评估德国和欧洲的电力系统充足性，以及中国的经验教训

分析 评估德国和欧洲的电力系统充足性，以及中国的经验教训 中德能源伙伴关系 法律信息 出版者: DeutscheEnergie-AgenturGmbH（dena）德国能源署Chausseestrasse128a 10115年柏林,德国电话:49(0)66777-0 传真:49(0)66777-699 电子邮件:info@dena.de互联网 :www.dena.de 作者: dena卡罗丽娜Jankowska博士 托马斯·阿克曼博士，能源学彼得-菲利普·席尔霍恩，能源课安德斯·霍夫，德国国际合作机构 日期: 4/2022 保留所有权利。对本出版物的所有使用均需获得dena的批准。 请报: 德国能源代理（出版商）（dena，2022）“评估德国和欧洲的电力系统充足性，以及中国的经验教训” 德国能源署（dena）在中德能源转型项目框架内发布的《评估德国和欧洲的电力系统充足性，以及中国的经验教训》分析报告。该项目支持中国政府智库与德国研究机构之间的交流，以加强中德能源转型科学交流，并与中国观众分享德国能源转型经验。该项目旨在推动以低碳为导向的能源政策，并通过国际合作和互利的政策研究和建模，帮助中国建立一个更有效的低碳能源体系。该项目得到了德国联邦经济事务和气候行动部（BMWK）在中德能源伙伴关系框架内的支持，该伙伴关系是中德两国在国家层面进行能源政策对话的中心平台。从中国方面来看，国家能源局（NEA）支持整体转向。德国国际合作机构（GIZ）与德国能源署（dena）和AgoraEnergiewende合作，领导项目实施。 内容 编辑4 1导言：报告的目的、定义和研究问题6 2德国产能充足率的量化方法7 2.1二、程序、责任和定义的背景7 2.2相关的定量方法7 2.2.1德国TSO估算国家权力平衡的方法7 2.2.2ENTSO-E资源充足的方法评估9 2.2.3BMWi供应安全的监控2015–202111 2.2.4BNetzA供应安全的监控自2021年以来18 2.2.5确定德国的能力范围储备20 3量化电网和系统充足性的方法：德国电网发展计划的方法论(新)21 3.121背景过程和责任 3.2有足够的能力棉结22 4二、德国所用方法的比较23 5德国电力系统评估的新发展27 5.1二、逐步淘汰煤炭和核电引起的预期变化27 5.2有其他可能的或必要的更改吗?29 6结论和相关性中国30 采访合作伙伴并参加会议，利益相关者会议等32 缩写33 数据列表34名单表35尾注36 编辑 政策制定者和规划者早就认识到评估容量充足性在维持电力系统可靠性方面的关键作用，这反过来又对于经济稳定和社会支持全球正在进行的低碳能源转型至关重要。风能和太阳能的规模化对电力系统规划提出了新的挑战。虽然具有高比例可变可再生能源的系统肯定与可靠的电力供应兼容-正如一些国家现在所证明的那样-但它们确实带来了更多的不确定性，因此，更复杂的评估和规划过程。此外，规划者将不得不在电动汽车充电和需求侧灵活性等领域纳入新做法。 2021年，中国多个省份出现停电和缺电。虽然这些停电有多种原因，但2021年9月和10月的停电主要与市场因素有关，即煤炭的高市场价格与燃煤电厂生产的电力固定价格不匹配。结果，许多燃煤电厂经历了物理燃料短缺，并以低容量运行。虽然这一事件似乎主要与市场设计有关，而不是对系统充足性的规划，但任何短缺或中断都不可避免地导致供应方对更可靠产能的呼声。 事实上，中国政府不仅通过提高电价和限制煤矿利润来应对短缺，而且还制定了旨在提高燃煤电厂产能的新规定。当老旧且效率较低的燃煤电厂退役时，它们现在应该进入储备状态，政府将要求煤电公司以至少与前几年一样高的费率运营电厂。政府文件越来越重视能源安全 ，尤其是供应安全，这可能会加速新燃煤发电能力的建设，以满足峰值负荷。 本报告的目的是解释和说明德国和欧洲如何调整其系统评估和规划流程，以确保可靠性和能源安全与传统煤炭和核电站容量的退役完全兼容。