上周一篇《6月9日德國(guó)光伏出力超過(guò)系統(tǒng)負(fù)荷50%背后的故事》一文,受到了行業(yè)內(nèi)外的廣泛關(guān)注,但也有專家認(rèn)為,沒(méi)有綜合考慮發(fā)電負(fù)荷、用電負(fù)荷、電力交換等因素,就不能全面理解德國(guó)含高比例光伏發(fā)電的電力系統(tǒng)運(yùn)行特性。為此,能源研究院有關(guān)專家對(duì)6月9日德國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)做了更進(jìn)一步剖析,這對(duì)于我們更好地認(rèn)識(shí)光伏、理解新能源發(fā)電或許有所幫助。
問(wèn)題一:新能源裝機(jī)和發(fā)電量快速增長(zhǎng),未來(lái)是否不再需要那么多的常規(guī)電源?
回答一:否。在能源資源枯竭預(yù)期、環(huán)境保護(hù)、應(yīng)對(duì)氣候變化等客觀約束下,擺脫化石能源依賴成為人們對(duì)未來(lái)能源圖景的最美好愿望,但實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)比愿望殘酷。由于光伏和風(fēng)電受天氣條件影響,發(fā)電出力具有間歇性和不穩(wěn)定性,用專業(yè)術(shù)語(yǔ)講,就是容量可信度(capacity credit)很低。以德國(guó)為例,2014年第1-24周(2013年12月30日-2014年6月15日)德國(guó)各類型發(fā)電量構(gòu)成如圖1-1所示??梢钥闯觯夥娏吭诿恳恢芾锼嫉谋壤顒e非常大。尤其是在第四周(1月20-26日,如圖1-2),光伏最大瞬時(shí)出力僅為410萬(wàn)千瓦,僅占光伏總裝機(jī)容量的11%。該周內(nèi)光伏發(fā)電量?jī)H為8000萬(wàn)千瓦時(shí),相當(dāng)于每天光伏滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間僅為18分鐘。在光伏、風(fēng)電均不給力的情況下,需要煤電、氣電、核電等常規(guī)電源頂上。
圖1-1 2014年1-24周德國(guó)發(fā)電量構(gòu)成
圖1-2 2014年第四周德國(guó)各類型發(fā)電出力情況
回到6月9日,這一天,光照條件非常好,光伏發(fā)電從早上六點(diǎn)開(kāi)始,從17萬(wàn)千瓦快速攀升至中午13時(shí)的2300萬(wàn)千瓦(注:如果算上自發(fā)自用部分,光伏發(fā)電出力應(yīng)該在2600萬(wàn)千瓦左右),隨后逐步下降至20時(shí)的8萬(wàn)千瓦。除了出力的變化之外,光伏給電力系統(tǒng)帶來(lái)的最大挑戰(zhàn),正如德國(guó)柏林電網(wǎng)公司工程師廖宇先生所言,是夜幕降臨后的晚上。當(dāng)夜間光伏出力為零,或者連續(xù)陰雨天時(shí),電力系統(tǒng)要維持安全穩(wěn)定運(yùn)行,滿足用電負(fù)荷需求,必須依靠能夠靈活響應(yīng)的常規(guī)電源。因此,新能源越來(lái)越多地進(jìn)入電力系統(tǒng)之后,主要是發(fā)揮電量替代作用,而要滿足電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡要求,對(duì)常規(guī)電源的需求不僅不會(huì)大幅度減少,反而對(duì)其靈活性的要求越來(lái)越高。
問(wèn)題二:新能源和分布式電源大多接入配電網(wǎng),就地消納,對(duì)輸電網(wǎng)或者跨區(qū)域電網(wǎng)的需求會(huì)削弱嗎?
回答二:否。首先需要說(shuō)明的是,分布式電源是一個(gè)相對(duì)概念,配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)也不存在嚴(yán)格的區(qū)分。目前,德國(guó)風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)總量約7000萬(wàn)千瓦,其中約90%接入110千伏及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)。這些新能源發(fā)電項(xiàng)目分布不均,在局部地區(qū)的特定時(shí)段(如日照條件非常好的中午),光伏發(fā)電出力有可能超過(guò)當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷,此時(shí)配電網(wǎng)向輸電網(wǎng)反向送電,光伏電量通過(guò)輸電網(wǎng)輸送至其他地區(qū)甚至跨國(guó)消納。德國(guó)6月9日光伏發(fā)電運(yùn)行特點(diǎn)也正好說(shuō)明了這一特點(diǎn)。6月9日德國(guó)發(fā)電、用電及進(jìn)出口情況如圖2-1所示。
問(wèn)題二:新能源和分布式電源大多接入配電網(wǎng),就地消納,對(duì)輸電網(wǎng)或者跨區(qū)域電網(wǎng)的需求會(huì)削弱嗎?
