隨著2009年歐洲輸電系統(tǒng)運營商網(wǎng)絡(luò)的建立，歐洲輸電系統(tǒng)運營商被賦予了重要任務(wù)，從而對歐洲電力市場和輸電系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。輸電系統(tǒng)運營商規(guī)劃的主要產(chǎn)品是(非約束性的)十年電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，該規(guī)劃根據(jù)歐盟條例714/2009每兩年進行一次。

歐洲電力傳輸系統(tǒng)運營商網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程包括3個步驟：首先，為了確定不確定性以及確定歐洲在電力傳輸基礎(chǔ)設(shè)施方面需要什么，開發(fā)了未來的不同方案。基于這些情況，來自34個歐洲國家的41個電系統(tǒng)運營商的專家開展了共同規(guī)劃研究。規(guī)劃研究的結(jié)果是一系列的基礎(chǔ)設(shè)施項目。最后一步，這些項目按照歐洲批準(zhǔn)的方法進行評估，以評估項目的成本和效益。這種評估不僅僅是純粹的經(jīng)濟評估。相反地，它還考慮了項目如何支持環(huán)境、歐洲福利、供應(yīng)安全等。

每年，歐盟委員會都會更新一份歐洲重要項目的清單，即所謂的“共同感興趣的項目”。這張清單以其過去十年網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃為出發(fā)點。這些項目必須遵守有關(guān)透明度和利益相關(guān)者參與的某些規(guī)則，從而能夠更快地獲得歐盟的許可和財政支持。

3

丹 麥

經(jīng)濟增長與能源消費和溫室氣體排放解耦

丹麥經(jīng)濟和能源部門的總趨勢表明，丹麥能夠在發(fā)展經(jīng)濟的同時降低能源消費和溫室氣體排放(見下圖)。分析數(shù)據(jù)顯示，制造業(yè)的外遷其實對丹麥經(jīng)濟增長與能源消費和溫室氣體排放的影響微乎其微，真正使得他們解耦的重要因素是可再生能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，包括熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)和地區(qū)供熱的擴大，以及可再生能源使用的急劇增加。

圖9 丹麥能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵效果指標(biāo)

在丹麥的能源板塊，發(fā)生最急劇的變化是在可再生能源發(fā)電領(lǐng)域，可再生能源占2016年總能源消費的31%。而在20世紀(jì)90年代初，丹麥可再生能源發(fā)電量占發(fā)電總量的不到5%。2016年，數(shù)據(jù)60%是因為丹麥對陸上和海上風(fēng)力發(fā)電潛力進行了大量勘探(42%)，并伴隨著燃料轉(zhuǎn)型—從煤炭和天然氣轉(zhuǎn)變向生物燃料(14%)。

丹麥?zhǔn)娇稍偕茉吹恼?mdash;靈活與開放的能源市場

為了應(yīng)對丹麥50%發(fā)電量的波動(風(fēng)電和光伏)，丹麥輸電系統(tǒng)運營商(TSO) Energinet.dk已經(jīng)實施了一些倡議和系統(tǒng)解決方案。主要因素是：

•規(guī)劃和預(yù)測：

丹麥TSO開發(fā)了先進的監(jiān)測系統(tǒng)來預(yù)測風(fēng)電和光伏等能源的預(yù)期發(fā)電量，以便改進以小時為單位發(fā)電的計劃，從而減少對備用能力的需要。

•發(fā)電站的靈活性和備用能力：

備用容量加上大多數(shù)傳統(tǒng)發(fā)電站將發(fā)電量調(diào)整到其額定容量的50%以下的技術(shù)能力，意味著可再生能源成為丹麥系統(tǒng)的基荷能源。

•有效和透明的電力市場：

風(fēng)電和光伏的整合得到了北歐日前電力市場的支持。風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的邊際成本非常低，這意味著它們在“效果排序”中被市場“分派”到傳統(tǒng)能源之前。

