以史为鉴 从德国经验分析中国光伏发展之路

德国能源转型的任务就像中国古代建造长城一样，十分艰巨。2010年，德国政府制定了本国到2050年的气候保护和能源发展的目标，提出在二氧化碳减排的同时，保证能源安全性、经济性。2011年，德国政府对这一目标进行了修订，增加了一条“将在2022年时全部退出核电”。这些目标指明了德国能源转型的方向：到2050年，二氧化碳排放量与1990年相比至少减少80%，一次能源需求相比2008年减少50%，在发展可再生能源的同时也开展大量节能工作。可再生能源到2050年将占全部能源消耗的60%以上，占发电能源的80%以上。德国的电网规模没有中国的电网大，而且德国的电网发展日趋稳定，已形成一个非常稳定的电力系统，可再生能源的快速发展，对原有电力系统提出了很多新的挑战。经统计，目前德国可再生能源发电的约97%都接入了配电网。如果不对电网进行大规模的改造，电网将无法满足电力发展的需求。具体而言，可再生能源在配电层面的大功率并网会带来以下挑战：一、过去电流都是从高级电网向低级电网配送，但现在，如果低级电网无法把本级别的电能消耗完，电流就会传递给高级电网。也就是说，高级别电网中将产生双向负荷流，如果电流过大，就会产生安全隐患。二、在电源供应方面，随着可再生能源发电的比例增大，当出现太阳落山、没有风等情况，就需要有巨大的后备电源作为保障。其次，太阳能、风能等可再生能源发电的出力情况以及负荷状态变化剧烈，这要求现有电源具备快速调节功率的能力。三、可再生能源波动性大、负荷变化梯度大，为适应它们接入电网，传统发电厂需要进行改造，增强灵活性。这需要通过不断扩建电网和加强储能技术来实现。为此，德国能源署进行了大量的研究工作，主要包括以下几个核心问题：可再生能源发展相关法律法规的修订；目前促进可再生能源发展作用机制的有效性；未来遇到挑战和问题时的解决办法。希望这些成果能对中国产生借鉴作用。对德国可再生能源发展影响最大的就是德国《可再生能源法》。它主要由三部分组成：怎样促进可再生能源发展，怎样从财政政策上加以激励；可再生能源大量进入电网后，系统稳定性如何维持；促进可再生能源发展所产生的成本由谁负担。随着可再生能源的发展，德国政府对《可再生能源法》不断进行修订，2001年出了第1版，2004年、2009年以及2012年都陆续出过修订版。每一次修订都是可再生能源发展的拐点。德国《可再生能源法》2014年修订版将在今年10月开始生效，相对于以前有了很大修改。首先，法案规定，要把每年的光伏装机量控制在一个固定范围内；其次，新的可再生能源发电设备投运后，所发的电不能再享受固定电价，必须像传统能源发电一样在电力市场上销售。再次，自发自用可再生能源的用户，同样也要承担可再生能源附加费。在德国发展可再生能源的过程中，有个十分深刻的教训。过去，我们怀着雄心壮志，大力发展的同时却忽视了可再生能源并网对电网其他部分产生的巨大冲击，从而花费了巨大代价解决问题。从2009年至今的5年内，德国光伏发电装机量从不足10吉瓦增加到37吉瓦。德国全境处于同一个时区内，东西时差只有30多分钟。德国目前有上百万个光伏电站，中午尖峰时，光伏发电出力会同时达到尖峰，必要时只能通过“弃光”，保障电网安全。现在，我们十分注重灵活性的变化，针对可再生能源并网采取了大量技术措施，保障整个系统的安全。我们对可再生能源发电设备加了很多控制装置，让30千瓦以上的光伏电站发电量都可测量和可控。另外，虽然主要靠市场调节，但还是把光伏装机量控制在一定范围内。目前，可再生能源在德国的发电能源中的比例已达到25%，很多传统发电站的发电小时数和年发电量已受到影响。但为了保证整个电网系统的安全，传统发电站必须存在。现在它们多数保持待机状态，出力很小，但要比以前承担更为复杂艰巨的任务。据测算，2050年，德国传统电站要应对1小时内整个系统40%的电力波动，这要求发电机组能快速启动。这需要大量技术创新，如地区配电网中可调节的变压器、相关通信技术等新技术的支持。以上经历表明，能源转型要对未来有前瞻性，不能出现问题再解决，应尽早研究和规划，把耗费的成本降到最低。比如，为适应可再生能源大规模发展的需求，电网规划应具有至少提前十年的前瞻性。中国的电力需求还在不断增长，可再生能源还有非常大的发展空间，并且随着整个电网系统的发展而发展。中国正处于大规模推进分布式光伏发电并网的起步阶段。德国目前的光伏发电装机容量已到达37吉瓦，光伏已成为安装功率最大的能源载体。德国自2000年以来，针对光伏并网的技术要求和经济性出台了大量规定并不断加以完善。德国在解决光伏并网问题中获得的经验和教训，希望对中国产生借鉴作用。对中国而言，理想的光伏发电地区是在西部，而人口和工业密集区在东部，用电也集中在东部。所以，如果要把西部的光伏电力应用于东部，就必须通过长距离、大容量的电力线路来进行传输。这一点和德国的风力发电情况很相似，德国风电的重点发电地区是北部，而重点用电地区在西部和南部。德国光伏发展过程中的挑战在中国个别地区也可能出现，这些地区的特点是不稳定发电设施所占的比例较高，同时传统发电站功率较低。建议中国更好地协调推进光伏发展与电网扩建，更充分地利用中国西部丰富的光伏资源。掌握光伏渗透率较高地区可再生能源在保障系统稳定性方面的潜力；继续完善能够有效促进光伏发展的并网付费机制，研究市场奖励模式的可引入性，为以需求为导向的可再生能源发电并网创造动力；设计依赖于建设规模的并网电价的定价机制，提高光伏建设的可调控性。