德國是世界上光伏裝機規(guī)模最大的國家，在推動光伏發(fā)展方面的政策、管理、技術等經驗為世界上多個國家效仿。光伏發(fā)電的發(fā)展從來不是一帆風順的，德國在光伏發(fā)展過程中也出現了電網運行壓力持續(xù)增加、新能源補貼高導致電價上漲過快等問題。分析德國大比例光伏發(fā)展中出現的問題及其解決途徑，總結相關啟示，將為我國光伏并網提供有益借鑒。
德國光伏發(fā)展最新情況
2014年，德國已連續(xù)9年保持世界光伏發(fā)電第一大國的位置。截至2014年年底，德國光伏發(fā)電裝機容量約為3820萬千瓦；當年光伏發(fā)電量達到328億千瓦時，約占全部發(fā)電量的6.3%。
光伏已成為德國裝機容量最大的電源。截至2014年年底，德國光伏發(fā)電裝機容量約占德國電力總裝機容量的21.5%，占比最高。就可再生能源發(fā)電而言，光伏裝機占比也最大，達可再生能源裝機的43.5%。此外，2014年6月9日，德國光伏瞬時出力超過系統(tǒng)負荷50%。
德國光伏發(fā)電市場已進入平穩(wěn)調整期，光伏發(fā)展增速明顯放緩。德國光伏發(fā)電市場的發(fā)展大致經歷了市場啟動、快速發(fā)展、急劇擴張和平穩(wěn)調整四個階段。
德國2014年8月1日出臺新版《可再生能源法》，規(guī)定德國未來光伏發(fā)電的年度新增規(guī)模將限定在240~260萬千瓦。2014年，德國光伏新增裝機約為180萬千瓦，稍低于政策目標，新增裝機規(guī)模下降顯著，光伏發(fā)展速度明顯放緩。
帶來的技術問題及解決方案
大比例光伏并網的影響已不局限于配電網，對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性受到關注。德國光伏接入電網主要呈現三個特點，大規(guī)模分布式光伏接入不僅對配電網產生影響，也對大電網安全穩(wěn)定運行產生了重要影響。
對于配電網，光伏并網引起的電壓升高和設備過載問題較為突出。電壓升高是光伏接入配電網帶來的主要影響之一。在傳統(tǒng)的電力輸送方式下，電流的方向是單一的，從發(fā)電到用戶，電壓隨著距離及用電水平而降低。大量分布式光伏接入電網后，尤其在脆弱或遠距離的電網中，由于分布式光伏發(fā)電抵消用戶負荷導致線路輕載甚至線路潮流反向，電壓升高會成為一個突出問題。
此外，隨著分布式電源的接入水平增加，反向功率的發(fā)生更加頻繁。反向功率可能比變壓器或者線路的容量還高，引起變壓器或線路過載。
對于大電網安全穩(wěn)定運行，光伏發(fā)電的影響首先表現在系統(tǒng)有功平衡壓力增加。光伏發(fā)電具有典型的日變化特性，大比例光伏并網將顯著改變系統(tǒng)供電負荷曲線，增加電網運行壓力。此外，光伏出力預測誤差大，也將增加系統(tǒng)運行安全風險。
另外是系統(tǒng)頻率安全風險增加。在沒有特殊要求的情況下，分布式光伏發(fā)電設備一般沒有類似常規(guī)機組的頻率控制特性，電網出現擾動情況下，光伏發(fā)電設備向電網提供頻率支撐的能力較弱。2011年，德國光伏的“50.2赫茲”問題是光伏對電網頻率安全穩(wěn)定運行影響的典型例子。
對此，德國主要給出了兩個解決方案。
一是電網擴建。根據德國能源署開展的配電網擴建需求研究，2030年之前，德國需要對16.1萬千米線路進行改擴建，補充安裝6900萬千伏安容量的變壓器。從各電壓等級的電網擴建需求來看，中壓和低壓需要改擴建的線路絕對長度最長，但是高壓需要改擴建的線路比例最高，且高壓線路的改擴建成本最高。根據德國能源署研究結果，德國需對高壓電網進行32%的擴建，對中壓電網進行15%的擴建，而低壓電網只需進行5%的擴建。
二是提高系統(tǒng)運行靈活性。一方面，提高常規(guī)電廠運行靈活性。以德國TenneT公司控制區(qū)為例，該控制區(qū)2013年7月幾乎每天午餐時間的風電和光伏發(fā)電都大于 此區(qū)域的負載，且具有明顯的陡升陡降特點。因此，要求常規(guī)電廠運行靈活性增加，能夠非常迅速地啟停機組。另一方面，加強電網互聯，充分發(fā)揮大電網資源優(yōu)化配置作用，調動各方資源提高電網運行靈活性。
