郭欣：德國消納高比例可再生能源的平衡機(jī)制（線上）

編者按：“雙碳”背景下，隨著科技水平不斷進(jìn)步和能源行業(yè)快速發(fā)展，分布式能源已成為引領(lǐng)能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢(shì)之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開，本次大會(huì)由中國能源研究會(huì)與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì)上，

德國PSI軟件公司高級(jí)業(yè)務(wù)經(jīng)理郭欣博士做了主題為《德國消納高比例可再生能源的平衡機(jī)制》的報(bào)告。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

郭欣：大家好，我今天報(bào)告的題目是德國消納高比例可再生能源的平衡機(jī)制，在報(bào)告開始之前，我先介紹一下報(bào)告的背景。

目前德國新能源用電比例已經(jīng)超過了50%，在沿海地區(qū)早已經(jīng)超過了百分之一百，有一些地區(qū)新能源比例已經(jīng)達(dá)到了80%，這都是因?yàn)榈聡诟鱾€(gè)方面全面提高了電力系統(tǒng)的靈活性，包括電力設(shè)備的靈活性，規(guī)劃容量的靈活性，以及運(yùn)行方式的靈活性和所謂網(wǎng)源儲(chǔ)的靈活性，最后當(dāng)然還包括電源和負(fù)荷的靈活性，在提高靈活性的時(shí)候，德國全面的放棄了傳統(tǒng)了概念，引入了許多新的概念，不然這件事情是做不到的，因?yàn)榈聡鴶U(kuò)建電網(wǎng)是一件非常困難的事情，審批需要長(zhǎng)達(dá)5年時(shí)間，另外還有民眾的阻礙靈活，所以到現(xiàn)在為止，德國所需擴(kuò)建的電網(wǎng)只完成了12%，從另一個(gè)方面說明，引入這些新概念的有效性，由于時(shí)間關(guān)系，今天只能談一個(gè)新概念，所謂平衡機(jī)制的新概念。

下面來看一下報(bào)告內(nèi)容。

首先來看一下幾個(gè)基本的概念作為引言，作為平衡機(jī)制，包括三個(gè)重要方面。

一、平衡能源的結(jié)算。

三、調(diào)頻能量市場(chǎng)。

三、調(diào)頻能量的需求。

在這些內(nèi)容里，調(diào)頻的責(zé)任方，負(fù)責(zé)做調(diào)頻三項(xiàng)工作的負(fù)責(zé)方，他扮演了非常重要的關(guān)鍵角色，整個(gè)報(bào)告都是圍繞著平衡負(fù)責(zé)方來鋪開的，看一下平衡責(zé)任方的主要責(zé)任，不平衡實(shí)際上有三個(gè)方面。

一、預(yù)測(cè)誤差。

二、計(jì)劃條約。

三、安全裕度。

詳細(xì)的說，預(yù)測(cè)誤差主要是新能源預(yù)測(cè)和負(fù)荷的預(yù)測(cè)，其中新能源誤差是非常主要的。計(jì)劃條約包括發(fā)電計(jì)劃的條約，比如交易時(shí)的計(jì)劃改變和所謂再調(diào)度，再調(diào)度是什么意思?在電網(wǎng)有堵塞的情況下，通過兩側(cè)電場(chǎng)發(fā)電的調(diào)度，一邊升一邊降來緩解電網(wǎng)的堵塞情況，這叫再調(diào)度，這時(shí)候要改變發(fā)電計(jì)劃。還有小時(shí)跳躍，因?yàn)榘l(fā)電都不是連續(xù)的，都是按小時(shí)定的計(jì)劃，所以計(jì)劃連續(xù)性也會(huì)引起不平衡。

最后安全裕度，比如調(diào)頻在德國是兩個(gè)核電廠同時(shí)停電來定的量，其他的是所謂系統(tǒng)備用。

下面我們來看所謂德國的平衡駁論，這是一個(gè)很出名的工作，這張圖怎么看?隨著風(fēng)光的裝機(jī)容量不斷擴(kuò)大，所需要的平衡能量也越來越大，新能源比例越高，系統(tǒng)波動(dòng)性越大，系統(tǒng)的調(diào)頻備用需要的越多，系統(tǒng)平衡的成本越高，在德國系統(tǒng)平衡被認(rèn)為是繼棄風(fēng)棄光之后又一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)，這里面我舉了兩個(gè)例子，一個(gè)是英國到2007年的時(shí)候，調(diào)頻備用等價(jià)了18%，系統(tǒng)平均費(fèi)用增加了差不多三倍。還有奧地利，奧地利的情況跟德國差不多，而且比德國也小，但是平衡成本是德國的十倍以上，德國曾經(jīng)自己也做過預(yù)測(cè)，當(dāng)時(shí)預(yù)測(cè)到2020年調(diào)頻備用會(huì)翻番，從圖上來看是招標(biāo)的統(tǒng)計(jì)，不是成正比上升，反而是下降的，不但是招標(biāo)的規(guī)律，下面可以看到費(fèi)用也是下降的，統(tǒng)計(jì)2010年到2020年，還有實(shí)際調(diào)頻費(fèi)用也都是下降的。

