德国和丹麦电力系统中灵活性技术和措施

在实现碳达峰碳中和目标下，未来电力系统的可再生能源比例将不断增长，同时随着经济的发展和各部门电气化水平提升，电力需求还将倍增。据预测，到2060年，电力在中国终端能源需求中的占比将超过50%。可再生能源在其中将充当重要角色，预计占2060年发电量总量的80%。 

在承诺目标情景（APS）中，中国各部门的电力需求和各燃料的发电量：

在这种电力系统中波动性可再生能源不断增加的趋势下，电力系统将需要更多的灵活性以确保能源安全。电力系统灵活性指电力系统在任何时候对电源、负荷的供需变化及不确定性作出充分响应的能力。 

因此，在德国联邦经济和气候保护部（BMWK）资助的中德能源转型研究项目框架下 ，2021年，国际合作机构（GIZ）联合德国能源署（dena）、德国Energynautics 咨询公司，对德国和欧洲的电力系统灵活性开展量化研究，评估实施灵活性措施的成本，分析德国灵活性的开发潜力，并总结过去和现行的政策及措施。 

项目框架下，由德国能源署牵头开展和发布的报告《德国电力系统中的灵活性技术和措施》介绍了各类不同的灵活性选项及其成本和潜力。其中，研究主要成果总结如下：

• 短期内传统电厂依然是提供灵活性的重要资源，电池和电力多元转换（PtX）在未来有更大潜力 

尽管德国承诺在2038年之前逐步淘汰燃煤电厂（德国新执政联盟提出提前至2030年），短期内，传统电厂在德国依然是提供灵活性的重要资源。对于传统电厂的改造可能会增加运维成本，并降低发电设施的使用寿命及其效率。目前，由于可再生能源的上网优先级更高而导致经常出现的负电价仍旧能让燃煤电厂运营商通过投资改造设施获得收益。除了改造传统电厂之外，另一个更常见的提高灵活性的方法是改造生物质和生物天然气电厂。然而，与改造传统电厂的方案相比，这种方法的成本更高。除此之外，其他提高灵活性的技术选择包括改造抽水蓄能电站、电池（大型和小型）的应用、电力多元转换（PtX）以及提高需求侧灵活性。其中电池和电力多元转换未来的发展潜力很大。 

• 目前德国的需求侧灵活性主要来自于工业部门，但是未来居民需求侧灵活性更具潜力 

需求侧灵活性（DSF）的目的是使耗电量与发电量更加匹配。目前德国的需求侧灵活性主要来自工业部门，2019年的数据显示，德国有负荷管理管理的耗电量远超无管理的耗电量，达到75.1太瓦时。但是，提供灵活性对于大多数公司而言仍旧意味着高机会成本，因此它们只能在有限的范围内出售需求侧灵活性。未来，伴随着核能和煤炭的逐步淘汰而出现的更有力的需求侧灵活性的价格信号，可能会激励工业部门提供更多的灵活性。 

相比工业需求侧灵活性，居民需求侧灵活性更具有潜力。居民需求侧灵活性的技术潜力预计会比工业和中小企业的需求侧灵活性潜力高7吉瓦-21吉瓦。 

• 通过二次调度和可再生能源限电防止电网过载只是紧急情况下的措施，系统需要开发替代措施满足短期本地化灵活性需求 

短期本地化的灵活性需求会在出现电网瓶颈（电网内的不平衡或者过载）时出现。电网运营商可以通过二次调度和可再生能源限电防止电网过载。然而，这两种方法既不环保也不经济。因此，系统需要开发替代措施以满足短期本地化灵活性需求。可行的替代措施包括，提高可再生能源发电预测、电网扩建和提高现有电网利用率、增强输配电系统运营商之间的合作以及增强输电系统运营商之间的合作。增强电网运营商之间的合作和协调以及增加跨境电力交易能更好的管理流量和灵活性，允许多余电力输送到另一个电力短缺的区域。 

• 适当的市场设计、政策和激励措施也能促进灵活性 

电力市场可以通过提高产品颗粒度和提供辅助服务来提高灵活性。产品颗粒度指的是市场上交易品种的差异：交易品种差别越大，越有可能有更经济、更高效的产品选择，因此更好应用灵活性的可能性就越高。例如，日内现货市场上的颗粒度越高，就能实现更短期的灵活性。辅助服务的提供将满足短期本地化灵活性。调频和可中断负荷是两种德国常见的基于市场的辅助服务。

德国电力灵活性方案的潜力（单位：吉瓦） ：

《德国电力系统中的灵活性技术和措施》

点击查看中文版

点击查看英文版

2022年1月18日，德国能源署（dena）和德国国际合作机构（GIZ）联合丹麦能源署（DEA）共同组织“德国和丹麦电力系统中灵活性技术和措施” 研讨会。会议重点为结合电力灵活性研究报告，介绍德国和丹麦在灵活性使用方面的发展和现状。 

会上，由德国能源署牵头的德国电力系统灵活性研究表明，没有任何单一的技术或措施可以提高德国电力系统的灵活性。提高电力系统整体的灵活性需要在不同的解决方案和政策组合中选择一个合适的组合。提高灵活性的措施多种多样。利用不同灵活性的措施成本也不尽相同。 

丹麦能源署代表则介绍了丹麦不同时期的电网灵活性发展。当可再生能源的比例在丹麦电网中越来越高时，更加先进的电力市场和更广泛的互联互通帮助丹麦电网获得更多的灵活性。2016-2020年期间，可再生能源占丹麦发电量的50%，这使丹麦在可再生能源整合方面处于国际能源署（IEA）的第四阶段。在第四阶段，系统经历了可再生能源几乎占所有发电量的时期。这一时期丹麦引入了新的灵活性措施，重点是消费者参与电力市场，改进预测，以实现主动平衡，并允许风电提供平衡服务。 

研讨会还聚焦灵活性对输电系统运营商（TSO）的重要性，并重点讨论德国和丹麦当前的实践。德国输电系统运营商对电力系统短期灵活性的需求在三个关键环节中得到体现。其一，对非直接销售的可再生进行营销。其二，通过负荷平衡，即调频，实现的电力系统管理。其三，对发电厂的再调度与阻塞管理。 

会议报告下载：

International perspectives on power system flexibility
Flexibility technologies and measures in the German power system
Costs of flexibility technologies and measures in the German power system
Development and role of flexibility in the Danish power system
How does the TSO in Germany use flexibility measures?
Balancing in a system dominated by renewables – Challenges and solutions
Dena Grid Study III – Impulses for System Thinking