中國儲能網(wǎng)訊：德國的棄風(fēng)棄光率僅1%左右，在高裝機容量的前提下，可以達到如此高的消納率，首先與德國完善的基礎(chǔ)設(shè)施分不開，新能源的發(fā)展必是與電網(wǎng)建設(shè)相匹配，此外市場機制在德國新能源的消納上也發(fā)揮了不可替代的作用。
眾所周知，在歐洲能源交易所中的“優(yōu)先排序原則”下，可再生能源可以憑借其極低的邊際成本更加容易地被交易出去。此外調(diào)頻市場機制與可再生能源直接上市交易機制也極大地促進了新能源的消納。
精準(zhǔn)預(yù)測
可再生能源特別是風(fēng)電，光伏等發(fā)電受氣候與天氣影響較大，在一天內(nèi)可能波動幅度巨大，其不穩(wěn)定性與不可靠性是造成其無法大規(guī)模消納的重要因素。如果能提前相對精確預(yù)測出可再生能源特別是風(fēng)電光伏的當(dāng)日發(fā)電功率曲線與用電負荷曲線，那么就可以根據(jù)預(yù)測曲線提前安排火電等傳統(tǒng)化石能源發(fā)電廠的發(fā)電計劃，以達到最大幅度消納新能源的目的。
目前國內(nèi)可再生能源發(fā)電特別是對風(fēng)力發(fā)電的預(yù)測尚處于起步階段，對風(fēng)力發(fā)電的錯誤估計，往往導(dǎo)致大規(guī)模棄風(fēng)。反觀德國，截至2014年年底，風(fēng)電裝機容量38115兆瓦，而棄風(fēng)率卻不到1%，如此高的消納利用率，得益于各個輸網(wǎng)公司對其控制區(qū)域內(nèi)風(fēng)電相對精確的預(yù)測。
右圖為德國四大輸網(wǎng)公司之一AmprionGmbH，對其所負責(zé)區(qū)域1月17日子夜至凌晨3時風(fēng)力發(fā)電功率的預(yù)測值與實測值對比。從圖中可以看出，這一時段的偏差一直在15%左右波動，基于這種精度的預(yù)測，再依托調(diào)頻市場，就可以達到對風(fēng)能幾乎完全的消納。
在德國四個大輸電區(qū)域中，由相應(yīng)的輸網(wǎng)公司負責(zé)維持電網(wǎng)穩(wěn)定。廠網(wǎng)分離之后輸電公司必須向調(diào)頻市場購買平衡電力，以平衡計劃與實際之差。目前一次，二次，三次調(diào)頻能量可以按需拍賣，其中除一次調(diào)頻由于無法計量而按功率收取費用外，其余兩種調(diào)頻皆按功率與電量進行二元計費。由輸網(wǎng)公司向相應(yīng)的調(diào)節(jié)商支付。同時由于德國存在四大輸電網(wǎng)區(qū)，各個輸電區(qū)域之間也會在進行一些平衡。
同時，每個大輸電區(qū)又由許多平衡基團組成，每個區(qū)域100個到200個不等。平衡基團是德國電網(wǎng)調(diào)節(jié)中虛擬的基本單元，在此單元中，所有的終端用戶消耗電量、產(chǎn)電商發(fā)電量以及輸入輸出電量必須達到平衡。單元內(nèi)發(fā)電量，耗電量，流入流出電量都由平衡基團責(zé)任方負責(zé)預(yù)測與經(jīng)營，并且受到區(qū)域輸電網(wǎng)公司的管理。平衡基團可大可小，在德國任何一個參與電力交易的能源公司，必須擁有至少一個平衡基團，所以平衡基團責(zé)任方可以是單純一家發(fā)電廠，也可以是負責(zé)給一片小區(qū)供電的能源公司。平衡基團責(zé)任方必須每天預(yù)測自身區(qū)域內(nèi)流入與流出的電量，并制成計劃上交給輸網(wǎng)公司，而輸網(wǎng)公司會根據(jù)這些表格在內(nèi)部平衡之后做出全區(qū)域的計劃。
每當(dāng)實際流入流出平衡基團的電量與計劃表發(fā)生偏差，平衡基團責(zé)任方就必須向其所在輸電區(qū)域的輸電公司購買平衡電力，而價格由輸電公司在二次調(diào)頻與三次調(diào)頻中的投入計算得出。在德國無論是正向平衡電力，還是逆向平衡電力的費用是一樣的，都按照平衡電力的電量價格的加權(quán)平均值計算得出。而這個值，往往遠大于在歐洲電力交易市場中的交易電價。
