德國(guó)是世界上光伏裝機(jī)規(guī)模最大的國(guó)家，在推動(dòng)光伏發(fā)展方面的政策、管理、技術(shù)等經(jīng)驗(yàn)為世界上多個(gè)國(guó)家效仿。光伏發(fā)電的發(fā)展從來不是一帆風(fēng)順的，德國(guó)在光伏發(fā)展過程中也出現(xiàn)了電網(wǎng)運(yùn)行壓力持續(xù)增加、新能源補(bǔ)貼高導(dǎo)致電價(jià)上漲過快等問題。分析德國(guó)大比例光伏發(fā)展中出現(xiàn)的問題及其解決途徑，總結(jié)相關(guān)啟示，將為我國(guó)光伏并網(wǎng)提供有益借鑒。
德國(guó)光伏發(fā)展最新情況
2014年，德國(guó)已連續(xù)9年保持世界光伏發(fā)電第一大國(guó)的位置。截至2014年年底，德國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)容量約為3820萬千瓦；當(dāng)年光伏發(fā)電量達(dá)到328億千瓦時(shí)，約占全部發(fā)電量的6.3%。
光伏已成為德國(guó)裝機(jī)容量最大的電源。截至2014年年底，德國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)容量約占德國(guó)電力總裝機(jī)容量的21.5%，占比最高。就可再生能源發(fā)電而言，光伏裝機(jī)占比也最大，達(dá)可再生能源裝機(jī)的43.5%。此外，2014年6月9日，德國(guó)光伏瞬時(shí)出力超過系統(tǒng)負(fù)荷50%。
德國(guó)光伏發(fā)電市場(chǎng)已進(jìn)入平穩(wěn)調(diào)整期，光伏發(fā)展增速明顯放緩。德國(guó)光伏發(fā)電市場(chǎng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了市場(chǎng)啟動(dòng)、快速發(fā)展、急劇擴(kuò)張和平穩(wěn)調(diào)整四個(gè)階段。
德國(guó)2014年8月1日出臺(tái)新版《可再生能源法》，規(guī)定德國(guó)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(guó)光伏新增裝機(jī)約為180萬千瓦，稍低于政策目標(biāo)，新增裝機(jī)規(guī)模下降顯著，光伏發(fā)展速度明顯放緩。
帶來的技術(shù)問題及解決方案
大比例光伏并網(wǎng)的影響已不局限于配電網(wǎng)，對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定性受到關(guān)注。德國(guó)光伏接入電網(wǎng)主要呈現(xiàn)三個(gè)特點(diǎn)，大規(guī)模分布式光伏接入不僅對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生影響，也對(duì)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了重要影響。
對(duì)于配電網(wǎng)，光伏并網(wǎng)引起的電壓升高和設(shè)備過載問題較為突出。電壓升高是光伏接入配電網(wǎng)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(wǎng)后，尤其在脆弱或遠(yuǎn)距離的電網(wǎng)中，由于分布式光伏發(fā)電抵消用戶負(fù)荷導(dǎo)致線路輕載甚至線路潮流反向，電壓升高會(huì)成為一個(gè)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(duì)于大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，光伏發(fā)電的影響首先表現(xiàn)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(wǎng)將顯著改變系統(tǒng)供電負(fù)荷曲線，增加電網(wǎng)運(yùn)行壓力。此外，光伏出力預(yù)測(cè)誤差大，也將增加系統(tǒng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)。
另外是系統(tǒng)頻率安全風(fēng)險(xiǎn)增加。在沒有特殊要求的情況下，分布式光伏發(fā)電設(shè)備一般沒有類似常規(guī)機(jī)組的頻率控制特性，電網(wǎng)出現(xiàn)擾動(dòng)情況下，光伏發(fā)電設(shè)備向電網(wǎng)提供頻率支撐的能力較弱。2011年，德國(guó)光伏的“50.2赫茲”問題是光伏對(duì)電網(wǎng)頻率安全穩(wěn)定運(yùn)行影響的典型例子。
