中國儲能網(wǎng)訊：近年來可再生能源在歐洲發(fā)展迅速，在2019年占到了總發(fā)電量的35%， 這一比例在今年更是上升到了近40%，超過了化石能源的占比。在此背景下，今年由于疫情壓低電力需求，在風力和光伏出力的高峰期，歐洲多國的電力現(xiàn)貨市場頻繁出現(xiàn)負電價，平均電價也低于往年水平。然而，9月份以來，英國和西歐電力市場也多次出現(xiàn)了因風力發(fā)電驟降導致電價飆升的短暫現(xiàn)象，最高達350歐元每兆瓦時。德國日內(nèi)電力市場甚至爆出了4000歐元的天價。英國國家電網(wǎng)則三次發(fā)布了缺電警告，計劃啟動緊急備用電源。這都反映了可再生能源的波動性和間歇性的影響。本文簡單介紹了英國電網(wǎng)的缺電警告成因，波動性可再生能源增加了電力系統(tǒng)平衡成本，歐洲電力市場負電價和電價飆升的現(xiàn)象，以及高比例可再生能源帶來的挑戰(zhàn)。
一、英國電網(wǎng)近期三次發(fā)布缺電警告，供給緊張推高電價飆升至350歐元
11月25日，英國國家電網(wǎng)(National Grid)發(fā)出警告，預計26日的電力系統(tǒng)會面臨供給短缺的風險，主要由于氣溫驟降推高電力負荷，疊加風電出力極低，使得系統(tǒng)的負荷裕度極低，需要更多的備用電源及靈活性措施。面對供需緊張的形勢，電力現(xiàn)貨市場出現(xiàn)了巨幅波動，26日傍晚18時英國電價飆升至350歐元(313英鎊)每兆瓦時。這是同一時段挪威電價的70倍。整個西歐的電價也都因為低風電下電力供給緊張，而走高至80歐元每兆瓦時的罕見高價位。
圖1 2020年11月26日18-19時歐洲主要國家電力現(xiàn)貨價格
來源: EPEX SPOT交易所
圖2 11月12至26日英國每小時的發(fā)電電源結構(MW)
來源: Refinitiv Eikon, ENTSO-E
而這次的電力短缺警告，已經(jīng)是英國國家電網(wǎng)在兩個月之內(nèi)第三次發(fā)布類似的通知。10月中旬和11月初，同樣都是因為風力發(fā)電極低以及部分電廠維護而造成電力供需失衡，電網(wǎng)負荷裕度面臨挑戰(zhàn)，電網(wǎng)不得不兩次發(fā)出緊急通告，考慮啟動備用電源和需求側響應等靈活性措施，避免出現(xiàn)供需缺口。而英國電網(wǎng)之前發(fā)布的年度供需預測，認為今年由于疫情壓低電力負荷，電力供給的可用容量應該比往年要略微寬裕，甚至需要補貼核電站在一些時段削減發(fā)電量來避免過高的風電沖擊電網(wǎng)系統(tǒng)?？傮w來看，由于疫情影響，尤其是10月份以來歐洲國家普遍實施了第二輪封禁措施，電力負荷一直都低于往年。如圖3所示，2020年的日均負荷在3月份疫情爆發(fā)之后大幅下降，低于去年水平。最低只17GW，比2019年的最低水平低5 GW。而即便是由于低溫推高了11月26日的電力負荷，也仍然低于去年同一時期的水平?？梢?，英國近期內(nèi)電力短缺警告頻繁的主要原因，還是因為風力發(fā)電驟降，反映了可再生能源的波動性和間歇性。
圖3 2019年和2020年英國日均電力負荷(GW)
來源: Refinitiv Eikon, ENTSO-E
二、波動性可再生能源增加了電力系統(tǒng)平衡成本
英國電力市場的供需緊張形勢和高電價也引發(fā)了對高比例可再生能源的討論。英國計劃在2023年實現(xiàn)嚴格限制燃煤發(fā)電，在2025年前完全退出煤電。在近年來由于高額碳價和英國碳稅的影響，燃煤電廠大幅被燃氣電廠替代，運行時間大幅縮減， 在今年4至6月份創(chuàng)下了連續(xù)2個月零煤電的紀錄，如圖4所示。然而，26日電力供給的短缺，使得剩余的四座燃煤電廠不得不重新啟動，最高的時段滿足了6%的電力需求。所以引發(fā)業(yè)界爭論，在繼續(xù)退煤的前景下，英國是否應該考慮增加更多的靈活性電源，比如燃氣電廠，儲能或者需求側管理。
圖4 2017年和2020年英國燃煤電廠日均出力功率(MW)
來源: Refinitiv Eikon, ENTSO-E
除了對退煤和綠色轉型的潛在影響，可再生能源波動性對電力系統(tǒng)的沖擊尤其是平衡成本的影響也備受關注。今年5月份，英國電網(wǎng)為了平衡電力系統(tǒng)供需，要協(xié)商暫時關停風電場和激勵需求側管理，避免風光出力高峰階段影響電網(wǎng)穩(wěn)定。英國發(fā)電商Drax集團的最新研究報告指出，盡管近年來電力現(xiàn)貨市場平均電價走低以及負電價頻發(fā)，但是波動性可再生能源給電力系統(tǒng)帶來的平衡成本不斷增加，平均約為5英鎊每兆瓦時，高于前些年的1英鎊的水平，這有可能增加消費者的成本。該分析指出，英國電力系統(tǒng)的平衡成本隨著波動性可再生能源比例的提高已經(jīng)比之前增加了20%。在2010年，每季度平衡成本平均約占總發(fā)電成本的5%, 然而這一比例在近年來逐漸升高，如圖5左圖所示，在2020年高達20%以上，每個月的平衡成本平均一億英鎊。分析還計算了風力和光伏發(fā)電占比和平衡成本的關系，前者每增加一個百分點，系統(tǒng)平衡成本就增加約0.1英鎊每兆瓦時。這一平衡成本被電網(wǎng)傳導轉移給發(fā)電商和消費者，會造成終端電價逐漸上升。