德國的經(jīng)濟(jì)學(xué)家對(duì)這個(gè)問題做了非常仔細(xì)的研究，下面是他們的研究結(jié)果，經(jīng)過分析以后，發(fā)現(xiàn)到2017年對(duì)調(diào)頻容量的需求和調(diào)頻的電量分別減少50%多，實(shí)際上應(yīng)該是成正比上漲的，現(xiàn)在反而是成反比下降的，所以節(jié)約的經(jīng)濟(jì)成本是達(dá)到了近乎一倍，因?yàn)榱亢艽螅允欠浅？捎^的，而且至少在2017年的時(shí)候，在歐洲或者在世界上僅僅德國一家，所以被稱為德國的調(diào)頻駁論，德國是為什么做到這一點(diǎn)?下面看一下剛才提到的所謂平衡責(zé)任方，舉一個(gè)例子。

這是德國地圖，上面我把輸電平衡責(zé)任方，有很多不同的平衡責(zé)任方，分別大概講一下。最重要的是，左邊的是灰色的，地網(wǎng)的所謂平衡責(zé)任方，平衡責(zé)任方的任務(wù)是什么?買電跟賣電需要達(dá)到平衡，自己沒有能力達(dá)到平衡的時(shí)候，就需要通過交易的方式達(dá)到平衡，既是物理的也是虛擬的概念，淺綠色的是新能源的參與，新能源的責(zé)任方或者是平衡集團(tuán)，什么意思?德國法律規(guī)定，所有超過一百千瓦的新能源，都必須賣到電力市場(chǎng)上，而且他們一直在改進(jìn)預(yù)測(cè)誤差，從2010年到2018年，預(yù)測(cè)誤差減少了50%，數(shù)據(jù)也是相當(dāng)可觀，剛才第一條曲線里面可以達(dá)到下降60%，德國下降了50%，原因就是所有的這些新能源都必須賣到現(xiàn)貨市場(chǎng)上。

再上面紅的平衡集團(tuán)，再強(qiáng)調(diào)一下平衡集團(tuán)就是要達(dá)到所有發(fā)電或者買的電，或者賣的電都要達(dá)到平衡，這是虛擬的概念，橫的是發(fā)電廠，發(fā)電集團(tuán)作為平衡集團(tuán)也是非常重要的參與方，主要是靠海那一方，主要靠風(fēng)電捆綁的方式來減少風(fēng)電預(yù)測(cè)的誤差，下面看一下有哪些新概念。

傳統(tǒng)的概念是符合進(jìn)行集中的區(qū)域預(yù)測(cè)，新的概念是對(duì)分布式的新能源進(jìn)行區(qū)域的預(yù)測(cè)，剛才我們看到了，達(dá)到的很準(zhǔn)確。過去德國一共有四大電網(wǎng)，負(fù)責(zé)優(yōu)化和調(diào)頻，現(xiàn)在平衡責(zé)任方在德國有一千多家，采用一千多種方式進(jìn)行平衡，過去用的管理系統(tǒng)EMS，虛擬電廠，過去僅僅是調(diào)頻，現(xiàn)在是儲(chǔ)氫這一刻之前一直在做平衡，減少所謂的計(jì)劃條約。

過去是靠經(jīng)驗(yàn)來估算，現(xiàn)在都是要進(jìn)行實(shí)時(shí)的預(yù)測(cè)，簡(jiǎn)單的看一下平衡價(jià)格系統(tǒng)。平衡價(jià)格系統(tǒng)在德國是非常復(fù)雜，搞這一行的人也不是在所有的方面都有所了解和熟悉，所以在這里我只能對(duì)價(jià)格系統(tǒng)做通俗的解釋，平衡所需要的費(fèi)用是非常非常大的，實(shí)際上在德國把平衡的費(fèi)用一部分她出來，讓所謂的平衡責(zé)任方有一個(gè)賺錢的機(jī)會(huì)，他們賺到了一部分錢，也給國家省了很多錢，實(shí)際上這是核心的地方，貢獻(xiàn)越大獲利越多，同時(shí)在過程中電廠進(jìn)行靈活性改造，使得電廠越來越靈活。

