丹麦风电消纳对中国最大的启示,是电改推进过程中要尽快启动区域电力市场试点,打破省间壁垒,避免各省宁要本地区高价电、不要外省低价电的局面。
位于北欧的丹麦是一个人口不足600万的国家,却以其发达的新能源产业和雄心勃勃的能源转型目标而闻名于世。目前,丹麦的风电发电量占到其总电力消费的42%左右,并计划在2020年达到50%。2011年,丹麦政府提出,到2050年彻底告别化石能源,能源需求100%由清洁能源提供。
这个目标堪称雄伟,不过中国难以直接效仿。在体量上,丹麦的总装机容量仅仅约为1400万千瓦,全国用电高峰负荷也仅仅约为650万千瓦,甚至远远比不上中国的一个大型城市的用电负荷,以广州为例,其2016年的高峰负荷已经超过1500万千瓦。尽管丹麦风电应用比例高,但是总装机容量与发电量都与中国差距巨大。
此外,丹麦的用户电价中包含大量的税费和补贴,其中相当一部分用来支持新能源发展,因此尽管发电侧电价低,但是居民电价高达约2.3元人民币每度电,是中国居民电价的4到5倍。如此高昂的电价在中国显然并不现实。
尽管无法直接效仿,但是高比例风电装机的情况下如何保障其利用,丹麦依然有许多做法值得中国借鉴。丹麦地处北欧与欧洲大陆的连结点,周围国家有着品种丰富的能源储备,通过搭建完善的输电网络,加上高效的电力市场机制,保证了丹麦风电在高速发展的同时没有弃风之虞。
而中国的弃风形势依然严峻,能源局公布的最新数据显示,2016年前三季度,风电弃风量达394.7亿度,全国平均弃风率为19%。
欧洲能源地理的结点
丹麦是世界上最早开发风电的国家,早在上世纪70年代就开始开发风电,到2000年其陆上风电装机容量就已经超过200万千瓦。较早开始发展风电产业,还让丹麦催生出世界上最大的风机设备供应商维斯塔斯,其占据国际风机市场统治地位多年,直到最近受到金风科技(002202,股吧)与西门子的挑战。
截至2015年,丹麦风电装机容量达到约500万千瓦,年发电量约140亿度,占到丹麦总电力需求的42%。在丹麦,几乎不存在弃风问题,并且丹麦计划到2020年将风电比例提高到50%。如此高的风电利用率,与丹麦所处的地理和市场环境密不可分。
在丹麦,其清洁能源转型与电力体制结构的变化是同步发生的。
2000年以前,丹麦国内东西两岛分别有两大电力公司ELKRAFT和ELSAM,在各自区域内垂直一体化,负责区域内的发电、输电、配电业务。后来,两大电力公司的输电网业务合并,在2005年成立了现在的丹麦国家电网公司Energinet,此外,Energinet还负责运营天然气管网,是一家国有、垄断的输电网、天然气管网运营商,为所有市场主体提供无歧视服务,而发电、配电业务则完全放开,成为市场竞争领域。
自然垄断的输电网单独成立一家非营利的运营公司,在发电、配电领域放开市场竞争,这为丹麦的电力市场搭建了基础。同时,其能源结构也从以化石能源为主向风电、热电联产机组结合方向转变。
风电的出力与自然环境密切相关,具有不稳定的特点,因而消纳成为难题。在风力较弱的时候,需要其他电源来维持电网的稳定运行。仅仅提高风电装机并不能直接带来能源结构的转变,还需要配套可调节性好的火电作为备用电源。
丹麦地处北欧四国最南部,北部是芬兰、挪威、瑞典,南部接壤德国,正好处在北欧与欧洲大陆的交叉点。这样的地理位置,让丹麦有条件充分利用周围国家的能源禀赋来服务自己的风电,尽管丹麦自己的国土一马平川,没有开发水电的条件,但是与之接壤的瑞典、挪威有着欧洲最丰富、清洁的水电资源。而在丹麦南部,与之接壤的德国北部是风电基地,欧洲大陆有着大量的火电,法国有着数量不菲的核电,远至南欧则是欧洲光伏资源最好的地区。周边国家多品种的发电形式给丹麦的风电利用创造了条件。
要利用好周围国家的能源,必要的硬件——输电网必不可少。丹麦东西两岛之间,以及丹麦与周边瑞典、挪威和德国之间都建成了400千伏和132/150千伏电压等级为主的输电线路。
