三、風(fēng)光發(fā)電量躍升，傳統(tǒng)電源調(diào)峰化解決消納問(wèn)題
(一)風(fēng)光占比提升帶來(lái)消納問(wèn)題，火電是調(diào)節(jié)電源主力
歐洲各國(guó)電源結(jié)構(gòu)迥異，風(fēng)光占比提升為共同趨勢(shì)。歐洲各國(guó)根據(jù)資源稟賦差異， 發(fā)展出不同的主力電源，在面對(duì)風(fēng)光占比提升帶來(lái)的消納問(wèn)題中，火電、水電等傳 統(tǒng)能源普遍發(fā)揮調(diào)峰消納能力，主要可以分為以下幾類：
(1)丹麥，以煤為主到以風(fēng)光為主：2000年煤電發(fā)電量占比超40%，2022年降至 10.5%，風(fēng)光發(fā)電量占比已超60%，生物質(zhì)發(fā)電占比23%，丹麥主要依靠與鄰國(guó)電網(wǎng) 互聯(lián)，挪威和瑞典均是水電富余國(guó)家，通過(guò)電量進(jìn)出口調(diào)節(jié)國(guó)內(nèi)電量消納，所以風(fēng) 光占比高仍然沒(méi)有出現(xiàn)消納問(wèn)題;
(2)法國(guó)，以核為主發(fā)展風(fēng)光：2000年核電發(fā)電量占比78%，2022年降至63%，風(fēng) 光占比提升至12%，氣電占比9%，核電自身具備一定調(diào)節(jié)能力，作為清潔電源不存 在碳排放壓力，穩(wěn)定運(yùn)行的核電降低了法國(guó)對(duì)外國(guó)天然氣的依賴，少量氣電可調(diào)節(jié) 風(fēng)光消納;
(3)挪威，以水為主發(fā)展風(fēng)光：挪威境內(nèi)水能資源豐富，21世紀(jì)初發(fā)電量幾乎全部 來(lái)自水電，2022年水電發(fā)電量占比90%以上，風(fēng)光占比提升至7.5%，水電兼具清潔 性穩(wěn)定性，無(wú)消納壓力，同時(shí)可與丹麥互聯(lián)相互調(diào)節(jié);
(4)波蘭，以煤為主轉(zhuǎn)型風(fēng)光：波蘭是歐盟煤炭大國(guó)，2000年煤電發(fā)電量占比95%， 2022年降至69%，風(fēng)光占比提升至15.5%，高比例煤電可以解決風(fēng)光消納問(wèn)題，短 期內(nèi)仍然難以擺脫對(duì)煤炭依賴;
(5)意大利：以氣為主發(fā)展風(fēng)光：2022年氣電發(fā)電量占比51%，風(fēng)光占比17%，高 比例氣電調(diào)峰能力強(qiáng)，主要補(bǔ)齊電量缺口;
(6)德國(guó)：煤+風(fēng)光為主、逐步關(guān)停核電：德國(guó)能源結(jié)構(gòu)相對(duì)均衡，過(guò)去以煤電、 核電為主，重點(diǎn)發(fā)展風(fēng)光，2022年煤電和風(fēng)光發(fā)電量占比分別為31%、32%，氣電 16.5%，并計(jì)劃關(guān)閉所有核電站，2022年核電占比降至6.3%,較高比例的火電和跨境 互聯(lián)的電網(wǎng)為德國(guó)風(fēng)光提供調(diào)峰消納。
風(fēng)光發(fā)電份額的增加放大電力系統(tǒng)凈負(fù)荷波動(dòng)，調(diào)高靈活性調(diào)節(jié)需求。根據(jù)IEA預(yù)測(cè)， 在APS情景中(假設(shè)所有減排承諾和能源目標(biāo)都實(shí)現(xiàn))，到2030年全球電力系統(tǒng)中 風(fēng)光發(fā)電份額將增至30%，到2050年將增至60%。在歐盟能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，不可 調(diào)度的風(fēng)光發(fā)電份額的增加放大了凈負(fù)荷(電力需求中去除風(fēng)光發(fā)電后的負(fù)荷)的 變動(dòng)，顯著提高了電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)的需求。預(yù)測(cè)到2030年底，歐洲的電力系統(tǒng) 靈活性調(diào)節(jié)需求將增加50%。
