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郭欣:德国解决负电价问题的思路和对策

日期:2023-05-15    来源:中外能源经济观察  作者:郭欣

国际电力网

2023
05/15
17:23
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关键词: 能源危机 电价 负电价

【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】

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