报告|碳中和目标下德国电网发展蓝图——德国《电网2050研究报告》

从2012年开始，德国四大输电网运营商一直致力于《电网发展规划》的制定，希望能预测未来电网的扩建需求。电网2050研究项目是对《电网发展规划》在方法论上的延伸。研究假定，在电力、供热和交通领域，2050年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%。基于德国及欧洲电网发展的规划期仅限于未来10-15年这一现状，电网2050研究项目以未来目标为导向，研究内容包括：

1. 在迭代发展的目标图景中描述了欧洲及德国的能源世界；

2. 首次对供热、交通及天然气部门进行了建模；

3. 以巴符州为案例，提出如何开发长期电网结构的系统方法。

若要在德国和欧洲降低能源领域的温室气体排放，就有必要在能源系统开展全面的转型和改革，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，以及推动供热和交通部门的电气化进程。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，供热和交通运输部门的电气化就将产生315太瓦时的新增电力供应需求。

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。因此，德国需大力扩建陆上和海上风电以及屋顶和空地光伏系统。此过程需要关注民众的接受度和对环境的影响。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吉瓦提高至2050年的173吉瓦。同时，随着未来电力、供热、交通等部门的部门耦合程度提高，能源需求侧将变得更加灵活，高比例可再生能源电力将几乎完全并入电网。

为了保障电力和热力供应安全，高效的热电联产汽轮机将得到广泛应用。以典型气象年为基础，德国需要的燃气发电厂净额定功率大约需要达到50吉瓦。

本研究所展示的2050年电力供给系统要求进一步发展《电网发展规划2030》和2019年确定的输电网络。全德国范围内，在2019年版《电网发展规划2030》的基础上需进一步扩建电网体系，总长度需增加15700多公里，相当于德国当前输电线路的40%。当前的电网发展规划是满足电网扩建需求所迈出的重要一步，有助于成功实现能源转型，但也只是第一步而已。

除了通过部门耦合来灵活调节电力需求和充分运用储能技术之外，创新型的运行设备也有助于优化电网负荷率。高压直流输电线路和相位闸门变压器（PST）可灵活地控制功率通量，以提高目标电网的利用率。依据天气情况的架空电线运营（WAFB）模式借助实时测量的天气数据，也能显著提高电网的负荷率。

未来，供电侧和用电侧的结构将发生改变，欧洲内部电力市场走强，欧洲跨境电力交易预计将随之增长大约80%。德国与邻国的电力交易增长有望超过平均水平。到2050年，德国的电力进口将翻三番，接近140太瓦时。在欧盟电网扩建规划的基础之上，从今天的角度来看，欧洲各电力市场之间的交易能力到2050年将几乎翻一番。供需关系在时间上和地区上的波动将由此得到平衡，太阳能和风能充沛的地区将与负荷中心地区连结。CWEA