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面對高比例可再生能源并網,德國是如何規劃電網的?
發布者:lzx | 來源:南方能源觀察 | 0評論 | 7311查看 | 2020-02-27 17:56:43    

中國與歐洲國家的電網規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、遠距離輸電等問題是中國和歐洲面臨的共同挑戰。


在制定(ding)規劃時,歐洲(zhou)的(de)(de)電(dian)網運營商基于(yu)氣候(hou)變化(hua)(hua)與(yu)能(neng)(neng)源政(zheng)策,做出精細的(de)(de)情(qing)景(jing)(jing)模擬(ni)。其(qi)中,歐洲(zhou)十年(nian)網絡(luo)發(fa)(fa)展(zhan)規劃就考慮(lv)了基于(yu)氣候(hou)變化(hua)(hua)不(bu)同(tong)能(neng)(neng)源政(zheng)策的(de)(de)三種情(qing)景(jing)(jing);德國在制定(ding)《2019-2030年(nian)電(dian)網發(fa)(fa)展(zhan)計劃》時,也基于(yu)2030年(nian)將可再生(sheng)能(neng)(neng)源發(fa)(fa)電(dian)提高(gao)到65%的(de)(de)目標以及逐步退煤的(de)(de)建議,新增(zeng)了2038年(nian)的(de)(de)無煤情(qing)景(jing)(jing)。


歐洲電網(wang)規劃中市場(chang)導向性更強(qiang),未來(lai)電力系統的(de)電源配比(bi),以及是否需(xu)要新建傳輸線等,均可通過市場(chang)模(mo)擬模(mo)型來(lai)解決。同時,公(gong)眾(zhong)參與也是其(qi)制定規劃的(de)重要環(huan)節。


德國如何在電網規劃中整合不同因素?


能(neng)源(yuan)轉型對(dui)德(de)(de)國電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)提出(chu)了(le)巨大(da)(da)的(de)挑(tiao)戰。可再生能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)受天氣條件(jian)影響,發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)波動(dong)性較(jiao)大(da)(da),有時并網(wang)(wang)(wang)電(dian)(dian)(dian)(dian)量(liang)過(guo)(guo)(guo)多(duo)電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)無法消納。德(de)(de)國的(de)大(da)(da)型風電(dian)(dian)(dian)(dian)場主要建(jian)在北(bei)部,而(er)南部和(he)西(xi)部則(ze)是主要的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)力負荷地,電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)擴建(jian)跟不上(shang)可再生能(neng)源(yuan)的(de)發(fa)展步(bu)伐(fa),因此(ci)經常出(chu)現輸(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻塞現象。有時甚至不得不關停(ting)整個風電(dian)(dian)(dian)(dian)場,以避免電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)過(guo)(guo)(guo)載(zai)。2015年(nian)和(he)2016年(nian),德(de)(de)國因輸(shu)電(dian)(dian)(dian)(dian)阻塞造(zao)成的(de)重新調(diao)度(du)成本高達10億歐(ou)元/年(nian)。電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)重新調(diao)度(du)成本通過(guo)(guo)(guo)電(dian)(dian)(dian)(dian)網(wang)(wang)(wang)過(guo)(guo)(guo)路費(fei)最終(zhong)會(hui)分(fen)攤到電(dian)(dian)(dian)(dian)力消費(fei)者身上(shang)。


為(wei)了(le)減少(shao)輸(shu)電(dian)(dian)阻(zu)塞造(zao)成(cheng)(cheng)的(de)(de)成(cheng)(cheng)本(ben),2016年,德國(guo)聯邦經濟和能源(yuan)部牽頭(tou)成(cheng)(cheng)立了(le)一個(ge)專門工作小組(zu),研(yan)究相應對策,這(zhe)個(ge)工作小組(zu)的(de)(de)研(yan)究結果認為(wei),通過合(he)理(li)提高(gao)電(dian)(dian)源(yuan)富集地現(xian)有(you)電(dian)(dian)網(wang)的(de)(de)負荷(he)率(lv),可在(zai)中短期(qi)內(nei)減少(shao)約(yue)2億歐元的(de)(de)電(dian)(dian)網(wang)阻(zu)塞成(cheng)(cheng)本(ben)。近年來,德國(guo)提出了(le)不同領域的(de)(de)電(dian)(dian)氣化方案(PowertoX),即基于可再生(sheng)能源(yuan)發電(dian)(dian),在(zai)交通、工業、能源(yuan)、建筑(zhu)、供暖等領域應用電(dian)(dian)制氫、電(dian)(dian)制油、電(dian)(dian)制氣等,以此擴大綠(lv)色電(dian)(dian)力的(de)(de)使用,提高(gao)負荷(he)率(lv)。


