郭欣：德國消納高比例可再生能源的平衡機制（線(xiàn)上）

編者按：“雙碳”背景下，隨著(zhù)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(kāi)，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制》的報告。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

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

目前德國新能源用電比例已經(jīng)超過(guò)了50%，在沿海地區早已經(jīng)超過(guò)了百分之一百，有一些地區新能源比例已經(jīng)達到了80%，這都是因為德國在各個(gè)方面全面提高了電力系統的靈活性，包括電力設備的靈活性，規劃容量的靈活性，以及運行方式的靈活性和所謂網(wǎng)源儲的靈活性，最后當然還包括電源和負荷的靈活性，在提高靈活性的時(shí)候，德國全面的放棄了傳統了概念，引入了許多新的概念，不然這件事情是做不到的，因為德國擴建電網(wǎng)是一件非常困難的事情，審批需要長(cháng)達5年時(shí)間，另外還有民眾的阻礙靈活，所以到現在為止，德國所需擴建的電網(wǎng)只完成了12%，從另一個(gè)方面說(shuō)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，所謂平衡機制的新概念。

下面來(lái)看一下報告內容。

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

一、平衡能源的結算。

三、調頻能量市場(chǎng)。

三、調頻能量的需求。

在這些內容里，調頻的責任方，負責做調頻三項工作的負責方，他扮演了非常重要的關(guān)鍵角色，整個(gè)報告都是圍繞著(zhù)平衡負責方來(lái)鋪開(kāi)的，看一下平衡責任方的主要責任，不平衡實(shí)際上有三個(gè)方面。

一、預測誤差。

二、計劃條約。

三、安全裕度。

詳細的說(shuō)，預測誤差主要是新能源預測和負荷的預測，其中新能源誤差是非常主要的。計劃條約包括發(fā)電計劃的條約，比如交易時(shí)的計劃改變和所謂再調度，再調度是什么意思?在電網(wǎng)有堵塞的情況下，通過(guò)兩側電場(chǎng)發(fā)電的調度，一邊升一邊降來(lái)緩解電網(wǎng)的堵塞情況，這叫再調度，這時(shí)候要改變發(fā)電計劃。還有小時(shí)跳躍，因為發(fā)電都不是連續的，都是按小時(shí)定的計劃，所以計劃連續性也會(huì )引起不平衡。

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

下面我們來(lái)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(zhù)風(fēng)光的裝機容量不斷擴大，所需要的平衡能量也越來(lái)越大，新能源比例越高，系統波動(dòng)性越大，系統的調頻備用需要的越多，系統平衡的成本越高，在德國系統平衡被認為是繼棄風(fēng)棄光之后又一項重大挑戰，這里面我舉了兩個(gè)例子，一個(gè)是英國到2007年的時(shí)候，調頻備用等價(jià)了18%，系統平均費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(guò)預測，當時(shí)預測到2020年調頻備用會(huì )翻番，從圖上來(lái)看是招標的統計，不是成正比上升，反而是下降的，不但是招標的規律，下面可以看到費用也是下降的，統計2010年到2020年，還有實(shí)際調頻費用也都是下降的。

德國的經(jīng)濟學(xué)家對這個(gè)問(wèn)題做了非常仔細的研究，下面是他們的研究結果，經(jīng)過(guò)分析以后，發(fā)現到2017年對調頻容量的需求和調頻的電量分別減少50%多，實(shí)際上應該是成正比上漲的，現在反而是成反比下降的，所以節約的經(jīng)濟成本是達到了近乎一倍，因為量很大，所以是非?？捎^(guān)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(chēng)為德國的調頻駁論，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任方，舉一個(gè)例子。

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

再上面紅的平衡集團，再強調一下平衡集團就是要達到所有發(fā)電或者買(mǎi)的電，或者賣(mài)的電都要達到平衡，這是虛擬的概念，橫的是發(fā)電廠(chǎng)，發(fā)電集團作為平衡集團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(lái)減少風(fēng)電預測的誤差，下面看一下有哪些新概念。

傳統的概念是符合進(jìn)行集中的區域預測，新的概念是對分布式的新能源進(jìn)行區域的預測，剛才我們看到了，達到的很準確。過(guò)去德國一共有四大電網(wǎng)，負責優(yōu)化和調頻，現在平衡責任方在德國有一千多家，采用一千多種方式進(jìn)行平衡，過(guò)去用的管理系統EMS，虛擬電廠(chǎng)，過(guò)去僅僅是調頻，現在是儲氫這一刻之前一直在做平衡，減少所謂的計劃條約。

