近日，《京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性定量比較研究》報告發(fā)布。該報告由中德能源轉(zhuǎn)型研究項目（2016-2019）發(fā)布，中德能源轉(zhuǎn)型項目是國家發(fā)展和改革委員會能源研究所（ERI）與德國國際合作機(jī)構(gòu)（GIZ）在兩國主管部委指導(dǎo)下，圍繞能源轉(zhuǎn)型為核心開展的研究項目。承擔(dān)本次研究的機(jī)構(gòu)是國家發(fā)展和改革委員會能源研究所（ERI OF NDRC）和華北電力大學(xué)。本文為報告執(zhí)行摘要，想了解更多研究內(nèi)容，請掃描文末二維碼獲取。
伴隨巴黎協(xié)定各國自主減排貢獻(xiàn)書的提交，積極應(yīng)對氣候變化已成為全球共識，其中建立以高比例可再生能源為中心的能源體系已成為世界能源發(fā)展的重要趨勢和許多國家推進(jìn)能源革命的核心內(nèi)容。德國作為歐洲第一大經(jīng)濟(jì)體，二十世紀(jì)八十年代就提出了可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略，截至2018年底德國可再生能源裝機(jī)占比已超過50%，作為歐洲可再生能源發(fā)展的先鋒，德國在電力系統(tǒng)靈活性釋放方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。京津冀地區(qū)是中國重要的能源消費(fèi)中心，大力發(fā)展可再生能源已成為當(dāng)前該地區(qū)能源轉(zhuǎn)型的方向，然而風(fēng)電和光伏發(fā)電固有的間歇性和波動性對當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)靈活性提出了越來越高的要求，同時京津冀各省市在電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)配置等方面存在較大差異，對系統(tǒng)靈活性釋放也提出了巨大挑戰(zhàn)。因此，通過京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性的比較研究，不僅能夠幫助處于可再生能源發(fā)展不同階段的京津冀各地制定系統(tǒng)靈活性提升路徑，而且也將為中國其他省市高比例發(fā)展可再生提供參考借鑒。
電力系統(tǒng)靈活性是指在供需發(fā)生變動時系統(tǒng)保持供需平衡的應(yīng)對能力，靈活性資源分布于發(fā)電側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，隨著技術(shù)的快速發(fā)展，儲能也成為電力系統(tǒng)不容忽視的靈活性來源。報告首先分析了京津冀與德國電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)和儲能靈活性資源的差異，然后定量比較了兩地電力系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性，并研究了各類靈活性提升舉措帶來的經(jīng)濟(jì)技術(shù)影響，最后針對京津冀各省市可再生能源發(fā)展的不同階段，提出了與之相適應(yīng)的靈活性發(fā)展建議，另外根據(jù)對德國電力系統(tǒng)靈活性的綜合分析，也提出了德國后高比例可再生能源時代電力系統(tǒng)靈活性的發(fā)展建議。
1
京津冀與德國電力靈活性資源比較分析
京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性資源類型具有相似性，但資源靈活調(diào)節(jié)能力存在較大差異。從電源側(cè)來看，京津冀煤電機(jī)組調(diào)節(jié)能力遠(yuǎn)未釋放。京津冀可調(diào)度電源裝機(jī)容量超過7500萬千瓦，占總裝機(jī)的72.5%，遠(yuǎn)超德國50.2%的可調(diào)度電源裝機(jī)占比；但其中煤電機(jī)組的最小出力、爬坡速率、啟動時間等靈活性參數(shù)遠(yuǎn)落后于德國；特別是熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，京津冀地區(qū)冬季“以熱定電”運(yùn)行的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組已嚴(yán)重影響系統(tǒng)靈活性，而德國熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)占比超過50%，卻通過熱電解耦等改造成為系統(tǒng)靈活性的主要提供者。
從電網(wǎng)側(cè)來看，京津冀跨省跨區(qū)電網(wǎng)靈活互濟(jì)并未充分發(fā)揮。隨著可再生能源裝機(jī)占比的提高，京津冀與德國相似，整個地區(qū)為保障供電可靠性支出的輔助服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)用不斷增加；雖然與周邊山西、河南、山東、內(nèi)蒙古已建立起超過7600萬千瓦交換能力的互聯(lián)電網(wǎng)，但相比德國與9個鄰國開展的實(shí)時跨國電力交換，京津冀與周邊的電網(wǎng)連接當(dāng)前主要承擔(dān)“迎峰度夏”、“迎峰度冬”負(fù)荷高峰時段應(yīng)急支援的作用；另外，京津冀地區(qū)主要以省為單位進(jìn)行電網(wǎng)的優(yōu)化和改擴(kuò)建。
