三、風(fēng)光發(fā)電量躍升，傳統(tǒng)電源調(diào)峰化解決消納問題
(一)風(fēng)光占比提升帶來消納問題，火電是調(diào)節(jié)電源主力
歐洲各國電源結(jié)構(gòu)迥異，風(fēng)光占比提升為共同趨勢。歐洲各國根據(jù)資源稟賦差異， 發(fā)展出不同的主力電源，在面對風(fēng)光占比提升帶來的消納問題中，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電網(wǎng) 互聯(lián)，挪威和瑞典均是水電富余國家，通過電量進(jìn)出口調(diào)節(jié)國內(nèi)電量消納，所以風(fēng) 光占比高仍然沒有出現(xiàn)消納問題;
(2)法國，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對外國天然氣的依賴，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，無消納壓力，同時可與丹麥互聯(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，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)光消納問題，短 期內(nèi)仍然難以擺脫對煤炭依賴;
(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：煤+風(fēng)光為主、逐步關(guān)停核電：德國能源結(jié)構(gòu)相對均衡，過去以煤電、 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，調(diào)高靈活性調(diào)節(jié)需求。根據(jù)IEA預(yù)測， 在APS情景中(假設(shè)所有減排承諾和能源目標(biāo)都實現(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，顯著提高了電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)的需求。預(yù)測到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。歐洲國家靈活電源比重相對 較高，德國、丹麥、西班牙、英國的靈活調(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中(英國、德國、法國、意大利 和西班牙)，Wood Mackenzie預(yù)測到2040年將新增169GW風(fēng)電和172GW光伏裝機(jī)， 與之對應(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)和儲能 四類。從靈活性調(diào)節(jié)的供給結(jié)構(gòu)來看，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，其次是電池儲能和需求側(cè)響應(yīng)的大規(guī)模增長，是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的后備 主力。
(二)他山之石，丹麥和德國傳統(tǒng)電源調(diào)峰化解決消納問題
丹麥、德國等國家新能源占比超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、荷蘭等國占比已超30%，這些國家在新能源滲透率提升過程中已面臨過消納 問題，其解決方案主要在于將傳統(tǒng)電源調(diào)峰化、以市場化電價機(jī)制鼓勵火電調(diào)峰， 或通過跨境電力互濟(jì)引入其他國家的傳統(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)以來電力結(jié)構(gòu)演 變過程，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 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，德國保留一定火電裝機(jī)用于調(diào)峰。與丹麥不同，德國在 風(fēng)光發(fā)電量提升的同時，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 問題，這與德國資源稟賦有關(guān)，德國是歐盟最大的煤炭產(chǎn)出國，2021年德國煤炭產(chǎn)量占?xì)W盟的38%，這與我國頗為相似。2000-2021年德國煤電和氣電裝機(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)來看，2000-2021年德國煤電和氣電發(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)丹麥和德國新能源發(fā)展過程中的經(jīng)驗，其解決風(fēng)光消納問題主要依靠三個措施： 一是增加靈活調(diào)節(jié)電源，對煤電進(jìn)行靈活性改造、擴(kuò)大氣電裝機(jī)，并大力發(fā)展儲能; 二是引入市場化電價機(jī)制，包括電力現(xiàn)貨市場和負(fù)電價，通過市場化機(jī)制鼓勵火電 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)， 歐洲大部分國家實現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián)，可依靠其他國家為本國提供調(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)測和調(diào)度、再到用 電側(cè)需求調(diào)節(jié)的過程。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階段：第一階段是改進(jìn)過載能力，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。
