logo全球能源互联网期刊信息服务平台

GEIDCO:“两个替代”趋势下的欧洲跨国电力互联通道研究

“两个替代”趋势下的欧洲跨国电力互联通道研究

赵腾1,2,邬炜1,2,李隽1,2,江涵1,2,王璐1,2,高超1,2,罗雯清3

(1.全球能源互联网集团有限公司;2.全球能源互联网发展合作组织; 3. 国网上海市电力公司浦东供电公司)


本文发表在《全球能源互联网》2020年第6期,欢迎点击品读

摘要

清洁替代和电能替代逐渐成为世界能源电力发展的趋势,欧洲在推动两个代替方面走在了世界前列。首先,从电力需求和电力装机预测两个方面,构建未来欧洲可能出现的大规模清洁能源情景,并对该情景下的两种极限装机方案进行对比分析。其次,考虑输电通道边际收益,通过基于Zonal模型的输电需求分析,得出一种可行的欧洲跨国输电通道加强方案及装机方案;最后,计及未来欧洲新增输电需求,利用基于TOPSIS技术的输电项目成本效益评估方法,对未来各输电通道具有开发潜力的输电项目进行评估。

重点内容

01

研究框架

图片

图1 欧洲跨国电力互联通道研究架构图

02

考虑“两个替代”的大规模清洁能源情景构建

考虑到欧洲经济社会发展趋势平稳、电力工业发展成熟,本文在研究基础电力需求随经济社会发展的同时,重点对欧洲开展电动汽车以及电制热/冷等电能替代因素进行分析,同时考虑能效提高对欧洲用电需求的降低作用。

图片

图2 电力需求预测流程

在清洁能源资源评估基础上,为满足欧洲未来“清洁替代”需求,更好履行相关碳减排承诺,考虑不同的清洁能源资源开发利用模式,预测得到以下2种极限装机方案。

(1)本地消纳方案(LCS)。不对跨国跨洲输电通道进行新增或扩容,亦不考虑拆除现有跨国跨洲互联线路,在充分利用现有跨国跨洲互联线路的条件下,优先开发欧洲各国本地清洁能源资源,进行装机优化。

(2)跨区域无约束交易方案(UTS)。不考虑欧洲各国之间、欧洲与非洲和亚洲之间的最大电力传输容量约束,优先开发欧洲及周边地区较为优质的清洁能源资源,进行装机优化。

图片

图3 电源装机优化流程图

03

跨国电力互联通道研究

计及LCS和UTS两种方案特点,以Zonal模型为基础,利用逐步扩展法分析“两个替代”趋势下欧洲电网未来的跨国输电需求及相应装机方案。在输电通道需求分析基础上,通过TOPSIS方法对各输电项目的成本效益进行评估,确定其建设的优先程度。

图片

图4 输电通道需求分析示意图

04

结果分析

1)电力需求预测结果

预计2035年、2050年供热/制冷领域新增用电需求分别为1.26万亿kWh和1.66万亿kWh。交通领域,考虑乘用车、中小型货车直接采用电动汽车实现电能替代,大型货车主要采用氢能汽车实现间接电能替代。预计交通领域2035年、2050年新增电力需求分别约3800亿kWh和8500亿kWh。

图片

图5 欧洲供热及制冷领域电能替代新增用电量

图片

图6 欧洲交通领域电能替代新增用电量

欧洲电力需求总量从2017年的4.8万亿kWh增加到2035年的6.7万亿kWh和2050年的8.1万亿kWh;最大负荷从2017年的8亿kW增加到2035年的11.6亿kW和2050年的14.2亿kW。在该情景下,电能替代是推动欧洲未来用电需求增长的重要因素。

图片

图7 欧洲电力需求预测结果

2)极限方案装机预测结果

考虑清洁能源开发利用模式的不同以及碳排放约束,对LCS和UTS两种极限方案下的欧洲未来装机进行预测,得出未来两种极限方案下欧洲的电力装机结构。

图片

图8 不同方案下欧洲电力装机结构预测

预计到2050年,在LCS方案下,欧洲总装机容量约42.1亿kW,其中清洁能源装机占比92.4%;在UTS方案下,欧洲总装机容量约36.4亿kW,其中清洁能源装机占比93.4%。

表1 两种极限方案电源投资与发电成本对比

图片

此外,在LCS方案下,部分资源禀赋较好的国家,清洁能源资源难以得到充分开发,而资源禀赋较差国家为满足本地电力需求及碳排放约束,不得不开发本地成本较高的清洁能源资源,而在UTS方案下,可以优先开发成本较低的清洁能源资源。因此,UTS方案的电源总投资和平均发电成本要低于LCS方案。但是,UTS方案中跨国电网投资相当于无穷大,因此只能作为电源装机的一种极限方案。

