2017年4月30日,德國創下本國利用可再生能源新紀錄——當天有85%的電力消費來自包括風電、太陽能發電、生物質能發電和水電等在內的可再生能源。記錄顯示,4月30日當地時間12時,太陽能發電、風電、生物質發電、水電、儲能等可再生能源出力達到5573萬千瓦,占當時用電負荷(5820萬千瓦)的95.76%,相當于全德國用電基本上全部由可再生能源提供。
德國實現新能源的最大化消納,主要取決于靈活的電力現貨市場機制、強有力的電源調節能力、堅強的跨國輸電網絡和先進的新能源調度運行技術。
電力現貨市場的電價機制
德國建立了新能源市場競價和政府補貼相結合的市場化消納機制。電力市場實際是邊際成本的競爭,新能源由于其發電邊際成本低,在市場競爭中具有絕對優勢,新能源參與市場可以實現優先發電。由于風電、光伏發電功率一般只能天前預測,即當天預測次日的發電曲線,因此國外新能源發達國家通常采用日前、日內電力現貨市場消納新能源。新能源按照0電價參與競價(不足部分由政府補貼),以保障優先上網。當新能源出力高時,電力市場的出清電價下降,甚至出現負電價,受電價影響,水電、火電、燃油燃氣發電等盡可能降低出力;當新能源出力低時,電力市場出清價大幅上漲,刺激各類靈活電源盡最大能力發出電力。
同樣以德國2017年4月25~30日為例,風電、光伏發電大發時電價降低,電力市場日前風電、光伏發電低出力時電價升高,日前市場最高出清電價發生在4月26日8:00,電價為0.053歐元(0.41元人民幣)/千瓦時,日前市場最低電價發生在4月30日14:00,電價為-0.075歐元(-0.57元人民幣)/千瓦時。由于新能源出力的不確定性,日內實時電價甚至低至-0.111歐元(-0.85元人民幣)/千瓦時,相當于發電場每發1千瓦時電,還需要向用戶支付0.85元人民幣。受日前、日內電力現貨市場價格機制刺激,德國常規電源均有非常大的意愿進行靈活性改造,以便在電價低時盡量減小出力,電價高時盡快增加出力。
雖然在新能源迅猛發展的同時,德國電力市場出清電價穩中有降,但終端銷售電價持續上漲。由于新能源發電的綜合成本高,發展新能源勢必帶來整體發電成本的上漲,最終體現在終端銷售電價中。德國銷售電價中可再生能源分攤費持續上漲,以居民電價為例,可再生能源分攤費從2004年的0.0051歐元(0.039元人民幣)/千瓦時上漲到2016年的0.06354歐元(0.486元人民幣)/千瓦時,占居民電價的比重達到21.2%,同時居民電價上漲了60%。
靈活的常規機組調節性能
德國靈活調節電源與新能源的比例并不是很高,但常規煤電調節能力極強。
以2017年4月25~30日為例,德國太陽能發電、風電出力大時,抽水蓄能、燃氣發電、褐煤發電、硬煤發電甚至核電均參與調節。其中4月30日燃氣發電最低壓至本周最高出力的18%,褐煤發電最低壓至本周最高出力的34%,核電最低壓至本周最高出力的63%,硬煤發電最低壓至本周最高出力的10%。
承擔調峰主力的硬煤發電在18個小時從1563萬千瓦降至514萬千瓦,又在1天后降至186萬千瓦。當5月2日風電出力減小后,硬煤發電在6個小時內由350萬千瓦增加至956萬千瓦。從4月28日硬煤出力1563萬千瓦,到4月30日最小出力176萬千瓦,再到5月3日出力重回1361萬千瓦,總時間僅為5天半。