欧洲电网互联现状分析及其对构建能源互联网的启示

郑漳华，殷光治，宋卫东，诸嘉慧

(1.国网能源研究院，北京市 102209；2.清华大学，北京市 100084；3.中国电力科学研究院，北京市 100192)



欧洲电网互联现状分析及其对构建能源互联网的启示

郑漳华1，殷光治2，宋卫东1，诸嘉慧3

(1.国网能源研究院，北京市 102209；2.清华大学，北京市 100084；3.中国电力科学研究院，北京市 100192)

欧洲电网是世界上最大区域互联电网，也是世界上少见的实现了多国互联运行的电网。欧洲电网的电源装机总量全球最大，其对可再生能源的接纳和利用，也是各国推进能源转型、促进高比例的可再生能源消纳的学习典范。在分析欧洲电网各国当前电源结构、负荷特性和电网互联现状的基础上，总结了几个主要欧洲国家目前电网的发展情况以及它们与周边邻国互联现状的主要特征。此外，在对具体的电网数据分析的基础上，分析了构建能源互联网在物理平台、信息平台和融资机制3个方面可能的建设需求，总结了欧洲电网的发展对于构建能源互联网的3点启示。该文的分析和结论，对能源互联网的深入研究具有一定的参考价值。

欧洲电网；电网互联；能源互联网；可再生能源；电源结构

0 引 言

当前，我国在能源安全，能源效率，能源环境等方面面临严峻挑战[1]。为了促进可再生能源利用、保障能源供应安全、构建欧洲统一能源市场，欧洲电力系统将进行一系列调整，这使得欧洲电力系统在能源供应体系中的地位愈加重要[2-4]。欧洲输电网系统运营机构于2012年发布了研究与发展路线图的征求稿[5]。在2013年，欧盟提出了2013—2022年的10年研究与创新(R&I)路线图[6]。2014年，欧洲输电网系统运营机构公布了到2030年的10年电网发展规划[7-8]，展望了未来10年欧洲电网可能的发展方向，可以预见，在未来的能源结构中，互联电网对于实现能源供应、保障能源安全将发挥越来越重要的作用。

另一方面，能源危机和气候变化问题，都使得未来全球的能源供应形势，将从现在的区域内供应的形式，转变为更大范围的、更多形式的能源供应。随着以风电为代表的可再生能源迅猛发展，风电的利用将减少大量化石能源的使用，同时，新电源所引起的能源结构与布局的调整也将引起能源的全球方位内重新优化配置。这就迫切需要能源互联网的出现，这是一个服务范围广，配置能力强，安全可靠性高，绿色低碳的全球能源配置平台[1]。

欧洲电网不仅是世界上最大区域互联电网，世界上电源装机总量最大的电网，世界上少见的实现了多国互联的的电网，也是世界范围内推进以高比例可再生能源为特征的能源转型典范[9]。其区域内互联现状的研究和各国电源结构的研究，对我国能源互联网的建设及全球范围内能源互联网的建设都具有重要的借鉴作用。

本文在分析欧洲电网当前互联现状和电源结构的基础上，总结几个欧洲国家目前电网的发展情况以及与周围邻国电网的互联网现状。并在对具体电网数据分析的基础上，分析构建能源互联网在物理平台、信息平台和融资机制3个方面所可能的建设需求，总结欧洲电网的发展对于构建能源互联网的3点启示，对进一步构建能源互联网的研究有一定的参考价值。

1 德国电网发展现状

德国的输电网主要由4个输电网运营商50Hertz、Amprion、Tennet和TransnetBW分区运营。截至2014年底，德国已连续第9年保持世界光伏发电第一大国，也是世界工业化大国中唯一的光伏发电装机容量超过风电的国家。

