近日，《京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性定量比較研究》報告發(fā)布。該報告由中德能源轉(zhuǎn)型研究項目（2016-2019）發(fā)布，中德能源轉(zhuǎn)型項目是國家發(fā)展和改革委員會能源研究所（ERI）與德國國際合作機構(gòu)（GIZ）在兩國主管部委指導(dǎo)下，圍繞能源轉(zhuǎn)型為核心開展的研究項目。承擔本次研究的機構(gòu)是國家發(fā)展和改革委員會能源研究所（ERI OF NDRC）和華北電力大學。本文為報告執(zhí)行摘要，想了解更多研究內(nèi)容，請掃描文末二維碼獲取。
伴隨巴黎協(xié)定各國自主減排貢獻書的提交，積極應(yīng)對氣候變化已成為全球共識，其中建立以高比例可再生能源為中心的能源體系已成為世界能源發(fā)展的重要趨勢和許多國家推進能源革命的核心內(nèi)容。德國作為歐洲第一大經(jīng)濟體，二十世紀八十年代就提出了可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略，截至2018年底德國可再生能源裝機占比已超過50%，作為歐洲可再生能源發(fā)展的先鋒，德國在電力系統(tǒng)靈活性釋放方面積累了大量經(jīng)驗。京津冀地區(qū)是中國重要的能源消費中心，大力發(fā)展可再生能源已成為當前該地區(qū)能源轉(zhuǎn)型的方向，然而風電和光伏發(fā)電固有的間歇性和波動性對當?shù)仉娏ο到y(tǒng)靈活性提出了越來越高的要求，同時京津冀各省市在電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)配置等方面存在較大差異，對系統(tǒng)靈活性釋放也提出了巨大挑戰(zhàn)。因此，通過京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性的比較研究，不僅能夠幫助處于可再生能源發(fā)展不同階段的京津冀各地制定系統(tǒng)靈活性提升路徑，而且也將為中國其他省市高比例發(fā)展可再生提供參考借鑒。
電力系統(tǒng)靈活性是指在供需發(fā)生變動時系統(tǒng)保持供需平衡的應(yīng)對能力，靈活性資源分布于發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，儲能也成為電力系統(tǒng)不容忽視的靈活性來源。報告首先分析了京津冀與德國電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)和儲能靈活性資源的差異，然后定量比較了兩地電力系統(tǒng)的運行靈活性，并研究了各類靈活性提升舉措帶來的經(jīng)濟技術(shù)影響，最后針對京津冀各省市可再生能源發(fā)展的不同階段，提出了與之相適應(yīng)的靈活性發(fā)展建議，另外根據(jù)對德國電力系統(tǒng)靈活性的綜合分析，也提出了德國后高比例可再生能源時代電力系統(tǒng)靈活性的發(fā)展建議。
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京津冀與德國電力靈活性資源比較分析
京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性資源類型具有相似性，但資源靈活調(diào)節(jié)能力存在較大差異。從電源側(cè)來看，京津冀煤電機組調(diào)節(jié)能力遠未釋放。京津冀可調(diào)度電源裝機容量超過7500萬千瓦，占總裝機的72.5%，遠超德國50.2%的可調(diào)度電源裝機占比；但其中煤電機組的最小出力、爬坡速率、啟動時間等靈活性參數(shù)遠落后于德國；特別是熱電聯(lián)產(chǎn)機組，京津冀地區(qū)冬季“以熱定電”運行的熱電聯(lián)產(chǎn)機組已嚴重影響系統(tǒng)靈活性，而德國熱電聯(lián)產(chǎn)裝機占比超過50%，卻通過熱電解耦等改造成為系統(tǒng)靈活性的主要提供者。
從電網(wǎng)側(cè)來看，京津冀跨省跨區(qū)電網(wǎng)靈活互濟并未充分發(fā)揮。隨著可再生能源裝機占比的提高，京津冀與德國相似，整個地區(qū)為保障供電可靠性支出的輔助服務(wù)補償費用不斷增加；雖然與周邊山西、河南、山東、內(nèi)蒙古已建立起超過7600萬千瓦交換能力的互聯(lián)電網(wǎng)，但相比德國與9個鄰國開展的實時跨國電力交換，京津冀與周邊的電網(wǎng)連接當前主要承擔“迎峰度夏”、“迎峰度冬”負荷高峰時段應(yīng)急支援的作用；另外，京津冀地區(qū)主要以省為單位進行電網(wǎng)的優(yōu)化和改擴建。
從用戶側(cè)來看，京津冀與德國需求側(cè)靈活性資源均發(fā)展不足。京津冀與德國用戶側(cè)靈活性資源均具有千萬千瓦級潛力，在工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域已經(jīng)得到了一定應(yīng)用，但兩地靈活性資源利用程度仍然不高；另外京津冀地區(qū)靈活性資源以“有序用電”等行政型需求側(cè)管理為主，德國主要通過市場機制激發(fā)靈活調(diào)節(jié)能力。
