德国容量充裕度研究：如何实现2030年前电力系统高度可靠？

侯安德（AndersHove）

德国国际合作机构（GIZ）中德动力转型研讨项目主任

不久前，德国政府赞助的一项研讨显示，2030年之前，德国的电力体系容量将始终坚持富余状况。该研讨陈述选用了一项复杂且精细的办法来估算电力缺乏概率（LOLP）。该办法一起将波动性风能和太阳能发电份额的添加，以及越来越重要的电力商场和跨境电力买卖归入考量。陈述发现，商场在保证供给和负荷经济平衡方面的作用将稳步进步，并着重跟着可再生动力的添加，继续扩大商场买卖的重要性将日趋闪现。陈述终究得出定论，德国的电力缺乏概率（LOLP）仅为0.003%，比欧盟和德国选用的规则最大值低20倍。

跟着我国尽力推进碳达峰和碳中和目标，可再生动力份额的上升和电力在终端动力消费中份额的进步将成为低碳转型的两大首要支柱。转型过程中的电力体系安全性和可靠性天然成为方针制定者和电网运营商的重视要点。现有的化石动力产业和当地官员常把可再生动力描绘为不稳定、不可靠的动力来历。因而在量化体系容量富余度的过程中，需求特别考虑风能和太阳能输出的波动性特征，然后进步其体系可靠性。

针对这一应战，在德国联邦政府赞助的中德动力转型研讨项目结构下，中德合作伙伴正在对电力体系规划过程中，如安在减缩煤电状况下，保证电力体系灵活性和电力容量富余性的办法论进行研讨剖析。在这篇文章中，项目专家总结了德国容量富余度研讨的首要定论，并简要阐述了对我国的阅历共享和借鉴意义。

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陈述选用了何种办法来评价体系容量富余度？

陈述使用源自长时刻经国际实践的概率办法，以确认性目标来衡量容量资源富余度，一起还归入了对方针改变的敏感性剖析。

陈述将容量资源富余度定义为电力供给体系中发电和用电之间的长时刻平衡，其中也包含了电力批发商场的价格。因而，容量资源富余度概念是指当顾客的经济支付志愿大于或等于商场电价时，他们是否总能取得相应的电能供给。

较大规划的商场为容量资源富余度供给了三重优点：欧盟一直都在稳步推进内部电力商场的自由化。这意味着德国容量资源富余度的研讨必须将整个欧洲归入考量规划，一起还应考虑商场的动态调整，包含需求改变带来的价格弹性等。相对于德国本乡，欧洲规划地域版图更为辽阔，有助于波动性可再生动力电力能顺畅地接入电网，然后为动力供给安全做出积极奉献。反过来，电力商场所掩盖的地舆区域更为宽广也有助于滑润负荷曲线，特别是受气候影响带来的负荷波动，并削减个别电厂停电所带来的影响。与局限于一国比较，掩盖规划更广的电力商场降低了不利条件一起发生的概率，如可再生动力馈电缺乏、电厂停电、需求高峰等。

研讨聚集2030年前这一时刻节点，研讨办法遵循欧盟相关条例：项目的规划契合德国《动力工业法》（EnWG）规则的有关监测电力商场发电容量资源富余度的法令要求，一起也契合欧盟有关电力商场的第2019/943号条例的要求。此项研讨对直至2030年的容量资源富余度进行了评价和量化，在这一时期，跟着各国逐渐削减煤电，一起添加可再生动力发电，电力商场和发电容量将发生严重改变。

陈述所选用的办法根据德国一项严厉的可靠性规范：经过权衡各种不同容量资源富余度的计算办法，研讨作者确认，电力缺乏概率（LOLP）这一目标最适合用于规范制定。

电力缺乏概率是指虽然愿意支付商场价格，但并非一切顾客都能在商场上取得电力供给的概率。其他补充参数，如预期缺供电量值（expectedvalueoftheenergynotsupplied(EENS)），也有助于评价体系容量资源是否富余。本陈述中所应用的德国电力缺乏概率（LOLP）规范为=0.06%，相当于99.94%的负荷平衡概率。另外，所选用的办法中还考虑了以下两个问题：

