2017年4月30日,德國(guó)創(chuàng)下本國(guó)利用可再生能源新紀(jì)錄——當(dāng)天有85%的電力消費(fèi)來(lái)自包括風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電和水電等在內(nèi)的可再生能源。記錄顯示，4月30日當(dāng)?shù)貢r(shí)間12時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)電、生物質(zhì)發(fā)電、水電、儲(chǔ)能等可再生能源出力達(dá)到5573萬(wàn)千瓦，占當(dāng)時(shí)用電負(fù)荷(5820萬(wàn)千瓦)的95.76%，相當(dāng)于全德國(guó)用電基本上全部由可再生能源提供。

德國(guó)實(shí)現(xiàn)新能源的最大化消納，主要取決于靈活的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)機(jī)制、強(qiáng)有力的電源調(diào)節(jié)能力、堅(jiān)強(qiáng)的跨國(guó)輸電網(wǎng)絡(luò)和先進(jìn)的新能源調(diào)度運(yùn)行技術(shù)。

電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的電價(jià)機(jī)制

德國(guó)建立了新能源市場(chǎng)競(jìng)價(jià)和政府補(bǔ)貼相結(jié)合的市場(chǎng)化消納機(jī)制。電力市場(chǎng)實(shí)際是邊際成本的競(jìng)爭(zhēng)，新能源由于其發(fā)電邊際成本低，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，新能源參與市場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)先發(fā)電。由于風(fēng)電、光伏發(fā)電功率一般只能天前預(yù)測(cè)，即當(dāng)天預(yù)測(cè)次日的發(fā)電曲線，因此國(guó)外新能源發(fā)達(dá)國(guó)家通常采用日前、日內(nèi)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)消納新能源。新能源按照0電價(jià)參與競(jìng)價(jià)(不足部分由政府補(bǔ)貼)，以保障優(yōu)先上網(wǎng)。當(dāng)新能源出力高時(shí)，電力市場(chǎng)的出清電價(jià)下降，甚至出現(xiàn)負(fù)電價(jià)，受電價(jià)影響，水電、火電、燃油燃?xì)獍l(fā)電等盡可能降低出力;當(dāng)新能源出力低時(shí)，電力市場(chǎng)出清價(jià)大幅上漲，刺激各類靈活電源盡最大能力發(fā)出電力。

同樣以德國(guó)2017年4月25～30日為例，風(fēng)電、光伏發(fā)電大發(fā)時(shí)電價(jià)降低，電力市場(chǎng)日前風(fēng)電、光伏發(fā)電低出力時(shí)電價(jià)升高，日前市場(chǎng)最高出清電價(jià)發(fā)生在4月26日8:00，電價(jià)為0.053歐元(0.41元人民幣)/千瓦時(shí)，日前市場(chǎng)最低電價(jià)發(fā)生在4月30日14:00，電價(jià)為-0.075歐元(-0.57元人民幣)/千瓦時(shí)。由于新能源出力的不確定性，日內(nèi)實(shí)時(shí)電價(jià)甚至低至-0.111歐元(-0.85元人民幣)/千瓦時(shí)，相當(dāng)于發(fā)電場(chǎng)每發(fā)1千瓦時(shí)電，還需要向用戶支付0.85元人民幣。受日前、日內(nèi)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制刺激，德國(guó)常規(guī)電源均有非常大的意愿進(jìn)行靈活性改造，以便在電價(jià)低時(shí)盡量減小出力，電價(jià)高時(shí)盡快增加出力。

雖然在新能源迅猛發(fā)展的同時(shí)，德國(guó)電力市場(chǎng)出清電價(jià)穩(wěn)中有降，但終端銷售電價(jià)持續(xù)上漲。由于新能源發(fā)電的綜合成本高，發(fā)展新能源勢(shì)必帶來(lái)整體發(fā)電成本的上漲，最終體現(xiàn)在終端銷售電價(jià)中。德國(guó)銷售電價(jià)中可再生能源分?jǐn)傎M(fèi)持續(xù)上漲，以居民電價(jià)為例，可再生能源分?jǐn)傎M(fèi)從2004年的0.0051歐元(0.039元人民幣)/千瓦時(shí)上漲到2016年的0.06354歐元(0.486元人民幣)/千瓦時(shí)，占居民電價(jià)的比重達(dá)到21.2%，同時(shí)居民電價(jià)上漲了60%。

靈活的常規(guī)機(jī)組調(diào)節(jié)性能

德國(guó)靈活調(diào)節(jié)電源與新能源的比例并不是很高，但常規(guī)煤電調(diào)節(jié)能力極強(qiáng)。

以2017年4月25～30日為例，德國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)電出力大時(shí)，抽水蓄能、燃?xì)獍l(fā)電、褐煤發(fā)電、硬煤發(fā)電甚至核電均參與調(diào)節(jié)。其中4月30日燃?xì)獍l(fā)電最低壓至本周最高出力的18%，褐煤發(fā)電最低壓至本周最高出力的34%，核電最低壓至本周最高出力的63%，硬煤發(fā)電最低壓至本周最高出力的10%。