過(guò)去是靠經(jīng)驗來(lái)估算，現在都是要進(jìn)行實(shí)時(shí)的預測，簡(jiǎn)單的看一下平衡價(jià)格系統。平衡價(jià)格系統在德國是非常復雜，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價(jià)格系統做通俗的解釋?zhuān)胶馑枰馁M用是非常非常大的，實(shí)際上在德國把平衡的費用一部分她出來(lái)，讓所謂的平衡責任方有一個(gè)賺錢(qián)的機會(huì )，他們賺到了一部分錢(qián)，也給國家省了很多錢(qián)，實(shí)際上這是核心的地方，貢獻越大獲利越多，同時(shí)在過(guò)程中電廠(chǎng)進(jìn)行靈活性改造，使得電廠(chǎng)越來(lái)越靈活。

價(jià)格機制里也有一些規則，假如你發(fā)現對系統不利，需要進(jìn)行所謂的負極力，只能簡(jiǎn)單的解釋一下。

國際合作對平衡的作用。剛才談到平衡的集團或者平衡負責方，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，互相區之間的調頻或者做平衡工作都是不協(xié)調的，有的時(shí)候會(huì )產(chǎn)生所謂的政府對沖，另外每一個(gè)所謂的平衡責任方必須和四個(gè)平衡區進(jìn)行協(xié)調，加大管理費用，結算也是四套，所以也增加了管理費用。

由于這個(gè)原因，下面可以看到德國合成了一個(gè)統一的平衡區，做的很成功，在這個(gè)基礎上成立了國際平衡聯(lián)盟，聯(lián)盟最后是擴大到了整個(gè)歐洲，德國比較小，德國是相當于中國的省，歐洲類(lèi)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(lái)說(shuō)就是省與省之間的協(xié)調。

看一下具體的項目，有兩個(gè)項目，一個(gè)是二次調頻的優(yōu)化，一個(gè)是三次調頻，二次調頻是非常了解，是我們的主項目，二次調頻在整個(gè)歐洲甚至整個(gè)全國、各個(gè)省都進(jìn)行了優(yōu)化，要求在一秒鐘之內完成所有的調頻優(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(guò)交易耦合，調頻市場(chǎng)和現貨市場(chǎng)大家要注意是兩個(gè)市場(chǎng)。

現在來(lái)看效果，灰色的部分可以看到整個(gè)調頻的電量是不斷在減少，灰色的部分通過(guò)國際合作，在中國來(lái)說(shuō)是省與省之間的合作來(lái)進(jìn)行優(yōu)化的，效果是非常顯著(zhù)的。

最后做一個(gè)簡(jiǎn)單的總結，德國系統調頻的機制，它的成功與市場(chǎng)機制、組織結構、價(jià)格體系、國際合作等各種各樣的原因，通過(guò)各方面的共同努力來(lái)完成的，里面我講到很多規律，這些規律是和制度本身在我看來(lái)是無(wú)關(guān)的。比如新能源的區域預測以及直接上市一百千瓦以上的新能源必須上市，平衡價(jià)格的激勵措施、調頻聯(lián)盟、調頻的備用功率的預測以及市場(chǎng)的耦合，這些都是和制度無(wú)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方面經(jīng)驗也只能作為參考，在我看來(lái)對中國來(lái)說(shuō)，調頻調峰的改革還是比較關(guān)鍵的，在德國是沒(méi)有調峰的概念，調峰在德國都是屬于系統平衡的，單獨拿出來(lái)平衡問(wèn)題和現貨市場(chǎng)理論上是可以協(xié)同，但實(shí)際上操作起來(lái)是非常非常困難的，從我的角度來(lái)看有必要把調峰納入到現貨市場(chǎng)。

最后一條是我對德國能源轉型的總結，回過(guò)頭來(lái)看德國新能源的發(fā)展，許多問(wèn)題實(shí)際上不是技術(shù)問(wèn)題，而是經(jīng)濟問(wèn)題，許多經(jīng)濟問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是市場(chǎng)問(wèn)題，很多市場(chǎng)問(wèn)題最后又歸結為政策問(wèn)題，一環(huán)扣一換，一層更比一層高。

謝謝大家。