中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：德國(guó)多達(dá)95%的可再生能源發(fā)電設(shè)施接入配電網(wǎng)，尤其集中在農(nóng)村電網(wǎng)。以德國(guó)西北部地區(qū)重要的能源供應(yīng)商EWE公司（以下簡(jiǎn)稱“EWE”）為例，2023年EWE負(fù)責(zé)的北部農(nóng)村電網(wǎng)可再生能源占比超過(guò)100%，許多地區(qū)的風(fēng)能和光伏的返送功率早在十年前就已超過(guò)當(dāng)?shù)仄骄?fù)荷的十倍，而其年棄電率平均僅為3%。本文將系統(tǒng)分析德國(guó)配電網(wǎng)在規(guī)劃、運(yùn)行和市場(chǎng)規(guī)則等方面面臨的挑戰(zhàn)、創(chuàng)新及未來(lái)發(fā)展路徑，以期為中國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)提供啟示。
01
挑戰(zhàn)
德國(guó)北部以風(fēng)電為主，許多配電網(wǎng)已接近、達(dá)到甚至超過(guò)100%可再生能源供電。其主要挑戰(zhàn)包括：控制配電網(wǎng)擴(kuò)建成本，應(yīng)對(duì)由配電網(wǎng)擁塞引發(fā)的再調(diào)度需求，以及基于可調(diào)配電變壓器的低壓配電網(wǎng)改造。
1、配電網(wǎng)擴(kuò)建
EWE的農(nóng)村配電網(wǎng)年均停電時(shí)間長(zhǎng)期維持在3至4分鐘左右，處于德國(guó)領(lǐng)先水平，多次被德國(guó)聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管局作為評(píng)估基準(zhǔn)。這一成就源于其高電纜化率，目前其配電網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)100%電纜化，并配備高度自動(dòng)化的調(diào)度系統(tǒng)。在德國(guó)，過(guò)網(wǎng)費(fèi)依據(jù)高效成本制定，在事前以收益上限的形式獲得監(jiān)管批準(zhǔn)。盡管停電時(shí)間不會(huì)按每分鐘直接計(jì)費(fèi)，但會(huì)通過(guò)“質(zhì)量因素”間接影響電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的總體收益。根據(jù)EWE歷年年度報(bào)告，配電網(wǎng)幾乎每年都獲得了最高等級(jí)4%的獎(jiǎng)勵(lì)。其配電網(wǎng)投資（包括消納可再生能源的擴(kuò)建）回報(bào)在整體收益中占據(jù)極高比例，大約相當(dāng)于監(jiān)管規(guī)定年收益率的5至6倍。
一般而言，返送功率是典型的匯流問(wèn)題。在中壓配電網(wǎng)中，返送功率主要在高壓變壓器處引發(fā)過(guò)流風(fēng)險(xiǎn)；而在高壓配電網(wǎng)中，則集中于超高壓變壓器，容易導(dǎo)致過(guò)流和電壓偏差問(wèn)題。根據(jù)德國(guó)聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管局的統(tǒng)計(jì)，德國(guó)輸電網(wǎng)直接采取的棄電措施僅占全國(guó)總棄電量的約30%，這意味著大部分棄電實(shí)際上發(fā)生在配電網(wǎng)層級(jí)。然而，由于超高壓變壓器歸屬輸電網(wǎng)，大部分因棄電產(chǎn)生的賠償也由輸電網(wǎng)承擔(dān)，除非涉及系統(tǒng)安全問(wèn)題。
由于貫通德國(guó)南北的超高壓直流輸電線路迄今未能建成，導(dǎo)致北部海上風(fēng)電難以有效送達(dá)南部負(fù)荷中心。這一結(jié)構(gòu)性瓶頸造成輸電網(wǎng)頻繁擁塞，線路過(guò)載問(wèn)題突出。為應(yīng)對(duì)這一局限，輸電網(wǎng)被迫采取“再調(diào)度”措施，在北部棄風(fēng)、南部啟用燃?xì)怆姀S之間通過(guò)“一升一降”實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡。其中，棄風(fēng)以北部海上風(fēng)電為主，配電網(wǎng)層級(jí)的棄風(fēng)為輔。
