欧洲:建设可持续的未来电力系统

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在欧洲电力市场，可再生能源在电力结构中的比例正在上升。2019年，欧洲的可再生能源发电水平首次超过化石燃料。近年来，可再生能源的增长速度已经放缓。然而，可再生能源将打破每年电力需求比例的记录。

日益增长的风力发电和太阳能发电是推动可再生能源发展的主要力量。然而，水力发电仍然是欧洲市场可再生能源发电的主要来源。

这种发展可能会导致供应安全问题。然而，保持为大型集中火力发电厂设计的电网的稳定运行是至关重要的。这意味着即使在可再生能源发电量低的时期，发电量也足以满足需求。

迄今为止，大多数欧洲国家的解决方案是通过能力支付机制引入储备和/或可用支付。这种方法可以补充现有电站的收入，鼓励新建电站，从而满足低发电量时期对可再生能源的需求。这些机制主要用于支持火力发电站的发展和启动能源转换管理，但减缓了碳排放项目的关闭。

在这些机制(通常不对高污染发电站开放)和欧洲碳排放市场的推动下，欧洲市场正在经历从煤炭到天然气的转变，但未能开始向“净零排放”的转变。

在一些市场，可再生能源在某些时期占燃料组合的50%以上，如爱尔兰和英国，这给电网运行带来了挑战。

一些传输系统运营商将发布未来能源发展报告，以研究燃料组合的潜在发展。其中最著名的是英国国家电网公司，该公司出版了《未来能源展望》。表1显示了可再生能源相对较高时的发展状况和平均需求预测。图表显示，在电力需求高峰期间，可再生能源产生的电量远远超过需求。尽管过剩发电可以通过互联电网来处理，但邻国也很可能有过剩发电。

表2和表3显示了2030年夏季为期两周的英国发电燃料组合预测。这些图表使用EnAppSys正向模型显示了国家电网未来2度的能源发展。可以看出，这包括可再生能源发电的过剩和短缺时期。在这些情况下，火力发电可用于满足短缺期间的需求，并抑制过量可再生能源的产生(如电厂关闭)。

理想情况下，储能系统和智能电网技术可以在这种燃料组合中发挥作用，减少化石燃料的使用，限制零碳发电技术的减少，有助于稳定电网服务——总体而言，它们促进了实现净零排放目标的进程。

具有这些优点的智能电网技术可以实时测量能耗，并且可以与一些可以决定未来需求的模型相结合。通过要求用户采取行动或自动改变他们用电的方式，这项技术还可以实现一定程度的控制功能。

真正的脱碳需要不同类型的储能技术，包括短期、中期和长期零碳储能技术的结合。智能电网技术或短期储能技术无法管理可再生能源发电量低或发电量持续高的时期。

此外，当可再生能源的产量持续较低时(例如，几天)，需要长期(战略储备)储能技术。

图4显示了一种混合燃料，其结合了能量存储和智能电网技术，可以改变供应和需求，并最大限度地利用零碳发电。

电网侧储能和用户侧储能的结合可以提高需求曲线和发电曲线的匹配度。可再生能源高峰时期产生的电力可以在高需求时期储存和使用。对电力的需求不是要求及时，也可以转移到可再生能源发电的高峰期。虽然这已经成为现实，但还没有达到预期的规模。

这些图表使用了2030年英国市场预测。预期表明，可再生燃料组合占相对较高的比例，没有多余的可再生能源通过互联电网传输来发电。

通过能量储存和需求响应的结合，全零碳发电可能成为现实。所使用的假设情景是可再生能源发电的最高时期，这表明需要在风力发电和太阳能发电占相对较高比例的市场上建设大量低成本的“分散”储能项目。

技术

目前，大多数储能项目都是锂离子电池项目。便携式电子设备已经进入汽车领域，推动了储能装置的进步。现在，改进的电池正在进入电网储能领域。

在过去的五年里，英国市场已经建成了几个锂离子电池项目。近10亿瓦的项目正在运行或已经完成，这可能成为最大的电池市场。应该指出，这些项目的主要目的是解决日益增长的可再生能源发电带来的问题，即电网的稳定性。

为了维持供电频率和支持供电，到目前为止，开发的项目通常是快速(不到一秒)和短期(不到一小时)项目。其主要原因是为了在纯粹的套利操作中获得经济利益。当前的资本成本和该技术的降级意味着所需的进出口价格差异高于当前的欧洲电力市场。当前对速度的需求可能会随着资本成本的降低和技术性能的提高而改变。

锂离子电池适用于国内开发项目和商业产品，如特斯拉Powerwall。随着电动汽车的发展，电池设备可以与充电基础设施共享重要的基础设施(如逆变器)。它们相辅相成，可以发挥强大的智能电网功能。