該小組(zu)同時(shi)指出,合理(li)提高(gao)現有電(dian)(dian)網負(fu)荷率只(zhi)是一個過渡(du)性的解(jie)決方(fang)案,要持續提高(gao)電(dian)(dian)網的輸電(dian)(dian)能力,就必須擴(kuo)建電(dian)(dian)網。因此,聯邦和(he)州(zhou)政府已做好相應準備,與50Hertz、Amprion、TenneT和(he)TransnetBW這四大(da)電(dian)(dian)網運(yun)營商(shang)共(gong)同開展電(dian)(dian)網的規劃和(he)建設。


德國輸電(dian)網(wang)(wang)運營商在向政(zheng)府提出電(dian)網(wang)(wang)規(gui)劃方(fang)案時,將時間(jian)跨度一直(zhi)延續到了(le)2030年。他們主要采用基于發展(zhan)情景和市場模式的(de)規(gui)劃方(fang)法,大致(zhi)分(fen)為5個階段:包括情景框架、電(dian)網(wang)(wang)發展(zhan)計劃與(yu)環境評估、聯邦(bang)要求(qiu)計劃、聯邦(bang)及區域(yu)規(gui)劃與(yu)批準,最后才(cai)是開工建設。


德國電網規劃步驟


情景框(kuang)架是電(dian)(dian)網(wang)發展規(gui)劃制定的基礎(chu)。輸電(dian)(dian)網(wang)運營商(TSOs)通常提前10年提出電(dian)(dian)網(wang)規(gui)劃方案。


通過情景框架把未來(lai)(lai)的(de)電(dian)(dian)力(li)生(sheng)產和(he)電(dian)(dian)力(li)消費預(yu)測聯系起來(lai)(lai),考慮的(de)因素包括國民(min)生(sheng)產總值(GDP)預(yu)測,到2030年即將關停、退役的(de)發電(dian)(dian)機組,可再生(sheng)能源容量可信(xin)度,人口變化,用電(dian)(dian)量預(yu)測等,進而推算(suan)出未來(lai)(lai)全德國電(dian)(dian)網(wang)(wang)中需要輸送的(de)電(dian)(dian)力(li)情況,輸電(dian)(dian)網(wang)(wang)運營(ying)商利用這(zhe)些數據進行市(shi)場模(mo)擬。


TSOs先把(ba)全德國的輸電(dian)需求值分解到各個(ge)地區,并計(ji)算出(chu)納入所有(you)能源來源的情況下,每個(ge)電(dian)網(wang)節點所能提供的最大輸電(dian)功率,再通(tong)過模(mo)型計(ji)算出(chu)各地區的電(dian)力交換量值,在這(zhe)一基(ji)礎上計(ji)算出(chu)輸電(dian)需求,即在高負荷情況下,輸電(dian)網(wang)必須有(you)多少輸送電(dian)力的能力。


有(you)(you)了(le)這些(xie)數據,TSOs就可與現有(you)(you)電網(wang)輸電能力和(he)政府已經批(pi)準的電網(wang)擴建(jian)項目做對(dui)比,從而確定輸電網(wang)是否有(you)(you)足夠的輸送能力,還是必須做出(chu)進一步的改建(jian)或擴建(jian)。電網(wang)運(yun)營(ying)商(shang)提出(chu)計劃后,提交(jiao)監管機構審核。


