【摘要：本文介绍了德国的负电价情况，探讨如何通过提升能源系统的灵活性，执行有效的法律和政策，以及推动能源转型来应对负电价问题，希望对中国面临负电价问题时有所启示。】
一、负电价的缘由
负电价现象在欧洲各国逐年增长。德国在2019年曾经历了211小时的负电价，2020年这一数据增至298小时。
在负电价出现时，许多电厂仍持续运作，这是因为电厂的关闭和启动成本过高，而且系统备用机组也难以停止，尤其是热电联产机组需要保持供热，因此仍然继续发电。德国业界认为，这些问题的根源在于能源系统的灵活性不足。
图一：德国的负电价小时数
所谓能源系统的灵活性，是指能源系统能够根据外部信号（如价格信号或激活信号）灵活地调整能源的生产和消费。
二、能源系统灵活性对负电价的影响
随着新能源的增长，德国的电厂受到了“负调峰”的影响，亏损逐渐增加，因此对电厂的灵活性改造引起了高度重视。负电价对电厂来说无疑是雪上加霜，进一步加快了电厂灵活性改造的步伐（图二）。
德国的供热运营商已经开始安装更大的电热转换模块，以便在电价极低或出现负电价时能够暂时或完全关闭热电联产电厂，并通过电热转换来廉价地提供剩余的热负荷。这项措施的目的在于减少销售热电联产电力的损失，特别是在天然气价格高涨时。
图二：德国电厂灵活性改造的措施
三、能源政策和能源危机对负电价的影响
2014年，德国政府发布了一项旨在抑制负电价的法律。根据该法，如果现货市场价格在6小时或更长时间内为负值（负电价），新能源的市场和管理补贴将减少到零。2021年，这项规定被进一步收紧，改为实行"4小时规则"。
然而，尽管这些政策和法令在一定程度上发挥了作用，但仍无法完全避免负电价的出现。
自2020年以来，德国的能源系统灵活性得到了显著提升，2021年负电价的时间降低至139小时。特别是在德国政府取消了新能源补贴分摊后，电转热的利润空间已经打开，发展迅速。
2022年，随着俄乌战争爆发，天然气价格飞涨，德国工业和居民的天然气消费量平均下降了超过20%。德国家庭中，65%的家庭使用天然气炉，天然气炉在点火启动和循环泵驱动时平均每年耗电量为50至150千瓦时。由于家庭可以自行调整取暖时间，实际上天然气消费减少的数量可能远高于20%，这种节约用气的行为也大大减少了家庭的电力消耗。尽管如此，负电价时间仍然还在下降。（图一）
图三：负电价的类型分布
四、对负电价未来发展的估计
预计到2030年，德国新能源的装机容量将达到300吉瓦，而预计常规负荷将基本保持在80吉瓦左右。换句话说，增加的大部分新能源发电功率将主要用于交通和供热转型。因为德国能源的一半以上消耗在供热上，因此供热转型显得尤为重要。从目前的情况来看，新增的新能源发电功率将主要用于电转热、热泵和电转气的应用场景。
根据德国业界的模拟计算，电转热、热泵、电转气以及电动汽车理论上都能够随时间推移而调整电力需求，从而预防负电价现象。然而，实际情况可能会受到一些限制。如果负荷的灵活性未能达到预期，负电价现象仍然有可能出现。
德国业界预计，未来相当长一段时间内，能源价格将维持在高位。这将使德国对天然气和电力的需求保持在较低水平。电热锅炉受输送管网条件和能源效率的限制，发展空间有限，而高效的热泵则成为电转热的关键。
在实践中发现，家庭用热泵只有在安装了光伏设备的情况下才具有经济效益。这意味着发展光伏和供热转型是密切相关的。鉴于德国目前有65%以上的家庭使用天然气进行加热和供暖。因此德国政府计划实施新的法规，要求2024年家庭供热能源中新能源必须占65%才能获得批准。尽管这一计划备受争议，但政策的方向和原则无疑是正确的，因为电热锅炉受到管网条件的限制，电转气受到经济效率的限制。
根据德国业界的估计，电转气的年运行小时数需要达到4000小时才具有经济效益，而几百小时的负电价远不能发挥关键作用。
五、总结
本文探讨了德国如何通过提升能源系统灵活性、实行创新政策和法规，以及推动能源转型来应对负电价问题。在这一过程中，德国积极促进电厂的灵活性改造和电转热技术的发展，以应对负电价的挑战。政府政策在此过程中发挥了关键作用，通过调整新能源补贴，推动了能源市场的健康发展。
然而，尽管这些措施已经取得了一定的效果，负电价现象仍然存在，这意味着需要持续的努力。展望未来，能源转型的关键是实现综合能源服务和网络的全面整合，将源、网、荷和储视为一个有机的能源系统整体，以实现最优的经济效益。
总的来说，德国的经验对于中国等其他国家来说提供了有益的参考。在全球能源转型的大背景下，可以从中学习和借鉴，并加以持续创新和改进，以实现建立更可持续和高效的能源系统。
【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】