•強大的國內(nèi)輸電網(wǎng)絡(luò)和跨境互聯(lián)：

為了平衡和市場目的，丹麥與北方鄰國(挪威和瑞典)和南部國家(德國和荷蘭)實現(xiàn)了充分的能源相互連接，使丹麥在電力不足(或盈余)從鄰國獲取(或給予鄰國)，以實現(xiàn)平衡。尤其是挪威和瑞典以水電為主，水電是平衡間歇性風(fēng)電和光伏的理想選擇。這些都是通過耦合的電力市場實現(xiàn)的，目前從芬蘭到南歐的電力市場都是如此。

• TSO在可再生能源的購買彈性：

大型風(fēng)電項目已被證明在大風(fēng)條件下具有非常有效的平衡能力。風(fēng)電站的響應(yīng)時間很短，啟動成本也很低。在適當(dāng)?shù)募詈?ldquo;虛擬電廠控制系統(tǒng)”的幫助下，大型風(fēng)電項目可以在一般電力市場價格較低時，參與到特定的均衡電力市場中，獲得具有吸引力的電價。

展望未來，為了應(yīng)對丹麥波動的電力能源系統(tǒng)，進一步規(guī)劃基礎(chǔ)設(shè)施(電網(wǎng))和保持系統(tǒng)的高度穩(wěn)定和電力價格的競爭性至關(guān)重要。與鄰國和歐盟電力系統(tǒng)的進一步整合和互聯(lián)也是答案的一部分。此外，還在探索通過熱轉(zhuǎn)換器等其他部門儲存和使用電力的能力，未來的交通電氣化也都是這個計劃的一部分。丹麥能源規(guī)劃與歐盟建立更深入一體化密切相關(guān)的能源聯(lián)盟計劃。

新的能源協(xié)議正在制定

在歐盟2030年能源目標(biāo)的基礎(chǔ)上，圍繞新的能源協(xié)議的政治談判已經(jīng)開始。新的能源協(xié)議將為丹麥能源部門設(shè)定2020年后的發(fā)展方向和目標(biāo)，議程的重點將是進一步擺脫以化石燃料為基礎(chǔ)的能源來源，進一步提高能源效率，建立一個以市場為基礎(chǔ)的能源部門，為消費者和企業(yè)進行成本效益的改革，從而使能源價格具有競爭性。政府正在努力實現(xiàn)可再生能源到2030年，占到丹麥能源消費總量達(dá)到50%的目標(biāo)。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，歐盟法規(guī)和丹麥專家的建議都指出了更多競爭性的支持方案，如用于部署海上風(fēng)力的投標(biāo)系統(tǒng)。

4

德 國

“Energiewende”—能源轉(zhuǎn)型源于德國

德國所謂的能源轉(zhuǎn)型是一項長期的能源和氣候戰(zhàn)略，旨在建立一個以發(fā)展可再生能源和提高能源效率為基礎(chǔ)的低碳能源系統(tǒng)。它被認(rèn)為是一個雄心勃勃的工業(yè)項目，需要在德國國內(nèi)和整個歐洲進行技術(shù)和社會轉(zhuǎn)型。能源轉(zhuǎn)型基于四個主要目標(biāo)：應(yīng)對氣候變化、避免核風(fēng)險、改善能源安全以及保障經(jīng)濟競爭力和增長。Energiewende是一個綜合政策框架，涵蓋能源和經(jīng)濟的所有部門。它包括降低二氧化碳排放、發(fā)展可再生能源、到2022年逐步淘汰核能以及提高能源效率的目標(biāo)和政策措施。

表3 德國能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵目標(biāo)

雖然能源轉(zhuǎn)型取得了一定的進展，但仍然有很長的路要走

近幾十年來，德國以推動可再生能源為目標(biāo)，實現(xiàn)電力結(jié)構(gòu)的多樣化(可再生能源發(fā)電量從1990年的4%增至2017年的35%以上)，包括2000~2010年期間公民擁有的可再生能源項目急劇增加。然而，可再生能源在其他部門(交通運輸和供暖/供冷)中的占比并未實現(xiàn)按比例增加。

