郭欣：德国消纳高比例可再生能源的平衡机制（线上）

编者按：“双碳”背景下，随着科技水平不断进步和能源行业快速发展，分布式能源已成为引领能源领域发展的重要趋势之一。第十九届中国分布式能源国际论坛”于2023年12月12日在重庆召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，

德国PSI软件公司高级业务经理郭欣博士做了主题为《德国消纳高比例可再生能源的平衡机制》的报告。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

郭欣：大家好，我今天报告的题目是德国消纳高比例可再生能源的平衡机制，在报告开始之前，我先介绍一下报告的背景。

目前德国新能源用电比例已经超过了50%，在沿海地区早已经超过了百分之一百，有一些地区新能源比例已经达到了80%，这都是因为德国在各个方面全面提高了电力系统的灵活性，包括电力设备的灵活性，规划容量的灵活性，以及运行方式的灵活性和所谓网源储的灵活性，最后当然还包括电源和负荷的灵活性，在提高灵活性的时候，德国全面的放弃了传统了概念，引入了许多新的概念，不然这件事情是做不到的，因为德国扩建电网是一件非常困难的事情，审批需要长达5年时间，另外还有民众的阻碍灵活，所以到现在为止，德国所需扩建的电网只完成了12%，从另一个方面说明，引入这些新概念的有效性，由于时间关系，今天只能谈一个新概念，所谓平衡机制的新概念。

下面来看一下报告内容。

首先来看一下几个基本的概念作为引言，作为平衡机制，包括三个重要方面。

一、平衡能源的结算。

三、调频能量市场。

三、调频能量的需求。

在这些内容里，调频的责任方，负责做调频三项工作的负责方，他扮演了非常重要的关键角色，整个报告都是围绕着平衡负责方来铺开的，看一下平衡责任方的主要责任，不平衡实际上有三个方面。

一、预测误差。

二、计划条约。

三、安全裕度。

详细的说，预测误差主要是新能源预测和负荷的预测，其中新能源误差是非常主要的。计划条约包括发电计划的条约，比如交易时的计划改变和所谓再调度，再调度是什么意思?在电网有堵塞的情况下，通过两侧电场发电的调度，一边升一边降来缓解电网的堵塞情况，这叫再调度，这时候要改变发电计划。还有小时跳跃，因为发电都不是连续的，都是按小时定的计划，所以计划连续性也会引起不平衡。

最后安全裕度，比如调频在德国是两个核电厂同时停电来定的量，其他的是所谓系统备用。

下面我们来看所谓德国的平衡驳论，这是一个很出名的工作，这张图怎么看?随着风光的装机容量不断扩大，所需要的平衡能量也越来越大，新能源比例越高，系统波动性越大，系统的调频备用需要的越多，系统平衡的成本越高，在德国系统平衡被认为是继弃风弃光之后又一项重大挑战，这里面我举了两个例子，一个是英国到2007年的时候，调频备用等价了18%，系统平均费用增加了差不多三倍。还有奥地利，奥地利的情况跟德国差不多，而且比德国也小，但是平衡成本是德国的十倍以上，德国曾经自己也做过预测，当时预测到2020年调频备用会翻番，从图上来看是招标的统计，不是成正比上升，反而是下降的，不但是招标的规律，下面可以看到费用也是下降的，统计2010年到2020年，还有实际调频费用也都是下降的。

德国的经济学家对这个问题做了非常仔细的研究，下面是他们的研究结果，经过分析以后，发现到2017年对调频容量的需求和调频的电量分别减少50%多，实际上应该是成正比上涨的，现在反而是成反比下降的，所以节约的经济成本是达到了近乎一倍，因为量很大，所以是非常可观的，而且至少在2017年的时候，在欧洲或者在世界上仅仅德国一家，所以被称为德国的调频驳论，德国是为什么做到这一点?下面看一下刚才提到的所谓平衡责任方，举一个例子。

这是德国地图，上面我把输电平衡责任方，有很多不同的平衡责任方，分别大概讲一下。最重要的是，左边的是灰色的，地网的所谓平衡责任方，平衡责任方的任务是什么?买电跟卖电需要达到平衡，自己没有能力达到平衡的时候，就需要通过交易的方式达到平衡，既是物理的也是虚拟的概念，浅绿色的是新能源的参与，新能源的责任方或者是平衡集团，什么意思?德国法律规定，所有超过一百千瓦的新能源，都必须卖到电力市场上，而且他们一直在改进预测误差，从2010年到2018年，预测误差减少了50%，数据也是相当可观，刚才第一条曲线里面可以达到下降60%，德国下降了50%，原因就是所有的这些新能源都必须卖到现货市场上。

