隨著2009年歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的建立，歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營商被賦予了重要任務(wù)，從而對(duì)歐洲電力市場(chǎng)和輸電系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生了重大影響。輸電系統(tǒng)運(yùn)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(jìn)行一次。

歐洲電力傳輸系統(tǒng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃過程包括3個(gè)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(gè)歐洲國家的41個(gè)電系統(tǒng)運(yùn)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(xiàng)目。最后一步，這些項(xiàng)目按照歐洲批準(zhǔn)的方法進(jìn)行評(píng)估，以評(píng)估項(xiàng)目的成本和效益。這種評(píng)估不僅僅是純粹的經(jīng)濟(jì)評(píng)估。相反地，它還考慮了項(xiàng)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(huì)都會(huì)更新一份歐洲重要項(xiàng)目的清單，即所謂的“共同感興趣的項(xiàng)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(diǎn)。這些項(xiàng)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(cái)政支持。

3

丹 麥

經(jīng)濟(jì)增長與能源消費(fèi)和溫室氣體排放解耦

丹麥經(jīng)濟(jì)和能源部門的總趨勢(shì)表明，丹麥能夠在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)降低能源消費(fèi)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(shí)對(duì)丹麥經(jīng)濟(jì)增長與能源消費(fèi)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(kuò)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(fèi)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?yàn)榈湆?duì)陸上和海上風(fēng)力發(fā)電潛力進(jìn)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(chǎng)

為了應(yīng)對(duì)丹麥50%發(fā)電量的波動(dòng)(風(fēng)電和光伏)，丹麥輸電系統(tǒng)運(yùn)營商(TSO) Energinet.dk已經(jīng)實(shí)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(cè)：

丹麥TSO開發(fā)了先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來預(yù)測(cè)風(fēng)電和光伏等能源的預(yù)期發(fā)電量，以便改進(jìn)以小時(shí)為單位發(fā)電的計(jì)劃，從而減少對(duì)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(chǎng)：

風(fēng)電和光伏的整合得到了北歐日前電力市場(chǎng)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?cè)?ldquo;效果排序”中被市場(chǎng)“分派”到傳統(tǒng)能源之前。

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

為了平衡和市場(chǎng)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(shí)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(shí)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(chǎng)實(shí)現(xiàn)的，目前從芬蘭到南歐的電力市場(chǎng)都是如此。

• TSO在可再生能源的購買彈性：

大型風(fēng)電項(xiàng)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(shí)間很短，啟動(dòng)成本也很低。在適當(dāng)?shù)募?lì)和“虛擬電廠控制系統(tǒng)”的幫助下，大型風(fēng)電項(xiàng)目可以在一般電力市場(chǎng)價(jià)格較低時(shí)，參與到特定的均衡電力市場(chǎng)中，獲得具有吸引力的電價(jià)。

展望未來，為了應(yīng)對(duì)丹麥波動(dòng)的電力能源系統(tǒng)，進(jìn)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(jià)格的競(jìng)爭性至關(guān)重要。與鄰國和歐盟電力系統(tǒng)的進(jìn)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(chǔ)存和使用電力的能力，未來的交通電氣化也都是這個(gè)計(jì)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(jì)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(diǎn)將是進(jìn)一步擺脫以化石燃料為基礎(chǔ)的能源來源，進(jìn)一步提高能源效率，建立一個(gè)以市場(chǎng)為基礎(chǔ)的能源部門，為消費(fèi)者和企業(yè)進(jìn)行成本效益的改革，從而使能源價(jià)格具有競(jìng)爭性。政府正在努力實(shí)現(xiàn)可再生能源到2030年，占到丹麥能源消費(fèi)總量達(dá)到50%的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，歐盟法規(guī)和丹麥專家的建議都指出了更多競(jìng)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(xiàng)長期的能源和氣候戰(zhàn)略，旨在建立一個(gè)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(gè)雄心勃勃的工業(yè)項(xiàng)目，需要在德國國內(nèi)和整個(gè)歐洲進(jìn)行技術(shù)和社會(huì)轉(zhuǎn)型。能源轉(zhuǎn)型基于四個(gè)主要目標(biāo)：應(yīng)對(duì)氣候變化、避免核風(fēng)險(xiǎn)、改善能源安全以及保障經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭力和增長。Energiewende是一個(gè)綜合政策框架，涵蓋能源和經(jīng)濟(jì)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(jìn)展，但仍然有很長的路要走