液流电池目前正在开发产品，主要是非固体储能装置。然而，由于其使用不如光能密集型能量存储设备，液流电池的研发支出水平明显低于锂离子电池。液流电池技术可以长期储存能量，并能使一些旋转机械技术提供电网惯性、无功功率和容错稳定服务。欧洲大多数电网系统都是为此目的而设计的。

展望未来，利用混合储能获得电网惯性是一种方法。为了提高速度，固态电池被包括在混合能量存储器中。为了持续供电，它还包括液流电池和一些技术。从技术的角度来看，所有的要素都准备好了，但是与这些综合的技术能力相比，发展的驱动力并不那么强。

无论在英国还是在欧洲，最古老的储能系统是抽水蓄能系统。总的来说，这些项目速度快(不到两分钟)，持续时间长，持续供电至少4小时，一些规划项目的供电时间可超过12小时。在整个欧洲，发电站的平均寿命约为30年。

氢气也是一种能量储存方法，可以促进加热系统的脱碳，并利用现有的发电基础设施。氢气可以通过剩余的可再生能源发电或碳捕获技术来生产。这样做的好处是，当可再生能源发电量较低时，现有的储气基础设施和天然气发电项目可以灵活和持续地用于发电，从而使实现净零排放的道路更加平坦。

在上述情况下，在现有天然气储存和输送基础设施中生产、使用和储存绿色氢能可以实现火力发电和供热项目的脱碳。

随着智能电表的引入，整个欧洲需求侧的智能电网的容量正在增加。英国现有的“敏感”在线电价可以向消费者发出价格信号。消费者根据实时价格付费来推广用电。

障碍

利用储能和智能电网技术建设可持续电力系统的主要障碍是所需的投资水平。开发项目需要确保投资资金，对于家庭项目，价格需要保持在消费者的承受范围内。

储能和智能电网技术的激励机制并不完善。这项技术的大部分投资来自商业市场收入，很难通过融资获得。在消费市场，智能电表的引入有利于市场发展，但其使用仍然有限。

对储能技术的投资正在增加。对于纯商业收益基础上运营的资产项目，投资对净零排放的影响越大，收益越低。原因是，这些资产项目是通过高需求和低需求之间的阶段差异获得的。需求和发电的匹配程度越高，价格差异越小。这些资产项目还可以通过提供稳定电网的服务来创收。平衡供需所需的大量物品可能导致过度竞争，使价格非常低。

驱动因素

作为整体电网投资计划的一部分，将某些中长期储能资产视为电网基础设施的输电系统运营商将建设和/或购买储能项目，或通过类似机制提供支持，为互联电网设定上限和下限。这将有助于开发更具战略性的储能项目，减少输电流量或将它们纳入长期储备。

在一些市场中，为了进一步开发依赖天气的可再生能源技术，开发商的储能项目比例需要匹配和支持这些技术，这将为这些项目创造市场，并为可再生能源提供一些支持。

目前，支持可再生能源/零碳排放的流程可以瞄准技术。政府仍然希望平衡这些技术项目的负面影响。例如，对于CfD(差别合同)机制支持的英国海上项目，政府建立的装机容量市场机制可以应对来自可再生能源的高发电量的影响，而输电系统运营商购买替代发电以满足电网稳定性要求。

这一领域仍有进一步发展的潜力。购买零碳或低碳发电的投标过程可以匹配供应和需求，项目开发商可以合作并使用创新技术组合来提供解决方案。这将成为净零发电的最完整的解决方案，甚至包括需求响应元素。在智能电网的支持下，消费者可以帮助这些技术实现与核电相似的零碳和可调度发电。

此外，储能容量市场机制可以提供投资支持，促进常规发电投资。目前，降额系数的计算方法并不鼓励在电网系统中使用储能。

结论

储能和智能电网技术发展迅速。整个欧洲都在迅速发展这些项目，为电网系统创造效益。这些技术对可持续能源供应的潜在贡献已经得到承认。此外，大多数系统运营商和政府认识到燃料组合的变化，并通过推广智能电表和修改系统操作来鼓励可持续能源的发展。

尽管如此，可以说迄今为止的进展仍然“落后于曲线”。& # 39；2019年8月英国的停电证实了这一点。

我们认为，欧洲尚未建立允许储能和智能电网技术充分发挥其潜力并在可持续电力供应中发挥作用的市场结构。虽然已经采取了支持投资的措施和计划，但尚不清楚这些措施和计划是否可以扩大。人们一致认为，欧洲市场应该采取整体和系统的方法。

当前的焦点是从旧世界到新世界的过渡，而不是理想的终端系统。在为实现这一目标制定有效和现实的路线图之前，必须首先确定终点。

来源：BBC新闻网