本文摘要：摘要：在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，德國(guó)是當(dāng)之無(wú)愧的先行者，其可再生能源發(fā)電比例已超過(guò)50%，同時(shí)依然是電力供應(yīng)最安全、最穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)體之一。在我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和國(guó)家戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，未來(lái)接入上海電網(wǎng)的可再生能源將大幅提高，如何在新形勢(shì)下保障電力供應(yīng)安全是上海建設(shè)
摘要：在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，德國(guó)是當(dāng)之無(wú)愧的先行者，其可再生能源發(fā)電比例已超過(guò)50%，同時(shí)依然是電力供應(yīng)最安全、最穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)體之一。在我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”國(guó)家戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，未來(lái)接入上海電網(wǎng)的可再生能源將大幅提高，如何在新形勢(shì)下保障電力供應(yīng)安全是上海建設(shè)具有國(guó)際影響力大都市過(guò)程中的必答題。總結(jié)德國(guó)在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中電力系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析上海電力系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)，提出了在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中保障上海電力供應(yīng)安全的相關(guān)建議。
關(guān)鍵詞：可再生能源;德國(guó);發(fā)電;轉(zhuǎn)型;電力安全;保障
前言
在全球能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，德國(guó)曾經(jīng)被視為激進(jìn)者，高比例可再生能源發(fā)展目標(biāo)讓反對(duì)者對(duì)電力供應(yīng)的安全穩(wěn)定性深表憂慮。如今，德國(guó)已成長(zhǎng)為可再生能源發(fā)電比例超過(guò)50%的環(huán)保先鋒，同時(shí)依然是電力供應(yīng)最安全、最穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)體之一。
2021年12月15日，德國(guó)新任總理朔爾茨在其上任后的首份政府報(bào)告中，將2030年可再生能源發(fā)電比例目標(biāo)從之前設(shè)定的65%提高到80%，再一次震驚世界。德國(guó)在能源轉(zhuǎn)型方面如此大刀闊斧，固然有政治原因，但冗余的常規(guī)電源1、堅(jiān)強(qiáng)的跨國(guó)電網(wǎng)、完善的電力市場(chǎng)才是德國(guó)電力安全性領(lǐng)跑世界的深層原因。
能源方向評(píng)職知識(shí)：可再生能源利用技術(shù)論文好發(fā)表嗎
在我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”國(guó)家戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，未來(lái)接入上海電網(wǎng)的可再生能源將大幅提高，如何在新形勢(shì)下保障電力供應(yīng)安全是上海建設(shè)具有國(guó)際影響力大都市過(guò)程中的必答題。課題組總結(jié)德國(guó)能源轉(zhuǎn)型中電力系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比分析上海電力系統(tǒng)的發(fā)展特點(diǎn)，提出了在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中保障上海市電力安全穩(wěn)定供應(yīng)的相關(guān)建議。
1德國(guó)經(jīng)驗(yàn)：內(nèi)外并舉保障常規(guī)電源足量供應(yīng)
德國(guó)從本世紀(jì)初開(kāi)始能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略以來(lái)，以風(fēng)電和光伏為主力的可再生能源裝機(jī)量快速提升�？稍偕茉窗l(fā)電量在電能消費(fèi)中的占比從2000年的6%上升到2020年的46%。盡管具有間歇性和不確定性的可再生能源發(fā)電比例一直在上升，德國(guó)仍然是世界上電力供應(yīng)最可靠的國(guó)家之一。電網(wǎng)終端用戶平均停電時(shí)間呈逐年減少趨勢(shì)，2020年用戶平均停電時(shí)間僅10.73min，在歐盟國(guó)家中位列第二，僅次于瑞士，遠(yuǎn)超美國(guó)、加拿大的最好紀(jì)錄。德國(guó)在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，電網(wǎng)安全穩(wěn)定性和供電可靠性未受到負(fù)面影響，背后的原因主要有以下三個(gè)方面。
