德國(guó)新能源高消納的秘密

文/周瀅埡（德國(guó)亞琛ener.wi公司COO）、嚴(yán)駱鍇（德國(guó)華人新能源協(xié)會(huì)理事）、廖宇（德國(guó)華人新能源協(xié)會(huì)主席）

　　德國(guó)的棄風(fēng)棄光率僅1%左右，在高裝機(jī)容量的前提下，可以達(dá)到如此高的消納率，首先與德國(guó)完善的基礎(chǔ)設(shè)施分不開(kāi)，新能源的發(fā)展必是與電網(wǎng)建設(shè)相匹配，此外市場(chǎng)機(jī)制在德國(guó)新能源的消納上也發(fā)揮了不可替代的作用。

　　眾所周知，在歐洲能源交易所中的“優(yōu)先排序原則”下，可再生能源可以憑借其極低的邊際成本更加容易地被交易出去。此外調(diào)頻市場(chǎng)機(jī)制與可再生能源直接上市交易機(jī)制也極大地促進(jìn)了新能源的消納。

　　精準(zhǔn)預(yù)測(cè)

　　可再生能源特別是風(fēng)電，光伏等發(fā)電受氣候與天氣影響較大，在一天內(nèi)可能波動(dòng)幅度巨大，其不穩(wěn)定性與不可靠性是造成其無(wú)法大規(guī)模消納的重要因素。如果能提前相對(duì)精確預(yù)測(cè)出可再生能源特別是風(fēng)電光伏的當(dāng)日發(fā)電功率曲線與用電負(fù)荷曲線，那么就可以根據(jù)預(yù)測(cè)曲線提前安排火電等傳統(tǒng)化石能源發(fā)電廠的發(fā)電計(jì)劃，以達(dá)到最大幅度消納新能源的目的。

　　目前國(guó)內(nèi)可再生能源發(fā)電特別是對(duì)風(fēng)力發(fā)電的預(yù)測(cè)尚處于起步階段，對(duì)風(fēng)力發(fā)電的錯(cuò)誤估計(jì)，往往導(dǎo)致大規(guī)模棄風(fēng)。反觀德國(guó)，截至2014年年底，風(fēng)電裝機(jī)容量38115兆瓦，而棄風(fēng)率卻不到1%，如此高的消納利用率，得益于各個(gè)輸網(wǎng)公司對(duì)其控制區(qū)域內(nèi)風(fēng)電相對(duì)精確的預(yù)測(cè)。

　　右圖為德國(guó)四大輸網(wǎng)公司之一AmprionGmbH，對(duì)其所負(fù)責(zé)區(qū)域1月17日子夜至凌晨3時(shí)風(fēng)力發(fā)電功率的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值對(duì)比。從圖中可以看出，這一時(shí)段的偏差一直在15%左右波動(dòng)，基于這種精度的預(yù)測(cè)，再依托調(diào)頻市場(chǎng)，就可以達(dá)到對(duì)風(fēng)能幾乎完全的消納。

　　在德國(guó)四個(gè)大輸電區(qū)域中，由相應(yīng)的輸網(wǎng)公司負(fù)責(zé)維持電網(wǎng)穩(wěn)定。廠網(wǎng)分離之后輸電公司必須向調(diào)頻市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)平衡電力，以平衡計(jì)劃與實(shí)際之差。目前一次，二次，三次調(diào)頻能量可以按需拍賣(mài)，其中除一次調(diào)頻由于無(wú)法計(jì)量而按功率收取費(fèi)用外，其余兩種調(diào)頻皆按功率與電量進(jìn)行二元計(jì)費(fèi)。由輸網(wǎng)公司向相應(yīng)的調(diào)節(jié)商支付。同時(shí)由于德國(guó)存在四大輸電網(wǎng)區(qū)，各個(gè)輸電區(qū)域之間也會(huì)在進(jìn)行一些平衡。

　　同時(shí)，每個(gè)大輸電區(qū)又由許多平衡基團(tuán)組成，每個(gè)區(qū)域100個(gè)到200個(gè)不等。平衡基團(tuán)是德國(guó)電網(wǎng)調(diào)節(jié)中虛擬的基本單元，在此單元中，所有的終端用戶消耗電量、產(chǎn)電商發(fā)電量以及輸入輸出電量必須達(dá)到平衡。單元內(nèi)發(fā)電量，耗電量，流入流出電量都由平衡基團(tuán)責(zé)任方負(fù)責(zé)預(yù)測(cè)與經(jīng)營(yíng)，并且受到區(qū)域輸電網(wǎng)公司的管理。平衡基團(tuán)可大可小，在德國(guó)任何一個(gè)參與電力交易的能源公司，必須擁有至少一個(gè)平衡基團(tuán)，所以平衡基團(tuán)責(zé)任方可以是單純一家發(fā)電廠，也可以是負(fù)責(zé)給一片小區(qū)供電的能源公司。平衡基團(tuán)責(zé)任方必須每天預(yù)測(cè)自身區(qū)域內(nèi)流入與流出的電量，并制成計(jì)劃上交給輸網(wǎng)公司，而輸網(wǎng)公司會(huì)根據(jù)這些表格在內(nèi)部平衡之后做出全區(qū)域的計(jì)劃。