再上面红的平衡集团，再强调一下平衡集团就是要达到所有发电或者买的电，或者卖的电都要达到平衡，这是虚拟的概念，横的是发电厂，发电集团作为平衡集团也是非常重要的参与方，主要是靠海那一方，主要靠风电捆绑的方式来减少风电预测的误差，下面看一下有哪些新概念。

传统的概念是符合进行集中的区域预测，新的概念是对分布式的新能源进行区域的预测，刚才我们看到了，达到的很准确。过去德国一共有四大电网，负责优化和调频，现在平衡责任方在德国有一千多家，采用一千多种方式进行平衡，过去用的管理系统EMS，虚拟电厂，过去仅仅是调频，现在是储氢这一刻之前一直在做平衡，减少所谓的计划条约。

过去是靠经验来估算，现在都是要进行实时的预测，简单的看一下平衡价格系统。平衡价格系统在德国是非常复杂，搞这一行的人也不是在所有的方面都有所了解和熟悉，所以在这里我只能对价格系统做通俗的解释，平衡所需要的费用是非常非常大的，实际上在德国把平衡的费用一部分她出来，让所谓的平衡责任方有一个赚钱的机会，他们赚到了一部分钱，也给国家省了很多钱，实际上这是核心的地方，贡献越大获利越多，同时在过程中电厂进行灵活性改造，使得电厂越来越灵活。

价格机制里也有一些规则，假如你发现对系统不利，需要进行所谓的负极力，只能简单的解释一下。

国际合作对平衡的作用。刚才谈到平衡的集团或者平衡负责方，十多年前，2001年以前，德国四大电网各有一个所谓的平衡区，互相区之间的调频或者做平衡工作都是不协调的，有的时候会产生所谓的政府对冲，另外每一个所谓的平衡责任方必须和四个平衡区进行协调，加大管理费用，结算也是四套，所以也增加了管理费用。

由于这个原因，下面可以看到德国合成了一个统一的平衡区，做的很成功，在这个基础上成立了国际平衡联盟，联盟最后是扩大到了整个欧洲，德国比较小，德国是相当于中国的省，欧洲类似是跟整个中国相比较，所以所谓的国际合作讲的在中国来说就是省与省之间的协调。

看一下具体的项目，有两个项目，一个是二次调频的优化，一个是三次调频，二次调频是非常了解，是我们的主项目，二次调频在整个欧洲甚至整个全国、各个省都进行了优化，要求在一秒钟之内完成所有的调频优化，但是整个的市场还是各国都有各国自己的市场，通过交易耦合，调频市场和现货市场大家要注意是两个市场。

现在来看效果，灰色的部分可以看到整个调频的电量是不断在减少，灰色的部分通过国际合作，在中国来说是省与省之间的合作来进行优化的，效果是非常显著的。

最后做一个简单的总结，德国系统调频的机制，它的成功与市场机制、组织结构、价格体系、国际合作等各种各样的原因，通过各方面的共同努力来完成的，里面我讲到很多规律，这些规律是和制度本身在我看来是无关的。比如新能源的区域预测以及直接上市一百千瓦以上的新能源必须上市，平衡价格的激励措施、调频联盟、调频的备用功率的预测以及市场的耦合，这些都是和制度无关的，所以有可能以某一种方式的形式可以借鉴。

每个国家都有自己的国情，所以德国的平衡系统方面经验也只能作为参考，在我看来对中国来说，调频调峰的改革还是比较关键的，在德国是没有调峰的概念，调峰在德国都是属于系统平衡的，单独拿出来平衡问题和现货市场理论上是可以协同，但实际上操作起来是非常非常困难的，从我的角度来看有必要把调峰纳入到现货市场。

最后一条是我对德国能源转型的总结，回过头来看德国新能源的发展，许多问题实际上不是技术问题，而是经济问题，许多经济问题实质上是市场问题，很多市场问题最后又归结为政策问题，一环扣一换，一层更比一层高。

谢谢大家。