1.1常規(guī)電源提供托底保障
1)以煤電、氣電為代表的常規(guī)電源提供了充足的電力冗余雖然新能源裝機(jī)已占德國(guó)電力裝機(jī)的一半以上，但常規(guī)電源裝機(jī)總量未有減少，并可滿足德國(guó)最大電力負(fù)荷需求。2020年德國(guó)最高電力負(fù)荷約8000萬(wàn)kW，總裝機(jī)規(guī)模約2.2億kW，系統(tǒng)備用率高達(dá)170%。水電、生物質(zhì)發(fā)電、核電、煤電及燃油、燃?xì)獍l(fā)電等常規(guī)電源裝機(jī)容量約1億kW，即使風(fēng)電、光伏發(fā)電在負(fù)荷高峰時(shí)段出現(xiàn)低功率現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)仍然能夠提供足量的電力供應(yīng)。
2)常規(guī)電源調(diào)節(jié)能力強(qiáng)德國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，抽水蓄能、燃?xì)獍l(fā)電、燃煤發(fā)電甚至核電均參與調(diào)節(jié)。承擔(dān)調(diào)峰主力的燃煤發(fā)電調(diào)節(jié)能力極強(qiáng)，大部分硬煤電廠2可向下調(diào)節(jié)到最高出力的10%，褐煤電廠經(jīng)過(guò)改造后可向下調(diào)節(jié)到最高出力的40%左右。靈活性電源很好地保障了電力的穩(wěn)定供應(yīng)。
3)擬關(guān)停燃煤機(jī)組提供安全備用電服務(wù)為了確保在特殊情況和出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)的供應(yīng)安全，德國(guó)于2016年建立了安全備用電機(jī)制。安全備用電容量由燃煤電廠退市進(jìn)程中計(jì)劃關(guān)停的發(fā)電廠提供。在其它措施用盡的前提下，這些電廠必須根據(jù)輸電網(wǎng)運(yùn)行商的請(qǐng)求，在10到11天的時(shí)間內(nèi)投產(chǎn)發(fā)電。目前，德國(guó)有8臺(tái)發(fā)電機(jī)組可提供270萬(wàn)kW的安全備用電，占燃煤發(fā)電裝機(jī)容量的6%。
1.2跨國(guó)電網(wǎng)提供堅(jiān)強(qiáng)支撐
德國(guó)電網(wǎng)位于歐洲大陸的中心，與周圍國(guó)家的電網(wǎng)聯(lián)系非常緊密。目前，德國(guó)電網(wǎng)通過(guò)28條380～400kV和31條220～285kV的輸電線路與瑞典、丹麥、法國(guó)、荷蘭等10多個(gè)國(guó)家的電網(wǎng)互聯(lián)，跨國(guó)輸電能力達(dá)到2700萬(wàn)kW，占系統(tǒng)最高負(fù)荷的1/3。歐洲各國(guó)發(fā)電結(jié)構(gòu)差異很大，跨國(guó)電力交易需求高，為德國(guó)可再生能源消納提供了條件。例如，法國(guó)是核電第一大國(guó)，核電占總發(fā)電量比重超過(guò)70%;荷蘭天然氣儲(chǔ)備豐富，燃?xì)獍l(fā)電占比超過(guò)50%;瑞典水力資源豐富，水電占40%。
當(dāng)?shù)聡?guó)可再生能源發(fā)電較高時(shí)，可以將多余電力出口至鄰國(guó)電網(wǎng)。例如，2020年2月9日早晨，出口電力達(dá)到1500萬(wàn)kW，相當(dāng)于近半數(shù)的風(fēng)、光發(fā)電被輸送到了其他國(guó)家。當(dāng)?shù)聡?guó)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)。例如2020年2月27日傍晚，太陽(yáng)接近下山后光伏幾乎無(wú)出力，風(fēng)力發(fā)電也僅有600萬(wàn)kW。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，德國(guó)從鄰國(guó)電網(wǎng)進(jìn)口了850萬(wàn)kW電力，成功保障了供應(yīng)安全。
1.3電力市場(chǎng)提供價(jià)格激勵(lì)
1)德國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的出清價(jià)格調(diào)節(jié)機(jī)制使得常規(guī)電源更有動(dòng)力根據(jù)風(fēng)光發(fā)電調(diào)節(jié)出力由于德國(guó)風(fēng)光發(fā)電的邊際成本在近幾年已經(jīng)低于煤炭和天然氣發(fā)電，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的價(jià)格往往與當(dāng)時(shí)清潔能源發(fā)電量的盈余程度成反比。當(dāng)可再生能源出力高時(shí)，現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格下降，售電盈利減少，水電、煤電、燃?xì)獍l(fā)電等各類常規(guī)電源就會(huì)盡可能壓低出力。而當(dāng)風(fēng)光發(fā)電出力不足，現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格大幅上漲，刺激各類常規(guī)電源盡最大能力發(fā)電。