　　每當(dāng)實(shí)際流入流出平衡基團(tuán)的電量與計(jì)劃表發(fā)生偏差，平衡基團(tuán)責(zé)任方就必須向其所在輸電區(qū)域的輸電公司購(gòu)買(mǎi)平衡電力，而價(jià)格由輸電公司在二次調(diào)頻與三次調(diào)頻中的投入計(jì)算得出。在德國(guó)無(wú)論是正向平衡電力，還是逆向平衡電力的費(fèi)用是一樣的，都按照平衡電力的電量?jī)r(jià)格的加權(quán)平均值計(jì)算得出。而這個(gè)值，往往遠(yuǎn)大于在歐洲電力交易市場(chǎng)中的交易電價(jià)。

　　由此可見(jiàn)，一個(gè)平衡基團(tuán)責(zé)任方的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確與否，會(huì)直接影響到其在電力交易中的盈利。同時(shí)輸網(wǎng)公司的盈利也一定程度上與之相關(guān)，當(dāng)大輸電區(qū)的整體偏差較大時(shí)，會(huì)使輸網(wǎng)公司在一次調(diào)頻上的投入增大，對(duì)于這一部分支出，輸網(wǎng)公司不能從與下面的平衡基團(tuán)責(zé)任方的交易中得到補(bǔ)償，這就驅(qū)使輸網(wǎng)公司對(duì)其管理的平衡基團(tuán)責(zé)任方加強(qiáng)管理。由此，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)負(fù)荷與發(fā)電量，尤其是不穩(wěn)定的新能源的發(fā)電功率，成為輸網(wǎng)公司與平衡基團(tuán)責(zé)任方的利益訴求，大大提高了二者預(yù)測(cè)的積極性。提高了預(yù)測(cè)精度后便可以大大減少擁堵的可能性，增加新能源的消納。

　　上市交易

　　從2000年起的EEG(可再生能源法)對(duì)可再生能源承諾了20年補(bǔ)貼上網(wǎng)電價(jià)不變，這在當(dāng)初可再生能源發(fā)電，特別是光伏發(fā)電，成本較高的時(shí)候極大地刺激了市場(chǎng)投資建設(shè)的積極性，同時(shí)帶動(dòng)了整個(gè)新能源行業(yè)的發(fā)展，包括咨詢、設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)等，推動(dòng)了光伏等組件的量產(chǎn)。高額并且20年穩(wěn)定的補(bǔ)貼一方面是對(duì)社會(huì)資本的無(wú)風(fēng)險(xiǎn)收益承諾，但另一方面也使得可再生能源分?jǐn)傎M(fèi)節(jié)節(jié)上升，造成終端電價(jià)的上升，并且每年的分?jǐn)傎M(fèi)都將之后20年的長(zhǎng)度疊加，形成巨大的補(bǔ)貼慣性。不得不承認(rèn)，這是一種過(guò)于激進(jìn)的補(bǔ)貼機(jī)制，但在十幾年前光伏成本是煤電10倍，核電激進(jìn)地被逐年關(guān)停的情況下，如果不使用這種激進(jìn)的補(bǔ)貼機(jī)制很難刺激可再生能源行業(yè)的興起。這當(dāng)然是后話，沒(méi)有人能做這種假設(shè)。

　　至2012年，可再生能源發(fā)電已經(jīng)達(dá)到德國(guó)發(fā)電總量的23%，同時(shí)光伏風(fēng)電的波動(dòng)性與需求的偏離也在電力交易市場(chǎng)上越來(lái)越頻繁出現(xiàn)的負(fù)電價(jià)顯現(xiàn)出來(lái)。2011年EPEX現(xiàn)貨市場(chǎng)上負(fù)電價(jià)出現(xiàn)了3次，而到了2012年負(fù)電價(jià)出現(xiàn)了45次。解決這些時(shí)間上的局部供大于求，引導(dǎo)可再生能源發(fā)電合理匹配用電，只能用市場(chǎng)化的手段，這樣的背景促使了德國(guó)自2012年起對(duì)EEG的一項(xiàng)大改革——逐步強(qiáng)制可再生能源發(fā)電市場(chǎng)化交易。