毕竟，德国拥有世界上最可靠的电力系统之一——最新的2030年系统充足性研究表明，德国当年的负荷损失概率（LoLP）比该国现行标准安全20倍，1尽管德国将很快在本世纪末逐步淘汰其最后剩余的核电站和大部分煤炭产能。然而，由于分析是基于德国过去政策目标的假设，而这些目标在此期间已经改变，未来更新的产能充足性评估可能会得出略有不同的结果。 德国也经历了被称为黑暗低迷的时期-冬季和秋季风速下降，太阳能输出下降。事实上，德国风能和太阳能的季节性下滑远比中国明显，中国冬季阳光更加稳定，风力输出通常在寒冷的月份达到峰值。鉴于可再生能源已经占其电力生产的相当大的份额，欧洲和德国将天气不确定性纳入容量充足性评估至关重要。与此同时，围绕传统工厂、输电线路和化石燃料供应的短期中断，以及气候事件或车辆电气化可能引起的长期需求高峰，也存在建模的不确定性。 同样重要的是，要对现实的不确定性水平进行建模，不要使规划结果偏向于安装更昂贵的发电和储能，而不是首先优先考虑在输电、跨境电力贸易和需求方灵活性方面相对具有成本效益的投资。2正如我们在这份报告中所显示的，欧洲的能力充足性评估方法已经在转向纳入更多此类措施，尽管这还处于早期阶段。随着更多的储能上线，最近对其他市场的几项研究表明，适度的储能（主要是短期储能，如4小时储能）将大大有助于确保每兆瓦风能或太阳能容量的全部价值能够满足峰值负荷。3 最后，尽管本报告侧重于欧洲和德国系统充分性评估的技术方面，但这里讨论的概念不仅与技术专家有关，而且与决策者有关。电力系统规划和评估存在于技术报告和公共政策领域。 政策制定者在为可再生能源或碳设定高层次目标时，会与这些评估方法进行互动。当发生停电或短缺时，专家和政策制定者可以利用这些分析的结果来反击建立“更可靠的基本负荷能源”或对所有可再生能源进行一刀切的要求的简单呼吁，包括昂贵的现场存储。正确的评估不仅有助于保持光明，而且还有助于对可再生能源在能源转型中的作用和价值进行更有成效的公众讨论。因此，规划者和政策制定者应努力使这一过程对更广泛的受众开放和理解，即使其数据要求和方法变得越来越复杂。 本报告总结了德国当前和预期的未来电力系统规划和评估实践，并分析了过去十年中德国负责电力系统规划的相关机构在各种出版物中使用的方法。 其中包括德国输电系统运营商、联邦经济事务和气候行动部（直到2021年底，经济事务和能源部）以及联邦网络局。此外，它还介绍了欧洲电力传输系统运营商网络（ENTSO-E）用于与欧洲水平相关的评估的方法。他们的结果和基本方法都用于德国的评估和方法开发。 正如报告所显示的，德国开发和应用的方法具有共性-特别是在从确定性计算转向天气和其他事件的概率评估以及扩大分析的地理范围方面-并且它们的方法似乎随着时间的推移而趋同。目前的辩论表明，有必要将电网和系统充分性评估纳入总体能力评估，到目前为止，这些评估主要由TSO提供。这一发展也证实了我们的预期，即煤炭淘汰将导致德国产能和电网充足性评估的整合程度提高。 本报告是研究欧盟（EU）电力系统规划和评估实践的众多报告之一，这些实践对中国和其他向低碳能源系统转型的国家具有影响。中欧能源合作平台（ECECP）2021年11月的报告《中国ENTSO-E电网规划建模展示会》说明了 单个输电线路的规划方法，并将该方法应用于中国选定的一些潜在的新线路。4ECECP报告主要关注输电规划，而本报告则着眼于更广泛的容量充足性问题，但鉴于输电在确保互联区域内的容量充足性方面的作用，这两者显然是相关的。在某些方面，这两份报告是相辅相成的，可以一并阅读。 我们希望这项研究将有助于中国和其他地方的政策制定者了解德国和欧洲系统充足性规划的持续演变，以及这些规划如何朝着为低碳能源转型做出积极贡献的方向发展。我们相信，随着中国努力建设以可再生能源为中心的电力系统，分享系统充足性的经验和方法可以激励各方，不仅有助于我们确保可靠的电力供应，还有助于政策制定者和公众设想建立一个清洁的未来能源系统。