圖5 英國電力系統(tǒng)的平衡成本走勢以及和風力光伏發(fā)電占比的關系
來源: 2020年8月英國Drax集團報告: The cost of staying in control
三、西歐電力市場“負電價”和“電價飆升”現(xiàn)象并存
和英國類似，高比例可再生能源對西歐國家電力市場也有影響。一方面，在風力光伏電力供應的高峰時期，西歐國家負電價頻發(fā)，今年上半年各國有100至200個小時出現(xiàn)了電價為負。另一方面，9月份以來，由于風電突然下降，西歐國家包括德國在內(nèi)，也出現(xiàn)了幾次傍晚高峰時段電價高達200歐元的現(xiàn)象，主要也是因為需要臨時啟動更多的煤電機組和調(diào)峰備用機組，推高了邊際成本和電價。歐洲能源監(jiān)管機構ACER在最新發(fā)布的2019年歐洲電力市場報告中也指出了這一趨勢，雖然歐洲各國的平均電價在2019年有所下降，負電價的平均小時數(shù)也從2019年的511小時翻倍至925小時，并可能在2020年更高，但與此同時，短期電價飆升的小時數(shù)也劇增至近年來最高，達1933小時。造成短期電價大幅波動的因素主要是2019年水力發(fā)電較低，使得局部地區(qū)在可再生能源出力較低的時段電力供需短期緊張，推高分時電價。
圖6 歐洲每年短期電價飆升和負電價的小時數(shù)
來源: 歐洲能源監(jiān)管機構ACER報告: 2019年歐洲電力批發(fā)市場報告
圖7 2018年以來英國和德國基本負荷日均電價走勢(歐元每兆瓦時)
來源: Refinitiv Eikon, EEX
四、高比例可再生能源帶來的挑戰(zhàn)要求提高靈活性
電力系統(tǒng)低碳轉型和可再生能源的快速發(fā)展，在全球的趨勢都不可阻擋。歐盟采取了積極的氣候政策和制定了有力的可再生能源目標，近年來發(fā)展更是迅速。在2019年占到了總發(fā)電量的35%， 這一比例在今年更是上升到了近40%，超過了化石能源的占比。與此同時，歐洲各國的退煤進程也因為政策力度的加大和高額的碳價擠壓煤電廠利潤空間而加快，煤炭發(fā)電量逐年下降。與其同時，可再生能源的發(fā)電量日益上升，作為靈活性電源的天然氣發(fā)電量也逐漸上升。
圖8 2015年以來歐盟28國煤炭，天然氣和非水可再生能源發(fā)電量(TWh)
來源: 歐洲能源監(jiān)管機構ACER, ENTSO-E
歐盟現(xiàn)行的2030氣候能源框架，目標要在在2030年實現(xiàn)可再生能源發(fā)電比達到60%以上。目前歐盟正在討論協(xié)商提高氣候減排目標，如果從現(xiàn)行的40%提高到2030年減排55%，那么可再生能源發(fā)電占比也許需要提高到近70%。德國也提出了要在2030年實現(xiàn)可再生能源發(fā)電占比65%。在這一趨勢之下，結合英國電力平衡成本的討論，以及歐洲電力市場近期的電價飆升現(xiàn)象，必須考慮高比例可再生能源給電力系統(tǒng)和電力市場帶來的挑戰(zhàn)。電價的大幅波動，從某種意義上來說，有利于通過市場機制來激勵靈活性電源比如天然氣電廠，儲能和需求側響應等。但是，這帶來的系統(tǒng)平衡成本的增加以及對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊，也不容忽視，需要在政策制定中深入考慮。
國際能源署IEA在相關報告中詳細分析了波動性可再生能源并網(wǎng)的不同階段劃分，以及給電力系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)。IEA報告指出，隨著可再生能源比例的提高，電力供給的波動性增大，那么供需平衡難度會逐漸增加，需要不斷提高電力系統(tǒng)的靈活性，來應對挑戰(zhàn)，實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲一體化協(xié)調(diào)發(fā)展。
圖9 波動性可再生能源并網(wǎng)帶來的階段性挑戰(zhàn)
來源: IEA: The role of flexibility sources in China’s power system transition
作者：
秦 炎 路孚特Refinitiv首席電力與碳分析師、中央財經(jīng)大學綠色金融國際研究院特邀專家
文責：
徐洪峰 中央財經(jīng)大學綠色金融國際研究院副院長
