据欧洲能源局（European Energy Agency, EEA）统计，自2009年以来，电力和交通已成为欧盟碳排放最多的两个部门，其中电力部门的碳排放又主要来自煤炭发电。为应对气候变化问题，2021年7月，欧盟提出2030年温室气体排放相对于1990年下降55%的目标，并提出欧盟可再生能源草案以有效控制碳排放总量并促进能源供给多元化。2022年9月，欧洲会议通过《可再生能源法案》，并将2030年可再生能源在终端能源消费中占比40%的目标提升为45%。自2000年以来，欧盟水力发电持续稳定保持在500 TWh左右，表明水力发电开发潜力极小，除少量生物质能发电以外，增加的可再生能源主要来自光伏和风力发电。光伏和风力发电的大规模发展将会对欧盟电力系统的安全稳定性造成巨大影响，欧盟及其成员国采取多种技术与制度措施保障电力系统稳定运行：开发或增加用于调峰的资源（如大力发展储能技术），调动现有一切可以用于调峰的资源（如电力需求侧管理、虚拟电厂、V2G），为各种调峰资源发挥作用优化设计电力市场机制，争取公众（电力用户）支持并打通其参与调节电力系统运行的通道。
一、/ 能源转型对欧洲电力系统稳定性的影响
（一）造成电力调度的不确定性
欧洲能源转型意味着大幅增加风电、光伏等间歇性能源接入电网，与传统上可由系统运营商控制的化石能源和核能发电不同，风电、光伏发电的供给由天气等自然因素决定，具有不可调度性。它们不仅在被调度时发电，也会在没有相应负荷需求时渗透入电网，从而造成电力调度的不确定性。
（二）引起电力批发市场现货价格的不确定性
光伏、风电等可再生能源发电成本结构不同于传统化石能源发电，加剧电力批发市场现货价格波动。光伏、风电边际成本极低或接近于零，而煤炭、天然气、石油、生物质能发电边际成本较高。当光伏、风力资源超负荷供给时，根据优先次序效应（merit order effect)，边际发电成本较高的其他发电机组将会被挤出市场，而边际成本很低的可再生能源将会渗入市场；从而导致电力批发市场现货出清价格大幅下降，甚至接近于零。当光伏、风力资源短缺时，电力供给相对不足，对备用机组需求提升，且最后一台被调度的发电机组边际成本将会极高，造成现货市场出清价格大幅提升。这将导致欧洲电力系统的不同区域现货价格存在显著差异且难以预测，造成电力部门投资者财务风险提升，消费者则由于承担备用机组成本而福利水平下降。
二、/ 欧洲电力安全保障的具体技术与制度措施
在波动性较大的可再生能源发电大量涌入电力市场的情况下，欧洲国家采取多种技术与制度措施保障电力系统稳定性：开发或增加用于调峰的资源（如大力发展储能技术），调动现有一切可以用于调峰的资源（如电力需求侧管理、虚拟电厂、V2G），为各种调峰资源发挥作用优化设计电力市场机制，争取公众（电力用户）支持并打通其参与调节电力系统运行的通道。
（一）支持储能技术的推广和应用
储能设备的应用能够降低用电高峰时期的发电需求，从而降低极端电价波动可能性、减少昂贵的备用电厂投资需求，达到提升电力市场稳定性的目标。储能包括抽水蓄能、电化学储能、氢储能、压缩空气储能、储热储冷等能够大规模、长时间存储能源的技术。但储能技术也有其局限性：一是储能技术的推广和应用需要大规模资金投入；二是储能项目投资到建成时间周期长；三是投资收益资金流不稳定。这些因素在当前阶段制约了储能技术的推广和应用。
（二）加强电力需求侧管理
高比例可再生能源接入电网增加了电力供给侧的波动性和不确定性，需求侧管理则增加了电力需求的灵活性。电力需求侧管理具有诸多优势：一方面能够助力终端消费者应对电力供给波动带来的不确定性，降低对大量备用机组投资的需求；另一方面减少了终端能源消费总量、提升终端能源利用效率，对能源系统低碳转型具有促进作用。电力需求侧管理与交通、供热等部门的电气化息息相关。美国太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory, PNNL）的一项研究表明，若电动汽车车主利用车载动力电池作为一种调峰资源，即用于V2G（汽车向电网反向放电），进行峰谷套利；则可以在为电网稳定性做贡献的同时，为自己增加收入或减少能源支出。
（三）加强电力基础设施建设
