德国能源署：德国和欧洲电力系统充裕度评估及对中国的经验和借鉴意义（附报告）

寄语

政策制定者和规划者早就认识到评估容量充裕度在维持电力系统可靠性方面所发挥的关键作用，而后者反过来对于保证经济平稳运行、并为全球持续开展低碳能源转型提供社会支持也起到至关重要的作用。风能和太阳能的规模化发展对电力系统规划提出了新的挑战。虽然，一些国家已经证明高比例波动性可再生能源系统与可靠的电力供应可以相互兼容，但它们确实带来了更多的不确定性，因此评估和规划过程也变得更为复杂。此外，规划者还不得不在电动汽车充电和需求侧灵活性等领域纳入新的实践。

2021年，中国多个省份出现拉闸限电和电力短缺现象。虽然停电原因多种多样，但2021年9月和10月的停电主要与市场因素有关，即由高煤价与燃煤电厂发电的固定价格之间的不匹配造成。这导致了许多燃煤电厂实物燃料短缺并不得不以低容量系数运行。虽然这一事件似乎主要与市场设计有关，而非由于系统充裕度规划原因所致，但任何电力短缺或断电现象都不可避免地提高了对供应侧提供更可靠容量的要求。中国政府也确实不仅仅通过提高电价、限制煤矿利润来应对短缺，而且制定了旨在提高燃煤电厂产能的新规定。旧的、效率较低的燃煤电厂退役后应进入储备状态，政府将要求煤电公司以至少与往年一样高的价格运营电厂。政府文件中对能源安全，尤其是供应安全，的重视程度与日俱增，这可能会导致新燃煤发电能力建设提速，以满足高峰负荷。

本报告的目的是解释和说明德国和欧洲如何调整其系统评估和规划流程，以确保传统燃煤电厂和核电厂容量的退役与可靠性和能源安全目标完美相容。毕竟，德国拥有世界上最为可靠的电力系统——最新的2030年系统充裕度研究表明，即便德国即将于本年代末逐步淘汰其最后剩余的核电站和大部分煤电产能，德国该年度电力不足概率(LoLP)也比该国当前标准安全20倍。然而，由于该分析是基于德国过去政策目标所做的假设，这些目标与此同时已发生诸多变化，因此未来更新的容量充裕度评估可能会得出略有不同的结果。德国也经历了被称为“黑暗低谷期”(darkdoldrums)的时期——即在秋冬两季，风速下降，太阳能发电量也随之下降的时期。事实上，德国风能和太阳能的季节性低迷远比中国更为明显。中国的冬季阳光更加稳定，风能出力通常在较冷的月份达到峰值。鉴于欧洲和德国的可再生能源已在其电力生产中占据相当大的份额，将天气不确定性纳入容量充裕度评估已成为关键一环。上述工作应与对传统电厂、输电线路和化石燃料供应的短期中断、以及对气候事件或汽车电气化可能引发的长期需求增长的不确定性建模一起进行。

另外，对不确定性的现实水平的建模也非常重要，建模所采用的方法不应使规划结果偏向于安装成本更高的发电和储能，而是应该优先考虑在输电、跨境电力交易和需求侧灵活性方面相对具有更佳成本效益的投资。正如我们在本报告中所展示的那样，尽管仍处于早期阶段，但欧洲的容量充裕度评估方法中已经开始更多的将这些因素纳入考量。最近对其他市场的几项研究表明，随着越来越多的储能容量的上线，适度数量的储能——主要是短期储能，如4小时储能容量——在确保充分利用每兆瓦风能或太阳能容量以满足峰值负荷方面将发挥巨大作用。

最后，虽然本报告侧重于欧洲和德国系统充裕度评估的技术方面，但这里讨论的概念不仅与技术专家有关，也与政策制定者有关。电力系统的规划与评估不仅存在于技术报告领域，也存在于公共政策领域。对于政策制定者来说，此类评估方法可以用于设定高水平的可再生能源或碳目标时。当出现停电或电力短缺情况时，有关专家和政策制定者可以利用这些分析结果，对诸如建立“更可靠的基荷能源”这样的简单化处理，或强制“所有可再生能源配备成本高昂的用户驻地储能设施”之类的一刀切做法予以直接回绝。正确的评估不仅有助于维护正常运转，而且有助于就可再生能源在能源转型中的作用和价值进行更富有成果的公开讨论。因此，规划者和政策制定者应努力使这一过程对更广泛的受众开放，并为其所理解，即便其对数据的要求和方法学会变得越来越复杂化。

本报告概述了德国当前和预期中未来电力系统的规划和评估实践，并分析了过去十年德国相关电力系统规划机构发表的各种出版物中所使用的方法。这些机构包括：德国输电系统运营商、联邦经济和气候行动部（2021年底前为经济事务与能源部）和德国联邦网络管理局。此外，报告还介绍了欧洲输电系统运营商网络(ENTSO-E)在欧洲层面相关评估中所采用的方法。两者的结论和基础方法都被用于德国的评估和方法论的开发中。

正如报告所示，德国所开发和应用的方法具有一些共性，特别是在从确定性计算转向天气和其他事件的概率评估，以及扩大分析的地理范围方面。这些方法也似乎随着时间的推移而趋于一致。当前的争论表明，有必要将迄今为止主要由输电系统运营商（TSO）提供的电网和系统充裕度评估纳入整体容量评估当中。这一发展也证实了我们的预想，即淘汰煤电将使德国纳入更多的容量和电网充裕度评估。

本报告是研究欧盟电力系统规划和评估实践的众多报告之一，这些实践对中国和其他国家向低碳能源系统转型具有一定意义。中欧能源合作平台(ECECP)于2021年11月发布的《ENTSO-e中国电网规划建模展示報告》阐述了单条输电线路的规划方法，并在中国选出一些潜在的新输电线路应用该方法。中欧能源合作平台的报告主要着眼于输电规划，而本报告侧重于更广泛的容量充裕度问题——但鉴于输电在确保互连互通区域内容量充裕度方面所起的作用，这两者显然是有关联的。两份报告在某些方面具有互补性，可以一并阅读。

我们希望这项研究能够帮助中国和其他地方的政策制定者了解德国和欧洲在系统充裕度规划方面的持续演变，以及它们是如何朝着对低碳能源转型做出积极贡献的方向发展的。我们相信，在中国建设以新能源为主体的电力系统的进程中，分享系统充裕度方面的经验和方法对各方都有启发，不仅有助于我们确保可靠的电力供应，也有助于政策制定者和公众预想如何才能建立一个清洁、可靠和具有成本效益的未来能源系统。