（1）在所剖析的时刻规划内，欧洲的电力供给体系将怎么开展？

（2）有了这样一个欧洲电力供给体系，电力商场的容量资源富余度是否能坚持在一个有用的水平之上？

为了答复第一个问题，研讨人员针对欧洲电力供给体系的开展设定了几种不同情形。这以后，研讨人员确认了每种情形的富余度水平，并将其与确认的电力缺乏概率（LOLP）规范进行比较来评价第二个问题。相较之前的剖析，本项研讨往前迈进了一步，即对包含新增输电和发电在内的电力供给体系开展是根据商场价格建立的内生经济添加模型。每一年中，更高份额的发电和输电取决于模型的内生要素。

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剖析成果标明，在研讨掩盖的时期内（即2030年前），德国的电力体系将是高度可靠的。

该模型估测德国2030年的电力缺乏概率（LOLP）最大值为0.003%，比规范可接受值（0.06%）低20倍。在电力缺乏估计值为每年0小时这一参阅情形下，在考虑一切方针和商场敏感性的状况下这一数值则为0.25小时。参阅情形下，德国2030年的电力缺乏概率（LOLP）为0。

剖析成果标明，德国和邦邻的电力商场容量资源富余度极高。在2030年前的一切研讨情形中，德国的电力商场容量资源富余度都是有保证的，即便在考虑以下设定要素的状况下：一切被研讨国家都是单一能量商场（energy-onlymarket）；德国积极筛选煤炭；欧洲动力和气候方针进一步收紧，经过交通、工业和供暖部分电气化推进这几个范畴的耦合。

在参阅情形下，预期缺供电量值（EENS）为0，在考虑敏感性的状况下，最大值则为0.4吉瓦时/年。因为该研讨专注德国电力商场资源富余度的评价，因而没有将德国的电力储藏机制下的备用容量归入考量，因为这并不是电力商场的组成部分。也就是说在实践中还有备用容量进一步进步德国电力资源的富余度。

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即便在惯例发电机组退役，风能及太阳能电力比重进步的情形下，显示的容量富余度成果为什么还会这么好？

以下几方面要素能够解说德国的容量资源富余度为何这么高：

因为平衡机组和平衡动力体系的存在，电力供给商有极大动力去恪守交给责任。商场参与者一般会谨慎挑选签订掩盖满足发电和灵活性容量的电力合同，然后保护自己免受潜在且高昂的平衡动力价格的影响。这直接或间接地推进了相应的出资。

德国和欧洲的电力供给体系现在存在一些过剩产能。虽然一些惯例电厂因为碳价上涨和有用的方针引导措施将逐渐关停，但发电业主在封闭现有电厂来削减过剩产能方面的志愿缺乏。

新的天然气热电联产（CHP）方式添加了大量容量。结合其他研讨陈述的数据，本研讨假定，到2030年，德国的天然气热电联产净增容量为15吉瓦。针对研讨所掩盖的其他欧盟国家，这一数据为21吉瓦。

德国以外的容量商场在德国境外发明了新的容量。这有利于进步德国的容量富余度（本研讨考虑了法国、英国、波兰和意大利的容量状况）。

一个规划更大、更具地舆多样性的区域电力商场可令负荷和可再生动力的接入更加顺畅，并减轻了电厂意外停电的影响。

该模型考虑到了进步消费侧灵活性的巨大潜力，包含可中断工业负荷、灵活供热负荷和紧急备用体系（如电池储能），以及公共供热体系（包含热电联产）及紧急电力体系等。

这些促进容量富余度继续维持较高水准的要素原则上是能够彼此补足的：一个要素的削弱乃至丧失，并不会给容量资源富余度带来问题，而是会经过电力商场上其他方面的调整来补偿。正因为这些替代挑选的存在，德国电力体系容量富余度的保证路径出现多样化，也然后保证了电力商场上供给和需求的继续、稳定平衡。

