欧盟能源启示录：绿电高增，消纳与市场化掘金火储价值

　　三、风光发电量跃升，传统电源调峰化解决消纳问题

　　(一)风光占比提升带来消纳问题，火电是调节电源主力

　　欧洲各国电源结构迥异，风光占比提升为共同趋势。欧洲各国根据资源禀赋差异， 发展出不同的主力电源，在面对风光占比提升带来的消纳问题中，火电、水电等传 统能源普遍发挥调峰消纳能力，主要可以分为以下几类：

　　(1)丹麦，以煤为主到以风光为主：2000年煤电发电量占比超40%，2022年降至 10.5%，风光发电量占比已超60%，生物质发电占比23%，丹麦主要依靠与邻国电网 互联，挪威和瑞典均是水电富余国家，通过电量进出口调节国内电量消纳，所以风 光占比高仍然没有出现消纳问题;

　　(2)法国，以核为主发展风光：2000年核电发电量占比78%，2022年降至63%，风 光占比提升至12%，气电占比9%，核电自身具备一定调节能力，作为清洁电源不存 在碳排放压力，稳定运行的核电降低了法国对外国天然气的依赖，少量气电可调节 风光消纳;

　　(3)挪威，以水为主发展风光：挪威境内水能资源丰富，21世纪初发电量几乎全部 来自水电，2022年水电发电量占比90%以上，风光占比提升至7.5%，水电兼具清洁 性稳定性，无消纳压力，同时可与丹麦互联相互调节;

　　(4)波兰，以煤为主转型风光：波兰是欧盟煤炭大国，2000年煤电发电量占比95%， 2022年降至69%，风光占比提升至15.5%，高比例煤电可以解决风光消纳问题，短 期内仍然难以摆脱对煤炭依赖;

　　(5)意大利：以气为主发展风光：2022年气电发电量占比51%，风光占比17%，高 比例气电调峰能力强，主要补齐电量缺口;

　　(6)德国：煤+风光为主、逐步关停核电：德国能源结构相对均衡，过去以煤电、 核电为主，重点发展风光，2022年煤电和风光发电量占比分别为31%、32%，气电 16.5%，并计划关闭所有核电站，2022年核电占比降至6.3%,较高比例的火电和跨境 互联的电网为德国风光提供调峰消纳。

　　风光发电份额的增加放大电力系统净负荷波动，调高灵活性调节需求。根据IEA预测， 在APS情景中(假设所有减排承诺和能源目标都实现)，到2030年全球电力系统中 风光发电份额将增至30%，到2050年将增至60%。在欧盟能源转型的过程中，不可 调度的风光发电份额的增加放大了净负荷(电力需求中去除风光发电后的负荷)的 变动，显著提高了电力系统灵活性调节的需求。预测到2030年底，欧洲的电力系统 灵活性调节需求将增加50%。

　　灵活调节电源与可再生能源发电装机的配比不断提升。欧洲国家灵活电源比重相对 较高，德国、丹麦、西班牙、英国的灵活调节电源与可再生能源发电装机的配比分别 为44%、43%、140%和190%。在欧洲五大电力市场中(英国、德国、法国、意大利 和西班牙)，Wood Mackenzie预测到2040年将新增169GW风电和172GW光伏装机， 与之对应的电力系统灵活性资源将从2020年的122GW增至2030年的202GW、2040 年的260GW，灵活性电源的装机占比再度提升。 火电是现阶段灵活性调节的主要电源，储能和需求侧响应将接力火电成为能源结构 转型的后备主力。电力系统的灵活性资源包括发电侧、电网侧、需求侧响应和储能 四类。从灵活性调节的供给结构来看，火电提供了目前维持电力系统可靠性所需要 的大部分灵活性电源，其次是水电和需求侧响应。在近十年，火电仍是灵活性调节 的主要电源，其次是电池储能和需求侧响应的大规模增长，是能源结构转型的后备 主力。