從用戶側(cè)來看，京津冀與德國需求側(cè)靈活性資源均發(fā)展不足。京津冀與德國用戶側(cè)靈活性資源均具有千萬千瓦級潛力，在工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域已經(jīng)得到了一定應(yīng)用，但兩地靈活性資源利用程度仍然不高；另外京津冀地區(qū)靈活性資源以“有序用電”等行政型需求側(cè)管理為主，德國主要通過市場機(jī)制激發(fā)靈活調(diào)節(jié)能力。
從儲能發(fā)展來看，除抽蓄外京津冀缺乏新型儲能的商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。京津冀與德國都擁有較好的抽蓄資源，但當(dāng)前京津冀地區(qū)已建抽蓄裝機(jī)僅有210萬千瓦；而京津冀地區(qū)電池儲能、壓縮空氣儲能以及電制氫等其他類型儲能尚處于示范階段，裝機(jī)規(guī)模僅為3.2萬千瓦，相比來看德國電池儲能、壓縮空氣儲能以及電制X裝機(jī)已超過100萬千瓦，而且多數(shù)新型儲能已完成商業(yè)化規(guī)模應(yīng)用。
從機(jī)制來看，京津冀靈活性配套機(jī)制尚缺乏激勵性。德國通過平衡市場、現(xiàn)貨市場、電網(wǎng)阻塞管理以及平衡單元內(nèi)部平衡等一系列方式充分激發(fā)了各類靈活性資源的活力，而京津冀地區(qū)目前執(zhí)行的無論是發(fā)電側(cè)“三公”調(diào)度、用戶側(cè)“有序用電管理辦法”，還是輔助服務(wù)兩細(xì)則，對于系統(tǒng)靈活性的釋放缺乏激勵性。
2
京津冀與德國電力運(yùn)行靈活性比較分析
報告采用了由國家發(fā)展和改革委員會能源研究所和華北電力大學(xué)共同開發(fā)的“H3E-電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬方法”，提出了包含向上靈活性不足概率、向下靈活性不足概率、電力不足概率、棄風(fēng)概率、棄光概率在內(nèi)的系統(tǒng)運(yùn)行評價指標(biāo)體系。通過定量比較發(fā)現(xiàn)，京津冀與德國靈活性資源調(diào)節(jié)能力的差異帶來了兩地電力系統(tǒng)運(yùn)行靈活性、可靠性和棄風(fēng)棄光的不同，具體如下。
根據(jù)2018年系統(tǒng)運(yùn)行情況看，德國電力系統(tǒng)具備較高的向上靈活性和可靠性，向下靈活性不足概率約為8.39%，棄風(fēng)率和棄光率處于較低水平；并且向上靈活性冬季低于夏季，而向下靈活性夏季低于冬季。相比德國京津冀地區(qū)電力系統(tǒng)向上靈活性同樣充足，各地向上靈活性不足概率均低于德國的6.11E-03%，也使得京津冀各地?fù)碛休^高的供電可靠性；但冀北和天津地區(qū)電力系統(tǒng)向下靈活性嚴(yán)重不足，不足概率分別達(dá)到19.69%和67.52%，并且向下靈活性冬季低于夏季，夜間低于白天；另外向下靈活性不足與高比例可再生能源裝機(jī)疊加也造成了冀北地區(qū)較高的棄風(fēng)、棄光率。
從提升潛力看，冀北地區(qū)與德國在可再生裝機(jī)占比方面具有相似性，參考德國當(dāng)前各類靈活性資源技術(shù)水平，冀北地區(qū)煤電靈活性改造不僅能大幅改善系統(tǒng)向上和向下靈活性，而且單位千瓦投入僅高于電力需求側(cè)管理，能夠帶來系統(tǒng)可靠性改善的同時，更能促進(jìn)風(fēng)、光消納；電網(wǎng)靈活互濟(jì)和儲能規(guī)模發(fā)展對于增加系統(tǒng)靈活性的原理不同，但兩種舉措均能在一定程度提升冀北地區(qū)電力系統(tǒng)絕大多數(shù)時段的向上和向下靈活性，其中電網(wǎng)靈活互濟(jì)技術(shù)成熟，并且經(jīng)濟(jì)性具有一定優(yōu)勢，而儲能方面，抽水蓄能不僅站址有限，建設(shè)成本也較高，其他類型儲能技術(shù)未來發(fā)展還存在諸多不確定性，經(jīng)濟(jì)性也是影響其大規(guī)模應(yīng)用的主要障礙；電力需求側(cè)管理雖然具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，但對于冀北地區(qū)靈活性改善的作用有限，更多的是靈活性的重新調(diào)配。
3
京津冀與德國電力系統(tǒng)靈活性發(fā)展建議
對于京津冀電力系統(tǒng)靈活性發(fā)展來說，應(yīng)首先推動煤電靈活性改造和電網(wǎng)互濟(jì)發(fā)展，其次有序推進(jìn)抽水蓄能電站和儲能電站建設(shè)，再次積極開展電力需求側(cè)管理，最后實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活性的優(yōu)化配置；同時建設(shè)集中式電能量交易市場，完善輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，形成具有激勵性的輸配電價，推動建立完全開放的零售市場，探索容量市場建設(shè)。分地區(qū)來看，北京應(yīng)加快電網(wǎng)靈活互濟(jì)，推動儲能多元利用，探索智能化需求側(cè)管理；天津和河北應(yīng)推動煤電職能轉(zhuǎn)換和去產(chǎn)能相結(jié)合，打破利益壁壘推動電網(wǎng)開放共贏，堅持生態(tài)優(yōu)先開發(fā)抽水蓄能電站；冀北應(yīng)做好“源-網(wǎng)-荷-儲”靈活性資源全面釋放和優(yōu)化配置。
對于德國電力系統(tǒng)靈活性發(fā)展來說，應(yīng)創(chuàng)新商業(yè)模式加大需求側(cè)分散資源的有效利用；提前研究后高比例可再生能源時代電力系統(tǒng)靈活性保障舉措。
