年1月,欧盟委员会提出《2030气候和能源框架》,为2030年设立了三个主要目标:温室气体至少减排40%(与1990年相比),可再生能源比例至少占27%,能效至少提高27%。
       统一电力市场建设
       1996年,欧盟颁布了第一次能源改革法案,要求各国实施电力市场化改革,电网与电力生产、供应分离,开放用户选择权,推进欧盟统一电力市场建设。2003年,欧盟颁布了第二次能源改革方案,进一步加大了欧盟统一电力市场建设力度。经过上述两次能源改革,为了进一步增强欧洲电力市场的竞争性,提高能源市场效率,保障电力供应以及推动建立统一的欧盟能源市场,2009年8月,欧盟正式通过第三能源包,内容包括实现有效的输送网络拆分、建立监管框架、网络准入及提高透明度等,进一步推动在欧盟国家建立统一的能源电力市场。2011年,欧盟委员会明确提出2014年之前建成欧盟内部统一能源市场的目标,要求各成员国加快电网和天然气管道的互联,保证2015年前消除能源孤岛,实现能源在欧盟范围内的自由输送和供应。
       不断完善电网运行与规划协调
       20世纪20年代,欧洲跨国联网发展起步。到二战后,为促进经济发展,西欧国家间电网互联需求增强。随着联网国家的增多、范围的不断扩大,为保障各国电网间的协调运行,先后成立了“电力生产和运输协调联盟(UCPTE)”、“电力传输协调联盟(UCTE)”、欧洲输电系统运行商(ESTO)等协调组织。原来欧盟各国电力输送系统运营商的合作都是建立在自愿基础上的。要实现欧盟2007年提出的三个“20%”目标,为保障大规模可再生能源发电及并网,欧洲电力供应骨干网——输电网层面的协调需要大幅加强。基于此,2009年成立欧洲输电商联盟(ENTSO-E)。根据(EC)714/2009法规,ENTSO-E负责加强协调其41个成员间的合作,促进泛欧洲电力传输网络发展,以实现加强跨国联网和可再生能源并网等目标。ENTSO-E负责每两年发布一次欧洲电网十年发展规划(TYNDP),发布待建设的联网规划项目清单,只有纳入规划的项目才可能被实施。ENTSO-E的成立,标志着欧洲电网发展进入统一规划阶段。
       加强电网互联支撑可再生能源消纳
       德国与周边7个国家实现了互联,2012年联网容量达到2100万千瓦,占系统最大负荷的25%、风光装机规模的33%。与周边国家的充分联网,为德国可再生能源的高比例消纳提供了重要支撑。葡萄牙与西班牙电网相联,最大功率交换能力310万千瓦,为葡萄牙风光装机容量的59%。西班牙与法国、葡萄牙和摩洛哥等国电网相联,最大功率交换能力685万千瓦,为西班牙风光装机容量的23.2%。丹麦电网与挪威、瑞典和德国通过14条联络线实现互联,联网容量超过500万千瓦,接近2015年底的风光装机总量,利用北欧丰富的水电资源为丹麦风电消纳起到了良好的调节作用。
       为加快风电、太阳能等可再生能源的开发利用,欧盟拟加强跨国电网互联,提出到2020年各成员国跨国输电能力至少占本国装机容量的10%,2030年达到15%。根据2016年12月发布的欧洲十年电网发展规划报告(TYNDP2016),要实现欧洲气候变化控制目标、实现2030年电力系统减排80%,未来要进一步扩大电网互联规模以满足大规模可再生能源传输需求,需要重点加强十大互联电网断面:英国与欧洲大陆及北欧、北欧与欧洲大陆、波罗的海国家与欧洲其他国、欧洲东南部与中部联网等。
       启示与思考
       我国是世界上最大的能源生产和消费国,能源结构以化石能源为主,这使得我们一方面承受碳减排的国际压力,同时也面临着严峻的国内环境治理问题,加快能源转型发展刻不容缓。
       我国政府承诺2020年非化石能源占一次能源消费总量的15%,2030年达到20%。2000年以来,我国风电进入快速发展阶段,2005年以来,太阳能发电进入高速发展阶段。根据国际可再生能源署(IRENA)的统计数据,截至2015年年底,中国大陆水电装机占全球的27%、风电装机占34%,太阳能装机占19%,成为全球可再生能源发展名副其实的领跑者。然而,在我国电源结构支撑可再生能源发展方面存在天然缺陷的现实情况下,在电力需求增长放缓的发展形势下,由于电源电网发展不协调、跨省跨区可再生能源消纳机制不健全等方面的原因,我国可再生能源发展出现了“边建边弃”的情况。2015年,我国全年弃风电量339亿千瓦时,同比增加213亿千瓦时,平均弃风率15%;全年弃光电量46.5亿千瓦时,平均弃光率12%。2016年,我国全年弃风电量达到497亿千瓦时,平均弃风率上升到17.1%,西北地区弃光电量70.4亿千瓦时,平均弃光率19.8%。我国的弃风主要集中在风能资源富集的西北、东北和华北(“三北”)地区,弃光全部集中在太阳能资源最好的西北地区。