對(duì)此，德國(guó)主要給出了兩個(gè)解決方案。
一是電網(wǎng)擴(kuò)建。根據(jù)德國(guó)能源署開展的配電網(wǎng)擴(kuò)建需求研究，2030年之前，德國(guó)需要對(duì)16.1萬千米線路進(jìn)行改擴(kuò)建，補(bǔ)充安裝6900萬千伏安容量的變壓器。從各電壓等級(jí)的電網(wǎng)擴(kuò)建需求來看，中壓和低壓需要改擴(kuò)建的線路絕對(duì)長(zhǎng)度最長(zhǎng)，但是高壓需要改擴(kuò)建的線路比例最高，且高壓線路的改擴(kuò)建成本最高。根據(jù)德國(guó)能源署研究結(jié)果，德國(guó)需對(duì)高壓電網(wǎng)進(jìn)行32%的擴(kuò)建，對(duì)中壓電網(wǎng)進(jìn)行15%的擴(kuò)建，而低壓電網(wǎng)只需進(jìn)行5%的擴(kuò)建。
二是提高系統(tǒng)運(yùn)行靈活性。一方面，提高常規(guī)電廠運(yùn)行靈活性。以德國(guó)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(shí)間的風(fēng)電和光伏發(fā)電都大于此區(qū)域的負(fù)載，且具有明顯的陡升陡降特點(diǎn)。因此，要求常規(guī)電廠運(yùn)行靈活性增加，能夠非常迅速地啟停機(jī)組。另一方面，加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)，充分發(fā)揮大電網(wǎng)資源優(yōu)化配置作用，調(diào)動(dòng)各方資源提高電網(wǎng)運(yùn)行靈活性。
德國(guó)國(guó)內(nèi)的抽水蓄能等靈活調(diào)節(jié)電源比例較低。目前為提高系統(tǒng)運(yùn)行靈活性，德國(guó)擬加強(qiáng)與北歐電力系統(tǒng)的互聯(lián)，充分利用挪威等國(guó)的水電，促進(jìn)德國(guó)的可再生能源消納。在歐盟層面，加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)，建設(shè)歐洲統(tǒng)一電力市場(chǎng)，促進(jìn)區(qū)域電網(wǎng)融合，是歐洲電網(wǎng)建設(shè)的重要發(fā)展方向。
根據(jù)歐洲輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟2012年時(shí)制定的十年電網(wǎng)規(guī)劃，歐盟范圍內(nèi)需要改擴(kuò)建的線路長(zhǎng)度為52300千米，其中約90%的改擴(kuò)建需求來自促進(jìn)可再生能源消納的需要。
帶來的經(jīng)濟(jì)問題及解決方案
隨著光伏發(fā)展規(guī)模和電價(jià)補(bǔ)貼額度的增大，德國(guó)電力消費(fèi)者的價(jià)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(chǎng)價(jià)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(jù)統(tǒng)計(jì)，德國(guó)峰值負(fù)荷時(shí)的電價(jià)已經(jīng)由2008年的80歐元/兆瓦時(shí)降至2013年的38歐元/兆瓦時(shí)。由于德國(guó)電力市場(chǎng)為單一電量市場(chǎng)，市場(chǎng)電價(jià)降低對(duì)傳統(tǒng)電源盈利能力造成較大負(fù)面影響。德國(guó)的大型發(fā)電企業(yè)一般以經(jīng)營(yíng)煤電、核電、天然氣發(fā)電等傳統(tǒng)電源發(fā)電項(xiàng)目為主。2013年，德國(guó)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(jīng)向德國(guó)聯(lián)邦網(wǎng)監(jiān)局申請(qǐng)關(guān)停。
一是調(diào)整光伏發(fā)電電價(jià)補(bǔ)貼機(jī)制。引入基于新增裝機(jī)容量的固定上網(wǎng)電價(jià)動(dòng)態(tài)遞減。為限制光伏補(bǔ)貼成本，德國(guó)2009年版《可再生能源法》根據(jù)新增裝機(jī)容量目標(biāo)區(qū)間和實(shí)際新增裝機(jī)容量，每年動(dòng)態(tài)遞減固定上網(wǎng)電價(jià)。之后，進(jìn)一步將固定上網(wǎng)電價(jià)的動(dòng)態(tài)遞減頻率由之前的年度遞減調(diào)整為半年遞減，進(jìn)而調(diào)整為每月遞減。再引入基于市場(chǎng)溢價(jià)的可再生能源補(bǔ)貼機(jī)制，大力推動(dòng)可再生能源市場(chǎng)化。然后對(duì)之前豁免可再生能源補(bǔ)貼征收的自發(fā)自用光伏發(fā)電用戶征收可再生能源補(bǔ)貼。