承擔(dān)調(diào)峰主力的硬煤發(fā)電在18個(gè)小時(shí)從1563萬(wàn)千瓦降至514萬(wàn)千瓦，又在1天后降至186萬(wàn)千瓦。當(dāng)5月2日風(fēng)電出力減小后，硬煤發(fā)電在6個(gè)小時(shí)內(nèi)由350萬(wàn)千瓦增加至956萬(wàn)千瓦。從4月28日硬煤出力1563萬(wàn)千瓦，到4月30日最小出力176萬(wàn)千瓦，再到5月3日出力重回1361萬(wàn)千瓦，總時(shí)間僅為5天半。

堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)網(wǎng)架

新能源利用率高的國(guó)家，通常與相鄰區(qū)域有充足的電網(wǎng)連接。與德國(guó)接壤的國(guó)家共9國(guó)，跨國(guó)間輸電網(wǎng)主要由380千伏至400千伏線路組成;220千伏至285千伏輸電線路作為輔助。其中380千伏至400千伏線路總計(jì)28條，220千伏至285千伏輸電線路31條。

當(dāng)?shù)聡?guó)風(fēng)電、光伏出力大時(shí)，除了依靠本國(guó)常規(guī)電源進(jìn)行調(diào)節(jié)，還加大了電力出口的力度。同樣以4月30日為例，出口電力達(dá)1336萬(wàn)千瓦，相當(dāng)于有80%的風(fēng)電(當(dāng)時(shí)出力1675萬(wàn)千瓦)或45%的太陽(yáng)能發(fā)電(當(dāng)時(shí)出力2976萬(wàn)千瓦)送往國(guó)外。而在2015年，德國(guó)全年進(jìn)口電量335.64億千瓦時(shí)，出口電量853.48億千瓦時(shí)，分別占總發(fā)電量的5.2%和13.2%。同時(shí)，德國(guó)風(fēng)電發(fā)電量只占全國(guó)總發(fā)電量的12.3%。

先進(jìn)的新能源發(fā)電預(yù)測(cè)及調(diào)度運(yùn)行技術(shù)

電力系統(tǒng)消納新能源的基礎(chǔ)是新能源功率預(yù)測(cè)。在德國(guó)，基于天氣預(yù)報(bào)的新能源功率預(yù)測(cè)屬于商業(yè)領(lǐng)域。各大電網(wǎng)公司以及電力供求各方皆會(huì)購(gòu)買來(lái)自專業(yè)機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)服務(wù)。

德國(guó)50hertz電力公司全網(wǎng)日前風(fēng)電功率預(yù)測(cè)均方根誤差可以達(dá)到2%～4%，太陽(yáng)能可以達(dá)到5%～7%。大型新能源場(chǎng)站，如海上風(fēng)電場(chǎng)，也要開(kāi)展功率預(yù)測(cè)工作，根據(jù)預(yù)測(cè)發(fā)電能力參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

德國(guó)電網(wǎng)通過(guò)各輸電網(wǎng)控制中心和上百個(gè)配電網(wǎng)控制中心實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)調(diào)度。風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)直接上傳至配電網(wǎng)控制中心。根據(jù)德國(guó)《可再生能源法》的規(guī)定，所有容量大于100千瓦的可再生能源發(fā)電設(shè)備必須具備遙測(cè)和遙調(diào)的技術(shù)條件，才允許并入互聯(lián)電網(wǎng)。當(dāng)輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的輸電線路存在阻塞，其首先給下屬配電網(wǎng)調(diào)度指令下發(fā)限電指令，令其限制一定份額的電力。然后配電網(wǎng)或者直接限制連接在本網(wǎng)的可再生能源電力，或者再給其下屬的中壓電網(wǎng)調(diào)度中心指令，令其限制一定份額的電力。目前，雖然德國(guó)新能源出力已達(dá)到很高比例，但靈活的市場(chǎng)及調(diào)度運(yùn)行機(jī)制使得電網(wǎng)運(yùn)行安全依然可以得到保證。

發(fā)展風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源是我國(guó)能源戰(zhàn)略的重要組成部分，但發(fā)展新能源是一個(gè)必須由全社會(huì)參與的系統(tǒng)性工作，電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電力系統(tǒng)靈活性提升、體制機(jī)制改革、技術(shù)進(jìn)步等缺一不可。我國(guó)應(yīng)充分學(xué)習(xí)國(guó)外新能源發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，立足本國(guó)經(jīng)濟(jì)和電力發(fā)展實(shí)際情況，走出一條滿足我國(guó)實(shí)際需求、促進(jìn)我國(guó)新能源可持續(xù)發(fā)展的新路。