电网2050

TransnetBW有限公司的研究项目 电网 2050 内容 前言 01 内容提要 03 1.0 导论 07 1.1 研究动机 08 1.2 目标和步骤 08 1.3 研究项目顾问委员会 10 2.0 世界能源 2050 11 2.1 部门耦合能源互补和电气化 12 2.1.1 能源系统的低碳化 12 2.1.2 电力需求的灵活性 13 2.1.3 提高能源效率 14 2.2 方法论、数据基础和假设 14 2.2.1 系统边界和前提 14 2.2.2 气候和能源政策目标 16 2.2.3 未来的能源基础设施 16 2.2.4 终端能源消费的发展 18 2.2.5 关于区域化的假设 19 2.3 模拟研究的结果 19 2.3.1 部门耦合能源互补：能源流 19 2.3.2 电力行业的未来 21 2.3.3 欧洲内部电力市场 25 2.3.4 欧洲低碳化能源系统 27 2.4 巴登–符腾堡州的概览 28 3.0 电网2050 31 3.1 2050年电网发展规划的方法论 32 3.2 初始情况分析 33 3.2.1 参考电网 33 3.2.2 特高压电网的负荷率 34 3.2.3 所选线路潮流状况的评估 36 3.3 到2050年的高压直流输电线路的扩建 39 3.3.1 高压直流输电线路技术的重要性 39 3.3.2 确定与巴符州连接的其他高压直流输电线路 39 3.4 到2050年未来电网的发展情况 41 3.4.1 针对目标电网发展的假设 41 3.4.2 TransnetBW的一揽子措施 41 3.4.3 未来电网情况 45 3.5 未来电网的潜在规划方案 45 3.5.1 与巴伐利亚州电网互联 45 3.5.2 高压直流输电线路通过高压直流电网与瑞士电网互联 47 4.0 针对能源世界2050的问卷调查 49 前言 2 近年来，能源转型引发了社会、经济和新技术发展方面的巨大变化。然而，距离成功实现所有能源转型和气候保护目标，我们还有很长的一段路要走。毋庸置疑的是：电网基础设施的建设将对能源转型的成功发挥决定性的作用。 我们目前确定了2050年能源系统的要求，即实现德国和欧洲的碳中和。在未来十至十五年，《电网发展规划（NEP）》是基于需求的电网渐进式发展规划。 TransnetBW恰恰聚焦于此：2050年电网研究项目（Studie Stromnetz 2050）旨在为德国和欧洲基本达到碳中和的能源系统制定目标蓝图，并以巴登-符腾堡州的电网开发为例，提出开发长期电网结构的系统方法。 实现能源和气候政策目标的核心条件是进一步扩大可再生能源发展以及热力供应产业和运输产业的广泛电气化。研究结果表明，因电气化而产生的净电力需求增幅达到50%以上。我们所制定的目标蓝图显示，相较于2018年，2050年风能和光伏系统的装机容量将提高三至四倍。 若要在2050年成功实施能源转型，《电网发展规划2030》所规划的未来电网不足以满足需求。可再生能源的集成需要一整套在全德范围内实施的措施，该套措施远远超出了《电网发展规划》涵盖的措施，不但要求广泛地加强电网建设，还需建造额外的高压直流传输线路。 欧洲内部电力市场也将同步增长，欧洲各电力市场彼此之间的跨境电力贸易将呈增长态势。整个欧洲将继续普及可再生能源的使用。各地可再生能源的资源禀赋不同，可以平衡供需关系在时间上和地区之间的波动，并将太阳能和风能资源充足的地区与负荷中心连结在一起。 2050年电网研究项目是对电网发展规划在方法论上的延伸。在TransnetBW看来，当前的电网发展规划是满足电网扩建需求所迈出的重要的第一步，有助于成功实现能源转型。这项研究可用于检验所设计的输电网络的长期可持续性。本研究采用“自上而下”法进行了前所未有的详尽分析，我们非常愿意将研究成果与所有有识之士共同分享，一同探讨。 内容摘要 4 德国和欧洲将实现气候保护目标 通过电气化增加电力需求 本研究项目假定，在电力、供热和交通运输应用领域，化石能源燃烧所引起的二氧化碳排放量相较于1990年将下降90%。为了实现欧洲能源系统的完全碳中和，我们必须采取额外措施，以减少本研究未涉及的其他领域（主要包括航空和航运、工业的热力需求、农业）的温室气体排放。为此，进口零碳的氢能或合成碳氢化合物是有意义的举措。 若要在德国和欧洲降低能源领域的温室气体排放，就有必要对能源系统做一番全面的转型改革，包括提高电力部门的可再生能源发电比例，特别是风能和光伏的利用，以及推动热力和交通运输部门的电气化进程。各部门的能源互补电气化转型预计将大幅提高电力需求。德国电力需求净值的增加比例预计将超过50%，增长至800太瓦时以上（再加上40太瓦时的电网损耗）。其中，热力和交通运输部门的电气化就需要315太瓦时的电力供应。 未来系统的柔性电力需求：大规模波动性的可再生能源发电对需求侧响应和储能设施的需求越来越大。热力、交通运输和气体能源部门在电力、热力和气态能源的储存领域具有很大的潜力。部门的能源互补综合能源利用能够挖掘电力需求侧响应能力和储能设备潜力。例如，在可再生能源供给充沛的时段，电动汽车可以利用可再生能源的电力充电。这些灵活用电设施的同时使用能将电力最大负荷提高两倍，提升值超过200吉瓦。 热力生产以电力和天然气为主：通过采用高能效热泵和电阻加热器，德国热力供给体系到2050年将实现近40%的电气化，间接使用可再生能源供能。带热电联产的高效燃气和汽轮机发电厂、小型和大型热网集中供暖网络中的供热厂和分布式的燃气采暖系统可以满足大约60%的热力需求。此外，储热设施可以智能控制热力生产（从而调节电力需求）。 电动出行将主导交通运输部门：为了实现运输部门的低碳化，内燃机机动车将主要被电动汽车所取代。长途运输则采用能源密度更高且充电时间更短的燃料电池汽车。然而，相对于电池驱动的机动车，燃料电池汽车只占假定汽车行驶里程很小的一部分。在交通领域的能源转型背景下，交通运输部门的终端能源消耗也将明显降低，电动汽车消耗每千瓦时电力的行驶里程大约是使用超级汽油（0.11升超级汽油的能量含量相当于1千瓦时的电力）、内燃机的同类机动车的大约3.5倍。电动汽车的优化充电和储电性能有助于提高电力部门的高度灵活性。 5 大刀阔斧的风能和光伏设施扩建 德国能源转型的基础 燃气发电厂确保供电安全 更多的可再生能源，更多的电力运输——电网发展规划的输电网络还不足够 数字化和创新推动电网的智能化发展 电力部门的可再生能源扩建为全面建立碳中和的能源系统奠定了基础。今后将继续扩大陆上和海上的风力设施以及屋顶和空地光伏系统。这个过程需要关注扩建工程对人（例如民众的接受度）和环境（例如物种保护）的影响。因此，随着可再生能源的普及，屋顶光伏系统的重要性渐增。陆上风电的技术潜力还并未得到充分的挖掘。德国风电装机容量将从2018年的58吉瓦增长到2050年的177吉瓦，提高了两倍之多。其中，55吉瓦来自于海上风电设施。与此同时，光伏设施的装机容量从2018年的44吉瓦升值2050年的173吉瓦。不同部门的能源互补综合