基于(yu)(yu)該計劃,第二年(nian)TSOs將做環(huan)境(jing)評估,同年(nian)8—10月再經由監(jian)管機構進行(xing)多輪咨詢,包括公共機構、個人等利益相關方都能(neng)提出(chu)意見,參與(yu)到電(dian)(dian)網(wang)(wang)規(gui)劃之(zhi)中。在當年(nian)年(nian)底,監(jian)管機構會(hui)公布他們批(pi)(pi)準的(de)未來十年(nian)新(xin)建(jian)電(dian)(dian)網(wang)(wang)規(gui)劃。供職于(yu)(yu)德(de)國經濟與(yu)能(neng)源部的(de)Schope博士向eo記(ji)者(zhe)表(biao)示,通常情況下,TSOs提出(chu)的(de)新(xin)建(jian)輸電(dian)(dian)網(wang)(wang)或既有輸電(dian)(dian)網(wang)(wang)的(de)擴建(jian)需求(qiu),會(hui)超出(chu)立法(fa)者(zhe)批(pi)(pi)準的(de)輸電(dian)(dian)網(wang)(wang)項目擴建(jian)規(gui)模。


此(ci)后,聯邦(bang)電網管(guan)理局(BnetzA)會(hui)向政(zheng)府(fu)提(ti)交通過審核和評(ping)(ping)估的新(xin)建線路(lu)提(ti)案,由政(zheng)府(fu)提(ti)交議會(hui)。與此(ci)同時,第三年(nian)TSOs還將進(jin)行(xing)另一個(ge)情景模擬,于下一年(nian)提(ti)交BNetzA進(jin)行(xing)評(ping)(ping)估。最終議會(hui)會(hui)將這四年(nian)的評(ping)(ping)估結果打包形成(cheng)一個(ge)法案(FederalRequirementPlan),法律上通過之后才可實施。


在(zai)第(di)四階段,TSOs提交文件,聯邦或州政府進行規劃,劃定輸電線(xian)沿線(xian)的大致走廊,通(tong)常需要一到兩年(nian),接著分到各區(qu)域來確定輸電線(xian)路的具體位置,TSOs才(cai)可以開(kai)工(gong)修(xiu)建。在(zai)此期(qi)間,利益相(xiang)關方還將提出其公共(gong)利益及環境訴求。


給規劃實施按下“加速鍵”


2017年初,輸(shu)(shu)電(dian)網運(yun)行商(shang)已就(jiu)電(dian)網發(fa)展規(gui)劃(hua)(hua)草稿(gao)征詢(xun)了公眾的(de)(de)意(yi)見,并收到了2000余條反饋意(yi)見。修改后(hou)的(de)(de)規(gui)劃(hua)(hua)稿(gao)在當年5月提交給(gei)了BNetzA,評估后(hou),BNetzA認(ren)為(wei)(wei)輸(shu)(shu)電(dian)網運(yun)行商(shang)在該(gai)版本的(de)(de)電(dian)網發(fa)展規(gui)劃(hua)(hua)中提出的(de)(de)160項(xiang)(xiang)措(cuo)施(shi)中有(you)90項(xiang)(xiang)是(shi)必要的(de)(de),其它70項(xiang)(xiang)措(cuo)施(shi)被(bei)認(ren)為(wei)(wei)“尚不能確(que)認(ren)”。


2017年(nian)(nian)夏,BNetzA再(zai)次向(xiang)公眾公布最新(xin)版的電(dian)(dian)網發(fa)(fa)展規(gui)劃征詢意見(jian),所有感興(xing)趣(qu)的公眾在(zai)2017年(nian)(nian)10月16日前提(ti)出了(le)自己對電(dian)(dian)網發(fa)(fa)展規(gui)劃的意見(jian)。此外(wai),BNetzA還在(zai)多個時間(jian)段分別在(zai)萊比錫(xi)、杜塞爾多夫(fu)和漢堡(bao)舉(ju)行電(dian)(dian)網發(fa)(fa)展規(gui)劃信息介紹和咨詢活(huo)動。


廣泛的(de)公(gong)(gong)眾參(can)與之下,電網擴建仍然(ran)困難重重。Schope博士表示,主要(yao)(yao)問題(ti)在于,雖(sui)然(ran)德(de)國議會已將擴建規劃(hua)納(na)入《聯邦要(yao)(yao)求計劃(hua)》范圍(wei),但剩下的(de)溝通、實施仍需TSOs和(he)公(gong)(gong)共機(ji)構去做。這個過(guo)程相當復雜,所(suo)以項目(mu)總是一拖再拖,最終能源部長(chang)就(jiu)成為了“眾矢之的(de)”。