德國除保留火電裝機(jī)外，還積極發(fā)展儲能。與丹麥不同，德國用電規(guī)模大，風(fēng)光消 納面臨形勢更嚴(yán)峻，除了保留一定規(guī)模的火電裝機(jī)外，德國還積極發(fā)展儲能，儲能 規(guī)模排在歐洲國家前列，同時德國電網(wǎng)跨度大，儲能調(diào)度困難，因此重點(diǎn)發(fā)展戶用 儲能，2021年德國戶用儲能占?xì)W洲比例達(dá)61%。
2.市場化電價機(jī)制：電力現(xiàn)貨市場
完善的市場化機(jī)制、合理的補(bǔ)償收益推動丹麥火電靈活性改造。2005年，丹麥放開 電力現(xiàn)貨市場，將電價調(diào)整頻率由一天3次調(diào)為一天24次，同時將熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組推入 現(xiàn)貨市場，并在2009年進(jìn)一步引入負(fù)電價機(jī)制，火電可以依靠自身靈活性在現(xiàn)貨市 場獲得調(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，歐洲國家可以通過 跨境交易加強(qiáng)可再生能源的調(diào)度能力。
丹麥電力市場采用調(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：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)，丹麥屬于北歐電力市 場的一部分，現(xiàn)貨交易在北歐電力交易所進(jìn)行，調(diào)節(jié)功率市場由輸電網(wǎng)運(yùn)營商—丹 麥電網(wǎng)公司組織。
現(xiàn)貨市場實時反映電力供需情況，新能源直接參與日前市場，以低邊際成本優(yōu)勢獲 得優(yōu)先發(fā)電權(quán)，除了在市場收入之外還能獲得政府給予的溢價補(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)貨市場電價波動上行。
調(diào)節(jié)功率市場是丹麥解決風(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)在市場報價，對于上調(diào)服務(wù)，按照平衡資源報價由低到高的原則進(jìn)行排序 (高于現(xiàn)貨價格) ，對于下調(diào)服務(wù)，按照平衡資源報價由高到低的原則進(jìn)行排序(低于 現(xiàn)貨價格)，有效通過市場激勵各類資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，通過競價反映短期成本。對 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。
德國完善市場化電價機(jī)制，建立備用市場實施容量電價保障電力供應(yīng)。德國在電源 側(cè)建立了中長期市場、現(xiàn)貨市場和備用市場，備用市場中除電能量交易之外引入容 量電價，所有電力運(yùn)營商平等參與電力市場，通過市場機(jī)制調(diào)節(jié)電力供需;需求側(cè) 實施分時電價、尖峰電價等機(jī)制，同時參與歐洲跨國電力市場，進(jìn)一步提升系統(tǒng)靈 活性和調(diào)節(jié)能力。
德國的現(xiàn)貨市場分為日前拍賣，日內(nèi)拍賣和日內(nèi)交易，日前市場的競爭機(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。日前市場的價格機(jī)制采用 按用電需求統(tǒng)一出清的方法，市場需要的發(fā)電量按邊際成本排序，一直到滿足負(fù)荷 需求為止，這時的電價被稱為出清價格。從現(xiàn)貨市場價格來看，德國日前和日內(nèi)交 易價格波動較大，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)實現(xiàn)多國聯(lián)合電力調(diào)節(jié)
歐洲跨國電力市場發(fā)達(dá)，可以多國聯(lián)合調(diào)節(jié)電力供需平衡。德國位于歐洲大陸中心， 德國電網(wǎng)通過30個220千伏~400千伏的跨國輸電通道與周圍瑞典、丹麥、法國、荷 蘭等多個國家互聯(lián)，還通過海底電纜與瑞典、挪威電網(wǎng)互聯(lián)?？鐕旊娔芰_(dá)到2700 萬千瓦，占系統(tǒng)最高負(fù)荷的1/3。在可再生能源發(fā)電較高時，德國可以將多余電力出 口至鄰國電網(wǎng)，當(dāng)可再生能源發(fā)電不足時，可以通過電力進(jìn)口保障供應(yīng)，在本國常 規(guī)電源調(diào)節(jié)能力用盡后仍無法滿足全部負(fù)荷的情況下，可以從鄰國進(jìn)口電力保障能 源供應(yīng)安全。
丹麥依賴鄰國解決風(fēng)光消納問題。以丹麥為例，丹麥鄰近瑞典和挪威兩大水電富余 國家，可以聯(lián)合兩國水電作為短期靈活性來源，丹麥大力發(fā)展電力跨境交易市場，有效地從市場層面促進(jìn)了風(fēng)電的積極消納與波動平衡。風(fēng)電能夠在豐富時期，利用 市場價格優(yōu)勢向境外鄰國輸送;低谷時期，由于價格劣勢，可從境外購買相對廉價 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)。
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