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研讨考虑了哪些情形，为什么设定这些情形？

参阅情形根据对德国和欧盟当前电力体系的具体研讨、与其他研讨和专有模型的比较、以及与行业专家针对2030年之前或许的法令结构条件和方针改变所做的咨询等。这些情形全面地描绘了欧洲电力商场的初始状况、规划和方针改变。

德国输电体系运营商与欧洲输电体系运营商的情形比较标明，德国的参阅情形中可调度发电量略低于其他研讨中的情形。总的来说，在考察的一切国家中，参阅情形在某些状况下显示出明显较低的容量资源。因而，参阅情形代表了欧洲供电体系的一个较为保守的开展路径。

参阅情形中包含以下假定：

电力商场规划

惯例发电组（核电、煤电和热电联产）的外源性开展

可再生动力和抽水蓄能的开展

灵活性选项的开展

电力需求的开展

传统电厂的技术和经济性特点

平衡动力的开展

跨境输电能力和进-出口时机的开展

负荷过剩在不同招标区之间的散布

敏感度剖析包含：

撤销邦邻容量商场，转而选用单一能量商场

选用ENTSOE-E十年电网开展计划中的散布式动力定价方案，增强交通、工业和供暖部分电气化推进等范畴间的耦合

选用世界动力展望可继续开展情形中的价格情形，增强交通、工业和供暖部分电气化推进等范畴间的耦合

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剖析是怎么应对“漆黑低谷”（即风能和太阳能发电量较低的时节）这一应战的？

这些情形明确考虑了“漆黑低谷”的问题——这一短语是形容长时刻的微风和低太阳辐射状况。这些模型将阅历了漫长漆黑低谷期的2017年的气候数据归入了气候年份；另外也归入了2012年的数据，该年欧洲阅历了一个反常寒冷的冬天。

根据2009-2013年和2017年这六个气候年份的气候假定，研讨人员计算了2030年曾经德国可再生动力的发电量和动力部分内部不同范畴（居民家庭、商业、交通、工业、其他）的消费量。根据高区域分辨率气候条件数据（风速、温度、全球辐照度等），推算出未来每一年的装机容量，并在此基础上模拟了直至2030年的光伏、陆上和海优势电的年发电量。为六个气候年中的每一年生成逐小时负荷曲线（包含温度、风况、日照、日出和日落时刻等）。

定论

保证电力供给的安全性和可靠性取决于多重要素，包含精确的规划和猜测，但跟着波动性可再生动力规划的扩大，以及供热和交通等部分用电量的添加，这两方面都将变得更为困难。德国和欧洲对规划研讨提出了明确的要求，以保证电力体系在低碳转型过程中坚持高可靠性。此项研讨标明，2030年曾经，可再生动力的开展不会对德国的电力供给安全构成应战。

虽然欧洲和我国的电力体系差异巨大，但它们在许多方面正在趋同。我国现在正在引入建造电力商场，添加跨境（跨省）输电，在全我国规划内大力推广散布式动力（以部分解决大多数波动性可再生动力坐落我国西部、远离首要工业或城市负荷中心的问题）。此外，现在欧洲和我国均在大力推进工业和交通范畴的电气化，并进步电力需求侧的灵活性。德国和欧洲选用的情形剖析有助于为我国的规划作业供给借鉴信息，向以可再生动力为主体的新型电力体系转型。

参阅资料

“监测欧洲电力商场的容量资源富余度，”r2benergyconsulting,Consentec,FraunhoferInstituteforSystemsandInnovationResearch,TEPEnergy，由德国联邦经济和动力部赞助，2021年4月26日，网址：https://www.bmwi.de/Redaktion/EN/Publikationen/Studien/monitoring-the-adequacy-of-resources-in-the-european-electricity-markets-2021.pdf

