深度觀察|德國新能源消納的經(jīng)驗與啟示

:2017年4月30日,德國創(chuàng)下本國利用可再生能源新紀錄——當天有85%的電力消費來自包括風電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電和水電等在內(nèi)的可再生能源。記錄顯示，4月30日當?shù)貢r間12時，太陽能發(fā)電、風電、生物質(zhì)發(fā)電、水電、儲能等可再生能源出力達到5573萬千瓦，占當時用電負荷（5820萬千瓦）的95.76%，相當于全德國用電基本上全部由可再生能源提供。

德國實現(xiàn)新能源的最大化消納，主要取決于靈活的電力現(xiàn)貨市場機制、強有力的電源調(diào)節(jié)能力、堅強的跨國輸電網(wǎng)絡(luò)和先進的新能源調(diào)度運行技術(shù)。

電力現(xiàn)貨市場的電價機制

德國建立了新能源市場競價和政府補貼相結(jié)合的市場化消納機制。電力市場實際是邊際成本的競爭，新能源由于其發(fā)電邊際成本低，在市場競爭中具有絕對優(yōu)勢，新能源參與市場可以實現(xiàn)優(yōu)先發(fā)電。由于風電、光伏發(fā)電功率一般只能天前預(yù)測，即當天預(yù)測次日的發(fā)電曲線，因此國外新能源發(fā)達國家通常采用日前、日內(nèi)電力現(xiàn)貨市場消納新能源。新能源按照0電價參與競價（不足部分由政府補貼），以保障優(yōu)先上網(wǎng)。當新能源出力高時，電力市場的出清電價下降，甚至出現(xiàn)負電價，受電價影響，水電、火電、燃油燃氣發(fā)電等盡可能降低出力；當新能源出力低時，電力市場出清價大幅上漲，刺激各類靈活電源盡最大能力發(fā)出電力。

同樣以德國2017年4月25～30日為例，風電、光伏發(fā)電大發(fā)時電價降低，電力市場日前風電、光伏發(fā)電低出力時電價升高，日前市場最高出清電價發(fā)生在4月26日8:00，電價為0.053歐元（0.41元人民幣）/千瓦時，日前市場最低電價發(fā)生在4月30日14:00，電價為-0.075歐元（-0.57元人民幣）/千瓦時。由于新能源出力的不確定性，日內(nèi)實時電價甚至低至-0.111歐元（-0.85元人民幣）/千瓦時，相當于發(fā)電場每發(fā)1千瓦時電，還需要向用戶支付0.85元人民幣。受日前、日內(nèi)電力現(xiàn)貨市場價格機制刺激，德國常規(guī)電源均有非常大的意愿進行靈活性改造，以便在電價低時盡量減小出力，電價高時盡快增加出力。

雖然在新能源迅猛發(fā)展的同時，德國電力市場出清電價穩(wěn)中有降，但終端銷售電價持續(xù)上漲。由于新能源發(fā)電的綜合成本高，發(fā)展新能源勢必帶來整體發(fā)電成本的上漲，最終體現(xiàn)在終端銷售電價中。德國銷售電價中可再生能源分攤費持續(xù)上漲，以居民電價為例，可再生能源分攤費從2004年的0.0051歐元（0.039元人民幣）/千瓦時上漲到2016年的0.06354歐元（0.486元人民幣）/千瓦時，占居民電價的比重達到21.2%，同時居民電價上漲了60%。

靈活的常規(guī)機組調(diào)節(jié)性能

德國靈活調(diào)節(jié)電源與新能源的比例并不是很高，但常規(guī)煤電調(diào)節(jié)能力極強。

以2017年4月25～30日為例，德國太陽能發(fā)電、風電出力大時，抽水蓄能、燃氣發(fā)電、褐煤發(fā)電、硬煤發(fā)電甚至核電均參與調(diào)節(jié)。其中4月30日燃氣發(fā)電最低壓至本周最高出力的18%，褐煤發(fā)電最低壓至本周最高出力的34%，核電最低壓至本周最高出力的63%，硬煤發(fā)電最低壓至本周最高出力的10%。