德(de)國(guo)(guo)經濟與能(neng)源部(bu)部(bu)長PeterAltmaier在2018年一(yi)上任,就(jiu)將解決電(dian)(dian)(dian)網(wang)擴建的問題(ti)提為其任內的一(yi)項重要政治任務,對電(dian)(dian)(dian)網(wang)建設設立了(le)嚴格的時(shi)間節(jie)點,德(de)國(guo)(guo)聯邦政府(fu)也(ye)就(jiu)此設計了(le)6個(ge)時(shi)間節(jie)點,每個(ge)節(jie)點分別對應電(dian)(dian)(dian)網(wang)規劃的不(bu)同階(jie)段(duan)。


分別是區域規劃的提出請求和(he)決(jue)(jue)定階(jie)段(duan)(Requestand decision on theregional planning),詳細規劃的提出請求和(he)決(jue)(jue)定階(jie)段(duan)(Request and decision on the detailed planning)以及開始施工和(he)調(diao)試階(jie)段(duan)(Beginning of construction and commissioning)。


BnetzA和區(qu)域當局會與TSOs之間商定時間目(mu)(mu)標,他(ta)們要求這些時間目(mu)(mu)標必須切合(he)實際,而(er)非基于“最佳(jia)假設”。同時,他(ta)們將每三個月對(dui)項(xiang)目(mu)(mu)進展進行監督,對(dui)可能延(yan)期(qi)的項(xiang)目(mu)(mu)采取措施。


歐洲結合能源政策的多情景模擬


在(zai)歐洲(zhou)(zhou),可(ke)再生能(neng)源(yuan)的發(fa)展離不開區(qu)域(yu)間協作。各國(guo)參與的區(qu)域(yu)電(dian)力市(shi)場(chang)(coupledmarket)和遠距離輸送(interconnections)對歐洲(zhou)(zhou)的電(dian)力平衡起到了關鍵作用。歐洲(zhou)(zhou)電(dian)網規劃(hua)中市(shi)場(chang)導向性更強,未來電(dian)力系統電(dian)源(yuan)配比、是否需要修建新傳輸線等,均可(ke)通過(guo)市(shi)場(chang)模(mo)擬模(mo)型來解(jie)決。


2009年(nian),由歐(ou)(ou)(ou)洲36個國家的43個輸電(dian)運營商共同(tong)組(zu)成了歐(ou)(ou)(ou)洲輸電(dian)運營商聯盟(European Network of Transmission System Operators for Electricity,ENTSO-E),該機構是歐(ou)(ou)(ou)洲電(dian)力(li)(li)領域最具(ju)影響力(li)(li)的機構之一。其主要職責(ze)包(bao)括制定電(dian)網規劃(hua)、協(xie)調(diao)電(dian)力(li)(li)輸送、制定電(dian)力(li)(li)市(shi)場(chang)標準、推動新能源發展(zhan)等,旨在促進歐(ou)(ou)(ou)洲統一電(dian)力(li)(li)市(shi)場(chang)建設。


十年網絡(luo)發展(zhan)規(gui)劃(Ten-Year Network Development Plan,TYNDP)是歐(ou)盟授權ENTSO-E推(tui)動輸電系統發展(zhan)的長期規(gui)劃,其(qi)以(yi)十年為(wei)目標時間(jian)節點,每兩年定(ding)期發布,旨(zhi)在(zai)實現歐(ou)洲(zhou)能(neng)源(yuan)轉型及低(di)碳(tan)化發展(zhan)。發展(zhan)情景是規(gui)劃研究的核心。


2019年(nian)(nian)(nian)11月,ENTSO-E發布了十年(nian)(nian)(nian)網絡發展規劃2020年(nian)(nian)(nian)的(de)情景模(mo)擬(TYNDP 2020 Scenario)。該計劃不(bu)僅(jin)評估(gu)了未來電力和天然(ran)氣基礎設(she)施(shi)的(de)項目需(xu)求(qiu),還考慮(lv)了天然(ran)氣和電力系(xi)(xi)統(tong)(tong)之間的(de)相互作用,以此來評估(gu)多元能源系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)建設(she)需(xu)求(qiu)。


TYNDP的發展情景描(miao)述了未來(lai)實現歐洲(zhou)排(pai)放目標的3種截然不同、但都富(fu)有挑戰性的路(lu)徑,具體(ti)指的是(shi):


