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欧洲同步电网:国家间的能源互动

更新时间:2019-09-11

  能源危机和气候变化问题,都将使得未来全球的能源供应形势,从现在的区域内供应转变为更大范围的、更多形式的能源供应。以风电为代表的可再生能源迅猛发展,极大了减少大量化石能源的使用,其引发的能源结构与布局的调整也将引起能源在全球范围内更加优化配置。因此,构建能源互联网,形成一个服务范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台正逢其时。

  为了促进可再生能源利用、保障能源供应安全、构建欧洲统一能源市场,欧洲电力系统进行了一系列调整,提升了其在能源供应体系中的地位。

  欧洲输电网系统运营机构于2012年发布了研究与发展路线年研究与创新路线年,欧洲输电网系统运营机构公布了到2030年的 10年电网发展规划,展望了未来欧洲电网可能的发展方向。可以预见到的是,在未来的能源结构中,六合宝典免费资料大全互联电网将在实现能源供应、保障能源安全等方面发挥越来越重要的作用。

  欧洲电网不仅是世界上最大的区域互联电网、电源装机总量最大的电网,世界上少见地实现了多国互联的电网,也是世界范围内推进以高比例可再生能源为特征的能源转型典范。其区域内互联现状和各国电源结构的研究,对我国能源互联网的建设,及全球范围内能源互联网的建设都具有重要的借鉴作用。

  德国是可再生能源大国,截至2014年年底已连续第 9年保持世界光伏发电第一,也是世界工业化大国中唯一的光伏发电装机容量超过风电的国家。德国电网中,新能源(太阳能与风能)的装机容量比例约 38%,煤电装机的装机容量约占 25%的比例,气电装机占 16%,抽水蓄能电站装机容量约占 4%。气电、煤电和抽水蓄能这 3种机组的装机总容量与新能源机组装机容量的比例约为 1.18:1。这表明,在目前德国电网系统中,每 1兆瓦的新能源机组(风电和太阳能机组),相应的配备有 1.18兆瓦的传统的发电机组(气电、煤电和抽水蓄能)作为配合。

  德国电网位于欧洲大陆的中心,与周围许多国家,尤其是法国荷兰、丹麦和捷克的电网联系非常紧密。德国电网与周围电网的互联传输能力,受入容量可以达到 17295兆瓦。如果以新能源装机容量作为基数,其传统机组为 1.18倍,最大负荷为 1.06倍,互联电网的传输能力为 0.23倍。传统机组加上互联网的支撑能力,比最大负荷高出约 35%,这高出了电源规划中对于电源需高出负荷 15%~20%的裕度要求。这正是德国电网在高比例可再生能源并网的情况下,仍能够保持安全稳定运行的一个重要基础。

  法国的电源结构以核电为主,在全部装机容量中的比例超过了60%,居世界首位。而其他新能源装机容量较低,风电和太阳能均低于1%。煤电、气电以及抽水蓄能这3种发电类型是电网中重要的调节电源。煤电占比为4%,气电占比6%,抽蓄的比重为5%,分别是新能源机组装机容量的 11.8倍、15.1倍和12.2倍。

  法国电网东接德国电网,北接英国电网,南接伊比利亚半岛西班牙电网。法国电网与周围电网的互联传输能力,受入容量可以达到 12395兆瓦,其中有 1400兆瓦刚刚于 2015年 2月建成。这一互联容量如果全部使用的话,可以满足约全年最大负荷 84343兆瓦的 15%的供应,能够很好地平衡法国电网由于核电可调能力不足所造成的电网安全稳定问题。

  丹麦是世界上可持续发展水平最高的国家之一,也是仅有的几个可再生能源装机容量接近化石能源装机的国家之一。丹麦没有核电机组,常规水电与抽水蓄能电站装机容量也几乎为0,但其风电与太阳能发电的发展非常迅猛,技术居于世界领先地位,是仅有的新能源装机超过 35%的国家。其风力发电机组的装机容量达到了4845兆瓦,太阳能发电机组达到了601兆瓦。而煤电机组的装机容量为4847兆瓦,气电机组的装机容量为2941兆瓦,与新能源机组装机容量的比值分别为0.92倍和0.56倍。