1.1 电网发展概况

德国是可再生能源大国，在总的196 844 MW的装机容量中，风电占了16 013 MW，太阳能占了37 262 MW，参见图1。由于德国已经放弃了对核电建设计划，目前现有的核电机组为之前所建，仅有12 227 MW的容量。在剩下的装机容量中，火电占了大部分。德国电网中，新能源的装机容量(本文的新能源装机容量，指太阳能与风能的容量之和)比例约为38%，达到了74 800 MW。煤电的装机容量大约为49 211 MW，约占25%，与新能源装机的比例为0.658∶1。气电装机容量为31 495 MW，约占16%，与新能源装机的比例为0.421∶1。抽水蓄能电站装机容量约为7 874 MW，占4%，与新能源装机容量的比例为0.105∶1。综合考虑气电、煤电和抽蓄这3种技术类型的机组，它们的装机容量之和与新能源机组装机容量的比例约为1.18∶1。这代表了在目前的德国电网的系统中，1 MW的新能源机组(风电和太阳能机组)，相应的配备有1.18 MW的传统的发电机组(气电、煤电和抽蓄)作为配合。

图1 2014年德国电网中电源装机结构Fig.1 Generation capacity structure of German grid in 2014

1.2 负荷特性

如图2所示，德国的负荷曲线除去圣诞假期之外，整体较为平稳，年初与年末相对较高，年中略有下降。最小负荷为61 703 MW，出现在12月份圣诞节时期。最大负荷为79 049 MW，出现在2月份。全年最大峰谷差为17 346 MW。

图2 2014年德国电网每周最大负荷分布情况Fig.2 Maximum weekly load distribution of German grid in 2014

1.3 与邻国电网互联情况分析

德国电网位于欧洲大陆的中心位置，它与周围许多国家的电网，尤其是法国、荷兰、丹麦和捷克，联系非常紧密。德国电网与周围电网的互联传输能力，受入容量可以达到17 295 MW[10]。如果以新能源装机容量作为基数，分析传统机组、最大负荷和互联电网传输能力的相应倍数，可以得到，传统机组为1.18倍，最大负荷为1.06倍，互联电网的传输能力为0.23倍。传统机组加上互联网的支撑能力，可以比最大负荷高出约35%，这高出了电源规划中对于电源需高出负荷15%～20%的裕度要求。这一分析体现了德国电网在高比例的可再生能源并网的情况下，仍然能够保持安全稳定运行的一个重要基础。

2 法国电网发展现状

法国电网由RTE这一输电网运营商运营，RTE是全欧洲最大的输电网运营商，它所运营的法国电网，有着全世界最高的核电比例。

2.1 电网发展概况

法国的电源结构以核电为主，如图3所示。在全部装机容量中的比例超过了60%。而其他新能源装机容量较低，风电为367 MW，太阳能为39 MW，均小于1%的比例。煤电、气电以及抽水蓄能这3种发电类型是电网中重要的调节电源。煤电所占比例为4%，是新能源机组装机容量的11.8倍。气电所占比例为6%，是新能源机组装机容量的15.1倍。抽蓄的比重为5%，是新能源机组装机容量的12.2倍。

图3 2014年法国电网中电源装机结构Fig.3 Generation capacity structure of French grid in 2014

2.2 负荷特性

相较于德国，法国的负荷曲线波动较大，见图4。相似之处在于同样出现了年初与年末的负荷较高，而年中负荷较低的情况。其最大负荷出现在1月，为84 243 MW，最小负荷出现在7月，为48 627 MW，峰谷差为35 616 MW。

图4 2014年法国电网每周最大负荷分布情况Fig.4 Maximum weekly load distribution of French grid in 2014

2.3 与邻国电网互联情况分析

法国电网东接德国电网，北接英国电网，南接伊比利亚半岛西班牙电网。法国电网与周围电网的互联传输能力，受入容量可以达到12 395 MW，这其中有1 400 MW刚刚于2015年2月建成(连接西班牙电网)[11]，即将投入运行。这一互联容量如果全部使用的话，可以满足约全年最大负荷84 343 MW的15%的供应，可很好地平衡法国电网由于核电可调能力不足所造成的电网安全稳定问题。