2)受市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制刺激，建設(shè)靈活性電源的積極性增強(qiáng)以2020年9月為例，電價(jià)曲線在一天內(nèi)有非常明顯的峰谷差，最高位和最低位平均相差約20～30歐元/MWh(折合人民幣約144～216元/MWh)。靈活性電源得益于其快速響應(yīng)能力，能夠在電價(jià)低時(shí)盡量減少出力，電價(jià)高時(shí)盡快增加出力，達(dá)成較好的盈利。因此，投資主體建設(shè)靈活性電源的積極性大大增強(qiáng)，同時(shí)常規(guī)電源機(jī)組也會(huì)產(chǎn)生較大意愿進(jìn)行靈活性改造。
1.4存在問(wèn)題值得注意的是，雖然在可再生能源迅猛發(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。德國(guó)居民電價(jià)在過(guò)去20年上漲了78%，2020年居民電價(jià)34.3歐分/kWh(約合人民幣2.47元/kWh)，比歐洲平均水平高出50%。
最主要的原因是銷售電價(jià)中可再生能源分?jǐn)傎M(fèi)持續(xù)上漲，從2004年的0.0051歐元/kWh(約合人民幣0.039元/kWh)上漲到2020年的6.756歐分/kWh(約合人民幣0.5元/kWh)，占居民電價(jià)的20%。隨著可再生能源發(fā)電占比的進(jìn)一步提高，包括電網(wǎng)擴(kuò)建在內(nèi)的電力投資極有可能促使電價(jià)繼續(xù)上漲。長(zhǎng)此以往，不僅德國(guó)的營(yíng)商環(huán)境將遭受負(fù)面影響，家庭和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)也會(huì)過(guò)重。
2上海特點(diǎn)：系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力仍有提升空間
受城市資源空間限制，上海本地風(fēng)電、光伏發(fā)展相對(duì)緩慢，目前消納的可再生能源主要為外來(lái)水電。2020年消納可再生能源電量占全社會(huì)用電量比重達(dá)36%，在我國(guó)東部地區(qū)排名第一。其中近90%來(lái)自市外水電，其余10%來(lái)自本地風(fēng)電、光伏和生物質(zhì)發(fā)電。
由于市外水電大部分不參與調(diào)峰，造成水電汛期用電負(fù)荷低谷時(shí)段電網(wǎng)調(diào)峰困難，即使本地火電機(jī)組采用最小開(kāi)機(jī)方式，仍存在約100萬(wàn)~200萬(wàn)kW的調(diào)峰缺口，只能通過(guò)與安徽等周邊省份進(jìn)行電量置換勉強(qiáng)解決。未來(lái)隨著本地風(fēng)電、光伏的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，不可控電源的比例大幅上升，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行將面臨更大的挑戰(zhàn)。
2.1常規(guī)電源占比高但調(diào)節(jié)能力未充分釋放
1)常規(guī)電源占比高，但備用率遠(yuǎn)低于德國(guó)上海是典型的受端電網(wǎng)，電力供應(yīng)由本地電源(約占60%)和市外來(lái)電(約占40%)共同保障。本地電源中90%以上為煤電、燃機(jī)等常規(guī)電源，市外來(lái)電則全部為水電、核電等常規(guī)電源。按照電力供應(yīng)能力3900萬(wàn)kW(考慮高峰時(shí)期燃機(jī)出力受阻)、最高負(fù)荷3400萬(wàn)kW計(jì)算，備用率僅為15%，大幅低于德國(guó)的170%。
2)常規(guī)電源調(diào)節(jié)能力遠(yuǎn)未釋放市外來(lái)電中占比近60%的西南水電和核電不參與調(diào)節(jié)，本地電源中自備電廠不參與調(diào)節(jié)，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組調(diào)節(jié)能力受供熱負(fù)荷限制。雖然近年來(lái)通過(guò)運(yùn)行管理優(yōu)化，所有30萬(wàn)kW級(jí)以上公用電廠燃煤機(jī)組均實(shí)現(xiàn)了60%的調(diào)峰能力，但總體來(lái)看與德國(guó)硬煤電廠的90%調(diào)峰能力相比仍有不小差距。
2.2跨省電網(wǎng)受電能力強(qiáng)但互濟(jì)能力未充分發(fā)揮
1)上海電網(wǎng)位于華東電網(wǎng)末端，對(duì)外形成“五交四直”的受電通道格局交流方面，通過(guò)2回1000kV和3回500kV輸電線路與華東電網(wǎng)相連。直流方面，通過(guò)1回±800kV輸電線路與西南電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，通過(guò)3回±800kV輸電線路與華中電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)�？缡‰娋W(wǎng)總體受電能力達(dá)到2100萬(wàn)kW，目前仍有約400萬(wàn)kW通道能力未用足。
2)華東區(qū)域各省市發(fā)用電結(jié)構(gòu)相似度高，電價(jià)水平差距不大，導(dǎo)致開(kāi)展省間電力交易的主動(dòng)性不足目前，上海的跨省電力交換以完成受電計(jì)劃為主。直流方面，全部落實(shí)國(guó)家計(jì)劃，全額消納區(qū)外可再生能源;交流方面，主要落實(shí)皖電東送、秦山核電、華東統(tǒng)配電等計(jì)劃分電。少量的省間余缺互濟(jì)為基于行政指令的保障性措施，僅在秋季汛期上海電網(wǎng)調(diào)峰困難、極端天氣下供電能力不足等特殊條件下發(fā)揮作用。