　　(二)他山之石，丹麦和德国传统电源调峰化解决消纳问题

　　丹麦、德国等国家新能源占比超30%，其解决风光消纳方式可供借鉴。欧盟新能源 发展速度快，但各国发展进度不一，2022年1-11月丹麦风光发电量占比已达64%， 德国、荷兰等国占比已超30%，这些国家在新能源渗透率提升过程中已面临过消纳 问题，其解决方案主要在于将传统电源调峰化、以市场化电价机制鼓励火电调峰， 或通过跨境电力互济引入其他国家的传统电源参与调峰消纳。

　　丹麦加速淘汰煤电，当前煤电主要发挥调峰作用。复盘丹麦21世纪以来电力结构演 变过程，风光等可再生能源逐渐取代煤电等传统能源，在2000年丹麦煤电装机 5.0GW(占比56.3%)，2000-2009年，丹麦煤电缓慢下滑，仍是电力的主要供应来 源并提供灵活性调节，2009年后，煤电装机加速淘汰，到2021年煤电装机仅余1.2GW (占比9.2%)，发电量占比降至13%，主要发挥调峰作用，而风光装机从2.39GW提 升至8.55GW，发电量占比从12%提升至64%。

　　新能源渗透率提升的同时，德国保留一定火电装机用于调峰。与丹麦不同，德国在 风光发电量提升的同时，始终保留一定的煤电、并新增一批气电装机解决风光消纳 问题，这与德国资源禀赋有关，德国是欧盟最大的煤炭产出国，2021年德国煤炭产量占欧盟的38%，这与我国颇为相似。2000-2021年德国煤电和气电装机占比从63.3% 降低至29.2%，风光装机占比从6.0%提升至58.7%，新增装机主要由风光贡献。发电 量结构来看，2000-2021年德国煤电和气电发电量占比从61.0%降低至44.6%，风光 发电量占比从1.6%提升至28.2%，火电仍然保持了一定比例用于调峰。

　　总结丹麦和德国新能源发展过程中的经验，其解决风光消纳问题主要依靠三个措施： 一是增加灵活调节电源，对煤电进行灵活性改造、扩大气电装机，并大力发展储能; 二是引入市场化电价机制，包括电力现货市场和负电价，通过市场化机制鼓励火电 灵活性改造、为调节电源提供合理收益，并引导用户削峰填谷;三是跨境电力互补， 欧洲大部分国家实现电网互联，可依靠其他国家为本国提供调峰消纳。

　　1. 灵活调节电源：煤电灵活性改造、气电和储能

　　丹麦的调峰手段经历了从电源侧火电灵活性调节、到电网负荷预测和调度、再到用 电侧需求调节的过程。在2009年之前新能源发电量占比不足20%，丹麦主要依靠灵 活热电厂和联网线路进行调节，2010-2015年增加预测和调度系统以及部门耦合方 式，加强电网调度能力，2015年后，进一步加强需求侧调节，火电灵活性调节的作 用逐渐削弱。

　　具体看丹麦的火电灵活性改造措施主要分两个阶段：第一阶段是改进过载能力，提 高爬坡速率，降低最小稳定出力，第二阶段是完全或部分的涡轮机旁通、使用电热 锅炉或者热泵生产热能、用于转变电力生产方式的附加水基蓄热。火电的灵活性调 节能力不断加强，由基荷电源完全转向调峰电源。

　　德国除保留火电装机外，还积极发展储能。与丹麦不同，德国用电规模大，风光消 纳面临形势更严峻，除了保留一定规模的火电装机外，德国还积极发展储能，储能 规模排在欧洲国家前列，同时德国电网跨度大，储能调度困难，因此重点发展户用 储能，2021年德国户用储能占欧洲比例达61%。