可靠且经济高效。 真诚地, 科瑞娜Bolintineanu 项目负责人中德能源转型项目负责人 安德斯抛 中德能源转型项目总监德国国际合作机构（GIZ） 1导言：报告的目的、定义和研究问题 本报告旨在解释定量方法在德国电力系统评估中当前和未来的使用。这种评估的最重要目的应该是建立一个既符合经济和生态要求，又能保持供应安全的电力系统。 供应安全包括两个方面: 发电能力充足率和 网格和系统充足.5 关于容量充足性，调查已经审查了在特定时期内电力市场内是否以及如何平衡供需。这种平衡可以通过对一个国家或一组国家的电力市场进行建模来确定。6 为前后一致起见，报告使用了“一词”。容量充足作为的代名词一代充分性和资源充足，即使参考报告的作者使用了其他术语。 电网和系统充足性涉及电网的稳定运行。电网规划和运行中的一个重要基本原则称为n-1安全性。该原则指出，如果单个发电机组或灵活性措施发生故障，技术电网参数（如电流、电压或频率）必须保持在一定的可容忍范围内。7 本报告的组织结构如下：第2节讨论了分析容量充足性的方法，而第2.2.2、2.2.4和3节则调查了电网和系统充足性。第4节在一个长格式表格中比较了前几节中的所有方法，显示了它们的异同、优缺点。第5节总结了德国因逐步淘汰煤炭和核电而预期的方法变化。本章还讨论了鉴于正在进行的低碳能源转型，当前方法进行其他变化的可能性或必要性。 报告回答了以下主要问题: 德国如何定义供应安全、产能充足性以及电网和系统充足性 ？ 谁是参与德国产能充足性估算和计算过程的主要参与者，他们的职责是什么？ 德国系统规划者如何估计发电能力、互连能力和系统灵活性（需求响应、储能、 发电厂斜坡率）是否足以满足1到10年任何相关时间段内一年中所有时间的系统负载？ 德国规划者如何将电网灵活性、电厂灵活性和需求侧灵活性等系统要素纳入容量评估？ 德国使用哪些定量指标，例如有效承载能力（ELCC）？ 在评估较长时间的系统充足性时，与传统的热力（煤和核能）发电相比，系统规划者如何定量评估不同形式的可变可再生能源（RE），可变RE和存储（混合），独立储能和分布式储能？ 德国的产能储备是如何确定的，工厂是如何补偿的，哪些类型的工厂参与，以及未来10年将如何变化？ 随着德国更多的煤炭和核电站退役，未来10年，这些计算和估值将如何变化？ 德国电力系统评估方法有哪些必要的变化？ 2德国产能充足率的量化方法 2.1程序、责任和定义的背景 德国的TSO，BMWK和BNetzA都对容量充足性使用类似的定义。由Consentec和r2b能源咨询公司编写的2015年BMWi报告将容量充足性描述为“供应系统中电力平衡的长期安全，即随时为电力市场供需平衡提供足够的可用发电能力。82020年发布的上一份关于电力平衡的TSO报告建议通过计算负载减少的可靠可用容量与需求侧管理（DSM）潜力之间的差异来评估容量充足性水平。9 如第2节所述，各机构建模和确定能力充足性的基本方法各不相同。 目前德国关于能力充足性评估和建模的讨论主要集中在三个问题上 ： 是否以及如何在模型中更好地集成/考虑概率分析的元素？ 如何在模型中更好地整合/考虑灵活性措施，如帝斯曼、跨境电力交换以及天然气和电力部门之间的联系？ 该模型如何更好地整合电网和系统充足性？电力系统建模理论对以下两者进行了基本区分： 概率方法，其中基于各种发电负荷情况的相互作用和可能同时 发生的关于容量充足性的基于概率的陈述，以及 确定的方法，其中明确定义的情况被视为彼此分开，而不考虑其发生的可能性。10 概率方法的首要目标是更好地整合不确定性，例如可变可再生能源发电以及发电厂或输电线路的停电。概率方法还旨在更好地将灵活性纳入能力充足性建模。 由于德国缺乏对许多灵活性措施（例如灵活负载）的适当法律框架，因此目前 基于概率方法的德国方法忽略了柔性载荷和扇形耦合的影响和作用 。 下一