　　可再生能源市場(chǎng)化交易(Direktvermaktung)，是指可再生能源發(fā)電在交易市場(chǎng)上賣(mài)出，除獲得交易價(jià)格的收益之外，還能獲得額度市場(chǎng)化交易獎(jiǎng)金。市場(chǎng)化交易獎(jiǎng)金分為兩部分，一部分為該類(lèi)可再生能源固定上網(wǎng)電價(jià)與該類(lèi)可再生能源當(dāng)月市場(chǎng)交易平均價(jià)格的差值;一部分為管理獎(jiǎng)金，用于補(bǔ)充該類(lèi)可再生能源發(fā)電商進(jìn)入市場(chǎng)化交易所付出的管理成本，金額由政府制定，逐年降低。市場(chǎng)化交易獎(jiǎng)金發(fā)放和結(jié)算機(jī)制與原來(lái)固定上網(wǎng)電價(jià)相同，由電網(wǎng)企業(yè)計(jì)量、發(fā)放，全國(guó)總計(jì)后以可再生能源分?jǐn)傎M(fèi)的形式分?jǐn)偟浇K端電價(jià)中。

　　這種可再生能源市場(chǎng)化的機(jī)制從多方面促進(jìn)了可再生能源發(fā)電的消納。

　　首先，鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電適應(yīng)供求關(guān)系。當(dāng)發(fā)電商在市場(chǎng)上賣(mài)電的交易價(jià)格高于當(dāng)月市場(chǎng)交易平均時(shí)，所獲總收益高于固定上網(wǎng)電價(jià)，反之，當(dāng)發(fā)電商在市場(chǎng)上賣(mài)電的交易價(jià)格低于當(dāng)月市場(chǎng)交易平均價(jià)時(shí)，所獲總收益低于固定上網(wǎng)電價(jià)。這就激勵(lì)了發(fā)電商在供小于求、電價(jià)較高的時(shí)候多發(fā)電，甚至發(fā)電商會(huì)為光伏安裝儲(chǔ)能設(shè)備，從而主動(dòng)使清潔能源的發(fā)電以需求為導(dǎo)向。

　　其次，鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電商進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。管理獎(jiǎng)金是用來(lái)彌補(bǔ)發(fā)電商進(jìn)入交易市場(chǎng)，培養(yǎng)相應(yīng)人才，預(yù)測(cè)、交易、結(jié)算等的管理成本。其中大部分增加的管理成本來(lái)自于可再生能源的預(yù)測(cè)。為了在交易市場(chǎng)上賣(mài)出最好的價(jià)格，發(fā)電商會(huì)主動(dòng)對(duì)可再生能源發(fā)電進(jìn)行更精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)。由于光伏、風(fēng)電的預(yù)測(cè)工作比水電、生物質(zhì)等難度和成本要大，因此光伏、太陽(yáng)能發(fā)電市場(chǎng)化交易的管理獎(jiǎng)金要高于其他可再生能源，最高比例在剛推出可再生能源市場(chǎng)化交易的2012年，風(fēng)電、光伏管理獎(jiǎng)金為1.2歐分/度電，而水電、生物質(zhì)等的管理獎(jiǎng)金為0.3歐分/度電。

　　再次，鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)調(diào)控裝置的安裝。在固定上網(wǎng)電價(jià)時(shí)期，可再生能源發(fā)電設(shè)備幾乎沒(méi)有加裝遠(yuǎn)程測(cè)控裝置，其發(fā)電量無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)。進(jìn)入市場(chǎng)化交易后，發(fā)電商有了動(dòng)力為發(fā)電設(shè)備加裝調(diào)控裝置。而這些調(diào)控裝置不僅使得發(fā)電更加以需求為導(dǎo)向，更為可再生能源發(fā)電參加調(diào)峰調(diào)頻奠定了基礎(chǔ)。

　　接下來(lái)，降低可再生能源分?jǐn)傎M(fèi)。由于開(kāi)展了市場(chǎng)化交易后可再生能源的發(fā)電以需求為導(dǎo)向，從總量上來(lái)說(shuō)可再生能源發(fā)電在交易市場(chǎng)上獲得了更高的售電價(jià)格，從而減少了最終會(huì)施加到可再生能源分?jǐn)傎M(fèi)中的補(bǔ)貼。如2012年新建的光伏發(fā)電設(shè)備的平均固定上網(wǎng)電價(jià)為21.7歐分/度電，平均市場(chǎng)化交易獎(jiǎng)金僅為15.1 歐分/度電。