從儲能發(fā)展來看，除抽蓄外京津冀缺乏新型儲能的商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。京津冀與德國都擁有較好的抽蓄資源，但當前京津冀地區(qū)已建抽蓄裝機僅有210萬千瓦；而京津冀地區(qū)電池儲能、壓縮空氣儲能以及電制氫等其他類型儲能尚處于示范階段，裝機規(guī)模僅為3.2萬千瓦，相比來看德國電池儲能、壓縮空氣儲能以及電制X裝機已超過100萬千瓦，而且多數(shù)新型儲能已完成商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。
從機制來看，京津冀靈活性配套機制尚缺乏激勵性。德國通過平衡市場、現(xiàn)貨市場、電網(wǎng)阻塞管理以及平衡單元內(nèi)部平衡等一系列方式充分激發(fā)了各類靈活性資源的活力，而京津冀地區(qū)目前執(zhí)行的無論是發(fā)電側(cè)“三公”調(diào)度、用戶側(cè)“有序用電管理辦法”，還是輔助服務(wù)兩細則，對于系統(tǒng)靈活性的釋放缺乏激勵性。
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京津冀與德國電力運行靈活性比較分析
報告采用了由國家發(fā)展和改革委員會能源研究所和華北電力大學共同開發(fā)的“H3E-電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬方法”，提出了包含向上靈活性不足概率、向下靈活性不足概率、電力不足概率、棄風概率、棄光概率在內(nèi)的系統(tǒng)運行評價指標體系。通過定量比較發(fā)現(xiàn)，京津冀與德國靈活性資源調(diào)節(jié)能力的差異帶來了兩地電力系統(tǒng)運行靈活性、可靠性和棄風棄光的不同，具體如下。
根據(jù)2018年系統(tǒng)運行情況看，德國電力系統(tǒng)具備較高的向上靈活性和可靠性，向下靈活性不足概率約為8.39%，棄風率和棄光率處于較低水平；并且向上靈活性冬季低于夏季，而向下靈活性夏季低于冬季。相比德國京津冀地區(qū)電力系統(tǒng)向上靈活性同樣充足，各地向上靈活性不足概率均低于德國的6.11E-03%，也使得京津冀各地擁有較高的供電可靠性；但冀北和天津地區(qū)電力系統(tǒng)向下靈活性嚴重不足，不足概率分別達到19.69%和67.52%，并且向下靈活性冬季低于夏季，夜間低于白天；另外向下靈活性不足與高比例可再生能源裝機疊加也造成了冀北地區(qū)較高的棄風、棄光率。
從提升潛力看，冀北地區(qū)與德國在可再生裝機占比方面具有相似性，參考德國當前各類靈活性資源技術(shù)水平，冀北地區(qū)煤電靈活性改造不僅能大幅改善系統(tǒng)向上和向下靈活性，而且單位千瓦投入僅高于電力需求側(cè)管理，能夠帶來系統(tǒng)可靠性改善的同時，更能促進風、光消納；電網(wǎng)靈活互濟和儲能規(guī)模發(fā)展對于增加系統(tǒng)靈活性的原理不同，但兩種舉措均能在一定程度提升冀北地區(qū)電力系統(tǒng)絕大多數(shù)時段的向上和向下靈活性，其中電網(wǎng)靈活互濟技術(shù)成熟，并且經(jīng)濟性具有一定優(yōu)勢，而儲能方面，抽水蓄能不僅站址有限，建設(shè)成本也較高，其他類型儲能技術(shù)未來發(fā)展還存在諸多不確定性，經(jīng)濟性也是影響其大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙；電力需求側(cè)管理雖然具有較強的經(jīng)濟性，但對于冀北地區(qū)靈活性改善的作用有限，更多的是靈活性的重新調(diào)配。
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京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性發(fā)展建議
對于京津冀電力系統(tǒng)靈活性發(fā)展來說，應(yīng)首先推動煤電靈活性改造和電網(wǎng)互濟發(fā)展，其次有序推進抽水蓄能電站和儲能電站建設(shè)，再次積極開展電力需求側(cè)管理，最后實現(xiàn)系統(tǒng)靈活性的優(yōu)化配置；同時建設(shè)集中式電能量交易市場，完善輔助服務(wù)補償機制，形成具有激勵性的輸配電價，推動建立完全開放的零售市場，探索容量市場建設(shè)。分地區(qū)來看，北京應(yīng)加快電網(wǎng)靈活互濟，推動儲能多元利用，探索智能化需求側(cè)管理；天津和河北應(yīng)推動煤電職能轉(zhuǎn)換和去產(chǎn)能相結(jié)合，打破利益壁壘推動電網(wǎng)開放共贏，堅持生態(tài)優(yōu)先開發(fā)抽水蓄能電站；冀北應(yīng)做好“源-網(wǎng)-荷-儲”靈活性資源全面釋放和優(yōu)化配置。
對于德國電力系統(tǒng)靈活性發(fā)展來說，應(yīng)創(chuàng)新商業(yè)模式加大需求側(cè)分散資源的有效利用；提前研究后高比例可再生能源時代電力系統(tǒng)靈活性保障舉措。