3 英国电网发展现状

英国的输电电网主要由National Grid负责不列颠地区的电网运行维护，SONI负责北爱尔兰地区的电网运营。

3.1 电网发展概况

英国电网主要以气电和煤电为主，气电比例为35%，煤电比例为20%，核电比例为11%，详见图5。风电的发展也很迅速，由于英国全境的路上风电资源已经接近开发殆尽，其海上风电的发展逐渐成为可再生能源发展的重点，目前路上风电为7 859 MW，而海上风电为5 041 MW。以新能源机组装机容量为基数分析，煤电机组为新能源机组的1.11倍，而气电机组达到了1.94倍，抽水蓄能电站为新能源机组的0.16倍。

图5 2014年英国国家电网中电源装机结构Fig.5 Generation capacity structure of British national grid in 2014

3.2 负荷特性

英国的负荷特性与法国较为相似，需求呈现出夏季低、冬季高的特点，见图6。英国全年的最大负荷为53 795 MW，出现在2月，最小负荷为39 417 MW，出现在8月，峰谷差为14 378 MW。

3.3 与邻国电网互联情况分析

英国电网的互联主要是与法国电网、荷兰电网和爱尔兰电网相连。英国电网与周围电网的互联传输能力，受入容量可以达到3 500 MW。这一互联容量如果

图6 2014年英国电网每周最大负荷分布情况Fig.6 Maximum weekly load distribution of British national grid in 2014

全部使用的话，可以满足约全年最大负荷53 795 MW的6.5%的供应，可以看出，英国电网的运营主要是以自给自足的形式为主，互联容量主要作为备用。

4 西班牙电网发展现状

西班牙可再生能源比例较高，其水电站与新能源机组的总容量超过了全国总装机的一半，达到了50%，并且由于西班牙地区光照充足，以光伏和光热为代表的太阳能发电发展迅速。

4.1 电网发展概况

西班牙的火电装机容量较低，煤电与气电之和仅仅达到了39%，而新能源装机(风电+太阳能)则达到了28%(见图7)。其煤电机组的装机容量为新能源机组的0.36倍，气电机组装机容量为新能源机组的1.04倍，抽水蓄能电站装机则为新能源机组的0.18倍。气电在西班牙电网的电源结构中，发挥着十分重要的调节作用。

图7 2014年西班牙国家电网中电源装机结构Fig.7 Generation capacity structure of Spanish national grid in 2014

4.2 负荷特性

西班牙的负荷与其他欧洲国家的显著不同在于，年中的电力需求出现了明显的反弹，2个小高峰位于6月与8月，能够达到全年最大值的90%左右，参见图8。最大负荷为40 198 MW，出现在1月，最小负荷为31 266 MW，出现在4月。峰谷差为8 932 MW。

图8 2014年西班牙电网每周最大负荷分布情况Fig.8 Maximum weekly load distribution of Spanish national grid in 2014

4.3 与邻国电网互联情况分析

西班牙电网的互联主要是与法国电网和葡萄牙电网相连。英国电网与周围电网的互联传输能力，受入容量可以达到3 900 MW。这一互联容量如果全部使用的话，可以满足约全年最大负荷40 198 MW的约10%的供应。可以看出，由于西班牙电网中存在有大量的以气电为主的、调节能力较强的电源形式，西班牙电网在新能源快速发展的情况下，电网的安全稳定仍然可以获得保障。

5 丹麦电网发展现状

丹麦是世界上可持续发展水平最高的国家之一，丹麦是仅有的几个可再生能源装机容量接近化石能源电源装机的国家，其可再生能源的发展，尤其是风力发电的发展非常迅速。

5.1 电网发展概况

丹麦没有核电机组，常规水电与抽水蓄能电站装机容量也几乎为0，其风电与太阳能机组的发展非常迅猛，技术居于世界领先地位，是仅有的新能源装机超过35%的国家。其风力发电机组的装机容量达到了4 845 MW，太阳能发电机组达到了601 MW(见图9)。其煤电机组的装机容量为4 847 MW，与新能源机组装机容量的比值为0.92倍。气电机组的装机容量为2 941 MW，与新能源机组装机容量的比值为0.56倍。

图9 2014年丹麦国家电网中电源装机结构Fig.9 Generation capacity structure of Danish national grid in 2014

5.2 负荷特性

丹麦整体的负荷较小，年初与年末相对较大，而年中的负荷水平较低，同时，相比之下，年初的负荷更高一些(见图10)。最高负荷5 744 MW，于2月份出现，最低负荷4 029 MW，于8月份出现，峰谷差为1 715 MW。

