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中國節(jié)能網(wǎng)

德國光伏風(fēng)電如何做到高比例消納?

   2016-01-08 中國電力企業(yè)管理4140
核心提示:2012年,德國能源消費(fèi)總量4.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,全社會用電量約5940億千瓦時,是歐洲第一大能源和電力消費(fèi)市場。其中,可再生能源在一次能源消費(fèi)和終

2012年,德國能源消費(fèi)總量4.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,全社會用電量約5940億千瓦時,是歐洲第一大能源和電力消費(fèi)市場。其中,可再生能源在一次能源消費(fèi)和終端能源消費(fèi)中的比重分別為11.7%和12.6%,發(fā)電量占比21.9%。2012年,德國發(fā)電裝機(jī)約1.78億千瓦,其中光伏發(fā)電3264萬千瓦,風(fēng)電3131萬千瓦,生物質(zhì)發(fā)電765萬千瓦,水電440萬千瓦;可再生能源發(fā)電量約1361億千瓦時,其中風(fēng)電460億千瓦時,生物質(zhì)408億千瓦時,光伏發(fā)電280億千瓦時,水電212億千瓦時。

德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略頂層設(shè)計

德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略(Energiewende)的總體目標(biāo)是逐步轉(zhuǎn)變成以可再生能源為支柱的能源系統(tǒng),包括《能源理念》和《一攬子能源法案》兩部分。2010年發(fā)布的《能源理念》提出了長期發(fā)展目標(biāo)。

2011年日本福島核事故加快了德國棄核的步伐和能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實(shí)施,重點(diǎn)措施包括以下5個方面:

加快電網(wǎng)建設(shè)。德國風(fēng)電資源主要在北部地區(qū),而負(fù)荷中心集中在西部和南部,因此需要建設(shè)大規(guī)模輸電通道;大量分布式發(fā)展的可再生能源(主要是光伏),要求配電網(wǎng)能夠處理潮流和信息的雙向流動,將當(dāng)?shù)囟嘤嗟目稍偕茉措娏斔椭疗渌貐^(qū)。輸電通道方面,德國修訂了《能源工業(yè)法》,新出臺了《加快電網(wǎng)擴(kuò)張法》和《聯(lián)邦需求規(guī)劃法》,以縮短規(guī)劃和審批程序,加快建設(shè)進(jìn)度。配電網(wǎng)方面主要是發(fā)展智能電網(wǎng),將來配電網(wǎng)不再是傳統(tǒng)的輻射式結(jié)構(gòu),而是擁有大量用戶和眾多分布式電源的、潮流和信息雙向流動的、供需互動的格局,需求側(cè)能夠有效地響應(yīng)電力系統(tǒng)的技術(shù)和市場價格信號。

提高電力系統(tǒng)靈活性。德國《可再生能源法》確立了可再生能源的優(yōu)先調(diào)度地位,改變了基本負(fù)荷由核電、煤電等基荷電廠承擔(dān)的傳統(tǒng)模式。隨著德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的不斷推進(jìn),將來煤電、氣電等常規(guī)電廠將更多地向提供備用的角色轉(zhuǎn)變(2030年發(fā)電量占比降至50%,2050年降至20%)。盡管如此,到2050年德國仍然需要6000萬千瓦的常規(guī)電源,提供60%的可靠安全容量以及足夠的靈活性來保障電力供給安全。這就需要創(chuàng)新市場機(jī)制,讓常規(guī)電廠投資獲得合理回報(僅僅靠電量市場收益很難收回投資),并充分利用需求側(cè)資源。

提高能源使用效率。2008年以來,德國能耗降低和經(jīng)濟(jì)增長的解耦態(tài)勢逐步顯現(xiàn),能源生產(chǎn)率每年提高約2%。德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略提出,到2020年一次能源消費(fèi)比2008年降低20%,到2050年降低50%。為此,德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部提供了一系列的信息、咨詢和資金服務(wù),包括能效基金、德國復(fù)興信貸銀行的建筑裝修計劃、低息貸款和為中小企業(yè)提供的節(jié)能資金計劃,修訂《節(jié)能法》提高新建筑能效標(biāo)準(zhǔn)等。

加強(qiáng)能源創(chuàng)新研究。創(chuàng)新和新技術(shù)研發(fā)是德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略成功的關(guān)鍵之一。德國政府2011年啟動了3年資助35億歐元的能源研發(fā)計劃,重點(diǎn)領(lǐng)域集中在可再生能源、能效、儲能和電網(wǎng)技術(shù)等方面,重點(diǎn)項目包括更高效更靈活的H級燃?xì)廨啓C(jī),儲能基金計劃項目,未來電網(wǎng)基金計劃項目(輸配電技術(shù)優(yōu)化、智能電網(wǎng)、電網(wǎng)規(guī)劃及管理新思路、負(fù)荷管理創(chuàng)新)等。

