从负电价看德国新能源消纳的借鉴意义
来源：国家电网报 | 0评论 | 4687查看 | 2016-03-22 09:49:06
目前，随着大规模可再生能源的开发使用，如何将这些发电更灵活地并入电网并减少对电网稳定性的冲击，如何更加有效地利用可再生能源发电，成为世界各国研究的课题。德国的新能源发电消纳比例相当高，其在政策支撑、管理模式、技术创新等方面对新能源发电采取的措施，值得电力同行借鉴。
欧洲新能源负电价是怎么形成的?
与传统燃料相比，可再生能源的优势除了环保，还有一个重要的因素——成本接近零。传统的电源边际成本主要是燃料成本，可再生能源发电的燃料成本却为零，其边际成本也接近零，因此在完全市场竞价的机制下是最优先上网的电源，这种优势在里夫金的《零边际成本社会》和国家电网公司董事长刘振亚的《全球能源互联网》中都有介绍。
其他电源边际成本从低到高依次为核电、煤电、气电，这也是各类电源竞价上网顺序。如果可再生能源能够满足或超过用电负荷，而系统中又出现大量瓶颈，电力市场将出现零电价或负电价。当可再生能源进入市场后，电力批发价格会出现下跌。一种特殊的情况是，当可再生能源发电量本身就满足用电负荷时，批发电价就是零。
引入这一机制是欧洲电力市场发展的一个趋势，2007~2012年，诸多欧洲国家的电力市场规则中允许出现负电价，包括加入欧洲电力日前交易市场EPEX的四个国家(法国、德国、奥地利、瑞士)以及北欧、比利时和荷兰，其他电力市场仍不允许批发电价跌至零以下。
近年来，新能源装机在中国快速增长，2015年，在直购和发电权交易等政策已有所实施的情况下，中国的新能源企业将区域标杆电价全部让出，发出零电价信号，仅得国家补贴，为了获得部分发电权。拿到国家补贴的新能源在电价让利，形成了重新补贴污染企业、高耗能的怪圈。这与当年欧洲的负电价的意义不同，欧洲的负电价/零电价为日前市场，作为市场定价，是发电设备商的被动行为;而中国的零电价是发生在中长期交易中，是发电设备商的主动行为。由此看来，中国对新能源消纳技术创新更加迫切，亟待解决的政策与管理问题也很明显。
中德新能源发展情况对比
德国水电协会(BDEW)公布的数据显示，2015年德国电力净过剩量同比升高47%，达到502亿千瓦时，德国2015年能源消耗总量同比增长了1.3%。这与气温变低、经济形势转好和包括移民在内的100万新增人口有关。另外，由于能源使用效率的提高和清洁能源的发展，2015年德国碳排放比去年又减少了11%。截至2015年年底，德国全境装机容量近2亿千瓦，风电与光伏总装机为8500万千瓦，但德国的弃风弃光率不超过1%，在较高新能源装机前提下仍可以达到如此高的消纳率。
根据国家能源局数据显示，截至2015年年底中国电力总装机容量近15亿千瓦，风电累计并网装机1.29亿千瓦，全国光伏发电累计装机量达到4300万千瓦，超越德国成为全球光伏累计装机量最大的国家。而全国总体弃风弃光率超过10%，个别地区更加极端，并且火电机组全年平均发电小时数持续下降。
德国提高新能源消纳比例的措施
德国提高新能源消纳的措施分为政策创新、管理创新和技术创新等几个维度。如采用新能源直接上网交易新政策、建设并网评估和规划体系、增加新能源的主动可调节性、电力系统再调度、主动改善负荷特性等手段。各种手段对于提高新能源消纳能力的权重是无法评估的，却在不同层面达到了异曲同工的效果。
直接上网交易的政策创新。在固定电价补贴模型下，德国新能源电站所有者与政府签订长达20年的固定电价收购合同，新能源电力由电网运营商全额收购后在电力现货交易所中进行交易。但是由于新能源的成本正在迅速降低，固定补贴机制突显众多弊端。德国重要的《可再生能源法》在2014年版中就进行了大量修订，其核心为要求新并网的新能源电站进行直接上网交易，这一举措改变了之前新能源电力只能通过电网运营商上网交易的状况，改为委托直售电商进行交易，可再生能源电力也不仅能够在现货市场上交易，还能签订场外合约和长期合约，极大地增强了新能源的可交易特性，也为新能源消纳提供了政策基础，各种不同角色都将主动促进新能源的发展。
合理规划，做好并网评估。减少新能源发电的不利影响，需要在电源电网规划阶段通过相关的评估流程予以引导。德国已建立相应的新能源并网(集中并网或分布式并网)评估体系。在新能源电站的详细设计方案完成后，需要对新能源并网的影响予以技术评估或认证，确保分布式新能源并网后电网的可靠稳定运行。
增加新能源的主动可调节性。当大规模分布式电源并网时，电网阻塞也可能来自配电网，这不仅需要对集中式大型电站，也要对分布式新能源进行功率调节(包括有功和无功)，这已在德国所有配电网投入使用，这样的技术手段可以减少输网配网阻塞，提高新能源消纳。德国通过新能源法对分布式电源远程调控提出了规定，几乎所有的风电都可以被远程调控，将近一半的光伏太阳能能够被远程调控。
电力系统再调度。新能源优先并网难以避免传输阻塞问题，针对这一问题,电网运营商开发了多个预测分析及决策模块来辅助调度决策。预测模块包括日间、日前、两日前三个面向不同交易时间点的计算功能模块，使电网调度人员提前了解到可能出现阻塞的时间和线路。分析模块将分析出现阻塞的线路，找出所有可能的解决方案。决策模块将对所有方案进行成本和时间分析，从而找出最优方案。在阻塞无法通过非市场手段解决时，只能对电厂发电进行再调度，在保证阻塞缓解的情况下使发电成本最低化。这一系统已实现对德国四家输电网统一进行再调度的管理，对解决新能源消纳问题作用突出。
主动改善负荷特性。德国政府希望通过充分挖掘需求侧的灵活性，使得从全民经济最优的角度维持电力系统运行的高可靠性。通过这样的方式，现有电力市场功能优化后，可以放弃容量市场并且更多地消纳新能源。电网公司通过需求侧管理，用最少成本获取灵活性来保证系统安全运行，并减少由于新能源导致的电网扩建从而提高新能源消纳效率。用电客户希望在尽可能少影响自己的舒适度或者生产的情况下降低购电成本，甚至主动参与到现有的辅助市场中获得额外利润。第三方聚合商可以集成各类客户，利用规模效应更容易参与市场竞价收取服务费。
我国新能源消纳可以借鉴的经验
总而言之，高比例新能源下的电力系统将要发生巨大变化，也将带来多重挑战。为了迎接未来电力系统，我们应该从政策创新、管理创新和技术创新等几个维度去审视这一问题。积极采取以下措施：研究应对大比例新能源的电力市场建设方案、建设并网评估和电源电网协调规划体系、增加新能源的主动可调节性、增强电力系统再调度能力、熟悉和采用负荷特性调节手段等。
我国电力行业应持续推动智能电网技术革新并支撑能源结构调整和能源消费革命，以德国经验为例，深挖电力能源产业链，从基础研究、相关技术手段到典型示范应用电力全产业链条的布局都将为大规模可再生能源消纳、多元用户供需互动用电模式、多能互补的分布式功能和智能电网发展提供技术手段，这样的布局也符合建设全球能源互联网的要求和内涵，为迎来新时代电网做出前瞻性贡献。
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