《能源转型趋势—中国、欧洲、美国》发布

丹麦式可再生能源的整合—灵活与开放的能源市场

为了应对丹麦50%发电量的波动（风电和光伏），丹麦输电系统运营商（TSO） Energinet.dk已经实施了一些倡议和系统解决方案。主要因素是：

•规划和预测：

丹麦TSO开发了先进的监测系统来预测风电和光伏等能源的预期发电量，以便改进以小时为单位发电的计划，从而减少对备用能力的需要。

•发电站的灵活性和备用能力：

备用容量加上大多数传统发电站将发电量调整到其额定容量的50%以下的技术能力，意味着可再生能源成为丹麦系统的基荷能源。

•有效和透明的电力市场：

风电和光伏的整合得到了北欧日前电力市场的支持。风力发电和光伏发电的边际成本非常低，这意味着它们在“效果排序”中被市场“分派”到传统能源之前。

•强大的国内输电网络和跨境互联：

为了平衡和市场目的，丹麦与北方邻国（挪威和瑞典）和南部国家（德国和荷兰）实现了充分的能源相互连接，使丹麦在电力不足（或盈余）从邻国获取（或给予邻国），以实现平衡。尤其是挪威和瑞典以水电为主，水电是平衡间歇性风电和光伏的理想选择。这些都是通过耦合的电力市场实现的，目前从芬兰到南欧的电力市场都是如此。

• TSO在可再生能源的购买弹性：

大型风电项目已被证明在大风条件下具有非常有效的平衡能力。风电站的响应时间很短，启动成本也很低。在适当的激励和“虚拟电厂控制系统”的帮助下，大型风电项目可以在一般电力市场价格较低时，参与到特定的均衡电力市场中，获得具有吸引力的电价。

展望未来，为了应对丹麦波动的电力能源系统，进一步规划基础设施（电网）和保持系统的高度稳定和电力价格的竞争性至关重要。与邻国和欧盟电力系统的进一步整合和互联也是答案的一部分。此外，还在探索通过热转换器等其他部门储存和使用电力的能力，未来的交通电气化也都是这个计划的一部分。丹麦能源规划与欧盟建立更深入一体化密切相关的能源联盟计划。

新的能源协议正在制定

在欧盟2030年能源目标的基础上，围绕新的能源协议的政治谈判已经开始。新的能源协议将为丹麦能源部门设定2020年后的发展方向和目标，议程的重点将是进一步摆脱以化石燃料为基础的能源来源，进一步提高能源效率，建立一个以市场为基础的能源部门，为消费者和企业进行成本效益的改革，从而使能源价格具有竞争性。政府正在努力实现可再生能源到2030年，占到丹麦能源消费总量达到50%的目标。为了实现这个目标，欧盟法规和丹麦专家的建议都指出了更多竞争性的支持方案，如用于部署海上风力的投标系统。

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德 国

“Energiewende”—能源转型源于德国

德国所谓的能源转型是一项长期的能源和气候战略，旨在建立一个以发展可再生能源和提高能源效率为基础的低碳能源系统。它被认为是一个雄心勃勃的工业项目，需要在德国国内和整个欧洲进行技术和社会转型。能源转型基于四个主要目标：应对气候变化、避免核风险、改善能源安全以及保障经济竞争力和增长。Energiewende是一个综合政策框架，涵盖能源和经济的所有部门。它包括降低二氧化碳排放、发展可再生能源、到2022年逐步淘汰核能以及提高能源效率的目标和政策措施。

表3 德国能源转型的关键目标

虽然能源转型取得了一定的进展，但仍然有很长的路要走

近几十年来，德国以推动可再生能源为目标，实现电力结构的多样化（可再生能源发电量从1990年的4%增至2017年的35%以上），包括2000~2010年期间公民拥有的可再生能源项目急剧增加。然而，可再生能源在其他部门（交通运输和供暖/供冷）中的占比并未实现按比例增加。

由于法律、政治和监管方面存在很多挑战，输电电网必要的扩张是一个漫长的过程，因此在整个电力系统管理中，输电电网建设相关的延期现象越发明显：电网阻塞频率增加，此外可再生能源电站的进一步发展使其越来越容易暴露于电网结构问题的风险之中。除输配电网的扩张以外，通过鼓励新技术和新流程（例如需求侧管理、储能技术、P2X技术、系统管理数字化）以提高电力系统的灵活性。

尽管光伏发电上网电价补贴（FIT）退坡计划已经导致光伏价格从2004年的50ct/kWh以上降至现在的约100ct/kWh，但是可再生能源的拍卖为未来提供了客观的价格预期：最近的拍卖导致平均价格降至4.91ct/kWh。最近的陆上风电拍卖的平均价格为3.82ct/kWh，最近的海上风电拍卖（将于21世纪20年代中期建造）的价格从0~6ct/kWh（平均加权价格0.44 ct/kWh，另外1.5ct/kWh为并网需要支付的费用）。总体而言，可再生能源价格大幅下跌，预计将进一步下降。