強(qiáng)化歐盟內(nèi)部合作。從上世紀(jì)90年代開始,歐盟致力于建設(shè)一個泛歐電力和天然氣市場———歐盟內(nèi)部能源市場,要求建設(shè)泛歐能源基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò),促進(jìn)跨國能源貿(mào)易。這將構(gòu)成德國電網(wǎng)建設(shè)的外部環(huán)境,也有利于在更大的區(qū)域內(nèi)平衡和消納可再生能源,促進(jìn)德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實(shí)施。

德國電力市場化和可再生能源發(fā)展互相促進(jìn)

德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的實(shí)施離不開電力市場環(huán)境,同時也推動著市場化改革進(jìn)程,德國可再生能源的發(fā)展歷程恰好與其電力市場化進(jìn)程重合,兩者相互影響、促進(jìn)。

1998年德國發(fā)布《能源法案》,開始了電力市場化改革。和英法等國不同,此前德國電力工業(yè)不是壟斷的國有企業(yè),而是由大型垂直一體化的電力公司和約900個地方或市級電力公司構(gòu)成。市場化改革后,大型電力公司不斷合并重組,市場集中度提高,逐步形成了四大電力公司RWE、E.ON、EnBW和VattenfallEurope,擁有德國全部高壓輸電網(wǎng)和絕大多數(shù)發(fā)電廠,2000年四大公司裝機(jī)容量占德國的90%。

2005年,德國修訂了《能源法案》,成立了聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管機(jī)構(gòu),負(fù)責(zé)監(jiān)管所有用戶數(shù)超過10萬的電網(wǎng)運(yùn)營商和用戶低于10萬但跨州運(yùn)行的電網(wǎng),其余較小的電網(wǎng)由各州政府監(jiān)管。按照歐盟指令的要求,《能源法案2005》要求分拆輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)。截至目前,德國輸電系統(tǒng)包括4家公司,其中原屬Vattenfall和E.ON集團(tuán)的輸電系統(tǒng)完成了所有權(quán)分離,分別成為50Hertz和TenneT輸電公司,Amprion(原屬RWE)完成了部分所有權(quán)分離,RWE仍擁有25%的股份,TransnetBW仍由EnBW公司獨(dú)資所有。

2000年以來,由于可再生能源的快速發(fā)展、核電機(jī)組的關(guān)停以及2010年中西歐電力市場的整合,德國四大電力公司的市場份額下降較多,目前其發(fā)電裝機(jī)容量占全國的比重從2000年的90%降至47%左右,只擁有德國7%的可再生能源裝機(jī)。

目前,德國電力工業(yè)各環(huán)節(jié)都有眾多的市場參與方,其中1兆瓦以上的獨(dú)立發(fā)電商約有300個,10兆瓦以上的獨(dú)立發(fā)電商約126個;網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商(TSO&DSO)超過900個,電力交易商140個。1998年德國完全放開了零售市場,目前有超過1000家公司活躍在零售市場,只有RWE、EnBW和E.ON3家電力公司的電力零售份額超過5%(見圖1)。圖2是2011年德國常規(guī)機(jī)組調(diào)度順序,基于邊際成本報價低的機(jī)組優(yōu)先調(diào)用,報價高的機(jī)組后調(diào)用。

德國《可再生能源法》支撐能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略落實(shí)

德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的落實(shí)依靠包括《可再生能源法(EEG)》在內(nèi)的一攬子能源法案。2000年,德國通過著名的《可再生能源法(EEG2000)》,取代了《電力接入法》。EEG2000相比《電力接入法》的主要變動有:上網(wǎng)電價基于發(fā)電成本確定,不再比照零售電價確定,由此不同類型、不同規(guī)模的可再生能源發(fā)電確定不同的上網(wǎng)電價,回報率在5%~10%不等。電量保證收購年限延長到20年?;陬A(yù)期的成本降幅,每年調(diào)降新投產(chǎn)的可再生能源上網(wǎng)電價,即上網(wǎng)電價遞減。

德國《可再生能源法》的基本原則包括:

投資保護(hù)原則。基于各類可再生能源的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件,建立長期的、固定的上網(wǎng)電價機(jī)制和電網(wǎng)優(yōu)先強(qiáng)制接入、收購和輸電法令,來保障可再生能源投資者利益。

