从德国与邻国进出口电量情况可以看出,德国与邻国之间电量交换日益成为一种常态化的现象,2016-2020年德国进出口电量总规模保持在1000亿千瓦时左右,只是进出口电量比例由进少出多变为了进多出少。
Wood Mackenzie(伍德麦肯兹)预计,在2021年可能部署总储能容量将近12GWh储能系统,未来五年内储能市场规模将扩展20%至25%。其中最常见的作用是调峰、调频。
实际上,此前已有多家权威机构对美国储能给出了乐观预测。大型电池储能系统具有了清晰的盈利模式,即PPA或电力辅助服务,分别对应发电侧和电网侧,此后电池储能装机正式进入高增期。奥巴马曾经强力支持新能源车,但是特朗普时期大为弱化。电动车数量不足是症结拜登大力支持的电动汽车可能会开启美国制造业就业的新时代,但它们也损害了劳工运动,破坏了拜登在美国汽车行业创造100万个新工作岗位的目标。第二层级:负责各地区电力市场交易和建设规划审核的7大独立电网运营商。
原因3:电网侧主要用于电力辅助服务,储能成本、效果均优于当前主流的天然气电网侧储能作用主要是三方面:1)减少对传输线、变电站和变压器的压 力,减轻阻塞和扩容压力。美国储能高速发展的背后,主要与三大因素相关:新能源(尤其是光伏)发电渗透率,政策是否提供了合理的盈利模式,电池储能的成本。目前德国大型电变热装置的经济效益还不够好,因为任何形式的用电都必须缴纳可再生能源税。
德国的经验还表明,综合能源是能源转型的终极方向,其中包括综合能源服务和综合能源网络。到2016年底,德国风电预测的误差已经下降到2-4%左右,光伏发电的误差下降到5-7%左右,大大减少了可再生能源引起的系统平衡费用。德国目前正处于能源转型的中期,2020年可再生能源发电比例已达到46%。【作者简介:郭欣,博士,1984年赴德国读博,毕业后一直在德国从事网络控制工作,是德国第一代综合能源网络控制系统的开拓者之一,主管过德国BTC商业技术咨询公司的智能网络业务,担任过BTC公司上海分公司能源部总经理,现任德国PSI软件公司高级业务发展经理】。
热泵是另一种常见的电变热装置,大多数规模都不大。这项措施的作用是减少销售热电联产发电的损失,尤其是在天然气价位高的时候。
美国是这样,英国和法国也都是如此,但德国却是个特例。图四:传统电厂在负电价时的占比能源系统灵活性是指能源系统根据外部信号(价格信号或激活)而灵活地改变能源生产和消费的能力。由于德国现货市场的设计和可再生能源预测都做得非常好,使现货市场甚至取代了系统调频辅助服务市场的一部分功能,成为德国能源转型的一条很宝贵的经验。可再生能源发电的影响因素也很重要。
最近德国气象预报中心还完成了针对撒哈拉沙尘预报服务的研究项目,今后将提供服务专项,继续减少光伏发电的预测误差。目前已经有一部分集成到了虚拟电厂系统里,用于现货和调频服务辅助市场,尤其是出现负电价的时候。据不完全统计,其中的两家小公司在全球可再生能源预测服务市场的份额已经达到了50%以上。从2014年以来行业协会一直在努力说服政府,希望能对电变热免去附加税费,而政府认为这样会一定程度上影响其它灵活用电装置的市场公平性,所以也有公司将电变热同时用于现货和调频辅助服务市场,以提高经济收益。
随着逐年的大浪淘沙,德国市场上最后仅剩下了5家做预测服务的小公司。只有把源网荷储作为一个有机体来考虑,才能做到能源转型的经济效益最佳。
持续提高能源系统的灵活性不仅可以有利于发挥现货市场的作用,还可以防止负电价现象,是能源转型成功的关键措施之一。德国业界认为这些问题都是因为能源系统的灵活性不足而造成的。