由于法律、政治和監(jiān)管方面存在很多挑戰(zhàn)，輸電電網(wǎng)必要的擴張是一個漫長的過程，因此在整個電力系統(tǒng)管理中，輸電電網(wǎng)建設(shè)相關(guān)的延期現(xiàn)象越發(fā)明顯：電網(wǎng)阻塞頻率增加，此外可再生能源電站的進一步發(fā)展使其越來越容易暴露于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)問題的風(fēng)險之中。除輸配電網(wǎng)的擴張以外，通過鼓勵新技術(shù)和新流程(例如需求側(cè)管理、儲能技術(shù)、P2X技術(shù)、系統(tǒng)管理數(shù)字化)以提高電力系統(tǒng)的靈活性。

盡管光伏發(fā)電上網(wǎng)電價補貼(FIT)退坡計劃已經(jīng)導(dǎo)致光伏價格從2004年的50ct/kWh以上降至現(xiàn)在的約100ct/kWh，但是可再生能源的拍賣為未來提供了客觀的價格預(yù)期：最近的拍賣導(dǎo)致平均價格降至4.91ct/kWh。最近的陸上風(fēng)電拍賣的平均價格為3.82ct/kWh，最近的海上風(fēng)電拍賣(將于21世紀(jì)20年代中期建造)的價格從0~6ct/kWh(平均加權(quán)價格0.44 ct/kWh，另外1.5ct/kWh為并網(wǎng)需要支付的費用)。總體而言，可再生能源價格大幅下跌，預(yù)計將進一步下降。

圖10 德國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵效果指標(biāo)

展望：提高能源系統(tǒng)的靈活性和數(shù)字化

目前能源部門的政治辯論涉及幾個議題。其中包括關(guān)于增加可再生能源裝機容量的討論，特別是關(guān)于公民接受的討論。不過，裝機容量的增加，主要是陸上風(fēng)電裝機容量的增加，而且仍然很高。重點還在于光伏發(fā)電的自我消費，這對家庭和商業(yè)消費者都有吸引力。在這方面，儲能系統(tǒng)的開發(fā)和安裝變得越來越重要，因為它們允許最大限度地提高自我消費，并提高系統(tǒng)的靈活性。目前辯論的另一個重要部分是數(shù)字化問題，這是能源轉(zhuǎn)型成功的關(guān)鍵要素。間歇性可再生能源(光伏、風(fēng)電)需要一個將發(fā)電、消費者和電網(wǎng)相結(jié)合的連接網(wǎng)絡(luò)。能源系統(tǒng)需要始終提供靈活性，以平衡間歇性可再生能源發(fā)電。只有在發(fā)電和(靈活)需求能夠使用安全和數(shù)字化的連接渠道的情況下，才有可能做到這一點。因此，2016年，德國政府批準(zhǔn)了一項關(guān)于"能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化"的法律。最后特別是，實現(xiàn)所有部門(能源、交通運輸、建筑、工業(yè))高度連接所產(chǎn)生的協(xié)同作用是能源轉(zhuǎn)型議程上的優(yōu)先事項。隨著2018年的聯(lián)盟條約，Energiewende問題仍然是政府政治議程的優(yōu)先事項。2020年的減排目標(biāo)不可能實現(xiàn)。然而，基督教民主人士聯(lián)盟(CDU/CSU)和社會民主黨(SPU)的目標(biāo)是實現(xiàn)這些目標(biāo)，并致力于實現(xiàn)2030年的目標(biāo)。為此，他們將電力部門2030年的可再生能源目標(biāo)提高到65%。

