2012年,德國能源消費總量4.5億噸標準煤,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市場。其中,可再生能源在一次能源消費和終端能源消費中的比重分別為11.7%和12.6%,發電量占比21.9%。2012年,德國發電裝機約1.78億千瓦,其中光伏發電3264萬千瓦,風電3131萬千瓦,生物質發電765萬千瓦,水電440萬千瓦;可再生能源發電量約1361億千瓦時,其中風電460億千瓦時,生物質408億千瓦時,光伏發電280億千瓦時,水電212億千瓦時。
德國能源轉型戰略頂層設計
德國能源轉型戰略(Energiewende)的總體目標是逐步轉變成以可再生能源為支柱的能源系統,包括《能源理念》和《一攬子能源法案》兩部分。2010年發布的《能源理念》提出了長期發展目標。
2011年日本福島核事故加快了德國棄核的步伐和能源轉型戰略的實施,重點措施包括以下5個方面:
加快電網建設。德國風電資源主要在北部地區,而負荷中心集中在西部和南部,因此需要建設大規模輸電通道;大量分布式發展的可再生能源(主要是光伏),要求配電網能夠處理潮流和信息的雙向流動,將當地多余的可再生能源電力輸送至其他地區。輸電通道方面,德國修訂了《能源工業法》,新出臺了《加快電網擴張法》和《聯邦需求規劃法》,以縮短規劃和審批程序,加快建設進度。配電網方面主要是發展智能電網,將來配電網不再是傳統的輻射式結構,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,需求側能夠有效地響應電力系統的技術和市場價格信號。
提高電力系統靈活性。德國《可再生能源法》確立了可再生能源的優先調度地位,改變了基本負荷由核電、煤電等基荷電廠承擔的傳統模式。隨著德國能源轉型戰略的不斷推進,將來煤電、氣電等常規電廠將更多地向提供備用的角色轉變(2030年發電量占比降至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。這就需要創新市場機制,讓常規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),并充分利用需求側資源。
提高能源使用效率。2008年以來,德國能耗降低和經濟增長的解耦態勢逐步顯現,能源生產率每年提高約2%。德國能源轉型戰略提出,到2020年一次能源消費比2008年降低20%,到2050年降低50%。為此,德國聯邦經濟技術部提供了一系列的信息、咨詢和資金服務,包括能效基金、德國復興信貸銀行的建筑裝修計劃、低息貸款和為中小企業提供的節能資金計劃,修訂《節能法》提高新建筑能效標準等。
加強能源創新研究。創新和新技術研發是德國能源轉型戰略成功的關鍵之一。德國政府2011年啟動了3年資助35億歐元的能源研發計劃,重點領域集中在可再生能源、能效、儲能和電網技術等方面,重點項目包括更高效更靈活的H級燃氣輪機,儲能基金計劃項目,未來電網基金計劃項目(輸配電技術優化、智能電網、電網規劃及管理新思路、負荷管理創新)等。
強化歐盟內部合作。從上世紀90年代開始,歐盟致力于建設一個泛歐電力和天然氣市場———歐盟內部能源市場,要求建設泛歐能源基礎設施網絡,促進跨國能源貿易。這將構成德國電網建設的外部環境,也有利于在更大的區域內平衡和消納可再生能源,促進德國能源轉型戰略的實施。
德國電力市場化和可再生能源發展互相促進
德國能源轉型戰略的實施離不開電力市場環境,同時也推動著市場化改革進程,德國可再生能源的發展歷程恰好與其電力市場化進程重合,兩者相互影響、促進。
1998年德國發布《能源法案》,開始了電力市場化改革。和英法等國不同,此前德國電力工業不是壟斷的國有企業,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和絕大多數發電廠,2000年四大公司裝機容量占德國的90%。
2005年,德國修訂了《能源法案》,成立了聯邦網絡監管機構,負責監管所有用戶數超過10萬的電網運營商和用戶低于10萬但跨州運行的電網,其余較小的電網由各州政府監管。按照歐盟指令的要求,《能源法案2005》要求分拆輸電網和配電網。截至目前,德國輸電系統包括4家公司,其中原屬Vattenfall和E.ON集團的輸電系統完成了所有權分離,分別成為50Hertz和TenneT輸電公司,Amprion(原屬RWE)完成了部分所有權分離,RWE仍擁有25%的股份,TransnetBW仍由EnBW公司獨資所有。
2000年以來,由于可再生能源的快速發展、核電機組的關停以及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,目前其發電裝機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。
目前,德國電力工業各環節都有眾多的市場參與方,其中1兆瓦以上的獨立發電商約有300個,10兆瓦以上的獨立發電商約126個;網絡運營商(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年德國常規機組調度順序,基于邊際成本報價低的機組優先調用,報價高的機組后調用。
德國《可再生能源法》支撐能源轉型戰略落實
德國能源轉型戰略的落實依靠包括《可再生能源法(EEG)》在內的一攬子能源法案。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:上網電價基于發電成本確定,不再比照零售電價確定,由此不同類型、不同規模的可再生能源發電確定不同的上網電價,回報率在5%~10%不等。電量保證收購年限延長到20年。基于預期的成本降幅,每年調降新投產的可再生能源上網電價,即上網電價遞減。
德國《可再生能源法》的基本原則包括:
投資保護原則。基于各類可再生能源的技術經濟條件,建立長期的、固定的上網電價機制和電網優先強制接入、收購和輸電法令,來保障可再生能源投資者利益。