　　2.市场化电价机制：电力现货市场

　　完善的市场化机制、合理的补偿收益推动丹麦火电灵活性改造。2005年，丹麦放开 电力现货市场，将电价调整频率由一天3次调为一天24次，同时将热电联产机组推入 现货市场，并在2009年进一步引入负电价机制，火电可以依靠自身灵活性在现货市 场获得调峰收益。2015年出现跨越欧洲大部分的协调日前市场，欧洲国家可以通过 跨境交易加强可再生能源的调度能力。

　　丹麦电力市场采用调度与交易分离模式，交易所负责交易组织(现货市场：日前和 日内交易)，电网公司负责调度与系统平衡(调节功率市场)，丹麦属于北欧电力市 场的一部分，现货交易在北欧电力交易所进行，调节功率市场由输电网运营商—丹 麦电网公司组织。

　　现货市场实时反映电力供需情况，新能源直接参与日前市场，以低边际成本优势获 得优先发电权，除了在市场收入之外还能获得政府给予的溢价补贴，一定程度上保 证收益的稳定性，但新能源发电的不稳定性同样导致现货市场电价波动上行。

　　调节功率市场是丹麦解决风光消纳和电网平衡的主要手段，负责平衡的主体(包括发 电和负荷)在市场报价，对于上调服务，按照平衡资源报价由低到高的原则进行排序 (高于现货价格) ，对于下调服务，按照平衡资源报价由高到低的原则进行排序(低于 现货价格)，有效通过市场激励各类资源参与系统调节，通过竞价反映短期成本。对 于造成不平衡的发电与用户，事后根据不平衡量支付不平衡成本。

　　德国完善市场化电价机制，建立备用市场实施容量电价保障电力供应。德国在电源 侧建立了中长期市场、现货市场和备用市场，备用市场中除电能量交易之外引入容 量电价，所有电力运营商平等参与电力市场，通过市场机制调节电力供需;需求侧 实施分时电价、尖峰电价等机制，同时参与欧洲跨国电力市场，进一步提升系统灵 活性和调节能力。

　　德国的现货市场分为日前拍卖，日内拍卖和日内交易，日前市场的竞争机制按照按 边际成本(燃料和排放成本)排序，其中可再生能源发电的边际成本为零，核电较 低，煤电较高，燃气发电更高，燃油发电的边际成本最高。日前市场的价格机制采用 按用电需求统一出清的方法，市场需要的发电量按边际成本排序，一直到满足负荷 需求为止，这时的电价被称为出清价格。从现货市场价格来看，德国日前和日内交 易价格波动较大，日内交易15分钟结算一次，更高频反映电力供需情况。

　　3. 跨境电力互补：电网互联实现多国联合电力调节

　　欧洲跨国电力市场发达，可以多国联合调节电力供需平衡。德国位于欧洲大陆中心， 德国电网通过30个220千伏~400千伏的跨国输电通道与周围瑞典、丹麦、法国、荷 兰等多个国家互联，还通过海底电缆与瑞典、挪威电网互联。跨国输电能力达到2700 万千瓦，占系统最高负荷的1/3。在可再生能源发电较高时，德国可以将多余电力出 口至邻国电网，当可再生能源发电不足时，可以通过电力进口保障供应，在本国常 规电源调节能力用尽后仍无法满足全部负荷的情况下，可以从邻国进口电力保障能 源供应安全。

　　丹麦依赖邻国解决风光消纳问题。以丹麦为例，丹麦邻近瑞典和挪威两大水电富余 国家，可以联合两国水电作为短期灵活性来源，丹麦大力发展电力跨境交易市场，有效地从市场层面促进了风电的积极消纳与波动平衡。风电能够在丰富时期，利用 市场价格优势向境外邻国输送;低谷时期，由于价格劣势，可从境外购买相对廉价 电力，这种电力的跨境交易，本质上仍是新能源与传统能源的一体化调节，导致丹 麦的进口电量和出口电量规模均较大。我国幅员辽阔、资源分布不均，亦可借鉴电 力的跨区域调度和调节。