  丹麦电网位于欧洲大陆的北部,南邻德国电网,北靠北欧电网。丹麦电网与周围电网的互联传输能力,受入容量可以达到5820兆瓦,与挪威电网互联容量1000兆瓦,与德国电网为 1780兆瓦,与瑞典电网为2440兆瓦。丹麦电网2014年的最高负荷仅为5744兆瓦,与邻国电网互联的容量已经超出了本国的最大负荷。加上丹麦电网内部2941兆瓦的气电容量以及4847兆瓦的煤电容量,丹麦电网调节能力巨大,尤其是在应对可再生能源所引起的波动性问题上。这也是丹麦电网在一段时期风电机组所发电量超出区内最大负荷运行的一个重要条件和原因。

  由欧洲这些主要国家的能源及互联状况可以看到,构建国家间互联电网,需要有相应的平台和机制支持。

  首先要做好物理平台建设。各电网之间互联传输能力的提升,是构建能源互联网最重要的物理基础,这也是欧洲电网下一阶段建设最为重要的一项内容。目前,欧盟成员国中有 12个国家的互联比——互联容量除以本国装机容量——低于10%。欧盟所制定的电网建设规划目标是,到2020年,欧盟成员国的互联比都普遍达到10%~15%,一些可再生能源装机比例较高的地区达到15%以上。这些电网物理平台的建设需求,亟需先进输电技术的研发和应用,以保证长距离、大负荷输电情况下电网的稳定性。

  其次是要有信息平台支持。随着欧洲各国电网之间互联的增强和各国之间电能交换的增加,迫切需要一个一体化的信息交互平台,以实现互联电网的信息交换需求。这一信息平台应当能够实现实时的电网监测和数据传输,以确保电网的安全稳定;能够实现可再生能源发电数据的快速分析与共享,以支撑电力在欧洲范围内的实时平衡;还应满足电力市场运行和实时电价建立的信息通信需求,以保证市场价格机制发挥作用、实现资源的优化配置。

  最后还要有配套的融资机制。互联电网的建设涉及巨额的资金投入,需要建立相应的融资机制,以保障建设的顺利进行。为此,欧盟通过设立连接欧洲设施、欧盟结构和投资基金和欧洲战略投资基金等3项资助基金,对欧洲互联电网的建设进行支持,保障电网建设的顺利完成。

  从欧洲同步电网的建设可以看到,构建能源互联网,首先应保证大电网优势的发挥,实现互联区域内的互济互供。随着新能源接入比例的增加,发挥大电网的优势,备用等辅助服务的作用将更加重要。例如丹麦电网发电装机容量已经超出了最大负荷,在丹麦风电出力不足的情况下,如果没有邻国电源的支撑,电网的安全稳定运行将难以保障。

  此外,还要实现电源结构的合理配置,保障充足的可调度资源。这需要在规划阶段,协调好调度电源容量与波动性新能源发电容量的优化规划,保证系统具有充足的可调度资源,还要应用如大容量储能技术等新型电力技术。同时,要适时提高对风能、太阳能等波动性新能源的控制能力,使其成为可调度电源。在这一点上,德国电网中的传统机组加上互联网的支撑,保证了德国电网在高比例的可再生能源并网的情况下,仍然能够保持安全稳定运行。

  构建能源互联网还应重点加强各区域电网之间的互联程度,加强主干网架的建设。欧洲各国电网的安全稳定运行,在很大程度上得益于电网互联所提供的备用容量。也正是有了电网的互联,使得各国的资源能在全欧洲范围内进行优化配置。加强电网的互联,构建跨区域的互联能源网,已逐步成为欧洲电网发展的一个共识。


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