如何根治负电价之痛?不妨学学德国的“三张王牌”

【来源:虎嗅网】

新能源负电价和弃风弃光为什么如此可怕?

新能源负电价是打破认知的存在,电价一路无底线下滑,那种失去控制感让人无助。弃电让人看不到装机增长的意义,中国的新能源装机注定会越来越多,如果结果是越来越多的弃风弃光,那新能源就像进入了无望的荒原。

负电价和弃风弃光,根本的原因都是消纳利用出了问题

即使是老牌的新能源劲旅德国,也同样存在负电价和弃风弃光问题。但中国的问题要比欧洲严重很多。

华夏能源网注意到,在2025中国风能新春茶话会上,中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩表示,2024年,山东省风电光伏全年电量占比13%左右,全年负电价小时数973小时。山东的负电价小时数,竟然是德国的2倍。要知道,德国绿电占比已经接近50%。

新能源装机上得快,负电价以及弃风、弃光来势更猛,但是新能源电量占比上不去,中国发展新能源的模式哪里出了问题?

对比中国新能源大省山东和欧洲新能源霸主德国——两者电力总装机相类似,新能源在总装机中的占比也相类似——可以找到一些问题的答案。反思两者背后的模式之别,对中国走出新能源消纳困境有很强的参考意义。

山东德国数据对比揭示很多问题

2024年,欧洲的负电价呈迅速蔓延之势。欧洲电力行业协会Eurelectic数据显示,2024年,欧盟负电价共计发生1480次,创历史纪录。

其中,英国出现179小时负电价,相较2023年的106小时增加69%;法国负电价时间为356小时,是2023年144小时的2.47倍;西班牙首次出现负电价,共计时长为247小时。

欧洲负电价,最严重的要数德国。据欧洲电力现货交易所(EPEX SPOT)数据,德国2024年共计出现了468小时负电价,相较2023年的292小时上涨了60%。

转过身来再看山东。作为电力与新能源“双料”大省的山东,从出现负电价到趋向严重,为时并不长。

山东电力现货市场在2022年共有176天全天最低电价小于0元/千瓦时,其中共有135天出现-0.08元/千瓦时的最低负电价。

随着新能源装机的日益饱和,负电价愈演愈烈。2023年4月29日~5月3日,山东用电负荷下降、日间时段新能源大发,严重的供大于求使得电力现货实时交易累计出现46次负电价。

其中,从5月1日20时至5月2日17时,连续实时现货出清负电价时段长达22个小时。最低价格出现在5月2日17时,为-0.85元/千瓦时,这相当于发电商要以一度电8毛5分钱的价格付费发电。

2023年,山东的负电价小时数累计接近1000小时‌。步入2024年,山东的负电价无改观,全年负电价小时数仍高达973小时。这一负电价小时数,是德国的整整两倍。

那么,山东与德国的新能源装机情况又怎么样呢?

华夏能源网注意到,截至2024年底,山东风光新能源装机突破了1亿千瓦,煤电装机容量为10642.6万千瓦。算上水电等电源,山东的可再生能源装机已经达到了1.15亿千瓦,超过煤电成为第一大电源。

德国2024年电力总装机容量为26340万千瓦‌。其中,光伏装机约1亿千瓦,占比38%;风电装机约7200万千瓦,占比27.5%,风光装机总占比65.5%。此外,燃气发电占比12.8%、煤电占比11.8%、水电占比2.1%,生物质和其他可再生能源占比3.8%,其他传统能源占比4.0%。‌

再看电量占比。德国装机占比65.5%的风光新能源,2024年发电量占比已经接近50%;而山东装机占比接近50%的风光新能源,2024年发电量占比是13%。也就是说,山东的新能源体量虽大,但是发电量少了太多。

发电量少意味着什么?意味着弃风弃光率太高了。山东的“新能源之病”,肉眼可见地在加重。其实不独山东,中国其他新能源大省也都存在着装机攀升过快、发电量占比却很低的困境。

数据明明白白,困境如斯,那么,背后原因是什么?提升新能源实际效益的根本出路又在哪里?答案很清楚——消纳。

电网调度机制不适应是症结

说到欧洲新能源,英国和德国两大新能源强国,消纳模式也不尽相同。

英国的新能源,主要是大量的海上风电和陆上风电,无论是英国东部的海风,还是英国北部的海风,都是集中式风电接入电网。这就决定了,英国的电网需要通过集中式的调度手段,来为全国各地提供电力平衡。

德国的情况不同。德国的新能源分布式为主,尤其是分布式光伏,德国计划到2030年实现光伏装机2亿千瓦以上,届时将全部淘汰煤电。德国有这样的雄心和底气,是因为修炼了很强的消纳内功。