“德国《动力经济法》电力和天然气供给部分(Energiewirtschaftsgesetz)，”2021年7月16日修订，德国联邦法令条款网址：https://dejure.org/gesetze/EnWG

“欧洲议会和欧盟委员会2019年6月5日发布的关于欧洲内部电力商场的2019/943号条例，”欧盟条例，2019年6月14日”网址：https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32019R0943

侯安德（AndersHove）

德国国际合作组织（GIZ）中德动力转型研讨项目主任

不久前，德国政府资助的一项研讨显现，2030年之前，德国的电力系统容量将一直坚持充裕情况。该研讨陈说选用了一项杂乱且精细的方法来估算电力缺少概率（LOLP）。该方法一同将波动性风能和太阳能发电比例的增加，以及越来越重要的电力商场和跨境电力生意归入考量。陈说发现，商场在确保供应和负荷经济平衡方面的作用将稳步前进，并着重跟着可再生动力的增加，持续扩大商场生意的重要性将日趋闪现。陈说终究得出定论，德国的电力缺少概率（LOLP）仅为0.003%，比欧盟和德国选用的规矩最大值低20倍。

跟着我国极力推动碳达峰和碳中和政策，可再生动力比例的上升和电力在终端动力消费中比例的前进将成为低碳转型的两大首要支柱。转型过程中的电力系统安全性和牢靠性天然成为政策拟定者和电网运营商的重视要点。现有的化石动力工业和当地官员常把可再生动力描绘为不稳定、不牢靠的动力来历。因而在量化系统容量充裕度的过程中，需求特别考虑风能和太阳能输出的波动性特征，然后前进其系统牢靠性。

针对这一应战，在德国联邦政府资助的中德动力转型研讨项目结构下，中德合作伙伴正在对电力系统规划过程中，如安在减缩煤电情况下，确保电力系统灵敏性和电力容量充裕性的方法论进行研讨分析。在这篇文章中，项目专家总结了德国容量充裕度研讨的首要定论，并简要阐述了对我国的履历同享和学习意义。

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陈说选用了何种方法来点评系统容量充裕度？

陈说使用源自长时间经国际实践的概率方法，以承认性政策来衡量容量资源充裕度，一同还归入了对政策改动的敏感性分析。

陈说将容量资源充裕度定义为电力供应系统中发电和用电之间的长时间平衡，其间也包括了电力批发商场的价格。因而，容量资源充裕度概念是指当顾客的经济付出自愿大于或等于商场电价时，他们是否总能取得相应的电能供应。

较大规划的商场为容量资源充裕度供应了三重长处：欧盟一直都在稳步推动内部电力商场的自由化。这意味着德国容量资源充裕度的研讨必须将整个欧洲归入考量规划，一同还应考虑商场的动态调整，包括需求改动带来的价格弹性等。相对于德国本乡，欧洲规划地域地图更为广阔，有助于波动性可再生动力电力能顺利地接入电网，然后为动力供应安全做出活跃贡献。反过来，电力商场所掩盖的地舆区域更为广大也有助于滑润负荷曲线，特别是受气候影响带来的负荷波动，并减少个别电厂停电所带来的影响。与局限于一国比较，掩盖规划更广的电力商场降低了不利条件一同产生的概率，如可再生动力馈电缺少、电厂停电、需求高峰等。

研讨集合2030年前这一时间节点，研讨方法遵循欧盟相关条例：项目的规划契合德国《动力工业法》（EnWG）规矩的有关监测电力商场发电容量资源充裕度的法令要求，一同也契合欧盟有关电力商场的第2019/943号条例的要求。此项研讨对直至2030年的容量资源充裕度进行了点评和量化，在这一时期，跟着各国逐渐减少煤电，一同增加可再生动力发电，电力商场和发电容量将产生严重改动。