近幾十年來，德國以推動(dòng)可再生能源為目標(biāo)，實(shí)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(xiàng)目急劇增加。然而，可再生能源在其他部門(交通運(yùn)輸和供暖/供冷)中的占比并未實(shí)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(kuò)張是一個(gè)漫長的過程，因此在整個(gè)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(jìn)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(xiǎn)之中。除輸配電網(wǎng)的擴(kuò)張以外，通過鼓勵(lì)新技術(shù)和新流程(例如需求側(cè)管理、儲(chǔ)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(jià)補(bǔ)貼(FIT)退坡計(jì)劃已經(jīng)導(dǎo)致光伏價(jià)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(jià)格預(yù)期：最近的拍賣導(dǎo)致平均價(jià)格降至4.91ct/kWh。最近的陸上風(fēng)電拍賣的平均價(jià)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(jià)格從0~6ct/kWh(平均加權(quán)價(jià)格0.44 ct/kWh，另外1.5ct/kWh為并網(wǎng)需要支付的費(fèi)用)。總體而言，可再生能源價(jià)格大幅下跌，預(yù)計(jì)將進(jìn)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(gè)議題。其中包括關(guān)于增加可再生能源裝機(jī)容量的討論，特別是關(guān)于公民接受的討論。不過，裝機(jī)容量的增加，主要是陸上風(fēng)電裝機(jī)容量的增加，而且仍然很高。重點(diǎn)還在于光伏發(fā)電的自我消費(fèi)，這對(duì)家庭和商業(yè)消費(fèi)者都有吸引力。在這方面，儲(chǔ)能系統(tǒng)的開發(fā)和安裝變得越來越重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S最大限度地提高自我消費(fèi)，并提高系統(tǒng)的靈活性。目前辯論的另一個(gè)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(gè)將發(fā)電、消費(fèi)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(diǎn)。因此，2016年，德國政府批準(zhǔn)了一項(xiàng)關(guān)于"能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化"的法律。最后特別是，實(shí)現(xiàn)所有部門(能源、交通運(yùn)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(xiàng)。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(xiàng)。2020年的減排目標(biāo)不可能實(shí)現(xiàn)。然而，基督教民主人士聯(lián)盟(CDU/CSU)和社會(huì)民主黨(SPU)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，并致力于實(shí)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(chǎng)的可再生能源整合以作為應(yīng)對(duì)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(gè)例子，說明高度工業(yè)化的經(jīng)濟(jì)體如何能夠在確保能源安全的同時(shí)，將其電力系統(tǒng)向氣候友好型、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭力的體系過渡。間歇性可再生能源市場(chǎng)和系統(tǒng)整合措施的經(jīng)驗(yàn)表明，與作為協(xié)調(diào)行為者的監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行基于市場(chǎng)的整合，同時(shí)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(shí)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(yàn)，中國有機(jī)會(huì)解決空氣污染問題，建立同樣允許經(jīng)濟(jì)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(chǎng)競(jìng)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(jìn)入市場(chǎng)的早期明顯地降低可再生能源的價(jià)格支持了可再生能源技術(shù)的競(jìng)爭空間。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jī)容量降低了可再生能源的成本。公司平均燃料經(jīng)濟(jì)性(CAFE)標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)了汽車燃料效率的創(chuàng)新，例如啟停系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)等。激勵(lì)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(duì)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(chǎng)對(duì)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(yùn)營)的建設(shè)和監(jiān)管對(duì)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(chǔ)能等先進(jìn)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(chǎng)動(dòng)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(chǎng)平臺(tái)方面發(fā)揮了作用。政府的這些平臺(tái)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(shí)現(xiàn)既定的社會(huì)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(chǎng)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(diǎn)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(jì)的方式管理負(fù)荷。傳感器和先進(jìn)計(jì)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(jī)會(huì)。能源部門的這種數(shù)字化可以為人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)提供改進(jìn)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(fèi)者的成本。

同樣地，這些技術(shù)進(jìn)步也可能對(duì)具有能源生產(chǎn)和消費(fèi)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(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，能源消費(fèi)者的可選擇性和參與度也隨之提高，此時(shí)，監(jiān)管機(jī)構(gòu)和公用事業(yè)將在保證電網(wǎng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性方面發(fā)揮重要作用。