图10 2014年丹麦电网每周最大负荷分布情况Fig.10 Maximum weekly load distribution of Danish national grid in 2014

5.3 与邻国电网互联情况分析

丹麦电网位于欧洲大陆的北部，南邻德国电网，北靠北欧电网。丹麦电网与周围电网的互联传输能力，受入容量可以达到5 820 MW。主要互联情况为，与挪威电网互联容量1 000 MW，与德国电网互联容量为1 780 MW，与瑞典电网互联情况为2 440 MW。考虑到丹麦电网2014的最高负荷仅仅为5 744 MW，丹麦电网与邻国电网互联的容量已经超出了本国的最大负荷。加上丹麦电网内部的2 941 MW的气电容量以及4 847 MW的煤电容量，可见丹麦电网应对可在生能源所引起的波动性的问题是，电网的调节能力巨大。丹麦电网自身的灵活电源的调节能力，以及周边邻国电网所能为其提供的强大支撑能力，确保了丹麦电网在高比例的可再生能源的接入下，电网仍然能够保持安全稳定的运行。

6 能源互联网建设的需求分析

6.1 物理平台建设

各个电网之间互联传输能力的提升，是构建能源互联网的最重要的物理基础，这也是欧洲电网下一阶段电网建设最为重要的一项内容。目前，欧盟成员国中有12个国家的互联比(互联容量除以本国装机容量)低于10%。欧盟所制定的电网建设规划目标是，到2020年，欧盟成员国的互联比都普遍达到10%～15%，一些可再生资源装机比例较高的地区达到15%以上。这些电网物理平台的建设需求，迫切需要先进输电技术的研发和应用，以保证长距离、大负荷输电情况下电网的稳定性。

6.2 信息平台建设

随着欧洲各国电网之间互联的增强和各国之间电能交换的增加，迫切需要一个一体化的信息交互平台以实现互联电网的信息交换需求。这一信息平台应当能够实现实时的电网监测和数据传输，以确保电网的安全稳定；应当能够实现可再生能源发电数据的快速分析与共享，以支撑电力在欧洲范围内的实时平衡；还应满足电力市场运行和实时电价建立的信息通信需求，以保证市场价格机制发挥作用、实现资源的优化配置。

6.3 融资机制建设

互联电网的建设涉及巨额的资金投入，需要相应的融资机制建立，以保障建设的顺利进行。在这一方面，欧盟通过设立“连接欧洲基金”(connecting Europe facility，CEF)、“欧盟结构和投资基金”(European structural and investment funds，ESIF)和“欧洲战略投资基金”(European fund for strategic investment，EFSI)3项资助基金，对欧洲互联电网的建设进行支持，保障电网建设的顺利完成。

7 对构建能源互联网的启示

(1)构建能源互联网，应保证大电网优势的发挥，实现互联区域内的互济互供。

随着新能源接入比例的增加，发挥大电网的优势，备用等辅助服务的作用将更加重要。例如丹麦电网发电装机容量已经超出了最大负荷，在丹麦风电出力不足的情况下，如果没有邻国电源的支撑，电网的安全稳定运行将难以保障。

(2)构建能源互联网，应实现电源结构的合理配置，保障充足的可调度资源。

一方面，在规划阶段，协调好，调度电源容量与波动性新能源发电容量的优化规划，保证系统具有充足的可调度资源。另一方面，是新型电力技术，例如大容量储能技术的技术创新。适时提高对风能、太阳能等波动性新能源的控制能力，使其成为可调度电源。在这一启示上，可以看到的例子是，德国电网中的传统机组加上互联网的支撑能力，可以比最大系统负荷高出35%，这高出了电源规划中对于电源需大于负荷15%～20%的裕度要求，正是有这种强有力的电网的支撑，德国电网在高比例的可再生能源并网的情况下，仍然能够保持安全稳定运行的一个重要基础。