　　最后，促進(jìn)了集成商的形成。并非所有的可再生能源發(fā)電商在規(guī)模上或者人力上都能夠進(jìn)入電力市場(chǎng)交易，因此小型的發(fā)電商會(huì)將其發(fā)電委托給集成商代理在市場(chǎng)上的售電。這些集成商也會(huì)以專(zhuān)業(yè)的預(yù)測(cè)和交易服務(wù)一方面能將分散的可再生能源發(fā)電打包起來(lái)在交易市場(chǎng)上交易降低風(fēng)險(xiǎn)，另一方面與需求側(cè)資源聯(lián)合起來(lái)形成虛擬電廠自我平衡。根據(jù)弗朗霍夫研究所的調(diào)研，一些集成商在2013年對(duì)于風(fēng)電、光伏的預(yù)測(cè)質(zhì)量已經(jīng)能與輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商媲美。

　　此外，德國(guó)可再生能源市場(chǎng)化交易的推出是逐步有序的。2012年起鼓勵(lì)可再生能源發(fā)電商自愿在固定上網(wǎng)電價(jià)和市場(chǎng)化交易中二選一;2014年1月起，裝機(jī)大于750kW的新裝生物氣發(fā)電設(shè)備必須市場(chǎng)化交易;8月起，所有裝機(jī)在500kW以上的新裝可再生能源發(fā)電設(shè)備市場(chǎng)化交易;2016年1月起，所有裝機(jī)在 100kW以上的新裝可再生能源發(fā)電設(shè)備市場(chǎng)化交易。為了鼓勵(lì)已有裝機(jī)自愿轉(zhuǎn)換到市場(chǎng)化交易模式，降低發(fā)電商對(duì)于新模式的顧慮，EEG規(guī)定發(fā)電商可以在每個(gè)月向輸電網(wǎng)申請(qǐng)?jiān)谑袌?chǎng)化交易和固定上網(wǎng)電價(jià)間轉(zhuǎn)換。而市場(chǎng)化交易帶來(lái)的較高交易電價(jià)、市場(chǎng)化獎(jiǎng)金以及參與調(diào)頻調(diào)峰市場(chǎng)獲得的紅利也讓發(fā)電商確實(shí)嘗到了甜頭，自愿轉(zhuǎn)入市場(chǎng)化交易的發(fā)電商的比例不斷升高。2012年初市場(chǎng)化交易機(jī)制引入后，至2012年底已經(jīng)有約80%的風(fēng)電，39%的生物質(zhì)發(fā)電以及7%的光伏發(fā)電自愿從固定上網(wǎng)電價(jià)模式轉(zhuǎn)換到市場(chǎng)化交易模式。

　　從德國(guó)十五年的能源轉(zhuǎn)型以及可再生能源發(fā)電成功消納的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，完善的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施是發(fā)展可再生能源的硬件保障，目前德國(guó)依托歐洲大電網(wǎng)，已經(jīng)建立了相對(duì)完善的網(wǎng)狀電網(wǎng)，如果在一個(gè)國(guó)家的電網(wǎng)尚未發(fā)展到充裕的網(wǎng)孔布局階段，在某一區(qū)域又沒(méi)有互相分?jǐn)偱c消納，一旦擁堵便是大規(guī)模棄風(fēng)棄電。

　　引入市場(chǎng)化機(jī)制可以有利調(diào)動(dòng)各業(yè)務(wù)單元的積極性，同時(shí)帶動(dòng)一個(gè)新的行業(yè)。調(diào)頻市場(chǎng)的開(kāi)放，平衡基團(tuán)的設(shè)立，雖然只是一個(gè)復(fù)雜龐大市場(chǎng)機(jī)制中的一部分，但卻可以促進(jìn)可再生能源風(fēng)光的預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)，同時(shí)帶動(dòng)了相關(guān)的技術(shù)與金融服務(wù)，正如歐洲能源交易市場(chǎng)上還有基于天氣的金融衍生品，可以對(duì)沖預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)。此外可再生能源的市場(chǎng)化可以進(jìn)一步繁榮售電市場(chǎng)，還能帶動(dòng)可再生能源發(fā)電設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，甚至進(jìn)一步促進(jìn)調(diào)頻市場(chǎng)。而這一切，都是通過(guò)合理的市場(chǎng)機(jī)制，將可再生能源的發(fā)展同時(shí)轉(zhuǎn)化為了各個(gè)相關(guān)方的利益訴求，形成良性循環(huán)的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。

來(lái)源：能源評(píng)論

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