由此可見，一個平衡基團責(zé)任方的預(yù)測準(zhǔn)確與否，會直接影響到其在電力交易中的盈利。同時輸網(wǎng)公司的盈利也一定程度上與之相關(guān)，當(dāng)大輸電區(qū)的整體偏差較大時，會使輸網(wǎng)公司在一次調(diào)頻上的投入增大，對于這一部分支出，輸網(wǎng)公司不能從與下面的平衡基團責(zé)任方的交易中得到補償，這就驅(qū)使輸網(wǎng)公司對其管理的平衡基團責(zé)任方加強管理。由此，精準(zhǔn)預(yù)測負荷與發(fā)電量，尤其是不穩(wěn)定的新能源的發(fā)電功率，成為輸網(wǎng)公司與平衡基團責(zé)任方的利益訴求，大大提高了二者預(yù)測的積極性。提高了預(yù)測精度后便可以大大減少擁堵的可能性，增加新能源的消納。
上市交易
從2000年起的EEG（可再生能源法）對可再生能源承諾了20年補貼上網(wǎng)電價不變，這在當(dāng)初可再生能源發(fā)電，特別是光伏發(fā)電，成本較高的時候極大地刺激了市場投資建設(shè)的積極性，同時帶動了整個新能源行業(yè)的發(fā)展，包括咨詢、設(shè)計、安裝、維護等，推動了光伏等組件的量產(chǎn)。高額并且20年穩(wěn)定的補貼一方面是對社會資本的無風(fēng)險收益承諾，但另一方面也使得可再生能源分?jǐn)傎M節(jié)節(jié)上升，造成終端電價的上升，并且每年的分?jǐn)傎M都將之后20年的長度疊加，形成巨大的補貼慣性。不得不承認，這是一種過于激進的補貼機制，但在十幾年前光伏成本是煤電10倍，核電激進地被逐年關(guān)停的情況下，如果不使用這種激進的補貼機制很難刺激可再生能源行業(yè)的興起。這當(dāng)然是后話，沒有人能做這種假設(shè)。
至2012年，可再生能源發(fā)電已經(jīng)達到德國發(fā)電總量的23%，同時光伏風(fēng)電的波動性與需求的偏離也在電力交易市場上越來越頻繁出現(xiàn)的負電價顯現(xiàn)出來。2011年EPEX現(xiàn)貨市場上負電價出現(xiàn)了3次，而到了2012年負電價出現(xiàn)了45次。解決這些時間上的局部供大于求，引導(dǎo)可再生能源發(fā)電合理匹配用電，只能用市場化的手段，這樣的背景促使了德國自2012年起對EEG的一項大改革——逐步強制可再生能源發(fā)電市場化交易。
可再生能源市場化交易(Direktvermaktung)，是指可再生能源發(fā)電在交易市場上賣出，除獲得交易價格的收益之外，還能獲得額度市場化交易獎金。市場化交易獎金分為兩部分，一部分為該類可再生能源固定上網(wǎng)電價與該類可再生能源當(dāng)月市場交易平均價格的差值；一部分為管理獎金，用于補充該類可再生能源發(fā)電商進入市場化交易所付出的管理成本，金額由政府制定，逐年降低。市場化交易獎金發(fā)放和結(jié)算機制與原來固定上網(wǎng)電價相同，由電網(wǎng)企業(yè)計量、發(fā)放，全國總計后以可再生能源分?jǐn)傎M的形式分?jǐn)偟浇K端電價中。
這種可再生能源市場化的機制從多方面促進了可再生能源發(fā)電的消納。
首先，鼓勵可再生能源發(fā)電適應(yīng)供求關(guān)系。當(dāng)發(fā)電商在市場上賣電的交易價格高于當(dāng)月市場交易平均時，所獲總收益高于固定上網(wǎng)電價，反之，當(dāng)發(fā)電商在市場上賣電的交易價格低于當(dāng)月市場交易平均價時，所獲總收益低于固定上網(wǎng)電價。這就激勵了發(fā)電商在供小于求、電價較高的時候多發(fā)電，甚至發(fā)電商會為光伏安裝儲能設(shè)備，從而主動使清潔能源的發(fā)電以需求為導(dǎo)向。
其次，鼓勵可再生能源發(fā)電商進行精準(zhǔn)預(yù)測。管理獎金是用來彌補發(fā)電商進入交易市場，培養(yǎng)相應(yīng)人才，預(yù)測、交易、結(jié)算等的管理成本。其中大部分增加的管理成本來自于可再生能源的預(yù)測。為了在交易市場上賣出最好的價格，發(fā)電商會主動對可再生能源發(fā)電進行更精準(zhǔn)的預(yù)測。由于光伏、風(fēng)電的預(yù)測工作比水電、生物質(zhì)等難度和成本要大，因此光伏、太陽能發(fā)電市場化交易的管理獎金要高于其他可再生能源，最高比例在剛推出可再生能源市場化交易的2012年，風(fēng)電、光伏管理獎金為1.2歐分/度電，而水電、生物質(zhì)等的管理獎金為0.3歐分/度電。