費(fèi)用均攤原則。由固定電價機(jī)制和并網(wǎng)等增加的成本由消費(fèi)者共同承擔(dān)。

激勵創(chuàng)新原則。對各類可再生能源設(shè)定不同的周期,以某一比例對其上網(wǎng)電價進(jìn)行周期性下調(diào),對產(chǎn)業(yè)鏈利益相關(guān)方產(chǎn)生明確、持續(xù)的成本壓力,以經(jīng)濟(jì)杠桿激勵技術(shù)創(chuàng)新。

正是通過對《可再生能源法》的修訂,德國不斷動態(tài)調(diào)整能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的發(fā)展目標(biāo)。德國分別于2004、2009和2012年對該法案進(jìn)行了比較大的修訂。比較而言,在長期目標(biāo)方面的重要調(diào)整是:

EEG2000只籠統(tǒng)提出到2010年將可再生能源在德國全部能源消費(fèi)中的比例至少增加1倍(即6%);EEC2004提出到2010年和2020年將可再生能源電量的比例分別增加到12.5%和20%以上;EEG2009將2020年可再生能源電量的比例提高到30%以上;EEG2012又增加了2030、2040和2050年的長遠(yuǎn)目標(biāo)(見表),把2020年電量比例目標(biāo)提高到35%,并增加了可再生能源在終端能源消費(fèi)中的比例目標(biāo)。目前,德國正在著手改革《可再生能源法EEG2014》,增加了2025年和2035年發(fā)展目標(biāo),分別為40%~45%和55%~60%。

德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的影響及未來發(fā)展動向

促進(jìn)可再生能源快速發(fā)展。2000年《可再生能源法》出臺后,德國可再生能源發(fā)電量增長迅猛,2012年達(dá)1361億千瓦時,年均增速從以前的8.6%提高到10.9%。目前,德國有4個州的風(fēng)電發(fā)電量已占其用電量的45%以上,2011年德國風(fēng)、光瞬間出力與電力負(fù)荷的比值最高已達(dá)60%。

促進(jìn)了上網(wǎng)電價政策的推廣??稍偕茉醇钫甙ㄉ暇W(wǎng)電價、配額制、凈計量結(jié)算以及財稅金融等多種類型。德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的成功為上網(wǎng)電價政策的推廣起到了有力的示范,很多以前以配額制為主但成效欠佳的國家也紛紛采用上網(wǎng)電價政策,歐洲范圍內(nèi)出現(xiàn)一種明顯的政策趨同態(tài)勢。截至2013年初,共有71個國家和28個州/省級政府實(shí)施了各種形式的上網(wǎng)電價政策。

存在的主要問題。其一,長期、固定的上網(wǎng)電價實(shí)質(zhì)上是對可再生能源提供補(bǔ)貼,但對德國現(xiàn)行電力市場是一種扭曲。上網(wǎng)電價和批發(fā)市場電價之間的價差由廣大消費(fèi)者以可再生能源附加費(fèi)的形式共同承擔(dān)(一些重工業(yè)得以豁免),2000年以來附加費(fèi)快速增加,從0.2歐分/千瓦時增長到2014年的6.24歐分/千瓦時。其二,上網(wǎng)電價政策導(dǎo)致德國的一些終端電價在歐洲范圍內(nèi)處于很高水平(見圖3),引起了企業(yè)界對德國工業(yè)競爭力的擔(dān)憂。其三,現(xiàn)行市場和政策條件下,可再生能源發(fā)電量大增導(dǎo)致德國電力批發(fā)交易價格大幅下降,常規(guī)電廠(主要是氣電)處于備用狀態(tài),運(yùn)營虧損。2013年E.ON、RWE和EnBW集團(tuán)宣布將關(guān)停總?cè)萘考s1500萬千瓦的常規(guī)電廠。其四,由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和容量的限制,德國也不能完全消除棄風(fēng)等現(xiàn)象,在某些時段棄風(fēng)成為維持電網(wǎng)穩(wěn)定和安全的必要手段?!犊稍偕茉捶ā肥跈?quán)受影響的發(fā)電商從電網(wǎng)運(yùn)營商獲取經(jīng)濟(jì)賠償。

未來的發(fā)展方向?,F(xiàn)階段可再生能源開發(fā)成本高,需要補(bǔ)貼扶持和激勵政策。將來隨著開發(fā)成本的快速降低和技術(shù)的不斷創(chuàng)新,可再生能源將逐步達(dá)到可以和常規(guī)電源競爭的水平,最終不需要政策扶持,實(shí)現(xiàn)自身良性發(fā)展。因此,德國將來也會順應(yīng)這一趨勢,采用更加市場化的政策設(shè)計,讓可再生能源逐步融入電力市場,創(chuàng)新電力市場機(jī)制,比如直接營銷。同時,也會考慮常規(guī)電源的定位及生存問題,確保電力供給安全,比如戰(zhàn)略備用機(jī)制或容量市場等。

