中國儲能網(wǎng)訊：近年來可再生能源在歐洲發(fā)展迅速，在2019年占到了總發(fā)電量的35%， 這一比例在今年更是上升到了近40%，超過了化石能源的占比。在此背景下，今年由于疫情壓低電力需求，在風(fēng)力和光伏出力的高峰期，歐洲多國的電力現(xiàn)貨市場頻繁出現(xiàn)負(fù)電價，平均電價也低于往年水平。然而，9月份以來，英國和西歐電力市場也多次出現(xiàn)了因風(fēng)力發(fā)電驟降導(dǎo)致電價飆升的短暫現(xiàn)象，最高達(dá)350歐元每兆瓦時。德國日內(nèi)電力市場甚至爆出了4000歐元的天價。英國國家電網(wǎng)則三次發(fā)布了缺電警告，計劃啟動緊急備用電源。這都反映了可再生能源的波動性和間歇性的影響。本文簡單介紹了英國電網(wǎng)的缺電警告成因，波動性可再生能源增加了電力系統(tǒng)平衡成本，歐洲電力市場負(fù)電價和電價飆升的現(xiàn)象，以及高比例可再生能源帶來的挑戰(zhàn)。
一、英國電網(wǎng)近期三次發(fā)布缺電警告，供給緊張推高電價飆升至350歐元
11月25日，英國國家電網(wǎng)(National Grid)發(fā)出警告，預(yù)計26日的電力系統(tǒng)會面臨供給短缺的風(fēng)險，主要由于氣溫驟降推高電力負(fù)荷，疊加風(fēng)電出力極低，使得系統(tǒng)的負(fù)荷裕度極低，需要更多的備用電源及靈活性措施。面對供需緊張的形勢，電力現(xiàn)貨市場出現(xiàn)了巨幅波動，26日傍晚18時英國電價飆升至350歐元(313英鎊)每兆瓦時。這是同一時段挪威電價的70倍。整個西歐的電價也都因為低風(fēng)電下電力供給緊張，而走高至80歐元每兆瓦時的罕見高價位。
圖1 2020年11月26日18-19時歐洲主要國家電力現(xiàn)貨價格
來源: EPEX SPOT交易所
圖2 11月12至26日英國每小時的發(fā)電電源結(jié)構(gòu)(MW)
來源: Refinitiv Eikon, ENTSO-E
而這次的電力短缺警告，已經(jīng)是英國國家電網(wǎng)在兩個月之內(nèi)第三次發(fā)布類似的通知。10月中旬和11月初，同樣都是因為風(fēng)力發(fā)電極低以及部分電廠維護(hù)而造成電力供需失衡，電網(wǎng)負(fù)荷裕度面臨挑戰(zhàn)，電網(wǎng)不得不兩次發(fā)出緊急通告，考慮啟動備用電源和需求側(cè)響應(yīng)等靈活性措施，避免出現(xiàn)供需缺口。而英國電網(wǎng)之前發(fā)布的年度供需預(yù)測，認(rèn)為今年由于疫情壓低電力負(fù)荷，電力供給的可用容量應(yīng)該比往年要略微寬裕，甚至需要補貼核電站在一些時段削減發(fā)電量來避免過高的風(fēng)電沖擊電網(wǎng)系統(tǒng)?？傮w來看，由于疫情影響，尤其是10月份以來歐洲國家普遍實施了第二輪封禁措施，電力負(fù)荷一直都低于往年。如圖3所示，2020年的日均負(fù)荷在3月份疫情爆發(fā)之后大幅下降，低于去年水平。最低只17GW，比2019年的最低水平低5 GW。而即便是由于低溫推高了11月26日的電力負(fù)荷，也仍然低于去年同一時期的水平?？梢?，英國近期內(nèi)電力短缺警告頻繁的主要原因，還是因為風(fēng)力發(fā)電驟降，反映了可再生能源的波動性和間歇性。
圖3 2019年和2020年英國日均電力負(fù)荷(GW)
來源: Refinitiv Eikon, ENTSO-E
二、波動性可再生能源增加了電力系統(tǒng)平衡成本
英國電力市場的供需緊張形勢和高電價也引發(fā)了對高比例可再生能源的討論。英國計劃在2023年實現(xiàn)嚴(yán)格限制燃煤發(fā)電，在2025年前完全退出煤電。在近年來由于高額碳價和英國碳稅的影響，燃煤電廠大幅被燃?xì)怆姀S替代，運行時間大幅縮減， 在今年4至6月份創(chuàng)下了連續(xù)2個月零煤電的紀(jì)錄，如圖4所示。然而，26日電力供給的短缺，使得剩余的四座燃煤電廠不得不重新啟動，最高的時段滿足了6%的電力需求。所以引發(fā)業(yè)界爭論，在繼續(xù)退煤的前景下，英國是否應(yīng)該考慮增加更多的靈活性電源，比如燃?xì)怆姀S，儲能或者需求側(cè)管理。
圖4 2017年和2020年英國燃煤電廠日均出力功率(MW)
來源: Refinitiv Eikon, ENTSO-E
除了對退煤和綠色轉(zhuǎn)型的潛在影響，可再生能源波動性對電力系統(tǒng)的沖擊尤其是平衡成本的影響也備受關(guān)注。今年5月份，英國電網(wǎng)為了平衡電力系統(tǒng)供需，要協(xié)商暫時關(guān)停風(fēng)電場和激勵需求側(cè)管理，避免風(fēng)光出力高峰階段影響電網(wǎng)穩(wěn)定。英國發(fā)電商Drax集團(tuán)的最新研究報告指出，盡管近年來電力現(xiàn)貨市場平均電價走低以及負(fù)電價頻發(fā)，但是波動性可再生能源給電力系統(tǒng)帶來的平衡成本不斷增加，平均約為5英鎊每兆瓦時，高于前些年的1英鎊的水平，這有可能增加消費者的成本。該分析指出，英國電力系統(tǒng)的平衡成本隨著波動性可再生能源比例的提高已經(jīng)比之前增加了20%。在2010年，每季度平衡成本平均約占總發(fā)電成本的5%, 然而這一比例在近年來逐漸升高，如圖5左圖所示，在2020年高達(dá)20%以上，每個月的平衡成本平均一億英鎊。分析還計算了風(fēng)力和光伏發(fā)電占比和平衡成本的關(guān)系，前者每增加一個百分點，系統(tǒng)平衡成本就增加約0.1英鎊每兆瓦時。這一平衡成本被電網(wǎng)傳導(dǎo)轉(zhuǎn)移給發(fā)電商和消費者，會造成終端電價逐漸上升。
