条件下英国电力进口的安全

苏格兰电力公司首席企业官基思·安德森（KeithAnderson）强烈反对容量拍卖的概念，称“英国不需要的是另一个7 GW的柴油发电”[2]。他还主张国内发电而非进口，并表示“作为一个经济体，我们应该控制自己的能源供应”，而供应应该来自天然气生产，而不是新的核能——“作为一个国家，我们一直在说，我们致力于新的核能已经有十年了。辛克莱点（HinkleyPoint）需要多长时间才能实现？让我们继续建设我们知道如何建设的东西。问题是我们在五年后坐在这里，什么都没有建设”[2]。英国ZF的容量拍卖策略令人惊讶的是，它完全不符合ZF的气候变化战略和欧盟能源政策。该策略促使人们在冬季月份燃用柴油和煤炭，而此时的大气条件可能会导致危及生命的污染水平。很难理解一种策略，即大力投资绿色能源，同时更加依赖柴油和燃煤发电。预算责任办公室（Office of BudgetResponsibility）估计，到2020/21年，ZF绿色能源政策的成本将上升至每年114亿英镑，这一成本将由英国ZF负担，平均每户每年约438英镑【25】。另一方面，组合式燃气轮机发电机在无风时可以依赖，其建造速度相对较快，每安装GW的成本约为10亿英镑。

天然气发电不仅会增加英国的冬季利润，而且会减少对环境的排放，因为天然气产生的二氧化碳排放量只有煤炭的一半左右。前财政大臣达林勋爵在上议院经济事务委员会发言时，尖锐批评了过多的政府补贴计划，指出“英国的能源市场因向低碳、可再生能源和核能供应商支付补贴而严重扭曲，现在完全不透明……英国能源市场未能向消费者提供物有所值的产品”[26]。天然气和电力市场办公室首席执行官德莫特·诺兰（DermotNolan）在同一委员会发言时指责旨在支持风电场、太阳能电池板和核电站发展的补贴计划，其中包括180亿英镑的欣克利角核电站。他对补贴深表怀疑。达林勋爵提到的不透明的能源政策经济学的一个问题是，它们压制了公众的讨论。2015年《经济学人》上的一篇文章断言，德国正在遵循与英国相同的不连贯能源政策组合[27]。一方面，德国对绿色能源的补贴为每年200亿欧元，是欧洲最高的，但实际上它正在增加“脏”硬煤和褐煤的燃烧。由于缺乏风力，2016/16年初冬期间，污染经常对整个欧洲的健康造成严重危害，法国和德国之间公开指责哪个国家应该受到指责[28]。因此，令人惊讶的是，德国在有机会的时候并不总是抓住机会尽量减少煤炭燃烧。

1月21日至22日周末，德国国内需求降至前一周的水平以下，德国选择利用备用煤炭发电能力，通过荷兰向英国出口1 GW电力，尽管本周限制了对英国的出口。图10:2017年1月英国发电的组成部分如图10所示，英国在1月21日至22日这一周不需要德国的1 GW发电量，因为英国已经将自己的发电量减少到前一周的水平以下。英国有足够的备用天然气产能，可额外发电1 GW，无需从德国进口1 GW。在主要燃烧煤炭以产生1千兆瓦的出口量的过程中，德国将在本周末额外产生5.68万吨的二氧化碳排放量，而英国1千兆瓦的天然气排放量将仅产生2.34万吨的二氧化碳排放量（将环境中的二氧化碳排放量净减少3.34万吨）。事实上，如果目标是尽量减少大气污染，而不是德国向英国出口1 GW，那么英国应该通过荷兰向德国出口1 GW，使德国能够再减少1 GW的is煤炭发电量。图11：德国1月份的生产记录和出口（出口如下所示）来源：弗劳恩霍夫太阳能系统研究所ISE【13】很有意思的是，2017年1月份德国的需求和风力发电对价格和出口的影响如此之大。大风和低需求的结合导致了高出口，但价格接近于零。相比之下，高需求和低风力发电导致了极高的价格。有一次，在整个欧洲风力发电量较低的时期（2017年1月15日至25日），德国的电价接近每千瓦时200欧元，如图11所示。

在低风期，德国出口通常低于正常水平，周末除外，因为需求减少，价格下跌。因此，在2017年1月21日/22日的一周内，德国平均出口了7 GW（其中1 GW出口到英国），主要来自煤炭。显然，目前出口是由价格驱动的，没有任何环境因素，价格由供需决定。特别是在高污染时期，出口战略应该考虑到环境因素。一般原则可能是，如果两个国家都有备用发电能力，它们之间的任何出口都应该来自基于其剩余发电能力的排放量较低的国家。这种出口可以通过第三国间接进行，前提是最终结果是排放量的净减少。因此，尽管法国的核能发电比天然气发电产生的排放量要少得多，但从英国通过法国出口天然气发电，然后再输送到德国是有效的（在德国，天然气发电将取代煤炭发电）。这样的规则很容易实施，因为排放特性（例如每千瓦时产生的千克二氧化碳）可以根据在线数据实时计算。4.2英国和欧洲之间互联网络的未来使用受英国发电能力不足和法国发电能力过剩的刺激，已经制定了计划，以加强区域合作，并在不久的将来建造几个新的互联网络【7】。

