目前，隨著大規(guī)模可再生能源的開發(fā)使用，如何將這些發(fā)電更靈活地并入電網并減少對電網穩(wěn)定性的沖擊，如何更加有效地利用可再生能源發(fā)電，成為世界各國研究的課題。德國的新能源發(fā)電消納比例相當高，其在政策支撐、管理模式、技術創(chuàng)新等方面對新能源發(fā)電采取的措施，值得電力同行借鑒。
歐洲新能源負電價是怎么形成的？
與傳統(tǒng)燃料相比，可再生能源的優(yōu)勢除了環(huán)保，還有一個重要的因素——成本接近零。傳統(tǒng)的電源邊際成本主要是燃料成本，可再生能源發(fā)電的燃料成本卻為零，其邊際成本也接近零，因此在完全市場競價的機制下是最優(yōu)先上網的電源，這種優(yōu)勢在里夫金的《零邊際成本社會》和國家電網公司董事長劉振亞的《全球能源互聯(lián)網》中都有介紹。
其他電源邊際成本從低到高依次為核電、煤電、氣電，這也是各類電源競價上網順序。如果可再生能源能夠滿足或超過用電負荷，而系統(tǒng)中又出現(xiàn)大量瓶頸，電力市場將出現(xiàn)零電價或負電價。當可再生能源進入市場后，電力批發(fā)價格會出現(xiàn)下跌。一種特殊的情況是，當可再生能源發(fā)電量本身就滿足用電負荷時，批發(fā)電價就是零。
引入這一機制是歐洲電力市場發(fā)展的一個趨勢，2007~2012年，諸多歐洲國家的電力市場規(guī)則中允許出現(xiàn)負電價，包括加入歐洲電力日前交易市場EPEX的四個國家（法國、德國、奧地利、瑞士）以及北歐、比利時和荷蘭，其他電力市場仍不允許批發(fā)電價跌至零以下。
近年來，新能源裝機在中國快速增長，2015年，在直購和發(fā)電權交易等政策已有所實施的情況下，中國的新能源企業(yè)將區(qū)域標桿電價全部讓出，發(fā)出零電價信號，僅得國家補貼，為了獲得部分發(fā)電權。拿到國家補貼的新能源在電價讓利，形成了重新補貼污染企業(yè)、高耗能的怪圈。這與當年歐洲的負電價的意義不同，歐洲的負電價/零電價為日前市場，作為市場定價，是發(fā)電設備商的被動行為；而中國的零電價是發(fā)生在中長期交易中，是發(fā)電設備商的主動行為。由此看來，中國對新能源消納技術創(chuàng)新更加迫切，亟待解決的政策與管理問題也很明顯。
本圖展示了德國最適合需求側響應的工業(yè)用電大戶的潛力，包括制鋁、制氯、造紙、鋼鐵、水供應和水泥產業(yè)。
中德新能源發(fā)展情況對比
德國水電協(xié)會（BDEW）公布的數據顯示，2015年德國電力凈過剩量同比升高47%，達到502億千瓦時，德國2015年能源消耗總量同比增長了1.3%。這與氣溫變低、經濟形勢轉好和包括移民在內的100萬新增人口有關。另外，由于能源使用效率的提高和清潔能源的發(fā)展，2015年德國碳排放比去年又減少了11%。截至2015年年底，德國全境裝機容量近2億千瓦，風電與光伏總裝機為8500萬千瓦，但德國的棄風棄光率不超過1%，在較高新能源裝機前提下仍可以達到如此高的消納率。
根據國家能源局數據顯示，截至2015年年底中國電力總裝機容量近15億千瓦，風電累計并網裝機1.29億千瓦，全國光伏發(fā)電累計裝機量達到4300萬千瓦，超越德國成為全球光伏累計裝機量最大的國家。而全國總體棄風棄光率超過10%，個別地區(qū)更加極端，并且火電機組全年平均發(fā)電小時數持續(xù)下降。
德國提高新能源消納比例的措施
德國提高新能源消納的措施分為政策創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和技術創(chuàng)新等幾個維度。如采用新能源直接上網交易新政策、建設并網評估和規(guī)劃體系、增加新能源的主動可調節(jié)性、電力系統(tǒng)再調度、主動改善負荷特性等手段。各種手段對于提高新能源消納能力的權重是無法評估的，卻在不同層面達到了異曲同工的效果。