3)输电需求分析及装机优化结果

未来欧洲输电通道发展重点如下。洲内:重点加强北欧至欧洲大陆、冰岛和不列颠群岛至欧洲大陆,以及欧洲大陆德法意等国之间的互联输电通道,汇集北海、波罗的海、挪威海、冰岛周边区域海上风电及北欧水电,将大规模清洁能源送至欧洲负荷中心消纳,实现各国间互补互济。跨洲:跨地中海,经伊比利亚半岛、亚平宁半岛、巴尔干半岛加强欧非输电通道,接受北非清洁电力,实现北风南光互补;加强中亚、西亚入欧输电通道,实现亚欧跨时区、多类型清洁能源互补互济。

图片

图9 基于Zonal模型的欧洲输电通道加强方案(2050年)

该输电通道加强方案及与之对应的电源装机方案,可称为源网优化方案(power source and grid optimization scheme, PSGOS)。与LCS方案相比,PSGOS方案平均用电成本低0.24美分/kWh,年节约用电成本约199亿美元。UTS方案是一种类似于超导条件下的理想方案,其对应的跨国电网加强方案目前在技术和工程上难以实施。PSGOS方案是介于LCS和UTS这两种极限方案之间的一种较为经济的可行方案。

表2 2050年前各方案投资对比

图片

4)互联通道潜在输电项目成本效益评估结果

考虑欧洲输电需求分析结果,利用基于TOPSIS法的输电项目成本效益评估模型,对位于各互联通道上的潜在输电项目的益本比进行分析,结果见下表。

表3 潜在输电项目成本效益评估结果(部分)

图片

05

总结

1)本文对未来欧洲各国电力需求进行了预测,并对比了LCS方案和UTS方案两种极限方案下欧洲未来的装机预测结果,分析了大规模清洁能源情景下的欧洲输电通道加强需求,提出了经济较优且可行的PSGOS方案,以及欧洲成本效益较优的潜在输电项目。

2)在洲内跨国互联方面,“法国—德国”“英国—法国”输电项目的益本比较高。

3)跨洲互联方面,促进欧非互联的“摩洛哥—西班牙”“摩洛哥—葡萄牙”“突尼斯—意大利”输电项目益本比较高,建议优先进行开发。

本文引文信息

赵腾,邬炜,李隽,等. “两个替代”趋势下的欧洲跨国电力互联通道研究[J]. 全球能源互联网,2020,3(6):632-642.


ZHAO Teng, WU Wei, LI Jun, et al. Research on Cross-border Power Interconnection Channels in Europe Under Trend of Two Replacements [J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(6): 632-642(in Chinese).

研究团队

全球能源互联网发展合作组织经济技术研究院主要承担全球能源互联网理论、战略、规划、技术、机制等方面创新研究的职责,重点开展能源电力、气候环境、经济社会、关键技术、市场机制等全球能源互联网前沿领域研究工作。

研究院电力规划研究团队主要从事全球各大洲及重点区域国家能源、电力规划研究。团队围绕清洁能源开发、电网规划、跨国互联互通等重点领域开展深入研究,与联合国亚洲及太平洋经济社会委员会(ESCAP)、东盟能源中心(ASEAN Centre for Energy)等国际机构建立合作研究关系,在“一带一路”国际合作高峰论坛、国际水资源大会、全球能源互联网大会等国际会议上发布多项重要研究成果。

作者简介

图片

赵腾


博士


研究方向为电力系统规划、大数据在智能电网中的应用

E-mail:

teng-zhao@geidco.org

图片
图片

邬炜


高级工程师


研究方向为电力系统规划

E-mail:

wei-wu@geidco.org

图片
图片

李隽


教授级高工


研究方向为电力系统规划、特高压交直流输电关键技术等

E-mail:

jun-li@geidco.org

图片

江涵


博士,高级工程师


研究方向为电力系统规划、电力系统稳定性等

E-mail:

han-jiang@geidco.org

图片

王璐


博士


研究方向为电力系统规划

E-mail:

lu-wang@geidco.org

图片

高超


博士,高级工程师


研究方向为电力系统规划

E-mail:

chao-gao@geidco.org

图片

罗雯清


高级工程师


研究方向为电力系统规划、电力系统可靠性

编辑:李锡

审核:白恺

相关精彩阅读

清华大学陈启鑫等:欧洲跨国电力市场的输电机制与耦合方式

图片

卡迪夫大学梁军等:欧洲海上风电发展现状及前景

图片

清华大学鲁宗相等:考虑国家风险的清洁能源跨国输送通道规划方法

图片

跨国电力交易的区块链存证技术

图片

英国输电网短期规划如何与能源长期规划对接?

图片

欧洲能源互联网规划研究报告

图片


郑重声明

根据国家版权局相关规定,纸媒、网站、微博、微信公众号转载、摘编本网站作品,需包含本网站名称、二维码等关键信息,并在文首注明《全球能源互联网》原创。
个人请按本网站原文转发、分享。


图片