經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，大多數(shù)配電網(wǎng)已基本具備“可觀、可測(cè)、可調(diào)、可控”的能力。在此基礎(chǔ)上，配電網(wǎng)逐步具備了優(yōu)化棄電的能力，部分地區(qū)甚至實(shí)現(xiàn)了“全自動(dòng)棄電控制”。盡管如此，當(dāng)前仍面臨一系列關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括“再調(diào)度2.0”、客戶流失及“動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)費(fèi)”等復(fù)雜問(wèn)題。
2、再調(diào)度2.0
自2022年起，德國(guó)配電網(wǎng)被正式納入“再調(diào)度”體系，所有裝機(jī)容量超過(guò)100千瓦的可再生能源設(shè)施需參與新實(shí)施的“再調(diào)度2.0”措施。該措施明確要求，在棄電情況下，配電網(wǎng)也必須實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平衡。
在執(zhí)行“再調(diào)度2.0”過(guò)程中，配電網(wǎng)調(diào)度需提前48小時(shí)進(jìn)行潮流預(yù)測(cè)，并據(jù)此優(yōu)化棄電方案。系統(tǒng)平衡的實(shí)現(xiàn)依賴于發(fā)電與負(fù)荷的靈活調(diào)節(jié)能力，以及現(xiàn)貨市場(chǎng)的交易機(jī)制。
然而，配電網(wǎng)在執(zhí)行“再調(diào)度2.0”時(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)：一是中壓節(jié)點(diǎn)的可再生能源預(yù)測(cè)精度受限于統(tǒng)計(jì)特性不足，難以達(dá)到預(yù)期水平；二是外部等值電網(wǎng)建模精度仍顯不足，需要通過(guò)進(jìn)一步改善電網(wǎng)預(yù)測(cè)模型交互來(lái)解決；三是發(fā)電側(cè)與負(fù)荷側(cè)的靈活性有限。這些因素共同制約了“再調(diào)度2.0”的高效實(shí)施。
根據(jù)德國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)（VDE）發(fā)布的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)《技術(shù)接入規(guī)定》，EWE配電網(wǎng)要求所有裝機(jī)容量在100千瓦及以上的分布式發(fā)電和儲(chǔ)能設(shè)備，必須按照無(wú)功—電壓特性曲線（Q(U)）或固定功率因數(shù)（cos φ）提供動(dòng)態(tài)無(wú)功功率支持。此類設(shè)備需通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳輸無(wú)功功率的設(shè)定值與實(shí)際值，以實(shí)現(xiàn)本地電壓與無(wú)功功率的穩(wěn)定控制——這一機(jī)制已成為當(dāng)前減少外部無(wú)功功率采購(gòu)的關(guān)鍵前提。得益于此，EWE配電網(wǎng)的自身無(wú)功補(bǔ)償成本大幅降低，僅配備一套無(wú)功補(bǔ)償裝置即可滿足整體需求。
根據(jù)EWE配電網(wǎng)公布的信息，自實(shí)施“再調(diào)度2.0”以來(lái)，與上游電網(wǎng)公司的協(xié)同再調(diào)度量減少約15%，系統(tǒng)整體的再調(diào)度成本也相應(yīng)下降。與此同時(shí)，過(guò)去十年中因棄電而觸發(fā)的電網(wǎng)調(diào)度干預(yù)次數(shù)激增近百倍，反映出配電網(wǎng)在應(yīng)對(duì)可再生能源波動(dòng)方面的響應(yīng)速度與調(diào)節(jié)靈活性已顯著增強(qiáng)。
3、可調(diào)配電網(wǎng)變壓器