陈说所选用的方法依据德国一项严峻的牢靠性标准：经过权衡各种不同容量资源充裕度的计算方法，研讨作者承认，电力缺少概率（LOLP）这一政策最适合用于标准拟定。

电力缺少概率是指尽管乐意付出商场价格，但并非全部顾客都能在商场上取得电力供应的概率。其他补充参数，如预期缺供电量值（expectedvalueoftheenergynotsupplied(EENS)），也有助于点评系统容量资源是否充裕。本陈说中所使用的德国电力缺少概率（LOLP）标准为=0.06%，相当于99.94%的负荷平衡概率。别的，所选用的方法中还考虑了以下两个问题：

（1）在所分析的时间规划内，欧洲的电力供应系统将怎样展开？

（2）有了这样一个欧洲电力供应系统，电力商场的容量资源充裕度是否能坚持在一个有用的水平之上？

为了答复第一个问题，研讨人员针对欧洲电力供应系统的展开设定了几种不同景象。这以后，研讨人员承认了每种景象的充裕度水平，并将其与承认的电力缺少概率（LOLP）标准进行比较来点评第二个问题。相较之前的分析，本项研讨往前迈进了一步，即对包括新增输电和发电在内的电力供应系统展开是依据商场价格树立的内生经济增加模型。每一年中，更高比例的发电和输电取决于模型的内生要素。

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分析效果标明，在研讨掩盖的时期内（即2030年前），德国的电力系统将是高度牢靠的。

该模型估测德国2030年的电力缺少概率（LOLP）最大值为0.003%，比标准可接受值（0.06%）低20倍。在电力缺少估计值为每年0小时这一参看景象下，在考虑全部政策和商场敏感性的情况下这一数值则为0.25小时。参看景象下，德国2030年的电力缺少概率（LOLP）为0。

分析效果标明，德国和邦邻的电力商场容量资源充裕度极高。在2030年前的全部研讨景象中，德国的电力商场容量资源充裕度都是有确保的，即便在考虑以下设定要素的情况下：全部被研讨国家都是单一能量商场（energy-onlymarket）；德国活跃筛选煤炭；欧洲动力和气候政策进一步收紧，经过交通、工业和供暖部分电气化推动这几个领域的耦合。

在参看景象下，预期缺供电量值（EENS）为0，在考虑敏感性的情况下，最大值则为0.4吉瓦时/年。由于该研讨专心德国电力商场资源充裕度的点评，因而没有将德国的电力储藏机制下的备用容量归入考量，由于这并不是电力商场的组成部分。也就是说在实践中还有备用容量进一步前进德国电力资源的充裕度。

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即便在常规发电机组退役，风能及太阳能电力比重前进的景象下，显现的容量充裕度效果为什么还会这么好？

以下几方面要素可以说明德国的容量资源充裕度为何这么高：

由于平衡机组和平衡动力系统的存在，电力供应商有极大动力去遵循交给责任。商场参与者一般会谨慎选择签定掩盖满意发电和灵敏性容量的电力合同，然后维护自己免受潜在且高昂的平衡动力价格的影响。这直接或间接地推动了相应的出资。

德国和欧洲的电力供应系统现在存在一些过剩产能。尽管一些常规电厂由于碳价上涨和有用的政策引导措施将逐渐关停，但发电业主在封闭现有电厂来减少过剩产能方面的自愿缺少。

新的天然气热电联产（CHP）方法增加了很多容量。结合其他研讨陈说的数据，本研讨假定，到2030年，德国的天然气热电联产净增容量为15吉瓦。针对研讨所掩盖的其他欧盟国家，这一数据为21吉瓦。