靈活調(diào)節(jié)電源與可再生能源發(fā)電裝機(jī)的配比不斷提升。歐洲國(guó)家靈活電源比重相對(duì) 較高，德國(guó)、丹麥、西班牙、英國(guó)的靈活調(diào)節(jié)電源與可再生能源發(fā)電裝機(jī)的配比分別 為44%、43%、140%和190%。在歐洲五大電力市場(chǎng)中(英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、意大利 和西班牙)，Wood Mackenzie預(yù)測(cè)到2040年將新增169GW風(fēng)電和172GW光伏裝機(jī)， 與之對(duì)應(yīng)的電力系統(tǒng)靈活性資源將從2020年的122GW增至2030年的202GW、2040 年的260GW，靈活性電源的裝機(jī)占比再度提升。 火電是現(xiàn)階段靈活性調(diào)節(jié)的主要電源，儲(chǔ)能和需求側(cè)響應(yīng)將接力火電成為能源結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)型的后備主力。電力系統(tǒng)的靈活性資源包括發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、需求側(cè)響應(yīng)和儲(chǔ)能 四類。從靈活性調(diào)節(jié)的供給結(jié)構(gòu)來(lái)看，火電提供了目前維持電力系統(tǒng)可靠性所需要 的大部分靈活性電源，其次是水電和需求側(cè)響應(yīng)。在近十年，火電仍是靈活性調(diào)節(jié) 的主要電源，其次是電池儲(chǔ)能和需求側(cè)響應(yīng)的大規(guī)模增長(zhǎng)，是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的后備 主力。
(二)他山之石，丹麥和德國(guó)傳統(tǒng)電源調(diào)峰化解決消納問(wèn)題
丹麥、德國(guó)等國(guó)家新能源占比超30%，其解決風(fēng)光消納方式可供借鑒。歐盟新能源 發(fā)展速度快，但各國(guó)發(fā)展進(jìn)度不一，2022年1-11月丹麥風(fēng)光發(fā)電量占比已達(dá)64%， 德國(guó)、荷蘭等國(guó)占比已超30%，這些國(guó)家在新能源滲透率提升過(guò)程中已面臨過(guò)消納 問(wèn)題，其解決方案主要在于將傳統(tǒng)電源調(diào)峰化、以市場(chǎng)化電價(jià)機(jī)制鼓勵(lì)火電調(diào)峰， 或通過(guò)跨境電力互濟(jì)引入其他國(guó)家的傳統(tǒng)電源參與調(diào)峰消納。
丹麥加速淘汰煤電，當(dāng)前煤電主要發(fā)揮調(diào)峰作用。復(fù)盤丹麥21世紀(jì)以來(lái)電力結(jié)構(gòu)演 變過(guò)程，風(fēng)光等可再生能源逐漸取代煤電等傳統(tǒng)能源，在2000年丹麥煤電裝機(jī) 5.0GW(占比56.3%)，2000-2009年，丹麥煤電緩慢下滑，仍是電力的主要供應(yīng)來(lái) 源并提供靈活性調(diào)節(jié)，2009年后，煤電裝機(jī)加速淘汰，到2021年煤電裝機(jī)僅余1.2GW (占比9.2%)，發(fā)電量占比降至13%，主要發(fā)揮調(diào)峰作用，而風(fēng)光裝機(jī)從2.39GW提 升至8.55GW，發(fā)電量占比從12%提升至64%。
新能源滲透率提升的同時(shí)，德國(guó)保留一定火電裝機(jī)用于調(diào)峰。與丹麥不同，德國(guó)在 風(fēng)光發(fā)電量提升的同時(shí)，始終保留一定的煤電、并新增一批氣電裝機(jī)解決風(fēng)光消納 問(wèn)題，這與德國(guó)資源稟賦有關(guān)，德國(guó)是歐盟最大的煤炭產(chǎn)出國(guó)，2021年德國(guó)煤炭產(chǎn)量占?xì)W盟的38%，這與我國(guó)頗為相似。2000-2021年德國(guó)煤電和氣電裝機(jī)占比從63.3% 降低至29.2%，風(fēng)光裝機(jī)占比從6.0%提升至58.7%，新增裝機(jī)主要由風(fēng)光貢獻(xiàn)。發(fā)電 量結(jié)構(gòu)來(lái)看，2000-2021年德國(guó)煤電和氣電發(fā)電量占比從61.0%降低至44.6%，風(fēng)光 發(fā)電量占比從1.6%提升至28.2%，火電仍然保持了一定比例用于調(diào)峰。
總結(jié)丹麥和德國(guó)新能源發(fā)展過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，其解決風(fēng)光消納問(wèn)題主要依靠三個(gè)措施： 一是增加靈活調(diào)節(jié)電源，對(duì)煤電進(jìn)行靈活性改造、擴(kuò)大氣電裝機(jī)，并大力發(fā)展儲(chǔ)能; 二是引入市場(chǎng)化電價(jià)機(jī)制，包括電力現(xiàn)貨市場(chǎng)和負(fù)電價(jià)，通過(guò)市場(chǎng)化機(jī)制鼓勵(lì)火電 靈活性改造、為調(diào)節(jié)電源提供合理收益，并引導(dǎo)用戶削峰填谷;三是跨境電力互補(bǔ)， 歐洲大部分國(guó)家實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián)，可依靠其他國(guó)家為本國(guó)提供調(diào)峰消納。