承擔調(diào)峰主力的硬煤發(fā)電在18個小時從1563萬千瓦降至514萬千瓦，又在1天后降至186萬千瓦。當5月2日風電出力減小后，硬煤發(fā)電在6個小時內(nèi)由350萬千瓦增加至956萬千瓦。從4月28日硬煤出力1563萬千瓦，到4月30日最小出力176萬千瓦，再到5月3日出力重回1361萬千瓦，總時間僅為5天半。

堅強的電網(wǎng)網(wǎng)架

新能源利用率高的國家，通常與相鄰區(qū)域有充足的電網(wǎng)連接。與德國接壤的國家共9國，跨國間輸電網(wǎng)主要由380千伏至400千伏線路組成；220千伏至285千伏輸電線路作為輔助。其中380千伏至400千伏線路總計28條，220千伏至285千伏輸電線路31條。

當?shù)聡L電、光伏出力大時，除了依靠本國常規(guī)電源進行調(diào)節(jié)，還加大了電力出口的力度。同樣以4月30日為例，出口電力達1336萬千瓦，相當于有80%的風電（當時出力1675萬千瓦）或45%的太陽能發(fā)電（當時出力2976萬千瓦）送往國外。而在2015年，德國全年進口電量335.64億千瓦時，出口電量853.48億千瓦時，分別占總發(fā)電量的5.2%和13.2%。同時，德國風電發(fā)電量只占全國總發(fā)電量的12.3%。

先進的新能源發(fā)電預(yù)測及調(diào)度運行技術(shù)

電力系統(tǒng)消納新能源的基礎(chǔ)是新能源功率預(yù)測。在德國，基于天氣預(yù)報的新能源功率預(yù)測屬于商業(yè)領(lǐng)域。各大電網(wǎng)公司以及電力供求各方皆會購買來自專業(yè)機構(gòu)的預(yù)測服務(wù)。

德國50hertz電力公司全網(wǎng)日前風電功率預(yù)測均方根誤差可以達到2%～4%，太陽能可以達到5%～7%。大型新能源場站，如海上風電場，也要開展功率預(yù)測工作，根據(jù)預(yù)測發(fā)電能力參與市場競爭。

德國電網(wǎng)通過各輸電網(wǎng)控制中心和上百個配電網(wǎng)控制中心實現(xiàn)對風電場的實時調(diào)度。風電場實時數(shù)據(jù)直接上傳至配電網(wǎng)控制中心。根據(jù)德國《可再生能源法》的規(guī)定，所有容量大于100千瓦的可再生能源發(fā)電設(shè)備必須具備遙測和遙調(diào)的技術(shù)條件，才允許并入互聯(lián)電網(wǎng)。當輸電網(wǎng)運營商的輸電線路存在阻塞，其首先給下屬配電網(wǎng)調(diào)度指令下發(fā)限電指令，令其限制一定份額的電力。然后配電網(wǎng)或者直接限制連接在本網(wǎng)的可再生能源電力，或者再給其下屬的中壓電網(wǎng)調(diào)度中心指令，令其限制一定份額的電力。目前，雖然德國新能源出力已達到很高比例，但靈活的市場及調(diào)度運行機制使得電網(wǎng)運行安全依然可以得到保證。

發(fā)展風電、光伏發(fā)電等新能源是我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分，但發(fā)展新能源是一個必須由全社會參與的系統(tǒng)性工作，電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電力系統(tǒng)靈活性提升、體制機制改革、技術(shù)進步等缺一不可。我國應(yīng)充分學習國外新能源發(fā)達國家經(jīng)驗和教訓，立足本國經(jīng)濟和電力發(fā)展實際情況，走出一條滿足我國實際需求、促進我國新能源可持續(xù)發(fā)展的新路。

原標題:深度觀察|德國新能源消納的經(jīng)驗與啟示