再次，鼓勵可再生能源發(fā)電遠程監(jiān)測調(diào)控裝置的安裝。在固定上網(wǎng)電價時期，可再生能源發(fā)電設(shè)備幾乎沒有加裝遠程測控裝置，其發(fā)電量無法進行調(diào)節(jié)。進入市場化交易后，發(fā)電商有了動力為發(fā)電設(shè)備加裝調(diào)控裝置。而這些調(diào)控裝置不僅使得發(fā)電更加以需求為導(dǎo)向，更為可再生能源發(fā)電參加調(diào)峰調(diào)頻奠定了基礎(chǔ)。
接下來，降低可再生能源分?jǐn)傎M。由于開展了市場化交易后可再生能源的發(fā)電以需求為導(dǎo)向，從總量上來說可再生能源發(fā)電在交易市場上獲得了更高的售電價格，從而減少了最終會施加到可再生能源分?jǐn)傎M中的補貼。如2012年新建的光伏發(fā)電設(shè)備的平均固定上網(wǎng)電價為21.7歐分/度電，平均市場化交易獎金僅為15.1歐分/度電。
最后，促進了集成商的形成。并非所有的可再生能源發(fā)電商在規(guī)模上或者人力上都能夠進入電力市場交易，因此小型的發(fā)電商會將其發(fā)電委托給集成商代理在市場上的售電。這些集成商也會以專業(yè)的預(yù)測和交易服務(wù)一方面能將分散的可再生能源發(fā)電打包起來在交易市場上交易降低風(fēng)險，另一方面與需求側(cè)資源聯(lián)合起來形成虛擬電廠自我平衡。根據(jù)弗朗霍夫研究所的調(diào)研，一些集成商在2013年對于風(fēng)電、光伏的預(yù)測質(zhì)量已經(jīng)能與輸電網(wǎng)運營商媲美。
此外，德國可再生能源市場化交易的推出是逐步有序的。2012年起鼓勵可再生能源發(fā)電商自愿在固定上網(wǎng)電價和市場化交易中二選一；2014年1月起，裝機大于750kW的新裝生物氣發(fā)電設(shè)備必須市場化交易；8月起，所有裝機在500kW以上的新裝可再生能源發(fā)電設(shè)備市場化交易；2016年1月起，所有裝機在100kW以上的新裝可再生能源發(fā)電設(shè)備市場化交易。為了鼓勵已有裝機自愿轉(zhuǎn)換到市場化交易模式，降低發(fā)電商對于新模式的顧慮，EEG規(guī)定發(fā)電商可以在每個月向輸電網(wǎng)申請在市場化交易和固定上網(wǎng)電價間轉(zhuǎn)換。而市場化交易帶來的較高交易電價、市場化獎金以及參與調(diào)頻調(diào)峰市場獲得的紅利也讓發(fā)電商確實嘗到了甜頭，自愿轉(zhuǎn)入市場化交易的發(fā)電商的比例不斷升高。2012年初市場化交易機制引入后，至2012年底已經(jīng)有約80%的風(fēng)電，39%的生物質(zhì)發(fā)電以及7%的光伏發(fā)電自愿從固定上網(wǎng)電價模式轉(zhuǎn)換到市場化交易模式。
從德國十五年的能源轉(zhuǎn)型以及可再生能源發(fā)電成功消納的經(jīng)驗來看，完善的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施是發(fā)展可再生能源的硬件保障，目前德國依托歐洲大電網(wǎng)，已經(jīng)建立了相對完善的網(wǎng)狀電網(wǎng)，如果在一個國家的電網(wǎng)尚未發(fā)展到充裕的網(wǎng)孔布局階段，在某一區(qū)域又沒有互相分?jǐn)偱c消納，一旦擁堵便是大規(guī)模棄風(fēng)棄電。
引入市場化機制可以有利調(diào)動各業(yè)務(wù)單元的積極性，同時帶動一個新的行業(yè)。調(diào)頻市場的開放，平衡基團的設(shè)立，雖然只是一個復(fù)雜龐大市場機制中的一部分，但卻可以促進可再生能源風(fēng)光的預(yù)測業(yè)務(wù)，同時帶動了相關(guān)的技術(shù)與金融服務(wù)，正如歐洲能源交易市場上還有基于天氣的金融衍生品，可以對沖預(yù)測風(fēng)險。此外可再生能源的市場化可以進一步繁榮售電市場，還能帶動可再生能源發(fā)電設(shè)備的技術(shù)進步，甚至進一步促進調(diào)頻市場。而這一切，都是通過合理的市場機制，將可再生能源的發(fā)展同時轉(zhuǎn)化為了各個相關(guān)方的利益訴求，形成良性循環(huán)的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈。