基于市場的可再生能源整合以作為應(yīng)對能源轉(zhuǎn)型復(fù)雜性的具有成本效益的方法

德國的Energiewende就是一個例子，說明高度工業(yè)化的經(jīng)濟體如何能夠在確保能源安全的同時，將其電力系統(tǒng)向氣候友好型、經(jīng)濟競爭力的體系過渡。間歇性可再生能源市場和系統(tǒng)整合措施的經(jīng)驗表明，與作為協(xié)調(diào)行為者的監(jiān)管機構(gòu)進行基于市場的整合，同時考慮到所有相關(guān)利益相關(guān)方，能夠?qū)崿F(xiàn)成本的大幅度下降。此外，事實證明，長期和中期目標(biāo)的制訂有助于使具有政策的長期目標(biāo)獲得短期效果。考慮到從德國能源轉(zhuǎn)型學(xué)到的經(jīng)驗，中國有機會解決空氣污染問題，建立同樣允許經(jīng)濟增長的氣候友好型能源體系。

5

美 國

在美國，能源的發(fā)展主要受到技術(shù)創(chuàng)新、市場競爭以及標(biāo)準(zhǔn)和政策(特別是州和地方層面)的影響。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和政策通過在進入市場的早期明顯地降低可再生能源的價格支持了可再生能源技術(shù)的競爭空間。據(jù)統(tǒng)計，州和地方可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)(RPS)刺激了2000~2015年間60%的可再生能源發(fā)展，并通過增加裝機容量降低了可再生能源的成本。公司平均燃料經(jīng)濟性(CAFE)標(biāo)準(zhǔn)推動了汽車燃料效率的創(chuàng)新，例如啟停系統(tǒng)的內(nèi)燃機等。激勵措施可以降低和減輕早期使用者在這些轉(zhuǎn)變過程中的成本和不確定性負(fù)擔(dān)，有針對性的研發(fā)投資可以解決投資者的特定問題和技術(shù)限制。

市場對美國能源轉(zhuǎn)型和碳減排產(chǎn)生了主導(dǎo)影響。盡管新的基礎(chǔ)設(shè)施(如傳輸和運營)的建設(shè)和監(jiān)管對成本有重要影響，但當(dāng)前政府采用可再生能源技術(shù)面臨的成本仍比十年前要低得多。風(fēng)電，光伏和儲能等先進技術(shù)的全球共享使可再生能源產(chǎn)生了巨大的跨越式發(fā)展。今天可再生能源技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)不再面臨早期發(fā)展中的市場動蕩問題。雖然天然氣的出現(xiàn)使得能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展很難預(yù)見，但政府還是在確保公平、有效、起作用的市場平臺方面發(fā)揮了作用。政府的這些平臺能夠可靠地整合所有形式的能源，提高能源安全性、降低成本，并實現(xiàn)既定的社會目標(biāo)和環(huán)境目標(biāo)。

圖11 美國能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的主要效果指標(biāo)

展望：能源系統(tǒng)的結(jié)合和市場模式

隨著可再生能源技術(shù)的提高和成本的降低，美國能源轉(zhuǎn)型的焦點將開始集中到可靠性、彈性和電力系統(tǒng)的靈活性等方面，包括各種發(fā)電形式的結(jié)合、通過可靠的和物理的基礎(chǔ)設(shè)施傳輸電力、以安全且經(jīng)濟的方式管理負(fù)荷。傳感器和先進計量的大規(guī)模應(yīng)用為以前無法獲得的大數(shù)據(jù)提供了重要的新機會。能源部門的這種數(shù)字化可以為人工智能和機器學(xué)習(xí)提供改進途徑，以增加主要電力系統(tǒng)的管理能力、減少公用事業(yè)的損失和降低消費者的成本。

同樣地，這些技術(shù)進步也可能對具有能源生產(chǎn)和消費控制能力的分布式能源系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響。隨著分布式發(fā)電和儲能技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，能源消費者的可選擇性和參與度也隨之提高，此時，監(jiān)管機構(gòu)和公用事業(yè)將在保證電網(wǎng)的技術(shù)、經(jīng)濟可行性方面發(fā)揮重要作用。