圖5 英國電力系統(tǒng)的平衡成本走勢以及和風(fēng)力光伏發(fā)電占比的關(guān)系
來源: 2020年8月英國Drax集團(tuán)報告: The cost of staying in control
三、西歐電力市場“負(fù)電價”和“電價飆升”現(xiàn)象并存
和英國類似，高比例可再生能源對西歐國家電力市場也有影響。一方面，在風(fēng)力光伏電力供應(yīng)的高峰時期，西歐國家負(fù)電價頻發(fā)，今年上半年各國有100至200個小時出現(xiàn)了電價為負(fù)。另一方面，9月份以來，由于風(fēng)電突然下降，西歐國家包括德國在內(nèi)，也出現(xiàn)了幾次傍晚高峰時段電價高達(dá)200歐元的現(xiàn)象，主要也是因為需要臨時啟動更多的煤電機組和調(diào)峰備用機組，推高了邊際成本和電價。歐洲能源監(jiān)管機構(gòu)ACER在最新發(fā)布的2019年歐洲電力市場報告中也指出了這一趨勢，雖然歐洲各國的平均電價在2019年有所下降，負(fù)電價的平均小時數(shù)也從2019年的511小時翻倍至925小時，并可能在2020年更高，但與此同時，短期電價飆升的小時數(shù)也劇增至近年來最高，達(dá)1933小時。造成短期電價大幅波動的因素主要是2019年水力發(fā)電較低，使得局部地區(qū)在可再生能源出力較低的時段電力供需短期緊張，推高分時電價。
圖6 歐洲每年短期電價飆升和負(fù)電價的小時數(shù)
來源: 歐洲能源監(jiān)管機構(gòu)ACER報告: 2019年歐洲電力批發(fā)市場報告
圖7 2018年以來英國和德國基本負(fù)荷日均電價走勢(歐元每兆瓦時)
來源: Refinitiv Eikon, EEX
四、高比例可再生能源帶來的挑戰(zhàn)要求提高靈活性
電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型和可再生能源的快速發(fā)展，在全球的趨勢都不可阻擋。歐盟采取了積極的氣候政策和制定了有力的可再生能源目標(biāo)，近年來發(fā)展更是迅速。在2019年占到了總發(fā)電量的35%， 這一比例在今年更是上升到了近40%，超過了化石能源的占比。與此同時，歐洲各國的退煤進(jìn)程也因為政策力度的加大和高額的碳價擠壓煤電廠利潤空間而加快，煤炭發(fā)電量逐年下降。與其同時，可再生能源的發(fā)電量日益上升，作為靈活性電源的天然氣發(fā)電量也逐漸上升。
圖8 2015年以來歐盟28國煤炭，天然氣和非水可再生能源發(fā)電量(TWh)
來源: 歐洲能源監(jiān)管機構(gòu)ACER, ENTSO-E
歐盟現(xiàn)行的2030氣候能源框架，目標(biāo)要在在2030年實現(xiàn)可再生能源發(fā)電比達(dá)到60%以上。目前歐盟正在討論協(xié)商提高氣候減排目標(biāo)，如果從現(xiàn)行的40%提高到2030年減排55%，那么可再生能源發(fā)電占比也許需要提高到近70%。德國也提出了要在2030年實現(xiàn)可再生能源發(fā)電占比65%。在這一趨勢之下，結(jié)合英國電力平衡成本的討論，以及歐洲電力市場近期的電價飆升現(xiàn)象，必須考慮高比例可再生能源給電力系統(tǒng)和電力市場帶來的挑戰(zhàn)。電價的大幅波動，從某種意義上來說，有利于通過市場機制來激勵靈活性電源比如天然氣電廠，儲能和需求側(cè)響應(yīng)等。但是，這帶來的系統(tǒng)平衡成本的增加以及對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊，也不容忽視，需要在政策制定中深入考慮。
國際能源署IEA在相關(guān)報告中詳細(xì)分析了波動性可再生能源并網(wǎng)的不同階段劃分，以及給電力系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)。IEA報告指出，隨著可再生能源比例的提高，電力供給的波動性增大，那么供需平衡難度會逐漸增加，需要不斷提高電力系統(tǒng)的靈活性，來應(yīng)對挑戰(zhàn)，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)調(diào)發(fā)展。
圖9 波動性可再生能源并網(wǎng)帶來的階段性挑戰(zhàn)
來源: IEA: The role of flexibility sources in China’s power system transition
作者：
秦 炎 路孚特Refinitiv首席電力與碳分析師、中央財經(jīng)大學(xué)綠色金融國際研究院特邀專家
文責(zé)：
徐洪峰 中央財經(jīng)大學(xué)綠色金融國際研究院副院長