因此,丹麦风电的备用电源主要不在国内,而在周边国家。Energinet能源战略高级顾问Vittrup对《财经》(博客,微博)记者介绍,周边国家能够接入到丹麦的总电力容量超过570万千瓦,超过了丹麦国内约500万千瓦的风电装机容量。此外,丹麦还有约430万千瓦火电和250万千瓦热电联产机组,这些结合起来,保证了在风电出力较低时国内的电力供应。丹麦电网规模还在继续扩大,目前,丹麦正在建设与荷兰连接的输电线路。
成熟的电力市场
连结不同国家的输电网络为丹麦高效利用新能源创造了基本条件,但要真正足额消纳新能源,还离不开成熟的电力市场。
丹麦所处的北欧,是欧洲电力市场发端的地方。1991年,挪威最早建立本国的电力市场,到2000年,北欧四国全部加入,搭建起北欧电力市场,成立了交易中心——北欧电力交易所(Nord Pool),这一电力市场是欧洲乃至全球最早的跨国区域电力市场。
从2006年开始,欧洲其他国家也开始形成跨国区域电力市场,并且不同电力市场之间逐渐开始融合,能够在区域内进行电力交易。2009年,在欧盟的主导下,欧洲成立了欧洲输电网运营商联盟(ENTSO-E),目前已经覆盖了欧洲35个国家的42家输电网运营商,这一联盟的成立,其目的是为了促进电力、天然气市场自由化,并通过融合各输电网运营商,促进新能源的利用。
北欧电力交易所是一个电力现货交易中心,交易形式以日前市场(day-ahead market)为主,辅之以少量的日内市场(intraday market)。
所谓日前市场,是指电力交易的购电与售电双方需要提前一天向交易中心提交未来一天自己的供电能力和用电需求,并提出相应的报价。交易中心根据双方的报价来进行匹配,并将结果通知到匹配双方和电网公司。目前,大部分欧洲国家的电力公司都可在一个统一的日前市场里报价。
在北欧电力市场里,每天中午12点前,购售电双方需要向北欧电力市场报价,报价需要精确到每小时。报价结束后,交易中心根据报价计算出一个统一的出清价格,在下午1点前通知到交易各方,并将调度信息通知给电网公司,作为电网调度运行的依据。显然,由于每小时的报价不同,第二天每小时的电价也是不同的。在北欧电力市场的官网上,可以查询到每天、每小时不同国家或区域的电价。
日前市场的匹配能够解决绝大部分的需求,然而电力难以大容量储存,电力系统是一个即发即用的系统。一旦出现意外,比如用电方的需求临时变化,或者一些发电机组的意外停机,风力比预测的更大等等,就会出现实际运行与日前市场提交的信息不匹配的情况。为了解决这个问题,在日前市场之外,还有日内市场来平衡这种波动。
日前市场的匹配信息在下午1点前公布,然后从下午2点开始直到实际用电的一小时前,就都是日内市场的交易时间。购售电双方可以随时根据需要提出新的报价,这时候系统不会再计算统一的出清价格,而是按照最高买价和最低售价的原则进行优先匹配。
北欧电力交易所也在逐渐扩展自己的覆盖领域,2005年,随着一条丹麦至德国的输电线路的建成,其业务拓展到德国。2010年开始,波罗的海三国逐渐加入,并在英国设立子公司开展交易业务。到目前,北欧电力交易所已经成为欧洲13个国家的指定电力市场运营商。
相比日前市场产生统一的出清价格,日内市场的价格波动性显然要大得多。譬如风电由于具有零边际成本的特点,一旦风力大于预测,就很容易报出低价,迅速拉低日内市场电价。随着风电装机容量的不断扩大,风电出力不稳定的特点给市场带来的波动也逐渐扩大,日内市场交易正变得越来越重要。
北欧电力交易所官网的信息显示,2015年,北欧电力市场内一共交易完成了4890亿度电(同年中国用电总量为5.55万亿度),其中3740亿度来自北欧及波罗的海国家的日前市场,1100亿度来自英国的日前市场,还有50亿度来自北欧、波罗的海及德国的日内市场。