隨著我國“雙碳”政策和發展路徑變得逐漸清晰,新能源占比逐步提升,進入平價時代后裝機規模不再是衡量新能源發展的唯一指標,如何解決消納問題才是現今電網發展的重要課題。在這方面,歐美國家新能源市場發展成熟,可以為我國新能源消納提供借鑒。
縱觀世界各國發展電力市場和可再生能源消納的經驗來看,德國無疑是絕佳的范例。
不同于挪威,德國并不是一個傳統的可再生能源資源大國,無法大力發展水電,同時又是一個傳統能源生產和消費大國,魯爾區一直是國家煤炭開采和消費的主要地區。此外,德國的電力市場改革歷經波折,國家推行電力改革并大力發展新能源能夠得到成功,必然有其成功經驗值得學習。
早先,德國電力市場呈現公、私有以及混合所有制并存的區域壟斷形態。1998年通過修改《能源經濟法》開啟了電改,經過全國范圍的激烈討論,德國決定一步到位直接進入零售競爭市場,德國人選擇了直接開放電網,賦予所有終端用戶自由選擇供電商的權力。此次電改要求原本垂直一體化的大型電力企業進行了有計劃的業務拆分,在這個過程中許多區域性的能源集團不斷重組和整合,最后形成了如今四大發電集團(E.on、RWE、Vattenfall、EnBW)和四大電網調度區域(Tennet、Amprion、50hertz、TransnetBW)的格局。
此后,一系列對德國自由化電力市場影響深遠的規則被制定出來并在未來被不斷的修改和豐富,其中包括:電力零售側放開,終端用戶可以自由選擇售電商;開放電網使用權,電網運營商不參與市場競爭;以平衡結算單元為主體的電量平衡機制;日前、日內現貨市場與多級調頻輔助服務市場協同合作的市場結構;依照電壓等級逐級套算的過網費計算模型等。
電改為德國大力發展可再生能源奠定了堅實基礎。2000年,《可再生能源法》替代《電力上網法》標志著德國能源轉型正式成為國家戰略重點。
截至目前,德國的非水可再生能源裝機率和發電比率在歐洲名列前茅。總結下來,德國實現新能源最大化消納的原因,主要歸功于幾點:
1 靈活的市場機制
德國建立了新能源市場競價和政府補貼相結合的市場化消納機制。新能源由于發電邊際成本低,在市場競爭中具有絕對優勢,參與市場可以實現優先發電。海外新能源發展較好的國家通常采用日前、日內電力現貨市場來進行消納。新能源按照0電價參與競價(不足部分由政府補貼),以保障優先上網。當新能源出力高時,電力市場的出清電價下降,甚至出現負電價,受電價影響,水電、火電、燃油燃氣發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出電力。受日前、日內電力現貨市場價格機制刺激,德國常規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。
2 強有力的調節能力
通過查閱先關資料得知,德國光伏、風電出力大時,抽水蓄能、燃氣發電、褐煤發電、硬煤發電甚至核電均參與調節。雖然靈活調節電源與新能源的比例并不是很高,但常規煤電調節能力極強。
3 強大的跨國輸電網
消納問題解決好的海外國家,一個普遍原因就是通常與相鄰區域有充足的電網連接。資料顯示,德國與其接壤的九個鄰國間均建立了完善的跨境輸電網絡。這些跨國電網主要是由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400千伏線路共計28條,220千伏至285千伏輸電線路共計31條。
為了解決消納問題,除了依靠本國自身進行調節,德國還在風電、光伏方面加大了出口力度,數據表明德國全年出口電量可占全國總發電量的10%以上。
4 先進的發電預測及調度運行技術
新能源發電功率預測是電力消納的基礎。德國已將基于天氣預報的新能源發電功率預測納入商業版圖,由專業機構提供預測服務向各大電網公司及電力需求者進行售賣。此外,德國大部分的機構光伏發電功率預測結果誤差不會最大不會超過7%,具有較強的精準度,大型新能源基地會根據預測的發電能力參與市場競爭。
根據德國《可再生能源法》的相關規定,所有容量大于100千瓦的可再生能源發電設備必須具備遙測和遙調的技術條件,才允許并入互聯電網。當輸電網運營商的輸電線路存在阻塞,其首先給下屬配電網調度指令下發限電指令,令其限制一定份額的電力。然后配電網或者直接限制連接在本網的可再生能源電力,或者再給其下屬的中壓電網調度中心指令,令其限制一定份額的電力。由此不難看出,靈活的市場調度運行機制讓德國電網運行更加安全有保障。
我國可再生能源豐富,隨著新能源技術的發展完善,我國新能源新增裝機量逐年攀升。然而,我國現有的新能源電力裝機容量由于地域性的限制,一直處于東西部嚴重不平衡的狀態,以風光為主的大型新能源基地多集中在西北地區,但當地電力消納能力有限,因此棄光限電情況逐年惡化,部分地區棄風棄光率高達50%以上。
對我國而言,西方發達國家實踐過的發展路徑具有一定的借鑒學習意義,對于國內的電力消納問題也可以從這幾方面著手:一是發電側多種發電形式互補,增強調峰靈活性,未來火電的主要作用有望從發電轉型為調節,同時積極建設儲能,與用電負荷相匹配;二是發展跨區跨境電網,建立特高壓直流跨境電網,提高電力運輸及進出口能力,完善跨省送電網絡;三是建立靈活的電力交易市場和價格機制,實現價格信號引導,推進現貨市場,提升新能源消納空間。
發展新能源,提高可再生資源占比是我國能源戰略的重要組成部分,但這個過程需要協同調度全社會參與,不止優化電網結構、提升電力系統的靈活性,還要改革機制,促進電網技術革新。取人之長補己之短,在充分汲取海外國家的經驗教訓的基礎上,立足本國國情和電力發展實際情況,爭取走出一條不同尋常的“中國路”。