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德国电网发展面临的主要问题及解决措施

北极星智能电网在线  来源:配售电商业研究  作者:尹明  2018/2/23 11:32:08  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:编者按:德国能源转型多年以来常为业内人士津津乐道,笔者几年前搜集了一些关于德国电网发展的资料,现整理归纳分析如下,与大家分享。时过境迁,很多数据已经过时,一些事件又有了新变化。由于个人认知能力有限,一些判断现在看来不是太恰当,但是其中还是有一些有益启示值得我们深思。同时,文后附上德国能源转型相关文件供大家参考。

近年,德国政府积极推动能源转型,加快可再生能源发展,被一些国家认为是绿色发展的“样板”。与此形成对比的是,德国电网发展相对滞后,在输电、配电、运行等多方面暴露出问题。梳理分析这些问题,对全面了解德国电网,乃至电力系统很有意义。

一、德国能源电力概况

能源消费结构。2012年,德国能源消费总量是3.12亿toe,其中,石油占35.8%,天然气21.7%,核电7.2%,水电1.5%,非水可再生能源8.3%。过去的10年,在德国的能源消费结构中,天然气和煤炭的比例变化不大,核电有所下降,可再生能源比例增长了。

可再生能源发电。2012年,风电装机是3130万千瓦,光伏发电达到3200万千瓦(当年增速超30%)。2012年,25。2%的电力来自可再生能源,比2000年增长了18%。今年风电和光伏发电最大出力曾达到3000万千瓦,接近德国电网负荷的50%。

电价情况。德国家庭用户和工业用户差电价差异大。2012下半年德国家庭电价是20.32欧元/MWh,而大型工业用户电价仅为8.39欧元/MWh。德国家庭电价是欧洲最高的之一,主要原因是风电、太阳能发电补贴,此部分占比已达到电价的20%以上。

电网情况。德国目前有178万公里电力线路,其中2%(约3.6万公里)是输电线路(电压等级高于110kV)。与EU很多国家不同,德国最重要的高压输电线路属于商业公司(保险公司、银行、外国运营商等)所有。输电网由4家运营商分区域管理——RWE、EnBW、TenneT(荷兰公司)和Vatterfall(瑞典公司)。

二、电网发展面临多重问题

德国电网发展在输电、配电、运行等方面存在一系列问题,总结如下。

(一)输电系统面临的主要问题

1.市场分隔造成协调配合不够

四家公司在四个不同电网运营,联系较弱,有各自不同的过网费、各自不同的控制中心,电网规划、运行缺乏协调。运营商在推进北海、波罗的海风电接入电网上,也缺乏积极性和配合。如,当前TenneT因为没有按时为RWE和E.on公司运营的风电场准备好接入条件而备受指责。

2.输电线路增长缓慢

尽管新建3800公里的“北电南送”三大通道的方案提出已数年,但到目前也只建250公里,现在基本处于停滞状态。近10年来,德国输电线路里程基本没有太多增长,影响了电力的远距离大范围输送。这与风电项目10年来的快速发展形成鲜明对比。两者速度上的“一快一慢”折射出德国风电和输电线路发展的不匹配性。此问题产生的主要原因:一是电网等基础设施项目规划和审批权由联邦政府负责,而由各州和地方政府负责具体实施,造成联邦政府加快通道建设的意愿难以及时有效贯彻,项目进展远远落后于相关规划;二是德国民众以破坏环境、地貌为由,对新建电网加以抵制,严重滞缓了相关工程进展。

3.改革输电体制的呼声渐高

政府对输电系统影响力差,阻碍了北部风电的南送,这也成为了能否实现能源转型战略的重要瓶颈之一。为此,有专家和政界人士提议,建立部分或全部由政府所有的国家电网公司管理高压输电线路,这将有助于实现能源转型和EU能源市场一体化。德国能源署DENA的主席Stephan Kohler,也认为非常有必要建立一个全国性电网、全国性运行商。

4.可再生发电快速发展影响邻国电网运行

德国本国风电消纳不利的问题波及到与其互联的邻国。大量变动性、没有计划的RES潮流与常规发电的计划潮流叠加导致德国和波兰、捷克、斯洛伐克、匈牙利等邻近国家电网过载,并已引发南部联络线(波兰/捷克、波兰/斯洛伐克、德国/捷克、斯洛伐克/匈牙利和德国/奥地利)重载。2012年11月下旬到12月中旬,德国与捷克的联络线上潮流就从1000MW增加到3500MW。捷克国内唯一的电网运营商CEPS列出了五条原因,其中就包括德国北部风电出力过大和德国光伏发电容量猛增(过去24个月,增加了1500万千瓦)。为避免上述问题,捷克当前正打算实施可以实现本国电网,在德国风电大发外送时能与德国电网解列的方案,确保本国核电的稳定运行。德国与奥地利之间的联络线Remptendorf-Redwitz,在2010-2011和2011-2012已经多次采取“再调度”(redispatch)措施,涉及电量分别超过100GWh和2000GWh。