预计到2020年初，SAN将新增6.4 GW互连容量，将连接英国和法国【29，30】。此外，欧洲也计划对现有互联网络进行类似的补充【31】，研究表明，互联网络的改善对于竞争力和适应可变可再生能源发电的需求至关重要【32】。一个有趣的问题是如何使用额外的互连容量，因为在严重的冬季短缺期间，该容量不太可能对英国有用，问题是缺乏发电容量，而不是缺乏互连。法国目前的问题也可能导致法国未来出口的承购商大幅减少，从而质疑这些额外连接的经济可行性（连接的资本成本通常为每2GW容量约10亿英镑）。曾经有人认为，对互联网络的投资将使Windsurplus能够从盈余国家向赤字国家传输到整个欧洲。然而，这一论点的问题在于，与2017年1月一样，欧洲主要发电国和消费国的风电系统协调得相当好。还有一个问题是，在风大的时候，如何以及在哪里输送巨额盈余。虽然1月15日至25日期间几乎没有风力发电，但德国在该月内曾两次短暂发电30 GW，但英国和法国同时也有大风。当目前正在建造或已获得许可的所有英国风力涡轮机在英国全面运行时，英国应拥有约25-30 GW的风力发电容量。

当达到这一点时，在很少的情况下，在荷兰和英国之间出口大量的风能盈余将是经济的。首先，这两个国家的盈余将在很大程度上同时出现，其次，投资每2GW成本为10亿英镑的互连线来处理大量的间歇性短期盈余将永远不经济。这一逻辑似乎适用于风力发电主要在其发电国使用，以及互联网络主要在国家间传输基本负荷发电。2016年，斯蒂芬斯和沃尔温（Stephens and Walwyn）[33]研究了英国将风力发电限制在其可以经济使用的范围内的后果。当风力发电机组规模较小时，所有风力发电都可以有效利用，但随着风力发电规模的增大，风力发电达到了必须倾覆的程度，从而导致风力发电机组的负荷系数下降。为了量化风电场规模与其负荷系数之间的关系，Stephens和Walwyn【33】根据英国2013年、2014年和2015年的发电记录对这种关系进行了建模。使用这三年的数据分别建立了不同的模型。该模型指出，当风力发电机组容量达到25 GW左右时，所有风力发电都得到了有效利用，风力发电机组的负荷系数约为32.5%。在该规模以上，必须逐步减少风力，预计40 GW风力发电机组的边际负荷系数仅为18%左右。得出的结论是，25 GW约为英国风电机组的最高经济极限，此时风电机组将产生约20%的英国需求。

这为我们提供了aUK风电机组的经济上限估计值，还建议了风电机组在不使用存储技术的情况下对电网进行脱碳的能力上限。5、结论英国、德国和法国的发电记录显示，2017年1月，许多非正常因素结合在一起，严重降低了欧洲的发电能力。尽管英国-法国和英国-荷兰互联网络多年来为英国提供了约7%的可靠电力，但2017年1月的经验是，当欧洲普遍电力短缺时，互联网络无法依赖。德国和法国将优先考虑本国市场。出于论文中所述的原因，未来几年，欧洲的发电能力短缺可能会更加频繁，作为一个紧急事项，英国需要实施战略来加强其发电能力。尽管欧洲能源政策声称基于供应安全、经济竞争力和环境可持续性这三个同等重要的目标，但显而易见的是，在实践中，环境可持续性，以及在某种程度上经济竞争力，在三重困境中仍然处于较低的优先地位。环境问题尤其值得忽视。随着冬季污染现在在欧洲变得更加严重，互连电路在最大限度地减少对环境的过度污染方面所起的作用基本上没有得到充分利用。

在污染风险很高的时候，它建议在能够产生污染最小的电力（以每千瓦时产生的二氧化碳千克计算）的国家提高电力，并向产生更多排放的国家出口。实际上，这意味着支持核能和天然气发电的出口，而不是煤炭发电。本文总结了互联网络不是在欧洲各地传输大量剩余风电的合适方式的原因。总的来说，风力发电应该在其原产国使用。英国发电数据建模工作的结果表明，英国风电场的经济上限可能在25 GW左右【33】。最近启动了一个项目，采用与英国相同的方法，调查德国风力发电机组的可能上限。参考文献[1]B.F.Hobbs、F.A.Rijkers和M.G.Boots，“合作越多，竞争越激烈？电力市场耦合效益的古诺分析”，《能源杂志》，第69-97页，2005年。[2] R.Pagnamenta，“放弃核能并燃起天然气以避免停电”，《泰晤士报》，2016年。[3] A.Ellson和S.de Bruxelles，“船锚切断电力电缆后，能源账单将上涨”，《泰晤士报》，2016年。[4] B.W.Ang、W.L.Choong和T.S.Ng，“能源安全：定义、维度和指标”，《可再生和可持续能源评论》，第42卷，第1077-1093页，2//，2015年。[5] M.Kanellakis、G.Martinopoulos和T.Zachariadis，《欧洲能源政策概览》，能源政策，第62卷，1020-10302013页。[6] G.Hawker、K.Bell和S.Gill，“欧盟的电力安全国家能力机制与单一市场之间的冲突”，能源研究与社会科学，2017年。[7] F.Roques和C。

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