       欧洲与我国电力发展具有一定相似性,都把可再生能源作为能源转型的发展重点,都存在可再生能源大规模开发、远距离输送的需求。E-Highways2050项目领导者G.Sanchis指出,可再生能源发展规模越大,从欧洲可再生能源资源富集的边远地区到负荷中心地区的电力流和传输容量需求越大。学习欧洲互联电网发展及其促进可再生能源发展方面的经验,我国需要继续加强和加快跨省跨区特高压电网建设,加快解决西南、“三北”和西北地区的弃水弃风弃光存量问题,同时为未来更大规模(20亿千瓦以上)的水风光消纳提供更大范围的优化配置平台,支撑能源转型加快发展;完善可再生能源跨省跨区消纳机制,打破省间电力交易壁垒,推进跨省区可再生能源增量现货交易,用市场化方式来最大可能地消纳可再生能源;加强电源电网统一规划,优化可再生能源建设速度与开发布局,优化系统中的气电、抽水蓄能等调节电源建设和布局,控制可再生能源在局部地区的过快增长和外送通道建设滞后矛盾,同步可再生能源基地与外送通道的建设进程。
       中国能源变革令西方相形见绌 煤炭减少量超英国总煤炭需求
       外媒称,德国对于自己一直是能源变革方面的先驱非常骄傲和自豪。然而眼下在中国所发生的事令德国在过去几年来的成绩相形见绌。
       据《赫芬顿邮报》德国版网站3月1日报道,中国目前正准备实现一个180度的逆转——这或许是所有人都没有想到的。《经理人》杂志报道说,中国去年的煤炭用量比上年减少了4.7%。因此而节省的煤炭用量超过了英国的总煤炭需求。
       这是中国能源部门公布的最新数字。对此“能源集体”网络杂志写道,2016年中国水力、风能和太阳能领域的增长几乎是德国以此类方式生产的能源的总和。
       而大约两年前,国际能源署还悲观地预言,中国煤炭用量到2030年之前都将持续增长。
       报道称,煤炭在中国能源消耗中仍还占62%的比例。但是目前开始的变革是惊人的——而且它可能会持续下去。仍在进一步增大的能源需求目前已有几乎20%是由可再生能源满足的。
       在中国出现了巨型的水力发电站——比如说2013年投入使用的溪洛渡水电站就是该类型发电站中规模最大的之一。
       报道称,从这些对未来的投资中获益的不仅仅是中国:因为这种绿色能源革命也大大减少了碳排放。《经理人》杂志援引绿色和平组织煤炭专家劳里˙米吕维塔的话说,他相信,目前在中国所发生的事“令控制气候变化的前景彻底发生了革命”。
       美国可再生能源过去10年增加3倍 仍落后于欧洲中国
       根据一家产业组织“可持续能源商业委员会”(BCSE)在2月份出版的《美国可持续能源》杂志上发表的一份报告,自2008年以来,美国的可再生能源装机容量已经增加了3倍。
       根据这份报告,到2016年年底,美国来自可持续能源(包括风能、太阳能、生物质能和地热等)的能源装机容量达到了创纪录的141吉瓦。而水电作为美国最普遍的可再生能源,在这段时期内又额外增加了103吉瓦。水电的装机容量在过去10年中大致保持稳定状态。
       新的风能和太阳能装机容量占据了增加的装机容量的大部分。从2008年开始,这两种能源的组合装机容量增加了近5倍,由26吉瓦变为123吉瓦。其中风能的装机容量达到83吉瓦。
       然而这份报告同时也指出,美国的风电装机容量依然远远落后于欧盟和中国——截止到2015年,后两者的风电装机容量都已超过140吉瓦。
       根据BCSE的分析,近些年来,太阳能光伏和电池使用量的增加促进了美国低碳能源最显著的增长,而这种增加恰恰是税收优惠政策和安装费用大幅下降带来的结果。
       位于华盛顿哥伦比亚特区的BCSE的主席LisaJacobson表示:“美国的能源市场正在发生转变,而且正在迅速转变。”
       但是这份报告强调,如果美国要在未来几十年里提高部署清洁能源的步伐,地方政府、州政府和联邦政府都将在其中发挥一定的作用。Jacobson指出:“我们仍然需要政策上的引导。”
       包括水电在内的可再生能源于去年达到了美国电力需求的15%,而在10年前,这一比例仅为8%。相比之下,可再生能源满足了全球电力需求的24%。在美国,同一时期内,来自煤炭的能源份额从近50%下降到30%。
       报告指出,2016年,多亏电力部门增加了脱碳环节以及普遍提高能源效率,美国的温室气体排放量降低至25年来的新低。
       近些年来,美国政府推出了一系列能源政策,包括为应对气候变化而在新能源领域投资并创造500万个“绿色”工作岗位,提高交通工具的燃油效率,增加国内能源生产和使用以减少能源进口,实现能源的多元化,推行节能项目以提高能效。
       从目前来看,这些能源政策的落实情况并不十分理想。美国国内对于气候变化的预期判断、能源使用的环境影响,仍未达成较为广泛的共识。而在美国的政治框架之中,征收碳税很难获得公众支持。是否需要继续大力开发核能,如何真正摆脱对于进口石油的过度依赖,碳捕集如何可行,怎样建立对温室气体的监管,如何充分发挥市场机制作用来鼓励新能源发展,如何在气候和能源管理上达成密切的国际合作,都是未来需要解决的问题。
       (转自《中国科学报》2017年2月28日2版)
来源:国家电网报