德国消纳分布式新能源主要采用平衡单元。与星罗棋布的分布式新能源相呼应,德国有2700多个平衡单元,每一个单元的地理范围放在中国,大致相当于一个区或一个县。

平衡单元最大的好处,就是它的电力自平衡机制,也叫负平衡机制。德国的新能源以发展分布式为主,大量的分布式光伏装在一个又一个社区里,每一个社区的新能源首先要原地消纳掉,不要随便推上网,否则就要有额外的调节收费。

德国电力市场与电力调度时序关系(中国电科院)

 

每个单元负责预测本区域内每天的电量和负荷,如单元内不能平衡,则需要向电力系统买入、卖出电量,并编制计划上报给电网公司,电网公司根据单元平衡之后的情况制定整个区域的计划。当预测和实际发生偏差时,平衡单元必须承担系统的平衡费用。

反观中国,新能源消纳依靠大电网。大电网脱胎于煤电时代,拿手好戏是集中调度,但是很不适应分布式新能源。

传统电网的工作机理是源随荷动,火电出力可控性强,可以随着负荷波动随时加加减减,电网单靠计划调度就能轻松实现电力系统的有效运转。新能源是“靠天吃饭”,高度不可控,发电太多太少皆为难题。更重要的是,分布式新能源要求有分散式的调度平衡机制,大电网不适感与日俱增。

传统大电网的调度机制下,是高度集中垂直、自上而下的,国调指挥省调,省调指挥市调……这么一脉相承下来,到了区县这一单位的电网,其实已经没有什么自主权了,只能是上面给安排什么电就是什么电,区内分布式新能源的自平衡,根本就做不来。这与德国的区域单元平衡是巨大反差。

那么,为了高度适配新能源,尤其是各地星罗棋布的分布式新能源,传统大电网就需要改革集中调度模式,赋予最底层的电网单元自平衡辖区内分布式新能源的权责。

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精准出力预测与配建储能

德国新能源消纳得好,除了平衡单元,还有第二张王牌——精准的新能源出力预测以及天气预报。

风光新能源的出力曲线预测是个大难题,这也催生了德国的新能源出力预测以及天气预报服务,很多客户甚至需要精准预测15分钟内的细微变化。

对比来看,德国的新能源出力曲线预测,误差能够控制在5%左右;而中国的新能源出力曲线预测,误差目前仅能控制在15%左右。这10个点可是了不得,不单影响到新能源电价,更影响到新能源发电量。

由于新能源出力预测精度不够高,严重影响到中国新能源的消纳,电网的灵活调度也不可能。

中国工程院院士、南方电网专家委员会名誉主任委员李立浧认为,所谓的风光新能源的随机性、间歇性、波动性,仅是感性的描述,从技术角度来看可将新能源“三性”归结为不可预测性。这就意味着,新型电网的柔性智能,首先必须针对新能源实现高精度预测,有了高精度预测,电网才能够走向“无条件”接纳新能源。

中国工程院院士刘吉臻则形象地将新型电网工作机理描述为能量流、数据流、信息流。新型电网要源网荷储“双向互动”“多向互动”,核心的就是要实现数据流、信息流和能量流的“同流合屋”,电网要用自身的柔性智能,将来自于源荷储各方的即时数据流、信息流和能量流融为一体,根据系统数据流、信息流的即时变动,去智能调整电能量流的流动。

可见,新能源出力的精准预测绝对是一门技术活,这方面中国需要追赶的地方还很多。

德国新能源消纳得好,还有第三张王牌——储能的广泛运用。

来源:华泰睿思

德国没有足够的土地空间建设大规模的风光大基地,大部分光伏装设在居民屋顶上,但光伏上网的价格很低,非常不划算,所以德国居民大多安装了家用储能系统。

储能在德国能够发挥最大效益,与其对电价波动的容忍度密切相关。德国的电价价差很大,这为储能提供了利润空间。

对此,国家电投集团原董事长钱智民曾分析称,美国最高的电价到了63元,德国最高的电价达到过22元。中国历史上电力现货交易最高的价格是2.3元,很多省份到了1元就要干预。如果中国能够拉大峰谷电价差,就能有力推动储能的发展,有力推动绿色低碳产业的发展。

电价价差对发展储能至关重要。从国内来看,浙江省工商业储能两充两放的效益就很好,这主要是有1.1元的充放电价差。目前,除了中东部一些省份的工商业储能够靠充放电价差存活下来,其他类型的储能效益都不佳。未来,“源网荷储一体化”模式要想真正跑通,电价改革是必要的。

当然,中国的新能源是在最近4年才刚刚迅猛起势,2023年新能源发电量占比才首次超过15%的红线,消纳内功还需要很长时间修炼。中国的新能源装机增长过快,如果任由消纳能力原地踏步,大好发展势头可能或熄火。借鉴和学习德国等国的新能源消纳经验,极有必要。

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