費用均攤原則。由固定電價機制和并網等增加的成本由消費者共同承擔。
激勵創新原則。對各類可再生能源設定不同的周期,以某一比例對其上網電價進行周期性下調,對產業鏈利益相關方產生明確、持續的成本壓力,以經濟杠桿激勵技術創新。
正是通過對《可再生能源法》的修訂,德國不斷動態調整能源轉型戰略的發展目標。德國分別于2004、2009和2012年對該法案進行了比較大的修訂。比較而言,在長期目標方面的重要調整是:
EEG2000只籠統提出到2010年將可再生能源在德國全部能源消費中的比例至少增加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年的長遠目標(見表),把2020年電量比例目標提高到35%,并增加了可再生能源在終端能源消費中的比例目標。目前,德國正在著手改革《可再生能源法EEG2014》,增加了2025年和2035年發展目標,分別為40%~45%和55%~60%。
德國能源轉型戰略的影響及未來發展動向
促進可再生能源快速發展。2000年《可再生能源法》出臺后,德國可再生能源發電量增長迅猛,2012年達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個州的風電發電量已占其用電量的45%以上,2011年德國風、光瞬間出力與電力負荷的比值最高已達60%。
促進了上網電價政策的推廣。可再生能源激勵政策包括上網電價、配額制、凈計量結算以及財稅金融等多種類型。德國能源轉型戰略的成功為上網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電價政策,歐洲范圍內出現一種明顯的政策趨同態勢。截至2013年初,共有71個國家和28個州/省級政府實施了各種形式的上網電價政策。
存在的主要問題。其一,長期、固定的上網電價實質上是對可再生能源提供補貼,但對德國現行電力市場是一種扭曲。上網電價和批發市場電價之間的價差由廣大消費者以可再生能源附加費的形式共同承擔(一些重工業得以豁免),2000年以來附加費快速增加,從0.2歐分/千瓦時增長到2014年的6.24歐分/千瓦時。其二,上網電價政策導致德國的一些終端電價在歐洲范圍內處于很高水平(見圖3),引起了企業界對德國工業競爭力的擔憂。其三,現行市場和政策條件下,可再生能源發電量大增導致德國電力批發交易價格大幅下降,常規電廠(主要是氣電)處于備用狀態,運營虧損。2013年E.ON、RWE和EnBW集團宣布將關停總容量約1500萬千瓦的常規電廠。其四,由于電網結構和容量的限制,德國也不能完全消除棄風等現象,在某些時段棄風成為維持電網穩定和安全的必要手段。《可再生能源法》授權受影響的發電商從電網運營商獲取經濟賠償。
未來的發展方向。現階段可再生能源開發成本高,需要補貼扶持和激勵政策。將來隨著開發成本的快速降低和技術的不斷創新,可再生能源將逐步達到可以和常規電源競爭的水平,最終不需要政策扶持,實現自身良性發展。因此,德國將來也會順應這一趨勢,采用更加市場化的政策設計,讓可再生能源逐步融入電力市場,創新電力市場機制,比如直接營銷。同時,也會考慮常規電源的定位及生存問題,確保電力供給安全,比如戰略備用機制或容量市場等。
啟示
沒有通用的能源戰略,只有最合適的能源戰略。堅持把一般原則、普遍規律和具體國情(國土幅員、自然稟賦、要素結構等)相結合,才能制定順應趨勢、促進生產力發展的能源戰略、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于我國一個省,資源多樣性、規模、空間格局等自然稟賦決定了能源開發和利用方式,其風電、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,是最大的市場經濟國家,可再生能源開發集中式和分散式并重、以集中式為主,其前10大風電場裝機容量約714萬千瓦,前100大風電場裝機約3000萬千瓦,占美國風電總裝機的50%。
能源戰略應設定長遠目標并動態調整。我國能源戰略及規劃的前瞻性和系統性亟待提高,應制定明確、完善的頂層設計和長遠發展目標,并通過定期評估機制動態調整。德國能源轉型戰略和長遠目標的形成也是一個漸進的過程,而德國是一個政黨輪流執政的市場經濟國家,持之以恒地堅持發展可再生能源、保持能源戰略和政策的連續性更是難能可貴。
堅持電力市場化的方向不動搖。經過10多年的市場化改革,德國電力市場已經發展成為歐洲最大、流動性最強、充分競爭的電力市場。實踐證明,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,天然氣發電邊際成本較高,報價也高,按“報價低先調度”的原則,調度順序一般在核電和煤電之后,盡管其運行小時數較少,較高的成交電價也能保證其盈利;而在我國現行機制下,上網電價由政府制定,氣電能否盈利完全演變成企業爭取調電價和政府補貼的博弈。另外,形勢發展也要求堅持以市場的觀念和視角看待市場經濟國家的能源問題,借鑒其成功經驗。
應對間歇性可再生能源發展的共性問題。風電、光伏現階段仍需要補貼,還無法與常規電廠競爭。扶持激勵政策的設計則取決于該國市場環境和具體國情,需要具體分析。資源分布和負荷分布不一致幾乎是各國的共性特點。集中和分散式開發并重原則,決定了各國電網建設的兩大共性方向———遠距離輸電通道和配電側智能電網建設。前者有利于在更大范圍內平衡和消納,而分布式發電要求配電網進行信息和能源的雙向交流和互動,發展智能電力。
積極應對間歇性可再生能源發展對電力市場的挑戰。間歇性可再生能源的迅猛發展已經給德國常規電源的經營和生存帶來了巨大沖擊,然而常規電源對保證電力安全可靠供應仍然至關重要。這就要求創新市場機制和政策設計,既讓常規電廠能夠生存、盈利,也促進可再生能源盡快融入市場,并最終擺脫補貼依賴。未來電力系統也要求常規電源具有更高的運行靈活性,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。