德國國內的抽水蓄能等靈活調節(jié)電源比例較低。目前為提高系統(tǒng)運行靈活性，德國擬加強與北歐電力系統(tǒng)的互聯，充分利用挪威等國的水電，促進德國的可再生能源消納。在歐盟層面，加強電網互聯，建設歐洲統(tǒng)一電力市場，促進區(qū)域電網融合，是歐洲電網建設的重要發(fā)展方向。
根據歐洲輸電網運營商聯盟2012年時制定的十年電網規(guī)劃，歐盟范圍內需要改擴建的線路長度為52300千米，其中約90%的改擴建需求來自促進可再生能源消納的需要。
帶來的經濟問題及解決方案
隨著光伏發(fā)展規(guī)模和電價補貼額度的增大，德國電力消費者的價格壓力不斷增加。
可再生能源大規(guī)模發(fā)展使得電力批發(fā)市場價格大幅下跌，常規(guī)電源處于微利甚至虧損狀態(tài)，未來投資意愿降低。據統(tǒng)計，德國峰值負荷時的電價已經由2008年的80歐元/兆瓦時降至2013年的38歐元/兆瓦時。由于德國電力市場為單一電量市場，市場電價降低對傳統(tǒng)電源盈利能力造成較大負面影響。德國的大型發(fā)電企業(yè)一般以經營煤電、核電、天然氣發(fā)電等傳統(tǒng)電源發(fā)電項目為主。2013年，德國能源巨頭RWE公司損失28億歐元。目前，許多傳統(tǒng)發(fā)電廠已經向德國聯邦網監(jiān)局申請關停。
對此，德國也給出兩個解決方案。
一是調整光伏發(fā)電電價補貼機制。引入基于新增裝機容量的固定上網電價動態(tài)遞減。為限制光伏補貼成本，德國2009年版《可再生能源法》根據新增裝機容量目標區(qū)間和實際新增裝機容量，每年動態(tài)遞減固定上網電價。之后，進一步將固定上網電價的動態(tài)遞減頻率由之前的年度遞減調整為半年遞減，進而調整為每月遞減。再引入基于市場溢價的可再生能源補貼機制，大力推動可再生能源市場化。然后對之前豁免可再生能源補貼征收的自發(fā)自用光伏發(fā)電用戶征收可再生能源補貼。
二是探索出臺容量電價，保證傳統(tǒng)電廠的盈利能力。考慮到風電、光伏等可再生能源的波動性，傳統(tǒng)發(fā)電廠對保障未來電力系統(tǒng)供電安全發(fā)揮著重要作用。如何保證傳統(tǒng)電廠的盈利能力，持續(xù)在未來供電安全方面發(fā)揮重要作用是德國面臨的一個關鍵問題。目前，德國正在探索修改電力市場設計，出臺容量電價機制，保證傳統(tǒng)電源的盈利。
啟示與建議
首先，要調整補貼政策。德國光伏快速發(fā)展引起的高補貼已經在德國國內引起熱烈討論。建議國家吸取德國光伏補貼過高、電價上漲過快的教訓，借鑒德國在光伏發(fā)展靈活總量控制、補貼機制調整等方面的經驗和新思路，以鼓勵創(chuàng)新和降低成本為目標，動態(tài)調整補貼政策，協(xié)調好光伏發(fā)展速度與規(guī)模，實現光伏可持續(xù)發(fā)展。
其次，要加強電網建設。大比例光伏并網不僅對配電網產生影響，當接入比例達到一定程度也將對輸電網產生重要影響。需要加強配電網及輸電網建設，促進光伏與配電網以及輸電網等各級電網協(xié)調發(fā)展，充分發(fā)揮就地消納與網間協(xié)調的共同作用，保證大比例光伏并網消納。
再次，完善相關并網技術規(guī)定。德國大規(guī)模光伏并網對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響已經受到關注。建議加強光伏發(fā)電出力預測，同時根據分布式光伏發(fā)展規(guī)模以及系統(tǒng)運行狀況，借鑒德國經驗教訓，及早修訂相關技術標準，加強分布式光伏對系統(tǒng)電壓、頻率等的支撐能力，防患未然。
最后，加強電網互聯，完善常規(guī)電源調峰激勵機制。一方面，大規(guī)模光伏并網對電網運行靈活性的需求持續(xù)增加。加強電網互聯，充分發(fā)揮大電網的資源配置作用，利用不同區(qū)域電網資源優(yōu)勢調劑余缺，是增強電網運行靈活性的重要方式。另一方面，大規(guī)模光伏并網需要常規(guī)機組提供輔助服務。建議國家完善現行輔助服務管理辦法，充分挖掘常規(guī)電源的調峰潛力。明確各類電源輔助服務的責任和有償服務的補償標準。
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