2.3市場(chǎng)化交易機(jī)制不成熟，靈活性資源缺乏價(jià)格激勵(lì)
上海的電力生產(chǎn)和交易仍以行政指令為主，市場(chǎng)化交易電量占全社會(huì)用電量比例不超過(guò)10%。在以常規(guī)電源為主的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，計(jì)劃模式有力保障了上海的電力供應(yīng)安全。但隨著風(fēng)光等間歇性可再生能源占比不斷提高，原有模式將越來(lái)越無(wú)法滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需求。
1)促進(jìn)新能源消納的市場(chǎng)機(jī)制還未建立，影響調(diào)節(jié)性資源的靈活調(diào)配風(fēng)光可再生能源的間歇性和波動(dòng)性巨大，需要通過(guò)市場(chǎng)在短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模調(diào)配調(diào)節(jié)性資源以實(shí)現(xiàn)電力實(shí)時(shí)平衡。
2)電價(jià)對(duì)調(diào)節(jié)性資源的激勵(lì)作用未充分釋放常規(guī)機(jī)組參與調(diào)峰、調(diào)頻、系統(tǒng)備用等輔助服務(wù)的價(jià)值未能與收益直接掛鉤，抽水蓄能、新型儲(chǔ)能等價(jià)格形成機(jī)制未理順，導(dǎo)致常規(guī)機(jī)組參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的動(dòng)力不足，投資主體新建靈活性資源的積極性不高。
3上海應(yīng)對(duì)高比例可再生能源的啟示
在“碳達(dá)峰、碳中和”國(guó)家戰(zhàn)略的引領(lǐng)下，未來(lái)上海將大力發(fā)展風(fēng)電、光伏等波動(dòng)性可再生能源，應(yīng)妥善處理市內(nèi)外不同資源間的互補(bǔ)、協(xié)調(diào)、替代關(guān)系，在確保電力供應(yīng)安全的前提下，推動(dòng)新能源大規(guī)模、高比例、高質(zhì)量發(fā)展。
3.1發(fā)揮常規(guī)電源托底保障作用將常規(guī)機(jī)組規(guī)�？刂圃诤侠硭�，確保安全托底的能力。盡量保持燃煤機(jī)組總量不減少，適當(dāng)提高燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)規(guī)模。大力推進(jìn)火電機(jī)組靈活性改造，力爭(zhēng)公用電廠燃煤機(jī)組調(diào)峰能力達(dá)到80%，引導(dǎo)自備電廠參與調(diào)峰。利用退役煤機(jī)建立戰(zhàn)略備用機(jī)組機(jī)制，石洞口一廠、外高橋一廠、吳涇等擬等容量替代老舊機(jī)組和寶鋼自備電廠，根據(jù)場(chǎng)址和電網(wǎng)等情況選擇部分機(jī)組“關(guān)而不拆”，發(fā)揮極端情況下的戰(zhàn)略備用作用。
3.2發(fā)揮區(qū)域合作互濟(jì)互保作用加強(qiáng)區(qū)域電源共建合作，建議與核電廠址資源豐富的福建加強(qiáng)合作，布局大型核電基地，爭(zhēng)取更多常規(guī)電源供應(yīng);與抽蓄資源豐富的安徽、浙江合作開(kāi)發(fā)抽水蓄能電站，爭(zhēng)取更多靈活調(diào)節(jié)資源。加強(qiáng)區(qū)域調(diào)峰能力建設(shè)，在現(xiàn)有以余缺調(diào)劑為主的省際調(diào)峰互濟(jì)模式基礎(chǔ)上，不斷擴(kuò)展調(diào)峰資源的共享范圍和利用方式，逐步推行全網(wǎng)聯(lián)合調(diào)峰。加強(qiáng)對(duì)外聯(lián)絡(luò)通道建設(shè)，推進(jìn)新增特高壓入滬通道，優(yōu)化與江蘇、浙江的聯(lián)網(wǎng)通道，進(jìn)一步提高上海電網(wǎng)的受電能力。
3.3發(fā)揮電力市場(chǎng)資源配置作用
研究建立促進(jìn)新能源消納的市場(chǎng)機(jī)制，逐步完善輔助服務(wù)市場(chǎng)，引導(dǎo)煤電、氣電等常規(guī)電源，以及儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車等新型市場(chǎng)主體積極參與調(diào)峰、調(diào)頻、應(yīng)急備用等輔助服務(wù)，加強(qiáng)對(duì)新能源消納的支撐。完善與現(xiàn)貨市場(chǎng)配套的電價(jià)機(jī)制，提高各類靈活性資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的積極性。應(yīng)對(duì)新能源大規(guī)模發(fā)展帶來(lái)的系統(tǒng)成本上升問(wèn)題，保持合理電價(jià)水平。推動(dòng)建立以節(jié)約能源為導(dǎo)向的電價(jià)機(jī)制，推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和節(jié)能提效。
作者：蘭莉
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