1. 靈活調(diào)節(jié)電源：煤電靈活性改造、氣電和儲(chǔ)能
丹麥的調(diào)峰手段經(jīng)歷了從電源側(cè)火電靈活性調(diào)節(jié)、到電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)和調(diào)度、再到用 電側(cè)需求調(diào)節(jié)的過(guò)程。在2009年之前新能源發(fā)電量占比不足20%，丹麥主要依靠靈 活熱電廠和聯(lián)網(wǎng)線路進(jìn)行調(diào)節(jié)，2010-2015年增加預(yù)測(cè)和調(diào)度系統(tǒng)以及部門耦合方 式，加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)度能力，2015年后，進(jìn)一步加強(qiáng)需求側(cè)調(diào)節(jié)，火電靈活性調(diào)節(jié)的作 用逐漸削弱。
具體看丹麥的火電靈活性改造措施主要分兩個(gè)階段：第一階段是改進(jìn)過(guò)載能力，提 高爬坡速率，降低最小穩(wěn)定出力，第二階段是完全或部分的渦輪機(jī)旁通、使用電熱 鍋爐或者熱泵生產(chǎn)熱能、用于轉(zhuǎn)變電力生產(chǎn)方式的附加水基蓄熱?；痣姷撵`活性調(diào) 節(jié)能力不斷加強(qiáng)，由基荷電源完全轉(zhuǎn)向調(diào)峰電源。
德國(guó)除保留火電裝機(jī)外，還積極發(fā)展儲(chǔ)能。與丹麥不同，德國(guó)用電規(guī)模大，風(fēng)光消 納面臨形勢(shì)更嚴(yán)峻，除了保留一定規(guī)模的火電裝機(jī)外，德國(guó)還積極發(fā)展儲(chǔ)能，儲(chǔ)能 規(guī)模排在歐洲國(guó)家前列，同時(shí)德國(guó)電網(wǎng)跨度大，儲(chǔ)能調(diào)度困難，因此重點(diǎn)發(fā)展戶用 儲(chǔ)能，2021年德國(guó)戶用儲(chǔ)能占?xì)W洲比例達(dá)61%。
2.市場(chǎng)化電價(jià)機(jī)制：電力現(xiàn)貨市場(chǎng)
完善的市場(chǎng)化機(jī)制、合理的補(bǔ)償收益推動(dòng)丹麥火電靈活性改造。2005年，丹麥放開(kāi) 電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，將電價(jià)調(diào)整頻率由一天3次調(diào)為一天24次，同時(shí)將熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組推入 現(xiàn)貨市場(chǎng)，并在2009年進(jìn)一步引入負(fù)電價(jià)機(jī)制，火電可以依靠自身靈活性在現(xiàn)貨市 場(chǎng)獲得調(diào)峰收益。2015年出現(xiàn)跨越歐洲大部分的協(xié)調(diào)日前市場(chǎng)，歐洲國(guó)家可以通過(guò) 跨境交易加強(qiáng)可再生能源的調(diào)度能力。
丹麥電力市場(chǎng)采用調(diào)度與交易分離模式，交易所負(fù)責(zé)交易組織(現(xiàn)貨市場(chǎng)：日前和 日內(nèi)交易)，電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)調(diào)度與系統(tǒng)平衡(調(diào)節(jié)功率市場(chǎng))，丹麥屬于北歐電力市 場(chǎng)的一部分，現(xiàn)貨交易在北歐電力交易所進(jìn)行，調(diào)節(jié)功率市場(chǎng)由輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商—丹 麥電網(wǎng)公司組織。
現(xiàn)貨市場(chǎng)實(shí)時(shí)反映電力供需情況，新能源直接參與日前市場(chǎng)，以低邊際成本優(yōu)勢(shì)獲 得優(yōu)先發(fā)電權(quán)，除了在市場(chǎng)收入之外還能獲得政府給予的溢價(jià)補(bǔ)貼，一定程度上保 證收益的穩(wěn)定性，但新能源發(fā)電的不穩(wěn)定性同樣導(dǎo)致現(xiàn)貨市場(chǎng)電價(jià)波動(dòng)上行。