直接上網交易的政策創(chuàng)新。在固定電價補貼模型下，德國新能源電站所有者與政府簽訂長達20年的固定電價收購合同，新能源電力由電網運營商全額收購后在電力現(xiàn)貨交易所中進行交易。但是由于新能源的成本正在迅速降低，固定補貼機制突顯眾多弊端。德國重要的《可再生能源法》在2014年版中就進行了大量修訂，其核心為要求新并網的新能源電站進行直接上網交易，這一舉措改變了之前新能源電力只能通過電網運營商上網交易的狀況，改為委托直售電商進行交易，可再生能源電力也不僅能夠在現(xiàn)貨市場上交易，還能簽訂場外合約和長期合約，極大地增強了新能源的可交易特性，也為新能源消納提供了政策基礎，各種不同角色都將主動促進新能源的發(fā)展。
合理規(guī)劃，做好并網評估。減少新能源發(fā)電的不利影響，需要在電源電網規(guī)劃階段通過相關的評估流程予以引導。德國已建立相應的新能源并網（集中并網或分布式并網）評估體系。在新能源電站的詳細設計方案完成后，需要對新能源并網的影響予以技術評估或認證，確保分布式新能源并網后電網的可靠穩(wěn)定運行。
增加新能源的主動可調節(jié)性。當大規(guī)模分布式電源并網時，電網阻塞也可能來自配電網，這不僅需要對集中式大型電站，也要對分布式新能源進行功率調節(jié)（包括有功和無功），這已在德國所有配電網投入使用，這樣的技術手段可以減少輸網配網阻塞，提高新能源消納。德國通過新能源法對分布式電源遠程調控提出了規(guī)定，幾乎所有的風電都可以被遠程調控，將近一半的光伏太陽能能夠被遠程調控。
電力系統(tǒng)再調度。新能源優(yōu)先并網難以避免傳輸阻塞問題，針對這一問題,電網運營商開發(fā)了多個預測分析及決策模塊來輔助調度決策。預測模塊包括日間、日前、兩日前三個面向不同交易時間點的計算功能模塊，使電網調度人員提前了解到可能出現(xiàn)阻塞的時間和線路。分析模塊將分析出現(xiàn)阻塞的線路，找出所有可能的解決方案。決策模塊將對所有方案進行成本和時間分析，從而找出最優(yōu)方案。在阻塞無法通過非市場手段解決時，只能對電廠發(fā)電進行再調度，在保證阻塞緩解的情況下使發(fā)電成本最低化。這一系統(tǒng)已實現(xiàn)對德國四家輸電網統(tǒng)一進行再調度的管理，對解決新能源消納問題作用突出。
主動改善負荷特性。德國政府希望通過充分挖掘需求側的靈活性，使得從全民經濟最優(yōu)的角度維持電力系統(tǒng)運行的高可靠性。通過這樣的方式，現(xiàn)有電力市場功能優(yōu)化后，可以放棄容量市場并且更多地消納新能源。電網公司通過需求側管理，用最少成本獲取靈活性來保證系統(tǒng)安全運行，并減少由于新能源導致的電網擴建從而提高新能源消納效率。用電客戶希望在盡可能少影響自己的舒適度或者生產的情況下降低購電成本，甚至主動參與到現(xiàn)有的輔助市場中獲得額外利潤。第三方聚合商可以集成各類客戶，利用規(guī)模效應更容易參與市場競價收取服務費。
我國新能源消納可以借鑒的經驗
總而言之，高比例新能源下的電力系統(tǒng)將要發(fā)生巨大變化，也將帶來多重挑戰(zhàn)。為了迎接未來電力系統(tǒng)，我們應該從政策創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和技術創(chuàng)新等幾個維度去審視這一問題。積極采取以下措施：研究應對大比例新能源的電力市場建設方案、建設并網評估和電源電網協(xié)調規(guī)劃體系、增加新能源的主動可調節(jié)性、增強電力系統(tǒng)再調度能力、熟悉和采用負荷特性調節(jié)手段等。
我國電力行業(yè)應持續(xù)推動智能電網技術革新并支撐能源結構調整和能源消費革命，以德國經驗為例，深挖電力能源產業(yè)鏈，從基礎研究、相關技術手段到典型示范應用電力全產業(yè)鏈條的布局都將為大規(guī)模可再生能源消納、多元用戶供需互動用電模式、多能互補的分布式功能和智能電網發(fā)展提供技術手段，這樣的布局也符合建設全球能源互聯(lián)網的要求和內涵，為迎來新時代電網做出前瞻性貢獻。
（范征，北京艾能萬德智能技術有限公司；廖宇，德國柏林東德電網公司）
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