啟示

沒有通用的能源戰(zhàn)略,只有最合適的能源戰(zhàn)略。堅持把一般原則、普遍規(guī)律和具體國情(國土幅員、自然稟賦、要素結(jié)構(gòu)等)相結(jié)合,才能制定順應(yīng)趨勢、促進(jìn)生產(chǎn)力發(fā)展的能源戰(zhàn)略、市場模式和能源政策。比如說,德國、丹麥、西班牙等國土面積只相當(dāng)于我國一個省,資源多樣性、規(guī)模、空間格局等自然稟賦決定了能源開發(fā)和利用方式,其風(fēng)電、光伏只能以分布式為主、集中式為輔。美國和我國國土面積相當(dāng),是最大的市場經(jīng)濟(jì)國家,可再生能源開發(fā)集中式和分散式并重、以集中式為主,其前10大風(fēng)電場裝機(jī)容量約714萬千瓦,前100大風(fēng)電場裝機(jī)約3000萬千瓦,占美國風(fēng)電總裝機(jī)的50%。

能源戰(zhàn)略應(yīng)設(shè)定長遠(yuǎn)目標(biāo)并動態(tài)調(diào)整。我國能源戰(zhàn)略及規(guī)劃的前瞻性和系統(tǒng)性亟待提高,應(yīng)制定明確、完善的頂層設(shè)計和長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo),并通過定期評估機(jī)制動態(tài)調(diào)整。德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略和長遠(yuǎn)目標(biāo)的形成也是一個漸進(jìn)的過程,而德國是一個政黨輪流執(zhí)政的市場經(jīng)濟(jì)國家,持之以恒地堅持發(fā)展可再生能源、保持能源戰(zhàn)略和政策的連續(xù)性更是難能可貴。

堅持電力市場化的方向不動搖。經(jīng)過10多年的市場化改革,德國電力市場已經(jīng)發(fā)展成為歐洲最大、流動性最強(qiáng)、充分競爭的電力市場。實(shí)踐證明,德國電力市場化沒有影響其國家競爭力,電力市場能夠有效地配置資源,廣大市場參與者的智慧是無窮的,是“自上而下”的計劃手段無法比擬的。例如,天然氣發(fā)電邊際成本較高,報價也高,按“報價低先調(diào)度”的原則,調(diào)度順序一般在核電和煤電之后,盡管其運(yùn)行小時數(shù)較少,較高的成交電價也能保證其盈利;而在我國現(xiàn)行機(jī)制下,上網(wǎng)電價由政府制定,氣電能否盈利完全演變成企業(yè)爭取調(diào)電價和政府補(bǔ)貼的博弈。另外,形勢發(fā)展也要求堅持以市場的觀念和視角看待市場經(jīng)濟(jì)國家的能源問題,借鑒其成功經(jīng)驗。

應(yīng)對間歇性可再生能源發(fā)展的共性問題。風(fēng)電、光伏現(xiàn)階段仍需要補(bǔ)貼,還無法與常規(guī)電廠競爭。扶持激勵政策的設(shè)計則取決于該國市場環(huán)境和具體國情,需要具體分析。資源分布和負(fù)荷分布不一致幾乎是各國的共性特點(diǎn)。集中和分散式開發(fā)并重原則,決定了各國電網(wǎng)建設(shè)的兩大共性方向———遠(yuǎn)距離輸電通道和配電側(cè)智能電網(wǎng)建設(shè)。前者有利于在更大范圍內(nèi)平衡和消納,而分布式發(fā)電要求配電網(wǎng)進(jìn)行信息和能源的雙向交流和互動,發(fā)展智能電力。

積極應(yīng)對間歇性可再生能源發(fā)展對電力市場的挑戰(zhàn)。間歇性可再生能源的迅猛發(fā)展已經(jīng)給德國常規(guī)電源的經(jīng)營和生存帶來了巨大沖擊,然而常規(guī)電源對保證電力安全可靠供應(yīng)仍然至關(guān)重要。這就要求創(chuàng)新市場機(jī)制和政策設(shè)計,既讓常規(guī)電廠能夠生存、盈利,也促進(jìn)可再生能源盡快融入市場,并最終擺脫補(bǔ)貼依賴。未來電力系統(tǒng)也要求常規(guī)電源具有更高的運(yùn)行靈活性,包括更低的最低出力水平、更快的爬坡能力、更短的啟動時間等。

 
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