(二)配电网面临的主要问题

1.“市政化”浪潮袭来

德国电网98%是配电网,因此被认为是能源转型的重要基石。德国配电网由850多家公司运营,运营商类型多——私人所有、半公共所有和全公共所有等。所有制多样,电网规模不同,供需条件各异,增加了配电网运营和发展的复杂性。由于德国97%的可再生能源发电接入配电网,且大多数RES发电资源归私人所有(例如居民或本地小型光伏发电已占全德光伏发电的50%以上),所以配电公司推进绿色能源发展也成为公众和政界关注焦点。为降低消费电价(德国电价已从10年前的14欧分增长到现在的近30欧分,是欧洲电价最高的国家之一)和减少配电公司的影响,近来汉堡等多地开展了配电网“市政化”,即配电网回购运动。9月底,50%的汉堡市民自愿投票赞成政府回购电网。今年,德国将有近8000个城镇等市政单位将决定是否回购当地电网的运营权。

2.建设任务艰巨

区域差异大,如大城市与乡村电网差异、北部和作为负荷中心的南部差异等,因此各地对电网扩展要求不同。据德国能源和水工业联合会(BDEW)预测,到2020年德国需要新建14.4万公里的配电线路,投资大270亿欧元。而近年,德国配电网每年新建里程最多时也不过1万公里。今后几年,其发展任务十分严峻。吸引配电网投资也是实现能源转型的重要前提之一。

(三)电网安全稳定运行压力大

风电和太阳能发电总装机超过6000万千瓦,相当于德国最大负荷的80%左右(最大负荷大约8000万千瓦),给电网运行带来巨大挑战。

1.备用容量日趋紧张

2012年4月,ENTSO-E主席DanielDobbeni在给欧洲委员会能源委员Günther Oettinger信中提到,“只要在一个地区RES发电发展速度超过电网所能接纳的程度,那系统运行不安全和出力受限的风险就将急剧增大”。面光伏发电没有容量价值,不能减少对系统最大出力的需求,有时甚至会需要更多的调节容量。由于常规电厂要为可再生发电提供备用,但目前没有合理的补偿机制,常规电厂的投资吸引力不强。2002-2011年,德国常规发电装机仅增长3.3%,而可再生能源发电增长超过300%。两类电源发展的“一快一慢”造成了备用容量日益紧张。德国联邦网络署公布,2013-2014年冬季德国需要254万千瓦的备用容量,2015-2016年冬季需要480万千瓦的备用容量。据目前趋势预测,德国冬季时备用容量紧张局面还要持续数年。

2.人为干预措施使用更加频繁

电网运行紧张还突出表现在限出力等人为干预措施使用更频发。2011-2012年冬季,德国共采取了197次限出力,是2010-2011年冬季的5倍多;风电引起了184次从配电网向输电网“倒送电”,其中5次影响到整个电网。在2012年第一季度,E.on为应对可再生发电引发的情况就采取257次人为干预,每次干预的平均时间是5.7小时,即该季度23.1%的时间都处于人为干预状态。这也表明德国电网已经处于紧张运行状态。除了尽快实施线路扩展外,没有其他技术手段可以解决此问题。

(四)企业利润缩水

作为电网运营商母公司的四大能源公司的主要利润来源仍是传统发电,受多重因素影响企业利润近年严重减少。一是德国风电、光伏发电大量接入电网,挤压了煤电和气电市场一定空间,还拉低峰荷时的电力批发价格,极大削弱了常规发电的盈利水平。二是风电、光伏发电需要煤电和气电为其提供备用,由于缺乏容量补偿机制,这进一步恶化了常规发电的盈利能力。三是大量的可再生能源发电分散式、临近接入电网,迫使德国的电力公司仓促调整经营业务和商业模式,影响企业市值、利润缩水。四是“弃核”政策导致核电日渐萎缩,也影响了能源公司收入。

上述因素叠加作用造成四大公司经营困难,在资本市场上的表现比深陷欧债危机中的银行业还差。2011年E.on首次出现亏损,EnBW公司亏损额逾8亿欧元。四大能源公司计划在未来数年内削减境内1万个就业岗位。RWE和E.on公司今年2季度季报表明,电力批发价格持续下行导致两家公司营业收入至少缩水10%。近五年,德国能源公司在股票市场表现惨淡——RWE股票价格下跌了1/3,E.on下降了15%,而同期法国电力公司EDF的却上涨了近60%!截至2013年第一季度,E.on已经净负债310亿欧元,RWE净负债330亿欧元,均超过了各自2012年净负债的2倍多。今后,四大能源公司如何生存已是个很大问题。

(五)高成本阻碍智能电表推广

目前德国对于大规模安装智能电表的态度尚未明朗。“欧盟能源效率指令”规定,“到2020年,80%的家庭要安装智能电表。如果某成员国证明智能电表安装计划不能通过成本效益分析,它可以不执行该指令”。目前,德国有4900万块电表( 约占整个欧盟家庭电表总数的21.4%),其中90%是电动机械式的,有20~40年的寿命2013年8月德国经济部发布的一个报告指出,如果在5-7年更换德国电表需要投入约135亿欧元(60亿欧元用于电表和通信设备,75亿欧元用于配套设施建设)。报告认为,更换智能电表太贵,没有经济效益。除了德国,欧盟还有1.8亿只家庭电表,其中约1/3已经是智能电表或所在国已经开始推广大规模安装计划且不太可能停下来。英国稍早已经宣布,延期1年用于对是否安装智能电表进行深入研究。因此,德国政府对智能电表的政策倍受关注。上述国家在推广智能电表上是在权衡前期的较大投资与远期效益之间的取舍。截至目前,德国也未给出明确意见和具体措施。

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