平衡基团的机制也在很大程度上促进了可再生能源预测的发展,因为每一个平衡基团都必须认真做预测,预测做的不好会直接影响到平衡基团的收益。按照德国热泵协会的估算,到2050年德国至少需要1700万个热泵,才能完成供热转型。事实上,提高能源系统的灵活性始终贯穿于德国能源转型的整个过程,动力主要来自通过利用能源系统灵活性企业可以在现货和调频市场上获得更多的盈利,防止负电价造成的亏损。一、系统平衡问题一般来说,可再生能源的比例越高,系统的波动性越大,系统平衡成本也越高。图一:德国输电公司平衡功率的招标情况,其中PRL为一次调频功率,SRL为二次调频功率,MRL为三次调频功率德国业界认为这和德国电力市场的设计和可再生能源预测都有关系。从今年开始,德国政府已经决定降低可再生能源税,这将有助于提高大型电变热装置的经济效益。
对光伏发电的预测曾出现过系统性误差,结果发现原来是一层薄薄的晨雾遮盖住了光伏电池板。平衡基团的机制是德国电力市场设计的核心,一方面保证了电量可以像证券一样进行交易,另一方面保证了电网发电和用电的平衡,维护了电网的稳定。
除了利用不同的数学预测方法之外,德国很早就采用了多种天气预报的模型预测可再生能源发电。据德国网络监管部门统计,从2009年到2020年,德国平衡发电和用电的调频功率非但没有增加反而有所下降。
它们充分利用了平台的规模效应,不仅向德国同时还向全球提供预测服务,用最经济的价格满足了市场预测的需求。当预测和实际发生偏差时,平衡基团必须承担系统的平衡费用。
到2025年,德国的风能和太阳能的比例将超过55%,预期每年约有1000多小时的多余发电时间,大型电变热装置有希望进入转亏为盈的阶段德国目前正处于能源转型的中期,2020年可再生能源发电比例已达到46%。平衡基团负责每天预测该区域内流入与流出电量,根据需要买入或卖出电量平衡该区域电量,并制成计划上交给输电网公司,而输电网公司会根据这些表格在内部平衡之后做出全区域的计划。德国的负荷削峰填谷控制已经相当完善,较大规模的可再生能源发电必须直销现货市场,虚拟电厂也已经普及,而热电联产和电变热方面的潜力还很大。
大型电变热装置的经济效益还跟全负荷时间长短有关。一般来说,全负荷时间800-1000小时左右可以盈利,尤其是有负电价的情况。
德国约有2700多个平衡基团,用2700多种方式方法来控制平衡,可以说是一种分而治之的平衡机制。对光伏发电的预测曾出现过系统性误差,结果发现原来是一层薄薄的晨雾遮盖住了光伏电池板。
事实上,提高能源系统的灵活性始终贯穿于德国能源转型的整个过程,动力主要来自通过利用能源系统灵活性企业可以在现货和调频市场上获得更多的盈利,防止负电价造成的亏损。图二:出现负电价的时段欧洲各国都出现过负电价,而且是逐年增多。
它们充分利用了平台的规模效应,不仅向德国同时还向全球提供预测服务,用最经济的价格满足了市场预测的需求。综合上述,德国的经验表明,具有自平衡机制的能源市场,加上对可再生能源发电量的精准预测能有效降低平衡成本。平衡基团是一个虚拟的市场基本单元,在此单元中,发电和用电量必须达到平衡。值得一提的是,德国天气预报中心也为准确预测可再生能源发电做出了很大的贡献。
到2019年初,德国一共有36套大型电变热装置投入运行,功率分别为0.5到60兆瓦,总功率达555兆瓦,大部分集成到了城市综合能源公司的热电联产机组中。在电源侧的措施有降低发电厂的停启费用、热电联产集成电变热装置、增加再生能源装置的可控性。
由于德国现货市场的设计和可再生能源预测都做得非常好,使现货市场甚至取代了系统调频辅助服务市场的一部分功能,成为德国能源转型的一条很宝贵的经验。平衡基团的机制是德国电力市场设计的核心,一方面保证了电量可以像证券一样进行交易,另一方面保证了电网发电和用电的平衡,维护了电网的稳定。
随着逐年的大浪淘沙,德国市场上最后仅剩下了5家做预测服务的小公司。另外还可以补充储能系统,采用新能源市场直销、虚拟电厂以及聚合营销等捆绑方式售电用电。