图10 德国能源系统转型的关键效果指标

展望：提高能源系统的灵活性和数字化

目前能源部门的政治辩论涉及几个议题。其中包括关于增加可再生能源装机容量的讨论，特别是关于公民接受的讨论。不过，装机容量的增加，主要是陆上风电装机容量的增加，而且仍然很高。重点还在于光伏发电的自我消费，这对家庭和商业消费者都有吸引力。在这方面，储能系统的开发和安装变得越来越重要，因为它们允许最大限度地提高自我消费，并提高系统的灵活性。目前辩论的另一个重要部分是数字化问题，这是能源转型成功的关键要素。间歇性可再生能源（光伏、风电）需要一个将发电、消费者和电网相结合的连接网络。能源系统需要始终提供灵活性，以平衡间歇性可再生能源发电。只有在发电和（灵活）需求能够使用安全和数字化的连接渠道的情况下，才有可能做到这一点。因此，2016年，德国政府批准了一项关于"能源转型数字化"的法律。最后特别是，实现所有部门（能源、交通运输、建筑、工业）高度连接所产生的协同作用是能源转型议程上的优先事项。随着2018年的联盟条约，Energiewende问题仍然是政府政治议程的优先事项。2020年的减排目标不可能实现。然而，基督教民主人士联盟（CDU/CSU）和社会民主党（SPU）的目标是实现这些目标，并致力于实现2030年的目标。为此，他们将电力部门2030年的可再生能源目标提高到65%。

基于市场的可再生能源整合以作为应对能源转型复杂性的具有成本效益的方法

德国的Energiewende就是一个例子，说明高度工业化的经济体如何能够在确保能源安全的同时，将其电力系统向气候友好型、经济竞争力的体系过渡。间歇性可再生能源市场和系统整合措施的经验表明，与作为协调行为者的监管机构进行基于市场的整合，同时考虑到所有相关利益相关方，能够实现成本的大幅度下降。此外，事实证明，长期和中期目标的制订有助于使具有政策的长期目标获得短期效果。考虑到从德国能源转型学到的经验，中国有机会解决空气污染问题，建立同样允许经济增长的气候友好型能源体系。

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美 国

在美国，能源的发展主要受到技术创新、市场竞争以及标准和政策（特别是州和地方层面）的影响。

技术标准和政策通过在进入市场的早期明显地降低可再生能源的价格支持了可再生能源技术的竞争空间。据统计，州和地方可再生能源组合标准（RPS）刺激了2000~2015年间60％的可再生能源发展，并通过增加装机容量降低了可再生能源的成本。公司平均燃料经济性（CAFE）标准推动了汽车燃料效率的创新，例如启停系统的内燃机等。激励措施可以降低和减轻早期使用者在这些转变过程中的成本和不确定性负担，有针对性的研发投资可以解决投资者的特定问题和技术限制。

市场对美国能源转型和碳减排产生了主导影响。尽管新的基础设施（如传输和运营）的建设和监管对成本有重要影响，但当前政府采用可再生能源技术面临的成本仍比十年前要低得多。风电，光伏和储能等先进技术的全球共享使可再生能源产生了巨大的跨越式发展。今天可再生能源技术的发展已经不再面临早期发展中的市场动荡问题。虽然天然气的出现使得能源转型的发展很难预见，但政府还是在确保公平、有效、起作用的市场平台方面发挥了作用。政府的这些平台能够可靠地整合所有形式的能源，提高能源安全性、降低成本，并实现既定的社会目标和环境目标。

图11 美国能源系统转型的主要效果指标

展望：能源系统的结合和市场模式

随着可再生能源技术的提高和成本的降低，美国能源转型的焦点将开始集中到可靠性、弹性和电力系统的灵活性等方面，包括各种发电形式的结合、通过可靠的和物理的基础设施传输电力、以安全且经济的方式管理负荷。传感器和先进计量的大规模应用为以前无法获得的大数据提供了重要的新机会。能源部门的这种数字化可以为人工智能和机器学习提供改进途径，以增加主要电力系统的管理能力、减少公用事业的损失和降低消费者的成本。

同样地，这些技术进步也可能对具有能源生产和消费控制能力的分布式能源系统产生重大影响。随着分布式发电和储能技术的发展和大规模应用，能源消费者的可选择性和参与度也随之提高，此时，监管机构和公用事业将在保证电网的技术、经济可行性方面发挥重要作用。

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