国际互联电网：欧洲电力互联的广阔图景

今年7月底，国家电网公司董事长刘振亚在美国华盛顿举办的电气与电子工程师学会电力与能源协会2014年会上提出，构建全球能源互联网，连接“一极一道”(北极、赤道)大型能源基地，适应各种集中式、分布式电源，推动智能电网在全球广泛应用，强化能源与电力技术创新，最终实现洲内联网、洲际联网和全球互联。

这一概念的提出，在美欧工业国家圈内引起了广泛的讨论。

在极力推动可再生能源发展的欧洲，其低碳、环保的发展逻辑和刘振亚董事长提出的“两个替代”(清洁替代和电能替代)深度契合。以德国为例，虽然近年来制定了大量复杂的鼓励可再生能源发展的法律、条文和框架，整个能源转型涉及电力系统、可再生能源、智能建筑和新能源汽车等众多层面，归根结底也就是“两个替代”要阐述的核心意义：人类社会面临严峻的能源挑战，要实现可持续发展，就必须在能源消耗中大大提高用电比例，同时也要在电力生产中大大提高清洁能源所占的比例。

发电能源在一次能源消费中的比重是表征一国电气化程度的重要指标。由于使用电力比直接使用石油、天然气和煤炭等一次能源的效率高，且电力用途广泛，使用灵活方便，不污染环境，可靠性高。因此，世界各国的电力生产和消费一般高于能源的增长速度，发电用能源在一次能源总消费量中的比例总体上不断增大。德国和丹麦是欧洲可再生能源领域的代表国家，其用电占一次消费的比例分别是30%和40%(按照发电煤耗计算法)。在欧洲，如果电网更大程度互联，就可以进一步优化电力利用效率，消纳未来更大规模的新能源电力。

近些年，欧洲海上风电和分布式新能源发电正大行其道，并网成本、电力安全等原因也在倒逼国际互联性电网的建设。其中，英国/爱尔兰、西班牙/葡萄牙、意大利和波罗的海三国这四个区域可以说是欧洲的“电力半岛”。英国和爱尔兰附近海域拥有欧洲最好的海上风电资源，但是与欧洲主网的互联又最弱。而连接北海沿岸的德国、法国、比利时、荷兰、卢森堡、丹麦、瑞典、爱尔兰和英国等9个国家的欧洲超级电网Super Grid，可以把海上风电场的长期投资成本减少约四分之一，并且已经至少有21家公司参与了这个计划(Friends of the Supergrid)。英国的海上风力发电场、德国的太阳能光伏电站(含大型和分布式)、比利时和丹麦的波浪能发电站将与挪威的水力发电站连成一片，有望彻底解决变幻莫测的天气所导致的新能源发电不稳定性和发电成本过高等问题。上述国家希望这个超级电网能在今后十年内投入使用，从而尽快解决平衡大规模发展新能源的承诺与电网建设投资的问题。此前欧盟承诺“到2020年，20%电力来源于可再生能源”，而超级电网被看作是实现这个诺言的重要步骤。欧洲和北非国家的DESERTEC项目，也就是试图把阿尔及利亚、突尼斯、利比亚和摩洛哥等北非国家丰富的光热、光伏发电资源通过跨海电网输送到意大利和西班牙南部，与欧洲大电网相连，以最终实现对可再生能源的更大规模利用。 

在这些大规划背景之下，欧盟也制定了“2050能源路线图计划”，试图在2050年构建出强大的电力互联网，以完成从日照条件非常好的南欧国家，比如西班牙，向德法等传统工业国家输送最高近50吉瓦的国际化电网框架。

可再生能源比例到达一定程度后，电网内的能源流动将颠覆目前已有的模式，动辄几千万千瓦的能量输送将成为地区和国家间电力交换的常态。完全可以想象，如果国际社会积极响应“全球能源互联网”这一概念，中国主导的特高压交直流技术将成为具备“网架坚强、广泛互联、高度智能、开放互动”特征的全球性大电网的重要基础，为电力联网的互动、安全和可交换性提供最直接的技术保障。

在欧洲，一个新的电力互联网图景已经呈现。而作为电力互联网成员的欧洲各国，是怎么考虑自身电网的定位、电力安全性和电网的升级改造规划建设等重要问题的?本文试以丹麦为例做综合介绍。

一国的应对之策：以丹麦为例

除了欧洲电力互联网，早在10多年前，在更小的区域范围内，挪威、瑞典、芬兰和丹麦等国的电力系统就已跨国互联。其目的是优化电力生产与消费，最大限度提高北欧地区的社会经济效益并实现共赢。

电力市场的运营使得丹麦这样的“新能源大国”和“负荷小国”能够利用他国资源为本国风电提供储备电源。比如与丹麦北部相连的挪威水电丰富，而水电灵活调节能力强，被认为是风电的最佳搭档。德国的火电在电力市场中相较风电价格昂贵，但是在挪威出现旱季时，可以成为丹麦风电的另一个储备电源。在这种背景下，发展与其他国家的电力系统互联成为了丹麦继续发展可再生能源的必要条件。