二是探索出臺(tái)容量電價(jià)，保證傳統(tǒng)電廠的盈利能力?？紤]到風(fēng)電、光伏等可再生能源的波動(dòng)性，傳統(tǒng)發(fā)電廠對(duì)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(guó)面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題。目前，德國(guó)正在探索修改電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)，出臺(tái)容量電價(jià)機(jī)制，保證傳統(tǒng)電源的盈利。
啟示與建議
首先，要調(diào)整補(bǔ)貼政策。德國(guó)光伏快速發(fā)展引起的高補(bǔ)貼已經(jīng)在德國(guó)國(guó)內(nèi)引起熱烈討論。建議國(guó)家吸取德國(guó)光伏補(bǔ)貼過高、電價(jià)上漲過快的教訓(xùn)，借鑒德國(guó)在光伏發(fā)展靈活總量控制、補(bǔ)貼機(jī)制調(diào)整等方面的經(jīng)驗(yàn)和新思路，以鼓勵(lì)創(chuàng)新和降低成本為目標(biāo)，動(dòng)態(tài)調(diào)整補(bǔ)貼政策，協(xié)調(diào)好光伏發(fā)展速度與規(guī)模，實(shí)現(xiàn)光伏可持續(xù)發(fā)展。
其次，要加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)。大比例光伏并網(wǎng)不僅對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生影響，當(dāng)接入比例達(dá)到一定程度也將對(duì)輸電網(wǎng)產(chǎn)生重要影響。需要加強(qiáng)配電網(wǎng)及輸電網(wǎng)建設(shè)，促進(jìn)光伏與配電網(wǎng)以及輸電網(wǎng)等各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，充分發(fā)揮就地消納與網(wǎng)間協(xié)調(diào)的共同作用，保證大比例光伏并網(wǎng)消納。
再次，完善相關(guān)并網(wǎng)技術(shù)規(guī)定。德國(guó)大規(guī)模光伏并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響已經(jīng)受到關(guān)注。建議加強(qiáng)光伏發(fā)電出力預(yù)測(cè)，同時(shí)根據(jù)分布式光伏發(fā)展規(guī)模以及系統(tǒng)運(yùn)行狀況，借鑒德國(guó)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，及早修訂相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)分布式光伏對(duì)系統(tǒng)電壓、頻率等的支撐能力，防患未然。
最后，加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)，完善常規(guī)電源調(diào)峰激勵(lì)機(jī)制。一方面，大規(guī)模光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行靈活性的需求持續(xù)增加。加強(qiáng)電網(wǎng)互聯(lián)，充分發(fā)揮大電網(wǎng)的資源配置作用，利用不同區(qū)域電網(wǎng)資源優(yōu)勢(shì)調(diào)劑余缺，是增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行靈活性的重要方式。另一方面，大規(guī)模光伏并網(wǎng)需要常規(guī)機(jī)組提供輔助服務(wù)。建議國(guó)家完善現(xiàn)行輔助服務(wù)管理辦法，充分挖掘常規(guī)電源的調(diào)峰潛力。明確各類電源輔助服務(wù)的責(zé)任和有償服務(wù)的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。
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