調(diào)節(jié)功率市場(chǎng)是丹麥解決風(fēng)光消納和電網(wǎng)平衡的主要手段，負(fù)責(zé)平衡的主體(包括發(fā) 電和負(fù)荷)在市場(chǎng)報(bào)價(jià)，對(duì)于上調(diào)服務(wù)，按照平衡資源報(bào)價(jià)由低到高的原則進(jìn)行排序 (高于現(xiàn)貨價(jià)格) ，對(duì)于下調(diào)服務(wù)，按照平衡資源報(bào)價(jià)由高到低的原則進(jìn)行排序(低于 現(xiàn)貨價(jià)格)，有效通過(guò)市場(chǎng)激勵(lì)各類資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，通過(guò)競(jìng)價(jià)反映短期成本。對(duì) 于造成不平衡的發(fā)電與用戶，事后根據(jù)不平衡量支付不平衡成本。
德國(guó)完善市場(chǎng)化電價(jià)機(jī)制，建立備用市場(chǎng)實(shí)施容量電價(jià)保障電力供應(yīng)。德國(guó)在電源 側(cè)建立了中長(zhǎng)期市場(chǎng)、現(xiàn)貨市場(chǎng)和備用市場(chǎng)，備用市場(chǎng)中除電能量交易之外引入容 量電價(jià)，所有電力運(yùn)營(yíng)商平等參與電力市場(chǎng)，通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制調(diào)節(jié)電力供需;需求側(cè) 實(shí)施分時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)等機(jī)制，同時(shí)參與歐洲跨國(guó)電力市場(chǎng)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)靈 活性和調(diào)節(jié)能力。
德國(guó)的現(xiàn)貨市場(chǎng)分為日前拍賣，日內(nèi)拍賣和日內(nèi)交易，日前市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制按照按 邊際成本(燃料和排放成本)排序，其中可再生能源發(fā)電的邊際成本為零，核電較 低，煤電較高，燃?xì)獍l(fā)電更高，燃油發(fā)電的邊際成本最高。日前市場(chǎng)的價(jià)格機(jī)制采用 按用電需求統(tǒng)一出清的方法，市場(chǎng)需要的發(fā)電量按邊際成本排序，一直到滿足負(fù)荷 需求為止，這時(shí)的電價(jià)被稱為出清價(jià)格。從現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格來(lái)看，德國(guó)日前和日內(nèi)交 易價(jià)格波動(dòng)較大，日內(nèi)交易15分鐘結(jié)算一次，更高頻反映電力供需情況。
3. 跨境電力互補(bǔ)：電網(wǎng)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)多國(guó)聯(lián)合電力調(diào)節(jié)
歐洲跨國(guó)電力市場(chǎng)發(fā)達(dá)，可以多國(guó)聯(lián)合調(diào)節(jié)電力供需平衡。德國(guó)位于歐洲大陸中心， 德國(guó)電網(wǎng)通過(guò)30個(gè)220千伏~400千伏的跨國(guó)輸電通道與周圍瑞典、丹麥、法國(guó)、荷 蘭等多個(gè)國(guó)家互聯(lián)，還通過(guò)海底電纜與瑞典、挪威電網(wǎng)互聯(lián)?？鐕?guó)輸電能力達(dá)到2700 萬(wàn)千瓦，占系統(tǒng)最高負(fù)荷的1/3。在可再生能源發(fā)電較高時(shí)，德國(guó)可以將多余電力出 口至鄰國(guó)電網(wǎng)，當(dāng)可再生能源發(fā)電不足時(shí)，可以通過(guò)電力進(jìn)口保障供應(yīng)，在本國(guó)常 規(guī)電源調(diào)節(jié)能力用盡后仍無(wú)法滿足全部負(fù)荷的情況下，可以從鄰國(guó)進(jìn)口電力保障能 源供應(yīng)安全。
丹麥依賴鄰國(guó)解決風(fēng)光消納問(wèn)題。以丹麥為例，丹麥鄰近瑞典和挪威兩大水電富余 國(guó)家，可以聯(lián)合兩國(guó)水電作為短期靈活性來(lái)源，丹麥大力發(fā)展電力跨境交易市場(chǎng)，有效地從市場(chǎng)層面促進(jìn)了風(fēng)電的積極消納與波動(dòng)平衡。風(fēng)電能夠在豐富時(shí)期，利用 市場(chǎng)價(jià)格優(yōu)勢(shì)向境外鄰國(guó)輸送;低谷時(shí)期，由于價(jià)格劣勢(shì)，可從境外購(gòu)買相對(duì)廉價(jià) 電力，這種電力的跨境交易，本質(zhì)上仍是新能源與傳統(tǒng)能源的一體化調(diào)節(jié)，導(dǎo)致丹 麥的進(jìn)口電量和出口電量規(guī)模均較大。我國(guó)幅員遼闊、資源分布不均，亦可借鑒電 力的跨區(qū)域調(diào)度和調(diào)節(jié)。
評(píng)論