1.國家趨勢情景(National Trends Scenario)


反映(ying)各歐盟(meng)成員國的國家能(neng)源和氣候計劃(NECP)草(cao)案,并(bing)認可歐盟(meng)的氣候目標。


2.分布式能源情景(Distributed Energy)


產消合一,利用小規模發(fa)電(dian)(dian)、電(dian)(dian)池和電(dian)(dian)-氣轉換,消費者也可(ke)以向(xiang)電(dian)(dian)力系統送電(dian)(dian)。


3.全球雄心情景(Global Ambition)


全(quan)力(li)推(tui)進全(quan)球低碳(tan)化,大(da)規(gui)模開發電力(li)和天然氣領域的可再生能源,即(ji)控制全(quan)球升(sheng)溫在1.5°C內。


TYNDP2020情(qing)景(jing)方案顯示,所有的情(qing)景(jing)都(dou)表(biao)(biao)明,到2025、2030和2040年,化石能源(yuan)(yuan)發(fa)(fa)(fa)電(dian)將(jiang)穩(wen)步(bu)減少,風(feng)能和太陽(yang)能發(fa)(fa)(fa)電(dian)將(jiang)大(da)大(da)增(zeng)加。此外,水(shui)電(dian)和抽水(shui)蓄能發(fa)(fa)(fa)電(dian)略有增(zeng)加,生(sheng)(sheng)物質(zhi)能發(fa)(fa)(fa)電(dian)和其他可(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)能源(yuan)(yuan)發(fa)(fa)(fa)電(dian)變化不大(da)。但其他非可(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)能源(yuan)(yuan)(主要是規模較小的熱電(dian)聯產)對于脫碳(tan)很重要。同(tong)時(shi),3種場(chang)景(jing)表(biao)(biao)明,需求側和儲能技術有可(ke)能參與市場(chang),并(bing)有助于調峰和降低電(dian)價水(shui)平。到2050年,歐洲的能源(yuan)(yuan)系統可(ke)以實(shi)現碳(tan)中(zhong)和。


在無新增電網(wang)的情況下,一直到2040年,能源系(xi)統(tong)每年花費的成本將達(da)到430億歐(ou)元。為了在2040年之前實(shi)現能源轉型,需要在輸電網(wang)上投(tou)資(zi)1400億歐(ou)元。到2025年,電網(wang)投(tou)資(zi)將主要集中在直流上。


2018年,ENTSO-E及(ji)歐洲輸(shu)氣(qi)運營商聯(lian)(lian)盟(meng)ENTSO-G首次聯(lian)(lian)手(shou),共同研究(jiu)提(ti)(ti)出了(le)TYNDP2018,更加注重歐洲的清潔發展、跨(kua)國互聯(lian)(lian)和電(dian)(dian)氣(qi)化水平提(ti)(ti)升(sheng)。該報告對如何實現(xian)高可再生能源占比的能源系統穩定性提(ti)(ti)出了(le)具體目標,包括新建輸(shu)電(dian)(dian)網(wang)絡及(ji)相應的電(dian)(dian)源容量配比等(deng)。


該報告(gao)提出,到(dao)2030年(nian),可再生能(neng)源(yuan)覆蓋(gai)負荷(he)需求的48%—58%,新建166個輸電工程,15個儲(chu)能(neng)工程(12個抽水(shui)蓄能(neng)、3個壓縮空氣儲(chu)能(neng)),二氧化碳減排量達到(dao)1990年(nian)水(shui)平的65%—75%,投資1140億歐(ou)元,每(mei)年(nian)節約發電成(cheng)本20億—50億歐(ou)元。


到2040年(nian),可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源覆蓋負荷需求的65%—81%,二氧化碳減(jian)排量達到1990年(nian)水平的80%—90%。通過網絡優(you)化減(jian)少邊際發電成本(ben)3—14歐(ou)元/MWh、減(jian)少可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源電量消耗58—156TWh。


不(bu)難看出,歐洲(zhou)的十(shi)年電網(wang)規劃是一(yi)個靈活(huo)性解(jie)決方案的組(zu)合(he),包括電網(wang)和儲能、需求(qiu)側響(xiang)應以及(ji)不(bu)同(tong)能源品類的耦(ou)合(he)等,這也是實現穩定(ding)的

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