回答二:否。首先需要說(shuō)明的是,分布式電源是一個(gè)相對(duì)概念,配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)也不存在嚴(yán)格的區(qū)分。目前,德國(guó)風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)總量約7000萬(wàn)千瓦,其中約90%接入110千伏及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)。這些新能源發(fā)電項(xiàng)目分布不均,在局部地區(qū)的特定時(shí)段(如日照條件非常好的中午),光伏發(fā)電出力有可能超過(guò)當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷,此時(shí)配電網(wǎng)向輸電網(wǎng)反向送電,光伏電量通過(guò)輸電網(wǎng)輸送至其他地區(qū)甚至跨國(guó)消納。德國(guó)6月9日光伏發(fā)電運(yùn)行特點(diǎn)也正好說(shuō)明了這一特點(diǎn)。6月9日德國(guó)發(fā)電、用電及進(jìn)出口情況如圖2-1所示。
圖2-1 6月9日德國(guó)發(fā)電、用電及進(jìn)出口情況
眾所周知,德國(guó)電網(wǎng)處于歐洲大陸互聯(lián)電網(wǎng)樞紐位置,也是歐洲輸電運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟(ENTSO-E)的重要成員之一。德國(guó)與歐洲其他國(guó)家通過(guò)30條跨國(guó)聯(lián)絡(luò)線實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。通過(guò)1條220kV以下線路、2條220kV線路、3條380kV線路與丹麥互聯(lián);通過(guò)2條220kV線路、4條380kV線路與法國(guó)互聯(lián);通過(guò)8條220kV線路與盧森堡互聯(lián);通過(guò)5條380kV聯(lián)絡(luò)線與荷蘭互聯(lián);通過(guò)1條220kV以下線路、2條220kV線路、2條380kV線路與波蘭互聯(lián);通過(guò)1條380kV線路與瑞典互聯(lián);通過(guò)20條220kV以下線路、11條220kV、3條380kV聯(lián)絡(luò)線與奧地利互聯(lián);通過(guò)2條220kV以下線路、通過(guò)5條220kV線路、7條380kV聯(lián)絡(luò)線與瑞士互聯(lián);通過(guò)4條380kV聯(lián)絡(luò)線與捷克互聯(lián)。6月9日13時(shí)德國(guó)與周邊國(guó)家電力進(jìn)出口情況如圖2-2所示。
圖2-2 6月9日13時(shí)德國(guó)與周邊國(guó)家電力進(jìn)出口情況
問(wèn)題三:德國(guó)電力系統(tǒng)已經(jīng)相對(duì)成熟完善,未來(lái)電力需求增長(zhǎng)有限,將來(lái)電力系統(tǒng)主要是更新替代退役設(shè)備,電力投資需求不會(huì)有特別大的增加?
回答三:否。作為發(fā)達(dá)國(guó)家,德國(guó)未來(lái)電力系統(tǒng)仍然有非常大的投資需求。主要包括兩個(gè)方面:一是電源投資需求仍然很大。正如前面分析的那樣,由于光伏等新能源發(fā)電具有不確定性,為了保證新能源發(fā)電幾乎為零的極端條件下,也能滿足用電需求,必須要有充足的常規(guī)電源作為備用,也就是說(shuō)未來(lái)裝機(jī)裕度會(huì)越來(lái)越大。常規(guī)電源的投資需求仍然存在。二是電網(wǎng)投資需求仍然很大。新能源的大規(guī)模發(fā)展,不僅國(guó)內(nèi)配電網(wǎng)要進(jìn)行相應(yīng)的改擴(kuò)建,輸電網(wǎng)也需要擴(kuò)容建設(shè)。此外,跨國(guó)互聯(lián)電網(wǎng)也是未來(lái)德國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)領(lǐng)域之一,以便充分利用歐洲大系統(tǒng)資源,提高本國(guó)新能源開(kāi)發(fā)比重。
圖3-1 德國(guó)規(guī)劃建設(shè)的三條南北走向高壓輸電通道示意圖