以史為鑒 從德國經驗分析中國光伏發(fā)展之路

德國能源轉型的任務就像中國古代建造長城一樣，十分艱巨。2010年，德國政府制定了本國到2050年的氣候保護和能源發(fā)展的目標，提出在二氧化碳減排的同時，保證能源安全性、經濟性。2011年，德國政府對這一目標進行了修訂，增加了一條“將在2022年時全部退出核電”。這些目標指明了德國能源轉型的方向：到2050年，二氧化碳排放量與1990年相比至少減少80%，一次能源需求相比2008年減少50%，在發(fā)展可再生能源的同時也開展大量節(jié)能工作?？稍偕茉吹?050年將占全部能源消耗的60%以上，占發(fā)電能源的80%以上。德國的電網規(guī)模沒有中國的電網大，而且德國的電網發(fā)展日趨穩(wěn)定，已形成一個非常穩(wěn)定的電力系統(tǒng)，可再生能源的快速發(fā)展，對原有電力系統(tǒng)提出了很多新的挑戰(zhàn)。經統(tǒng)計，目前德國可再生能源發(fā)電的約97%都接入了配電網。如果不對電網進行大規(guī)模的改造，電網將無法滿足電力發(fā)展的需求。具體而言，可再生能源在配電層面的大功率并網會帶來以下挑戰(zhàn)：一、過去電流都是從高級電網向低級電網配送，但現(xiàn)在，如果低級電網無法把本級別的電能消耗完，電流就會傳遞給高級電網。也就是說，高級別電網中將產生雙向負荷流，如果電流過大，就會產生安全隱患。二、在電源供應方面，隨著可再生能源發(fā)電的比例增大，當出現(xiàn)太陽落山、沒有風等情況，就需要有巨大的后備電源作為保障。其次，太陽能、風能等可再生能源發(fā)電的出力情況以及負荷狀態(tài)變化劇烈，這要求現(xiàn)有電源具備快速調節(jié)功率的能力。三、可再生能源波動性大、負荷變化梯度大，為適應它們接入電網，傳統(tǒng)發(fā)電廠需要進行改造，增強靈活性。這需要通過不斷擴建電網和加強儲能技術來實現(xiàn)。為此，德國能源署進行了大量的研究工作，主要包括以下幾個核心問題：可再生能源發(fā)展相關法律法規(guī)的修訂；目前促進可再生能源發(fā)展作用機制的有效性；未來遇到挑戰(zhàn)和問題時的解決辦法。希望這些成果能對中國產生借鑒作用。對德國可再生能源發(fā)展影響最大的就是德國《可再生能源法》。它主要由三部分組成：怎樣促進可再生能源發(fā)展，怎樣從財政政策上加以激勵；可再生能源大量進入電網后，系統(tǒng)穩(wěn)定性如何維持；促進可再生能源發(fā)展所產生的成本由誰負擔。隨著可再生能源的發(fā)展，德國政府對《可再生能源法》不斷進行修訂，2001年出了第1版，2004年、2009年以及2012年都陸續(xù)出過修訂版。每一次修訂都是可再生能源發(fā)展的拐點。德國《可再生能源法》2014年修訂版將在今年10月開始生效，相對于以前有了很大修改。首先，法案規(guī)定，要把每年的光伏裝機量控制在一個固定范圍內；其次，新的可再生能源發(fā)電設備投運后，所發(fā)的電不能再享受固定電價，必須像傳統(tǒng)能源發(fā)電一樣在電力市場上銷售。再次，自發(fā)自用可再生能源的用戶，同樣也要承擔可再生能源附加費。在德國發(fā)展可再生能源的過程中，有個十分深刻的教訓。過去，我們懷著雄心壯志，大力發(fā)展的同時卻忽視了可再生能源并網對電網其他部分產生的巨大沖擊，從而花費了巨大代價解決問題。從2009年至今的5年內，德國光伏發(fā)電裝機量從不足10吉瓦增加到37吉瓦。德國全境處于同一個時區(qū)內，東西時差只有30多分鐘。德國目前有上百萬個光伏電站，中午尖峰時，光伏發(fā)電出力會同時達到尖峰，必要時只能通過“棄光”，保障電網安全?，F(xiàn)在，我們十分注重靈活性的變化，針對可再生能源并網采取了大量技術措施，保障整個系統(tǒng)的安全。我們對可再生能源發(fā)電設備加了很多控制裝置，讓30千瓦以上的光伏電站發(fā)電量都可測量和可控。另外，雖然主要靠市場調節(jié)，但還是把光伏裝機量控制在一定范圍內。目前，可再生能源在德國的發(fā)電能源中的比例已達到25%，很多傳統(tǒng)發(fā)電站的發(fā)電小時數和年發(fā)電量已受到影響。但為了保證整個電網系統(tǒng)的安全，傳統(tǒng)發(fā)電站必須存在?，F(xiàn)在它們多數保持待機狀態(tài)，出力很小，但要比以前承擔更為復雜艱巨的任務。據測算，2050年，德國傳統(tǒng)電站要應對1小時內整個系統(tǒng)40%的電力波動，這要求發(fā)電機組能快速啟動。這需要大量技術創(chuàng)新，如地區(qū)配電網中可調節(jié)的變壓器、相關通信技術等新技術的支持。以上經歷表明，能源轉型要對未來有前瞻性，不能出現(xiàn)問題再解決，應盡早研究和規(guī)劃，把耗費的成本降到最低。比如，為適應可再生能源大規(guī)模發(fā)展的需求，電網規(guī)劃應具有至少提前十年的前瞻性。中國的電力需求還在不斷增長，可再生能源還有非常大的發(fā)展空間，并且隨著整個電網系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展。中國正處于大規(guī)模推進分布式光伏發(fā)電并網的起步階段。德國目前的光伏發(fā)電裝機容量已到達37吉瓦，光伏已成為安裝功率最大的能源載體。德國自2000年以來，針對光伏并網的技術要求和經濟性出臺了大量規(guī)定并不斷加以完善。德國在解決光伏并網問題中獲得的經驗和教訓，希望對中國產生借鑒作用。對中國而言，理想的光伏發(fā)電地區(qū)是在西部，而人口和工業(yè)密集區(qū)在東部，用電也集中在東部。所以，如果要把西部的光伏電力應用于東部，就必須通過長距離、大容量的電力線路來進行傳輸。這一點和德國的風力發(fā)電情況很相似，德國風電的重點發(fā)電地區(qū)是北部，而重點用電地區(qū)在西部和南部。德國光伏發(fā)展過程中的挑戰(zhàn)在中國個別地區(qū)也可能出現(xiàn)，這些地區(qū)的特點是不穩(wěn)定發(fā)電設施所占的比例較高，同時傳統(tǒng)發(fā)電站功率較低。建議中國更好地協(xié)調推進光伏發(fā)展與電網擴建，更充分地利用中國西部豐富的光伏資源。掌握光伏滲透率較高地區(qū)可再生能源在保障系統(tǒng)穩(wěn)定性方面的潛力；繼續(xù)完善能夠有效促進光伏發(fā)展的并網付費機制，研究市場獎勵模式的可引入性，為以需求為導向的可再生能源發(fā)電并網創(chuàng)造動力；設計依賴于建設規(guī)模的并網電價的定價機制，提高光伏建設的可調控性。