價(jià)格機(jī)制里也有一些規(guī)則，假如你發(fā)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)不利，需要進(jìn)行所謂的負(fù)極力，只能簡(jiǎn)單的解釋一下。

國際合作對(duì)平衡的作用。剛才談到平衡的集團(tuán)或者平衡負(fù)責(zé)方，十多年前，2001年以前，德國四大電網(wǎng)各有一個(gè)所謂的平衡區(qū)，互相區(qū)之間的調(diào)頻或者做平衡工作都是不協(xié)調(diào)的，有的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生所謂的政府對(duì)沖，另外每一個(gè)所謂的平衡責(zé)任方必須和四個(gè)平衡區(qū)進(jìn)行協(xié)調(diào)，加大管理費(fèi)用，結(jié)算也是四套，所以也增加了管理費(fèi)用。

由于這個(gè)原因，下面可以看到德國合成了一個(gè)統(tǒng)一的平衡區(qū)，做的很成功，在這個(gè)基礎(chǔ)上成立了國際平衡聯(lián)盟，聯(lián)盟最后是擴(kuò)大到了整個(gè)歐洲，德國比較小，德國是相當(dāng)于中國的省，歐洲類似是跟整個(gè)中國相比較，所以所謂的國際合作講的在中國來說就是省與省之間的協(xié)調(diào)。

看一下具體的項(xiàng)目，有兩個(gè)項(xiàng)目，一個(gè)是二次調(diào)頻的優(yōu)化，一個(gè)是三次調(diào)頻，二次調(diào)頻是非常了解，是我們的主項(xiàng)目，二次調(diào)頻在整個(gè)歐洲甚至整個(gè)全國、各個(gè)省都進(jìn)行了優(yōu)化，要求在一秒鐘之內(nèi)完成所有的調(diào)頻優(yōu)化，但是整個(gè)的市場(chǎng)還是各國都有各國自己的市場(chǎng)，通過交易耦合，調(diào)頻市場(chǎng)和現(xiàn)貨市場(chǎng)大家要注意是兩個(gè)市場(chǎng)。

現(xiàn)在來看效果，灰色的部分可以看到整個(gè)調(diào)頻的電量是不斷在減少，灰色的部分通過國際合作，在中國來說是省與省之間的合作來進(jìn)行優(yōu)化的，效果是非常顯著的。

最后做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結(jié)，德國系統(tǒng)調(diào)頻的機(jī)制，它的成功與市場(chǎng)機(jī)制、組織結(jié)構(gòu)、價(jià)格體系、國際合作等各種各樣的原因，通過各方面的共同努力來完成的，里面我講到很多規(guī)律，這些規(guī)律是和制度本身在我看來是無關(guān)的。比如新能源的區(qū)域預(yù)測(cè)以及直接上市一百千瓦以上的新能源必須上市，平衡價(jià)格的激勵(lì)措施、調(diào)頻聯(lián)盟、調(diào)頻的備用功率的預(yù)測(cè)以及市場(chǎng)的耦合，這些都是和制度無關(guān)的，所以有可能以某一種方式的形式可以借鑒。

每個(gè)國家都有自己的國情，所以德國的平衡系統(tǒng)方面經(jīng)驗(yàn)也只能作為參考，在我看來對(duì)中國來說，調(diào)頻調(diào)峰的改革還是比較關(guān)鍵的，在德國是沒有調(diào)峰的概念，調(diào)峰在德國都是屬于系統(tǒng)平衡的，單獨(dú)拿出來平衡問題和現(xiàn)貨市場(chǎng)理論上是可以協(xié)同，但實(shí)際上操作起來是非常非常困難的，從我的角度來看有必要把調(diào)峰納入到現(xiàn)貨市場(chǎng)。

最后一條是我對(duì)德國能源轉(zhuǎn)型的總結(jié)，回過頭來看德國新能源的發(fā)展，許多問題實(shí)際上不是技術(shù)問題，而是經(jīng)濟(jì)問題，許多經(jīng)濟(jì)問題實(shí)質(zhì)上是市場(chǎng)問題，很多市場(chǎng)問題最后又歸結(jié)為政策問題，一環(huán)扣一換，一層更比一層高。

謝謝大家。