由于风力、光伏等可再生能源发电通常集中于远离负荷中心的地理位置，因此有必要大量投资于区域内和区域间的输电网络建设，以实现可再生能源富余地区的电力外送、提高电力利用效率。欧洲由北向南光伏资源递增、风力资源递减，可再生能源分布具有时空的不均衡性，欧洲国家自1980年代以来着力于推进跨国电力市场的融合，建立起多条国际、国内输电网络。
但欧洲输电网络的建设也并非易事，由于成本和竞争性问题受到来自各方利益相关者的反对。例如，1984年，法国与西班牙提出建立一条由法国向西班牙供电的高压双回路架空交流线路，但由于对环境和旅游业的负面影响，该提议数次受到利益相关者的否决而搁浅。经欧盟委员会的调解，双方最终于2008年达成协议，建设一条完全位于两个地下隧道中的新型高压直流输电线路。该项目最终于2015年完工并投入运营，距首次提议历经三十年时间，其间欧洲电力市场和能源结构已经发生了巨大变革。近年来，在能源转型政策的驱动下，德国输电网络系统运营商和联邦政府致力于在德国境内建设四条新型高压直流输电线路，以应对高比例可再生能源接入背景下，德国南北发电资源分布不均、电网拥堵的问题。但一部分反对者认为该项目成本控制和补偿机制不完善，另一部分则认为在负荷中心周围发展分布式发电资源更为合理。因此该项目原定的2025年完成期限似乎实现可能性较小，输电网络运营商认为在2030或2035年前完成这一项目、以适应德国的低碳转型目标更为合理。
（四）调整电力市场机制设计
储能电站并网用于调峰、电力需求侧管理（包括虚拟电厂、V2G等），都需要对电力市场机制作优化设计。例如，要允许储能电站作为独立主体参与电力现货市场和辅助市场（如电力调峰或备机市场）；不仅要在用户侧（“荷侧”），还要在发电（“源侧”）和电网（“网侧”）环节形成足够大的峰谷电价差，或实施灵活的“尖峰电价”机制。
（五）建立公众参与制度
欧盟国家在能源转型过程中通过建立公众参与制度，提升消费者对能源转型的支持度和参与度，助力保障能源供给安全。一是促进消费者支持能源转型。如果公众将能源转型视为电价高企的原因，公众将不愿支持转型；政府应当在电价波动及其影响因素方面保持透明，披露地缘政治因素、天然气进口依赖等问题对电价的影响，指出能源转型对缓解这一问题的重要性。二是赋能消费者参与电力市场。随着电力需求增长和分布式能源的发展，配电网将面临更高频率的拥堵问题。独立消费者没有足够的规模和信息去参与电力市场，而负荷聚合商（commercial aggregator）、能源社区（energy community）能够提供数字化平台，帮助电力消费者参与电力市场，以优化配置源网荷储等系统内的各种资源。
三、/ 小结
在地缘政治危机引起石油价格飙升、核污染事故引起公民对核电态度两极分化的背景下，欧洲推动以可再生能源替代化石能源的转型迫在眉睫，高比例可再生能源发电的接入势必会对电力系统的调度平衡、出清价格产生不可忽视的影响；欧洲国家从投资储能技术和设备、建设电力基础设施、加强需求侧管理、调整电力市场设计、建立公众参与制度等多方面应对可再生能源发电给电力系统稳定性带来的冲击。这些措施各有利弊，例如技术设备和基础设施建设面临周期长、投资巨大的障碍，电力市场设计、公众参与则不能直接解决可再生能源带来系统波动性的物理问题，必须综合运用这些措施、打好“组合拳”。
（孙可哿 上海社会科学院生态与可持续发展研究所助理研究员）
参考文献
1. CEPE. Strengthening the Security of Electric Power Systems during the Energy Transition: Predicting Cascading Failures and Reinforcing the Network Topology [R]. 2020.
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4. OIES. Electricity Market Design During The Energy Transition and the Energy Crisis [R]. 2023.
5. OIES. Meeting the Challenge of Reliability on Today’s Electric Grids: The Critical Role of Inertia [R]. 2023.