(3)构建能源互联网，应重点加强各区域电网之间的互联程度，加强主干网架的建设。

欧洲各国电网的安全稳定运行，在很大程度上得益于电网互联所提供的备用容量，也正是有了电网的互联，使得各国的资源能在全欧洲范围内进行优化配置。加强电网的互联，构建跨区域的互联能源网，已逐步成为欧洲电网发展的一个共识。

8 结 论

欧洲电网是目前世界上互联网国家最多、可再生能源发展领先的一个区域电网。其区域内互联现状的研究和各国电源结构的研究，对我国能源互联网的建设及全球范围内能源互联网的建设都具有重要的借鉴作用。本文在分析欧洲电网当前互联现状和电源结构的基础上，总结了3点的启示，对进一步构建能源互联网的研究有一定的参考价值。

[1]刘振亚. 全球能源互联网[M]. 北京：中国电力出版社，2015.

[2]宋永华,孙静.欧洲的电力市场发展及对我国的启发[J].电力技术经济,2008,20(3):1-6. Song Yonghua, Sun Jing. Development of power market in Europe and its relevance to China[J]. Electric Power Technologic Economics,2008,20(3):1-6.

[3]靳晓凌,张运洲,尹明,等. 欧洲电网发展趋势及联网技术路线分析[J]. 能源技术经济, 2012, 24(3)： 19-23. Jin Xiaoling,Zhang Yunzhou,Yin Ming,et al. Analysis on development trend of European power grid and its technical roadmap of interconnection[J]. Energy Technology and Economics, 2012, 24(3). 19-23.

[4]张运洲. 欧洲电网接纳可再生能源的启示[N]. 中国电力报. 2010.

[5]ENTSOE. ENTSOE R&D roadmap public consultation[R]. European Network of Transmission System Operators for Electricity，Brussels, 2012.

[6]ENTSOE.European electricity grid initiative: research and innovation roadmap[R]. European Commission，2013.

[7]ENTSOE. 10-year network development plan 2013[R]. European Commission，2013.

[8]ENTSOE. 10-year network development plan 2014[R]. European Commission，2014.

[9]国网能源研究院. 国际能源与电力价格[M]. 北京：中国电力出版社，2014.

[10]ENTSOE. 10-year indicative values for net transfer capacities (NTC) in continental Europe [R]. European Commission，2011.

[11]ENTSOE. Building the energy union: Key electricity interconnection between France and Spain completed[R]. European Commission，2015.

(编辑： 张媛媛)

Status Analysis of Network Interconnection in Europe and Its Implication to Energy Internet Construction

ZHENG Zhanghua1, YIN Guangzhi2, SONG Weidong1, ZHU Jiahui3

(1.State Grid Energy Research Institute, Beijing 102209, China;2.Tsinghua University, Beijing 100084, China; 3.China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)

European power grid is the largest regional interconnected power network in the world, and a rare multi-national interconnected power network in the world. The total installed capacity of European power grid is the largest in the world, its acceptance and utilization for renewable energy is a learning model for every country to promote energy transformation and high-proportion renewable energy accommodation. Based on the analysis on the European power grid and the power source structure, load characteristics and network interconnection status of every country, this paper summarized the development situation of power grid of several countries in European and the main features of the interconnection with neighbouring countries. In addition, on the basis of analyzing the specific data of power gird, this paper analyzed the construction demand of building energy internet in 3 aspects: physical platform, information platform and financing mechanism, and summarized three implications of European power grid development for the construction of energy internet. The analysis and conclusion of this paper have certain reference value for deep research on energy internet.

European power grid; network interconnection; energy internet; renewable energy; power source structure

国家电网公司科技项目(SGTYHT/14-JS-188)。

TM 727;F 416.61

A

1000-7229(2015)10-0040-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.10.006

2015-07-01

2015-08-25

郑漳华(1985)，男，博士，工程师，研究方向为新能源消纳、电力经济分析和碳交易市场；

殷光治(1994)，男，本科生，研究方向为能源电力经济性分析；

宋卫东(1966)，男，硕士，高级工程师，研究方向为能源电力信息分析；

诸嘉慧(1977)，女，博士，高级工程师，研究方向为超导电力技术、储能技术和新能源消纳技术。