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实现“100%可再生能源地区”的策略

2013-12-06 16:45
木中君
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  这一次,笔者将介绍德国智能电网实证(E-Energy)6个项目之一的“RegModHarz”。前两次,笔者介绍了面朝波罗的海的港口城市库克斯港的“eTelligence”项目,作为地方示范项目,RegModHarz的地位与之不相上下。

  德国力争在2050年使可再生能源电力达到80%

  德国已经决定在2022年之前停用所有核电站,提出了到2030年,使可再生能源占到总发电量的50%,到2050年占到80%以上的国家目标(资料1)。因为各地区的可再生能源资源参差不齐,所以,在可再生能源资源丰富的地方,这一比例要达到100%甚至更高。

  扩大可再生能源发电的开发意味着增加资源量丰富的风力以及太阳能的发电量。但二者的发电量受天气影响,如果可再生能源达到100%,就会产生发电量超过或是大幅低于当地需求的情况。这就需要从境外输入电力,或向境外输出。

  地区的电力消费量减去地区利用风力及太阳能生产的发电量,剩下的部分称为“剩余电力”(residue power),而风力及太阳能发电会有变动,因此要想提高可再生能源的比例,剩余电力就必须是能够吸收风力等发电量变化的灵活电源,而且还需要具备足够应对天气变化的容量。天然气与生物质的热电联产(CHP:Combined Heat & Power)可满足这个条件。抽水和蓄金沙棋牌网虽然灵活,但自身无法发电,而且容量有限。

  为提高可再生能源的比例生物质备受期待。德国等欧洲各国拥有丰富的森林资源,而且牧畜业繁荣,牲畜粪便的排放量大。而且种植着大量的玉米等燃料作物。作为生物燃料,木质有木片等固体燃料,牲畜粪便和玉米等则通过微生物发酵生成沼气。

  但开发生物质发电也面临着不少课题。作为风力和太阳能的剩余电力,生物质发电不仅有可能得不到有效利用,而且还需要照顾与热需求之间的平衡。这些课题需要逐一解决,并吸引足够的投资。

  借助100%的可再生能源重振哈尔茨地区

  “RegModHarz”(Regenerative Model Region Harz)项目顾名思义,是把哈尔茨作为样板,利用能源重振地区的尝试。哈尔茨地区位于德国中心偏北的山区(资料2)。原本是一个拥有24万人口的完整区域,但受到东西德分裂的影响,这里如今分属3个州。为了实现宏伟的能源目标,德国准备在这里,对自然资源丰富的地区应当承担的作用及系统构建进行验证和模拟。

  让我们先来通过2008年的实际数据,来大致了解哈尔茨地区的电力供需情况(资料3)。地区内的电力消费量为1300吉瓦时(1吉为10亿),占德国整体的0.2%。发电容量为191兆瓦(1兆为100万)。发电量为467吉瓦时,其中,水力占5%,风力占67%,太阳能占2%,生物燃气占7%,生物质占2%,天然气热电联产占18%。除以地区内的消费量1300吉瓦时,推定自给率为36%,其中30%是可再生能源。但是,在这样的情况下,风力及太阳能发电输出功率的变化仍然会造成过剩或是短缺。以15分钟为单位进行估算,从地区外输入电力的比例为65%,向地区外输出的比例为2%。

  RegModHarz项目进行模拟的对象是2008年实际数据、2020年方案以及100%可再生能源方案,其中,风力和太阳能的输出功率将大幅增加。风力将按照151兆瓦→248兆瓦→630兆瓦,太阳能将按照10兆瓦→90兆瓦→708兆瓦的速度扩大。随着两种发电方式的比例增加,发电量的变化随之增大,输入输出的规模也会扩大。而且,在不同的季节和时段,发电量会发生变化,电力价格也会发生变化。二者的权重越大,生物质这种灵活电源就愈发重要。

  在电力交易市场上直接买卖可再生能源发电

  对于生物质发电,德国采取了怎样的引导措施?其关键词是与市场直接交易(Direct Marketing)。

  德国政府于2009年1月修改固定价格收购制度(FIT:Feed in Tariff),使可再生能源发电可直接在电力交易市场上销售。按照固定价格收购制度的规定,输配电企业要在20年的时间里,以固定的优惠价格收购可再生能源发电,但随着制度的修改,发电方也可选择直接向市场销售。但是,因为市场价格一般低于收购价格,所以市场销售不受青睐。

  2012年1月,德国实行“市场溢价”,给直接市场交易提供了机会。这是在市场价格低于收购价格时补齐差价的制度。协议以月为单位签订,国家按月均市场价格减去固定价格的差额给予补偿。如果在高价位时段销售的电量多,利润也会相应增加。

  直接交易需要企业提供销量与销售时间的预期,偏离预期需支付违约金。为了弥补风险,国家将向企业支付“管理溢价”。随着预测精度的提高,溢价逐渐缩小。并且,对于生物燃气发电,由于要按照供需调整输出,运转会受到限制,因此为了弥补损失,国家将向企业支付“弹性溢价”。

  生物质与火力发电一样使用燃料,输出功率有望保持稳定。能够按照预定进行输出和供电,可以较高的市场价格出售。通过推测次日市场的价格和自身的发电容量,精确上报利润最高的时间和销量。因此,能够享受较高的市场溢价,以及各种溢价。

  此次制度修订虽然也给风力等变动电源带来了相应的好处,但生物质得到的实惠最大,成为了一大投资诱因。因为人们可以作出判断,灵活的可再生能源发电具有相当高的价值。在政策支持下,生物质更容易得到融资,这也起到了刺激追加投资的作用。

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