丹麦加强电网的国际互联，电力供应会不会受制于人?这是任何电网公司都不能回避的问题。令人乐观的是，整个欧洲已把发展可再生能源作为目标，为了达到电力供应标准，所有成员国必须接受电网联网合作的条件。这是一种互惠互利、互相制衡的局面。欧盟各成员国的能源组成不同，只有让不同类型的发电单元配合默契，才能创造出长久的平衡与和谐。

比如在丹麦周围的北海刮起大风时，可以把电力传输到欧洲大陆最南端的西班牙。而当丹麦没风或者挪威没有水时，太阳能可从西班牙的阳光海岸输送过来，令各种资源得以充分利用，协作共赢。没有强大的国际间互联，整个电力系统将会变得昂贵而低效，甚至不安全。

丹麦地处北欧四国中最南面。其电力系统北方与挪威、瑞典相连，南与德国相连。特殊的地理位置使丹麦成为了连接北欧和欧洲腹地的电力枢纽。从电力可靠性角度看，丹麦与周边国家强大的互联使其电力传输可靠性指标在全球遥遥领先。从市场角度看，丹麦在发展可再生能源和加强国际电网互联中长期获益。2012年到2013年间，该国电力生产中近40%的风电用于出口，为丹麦带来了显著的社会经济效益。目前，丹麦更多新的电网国际互联也在计划中。比如2019年与荷兰、2020年与英国将跨海相连，此外还要加大现有邻国包络线的传输容量。

国际电网互联机遇与挑战并存。欧洲风电一体化研究项目EWIS，是第一次由来自欧洲4个地区的13个国家共同携手打造的欧洲电力供应规划。其中一个挑战就是找到一种市场和技术之间良好的互动模式，以市场为主导，以电力系统互联为基础的发展可再生能源的模式，共同解决可再生能源并网的挑战。

为了加强国际互联，丹麦如何决策?

丹麦国家电网公司以需求为前提，以社会经济效益最大化为准则，理性规划与建设电力系统。各国规划电网，都会首先以本国的利益最大化为前提，分析各种方案的可行性。国与国的包络往往都是电力价格出现差异的地方。这些差异是由于国内系统出现阻塞造成的，即线路传输容量不足。所以在发展风电和国际电网互联的同时，国内电网的改建与加强也同样重要，进而减少国内的传输阻塞。

所以，国际包络线的建设需要配合国内线路的升级改造。该进程过快将导致线路利用率下降，造成浪费;进程过慢或建设顺序不当会导致不能充分利用他国资源，从而限制本地风电发展。同时，技术水平、风险预测、工程成本、环境保护、用户利益等众多会影响到发电能力共享的因素都需要被考虑。此外，在建设国际包络线时还要充分考虑邻国的需要和对领国造成的影响。最终能够使得整体区域的效益最大化。这需要一整套建立在电力市场规则下的平等对话机制。

为了实现丹麦政府制定的战略目标，丹麦电网建设还有很长的路要走。不仅是丹麦，整个欧洲在这次能源系统升级改造中将会真正实现资源优化共享，互相补足。强大的国际电网互联将为可再生能源成为主角创造舞台。

全球能源互联网有望带来三个改变

我们探索“全球能源互联网”等各种技术的实施过程中，还有三个方面的改变必须引起人们的重视。其一是纯技术方面：网络余量潮流计算。目前常规的电力网络，潮流计算作为判断系统运营状态和设备负载情况的工具必不可少。但是现有的潮流计算考虑“现量”多，考虑“存量”少。在能源互联网的大背景下，各国之间针对即将出现的可再生能源波动必须要考虑容许通过的输电可能，因此互联状态下的全网备用和可使用信息将成为网络安全的重要突破点。

其二是经济方面：电力的货币性。如果北极和赤道作为能源基地与各国电网相连，那么电的供需形势将随着各国的资源、时差、生产和生活状况随时变化，因此其价格多变也成为必然。这种情况下，电的24小时变化价格的商品特性也许会让电这一未来最重要的能源形式成为人们财富交换和资源交易的中介。在各国电网广泛互联状态下赋予电的各种神奇属性也许会催生更多的互联网商业模式，而这一体系的设计也是各国政治和经济发展的重要着力点。

其三是思维模式方面：随着欧美国家电力市场的不断放开和能源价格的攀升，IT技术尤其是移动互联网技术的不断发展，“能源互联网”在不少国家形成了新的创业生态圈。比如在美国的Opower，新西兰的Powershop和德国的Green Packet等创业公司，都是基于开放的售电端活跃市场和节能增效的大背景出现的新型能源公司。这一概念下的“能源互联网”，呈现的是前所未有的互联网激情和各行各业的主动融合。电力作为一种24小时不断变化价格的新型商品成为电动汽车、智能家居及互联网应用等多个行业的交叉点，引领着需求侧管理、主动配电网这些纯能源概念不断与互联网思维及用户端产生结合。

【作者简介：廖宇，就职于德国柏林电网公司调度中心，从事新能源调度管理工作。范征，就职于北京艾能万德新能源公司，从事新能源并网、电网规划和电力软件研发等工作。陈思，就职于丹麦国家电网公司，从事电网规划工作。】