德国以外的容量商场在德国境外发明晰新的容量。这有利于前进德国的容量充裕度（本研讨考虑了法国、英国、波兰和意大利的容量情况）。

一个规划更大、更具地舆多样性的区域电力商场可令负荷和可再生动力的接入更加顺利，并减轻了电厂意外停电的影响。

该模型考虑到了前进消费侧灵敏性的巨大潜力，包括可中断工业负荷、灵敏供热负荷和紧迫备用系统（如电池储能），以及公共供热系统（包括热电联产）及紧迫电力系统等。

这些促进容量充裕度持续保持较高水准的要素原则上是可以彼此补足的：一个要素的削弱乃至损失，并不会给容量资源充裕度带来问题，而是会经过电力商场上其他方面的调整来补偿。正由于这些替代选择的存在，德国电力系统容量充裕度的确保途径呈现多样化，也然后确保了电力商场上供应和需求的持续、稳定平衡。

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研讨考虑了哪些景象，为什么设定这些景象？

参看景象依据对德国和欧盟当时电力系统的具体研讨、与其他研讨和专有模型的比较、以及与职业专家针对2030年之前或许的法令结构条件和政策改动所做的咨询等。这些景象全面地描绘了欧洲电力商场的初始情况、规划和政策改动。

德国输电系统运营商与欧洲输电系统运营商的景象比较标明，德国的参看景象中可调度发电量略低于其他研讨中的景象。总的来说，在考察的全部国家中，参看景象在某些情况下显现出显着较低的容量资源。因而，参看景象代表了欧洲供电系统的一个较为保守的展开途径。

参看景象中包括以下假定：

电力商场规划

常规发电组（核电、煤电和热电联产）的外源性展开

可再生动力和抽水蓄能的展开

灵敏性选项的展开

电力需求的展开

传统电厂的技术和经济性特色

平衡动力的展开

跨境输电才能和进-出口时机的展开

负荷过剩在不同招标区之间的分布

敏感度分析包括：

撤销邦邻容量商场，转而选用单一能量商场

选用ENTSOE-E十年电网展开计划中的分布式动力定价计划，增强交通、工业和供暖部分电气化推动等领域间的耦合

选用国际动力展望可持续展开景象中的价格景象，增强交通、工业和供暖部分电气化推动等领域间的耦合

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分析是怎样应对“乌黑低谷”（即风能和太阳能发电量较低的时节）这一应战的？

这些景象清晰考虑了“乌黑低谷”的问题——这一短语是形容长时间的微风和低太阳辐射情况。这些模型将履历了绵长乌黑低谷期的2017年的气候数据归入了气候年份；别的也归入了2012年的数据，该年欧洲履历了一个反常冰冷的冬天。

依据2009-2013年和2017年这六个气候年份的气候假定，研讨人员计算了2030年从前德国可再生动力的发电量和动力部分内部不同领域（居民家庭、商业、交通、工业、其他）的消费量。依据高区域分辨率气候条件数据（风速、温度、全球辐照度等），推算出未来每一年的装机容量，并在此基础上模拟了直至2030年的光伏、陆上和海优势电的年发电量。为六个气候年中的每一年生成逐小时负荷曲线（包括温度、风况、日照、日出和日落时间等）。

定论

确保电力供应的安全性和牢靠性取决于多重要素，包括精确的规划和猜测，但跟着波动性可再生动力规划的扩大，以及供热和交通等部分用电量的增加，这两方面都将变得更为困难。德国和欧洲对规划研讨提出了清晰的要求，以确保电力系统在低碳转型过程中坚持高牢靠性。此项研讨标明，2030年从前，可再生动力的展开不会对德国的电力供应安全构成应战。

尽管欧洲和我国的电力系统差异巨大，但它们在许多方面正在趋同。我国现在正在引进建造电力商场，增加跨境（跨省）输电，在全我国规划内大力推广分布式动力（以部分解决大多数波动性可再生动力坐落我国西部、远离首要工业或城市负荷中心的问题）。此外，现在欧洲和我国均在大力推动工业和交通领域的电气化，并前进电力需求侧的灵敏性。德国和欧洲选用的景象分析有助于为我国的规划作业供应学习信息，向以可再生动力为主体的新式电力系统转型。