低壓配電網(wǎng)主要面臨光伏抬高末端電壓引起的越界問(wèn)題。實(shí)踐證明，使用可調(diào)配電網(wǎng)變壓器無(wú)論是經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)上都是最理想的措施。
自2015年以來(lái)，EWE配電網(wǎng)已在其系統(tǒng)中接入近300臺(tái)可調(diào)配電變壓器。在電壓波動(dòng)頻發(fā)的區(qū)域，這類變壓器已成為標(biāo)準(zhǔn)配置。示范階段運(yùn)行穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯技術(shù)問(wèn)題。項(xiàng)目目標(biāo)——通過(guò)協(xié)調(diào)控制可調(diào)配電變壓器，實(shí)現(xiàn)中壓電網(wǎng)的集中電壓調(diào)節(jié)——已全面實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐表明，在許多場(chǎng)景下，多個(gè)可調(diào)變壓器的協(xié)同運(yùn)行可有效替代或延緩傳統(tǒng)電網(wǎng)擴(kuò)建，同時(shí)顯著提升可再生能源的接入能力。
EWE配電網(wǎng)目前擁有約2萬(wàn)臺(tái)配電變壓器，并已啟動(dòng)一項(xiàng)持續(xù)的改造計(jì)劃，通過(guò)對(duì)新建和更換設(shè)備設(shè)定強(qiáng)制性可調(diào)變壓器配置要求。該計(jì)劃還包括推動(dòng)配電變壓器全面接入數(shù)字化調(diào)度系統(tǒng)（計(jì)劃于2027年前完成），并開(kāi)展集中式電壓控制的試點(diǎn)項(xiàng)目。EWE計(jì)劃到2035年將可調(diào)變壓器的比例提升至接近100%。這將成為提升配電網(wǎng)應(yīng)對(duì)高比例可再生能源能力、實(shí)現(xiàn)企業(yè)氣候中立目標(biāo)的關(guān)鍵舉措之一。
02
創(chuàng)新
德國(guó)配電網(wǎng)的創(chuàng)新主要集中在政府資助的大型研究項(xiàng)目中，其中最受關(guān)注的領(lǐng)域是削峰規(guī)劃與分布式可再生能源的靈活性市場(chǎng)。前者屬于監(jiān)管范疇，后者則屬于市場(chǎng)機(jī)制，兩者相輔相成，協(xié)同推進(jìn)配電網(wǎng)的高效與靈活運(yùn)行。
1、削峰規(guī)劃
在傳統(tǒng)電網(wǎng)規(guī)劃中，電網(wǎng)容量通常依據(jù)電流峰值進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)德國(guó)早期的可再生能源法規(guī)，電網(wǎng)必須接收每一度可再生能源所發(fā)電量，這意味著配電網(wǎng)需按新能源發(fā)電的峰值水平進(jìn)行規(guī)劃與擴(kuò)建。從成本角度看，這不僅加重了電網(wǎng)企業(yè)的投資壓力，也可能推高電價(jià)，進(jìn)而增加居民和工業(yè)用戶的負(fù)擔(dān)——因?yàn)檫^(guò)網(wǎng)費(fèi)是電價(jià)的重要組成部分。
為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，EWE率先提出了“5%實(shí)時(shí)削峰”概念。根據(jù)該原理，僅需削減分布式可再生能源約5%的發(fā)電量，即可使配電網(wǎng)的可接入容量提高至原來(lái)的兩倍以上。其核心在于：分布式新能源靠近負(fù)荷側(cè)運(yùn)行，峰值發(fā)電更容易被本地負(fù)荷吸收，從而顯著降低實(shí)際所需的削峰電量。
最終，電網(wǎng)規(guī)劃策略為該問(wèn)題提供了制度化解決方案。在無(wú)需更換設(shè)備或增加投資的前提下，僅在電網(wǎng)規(guī)劃定容時(shí)預(yù)留3%的削峰空間，即可顯著降低擴(kuò)網(wǎng)成本。德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)部一個(gè)資助項(xiàng)目的結(jié)果表明，在最佳情境下，大多數(shù)配電網(wǎng)的投資可減少近一半左右，尤其對(duì)于中壓配電網(wǎng)而言。得益于行業(yè)長(zhǎng)期的技術(shù)探索與政策推動(dòng)，德國(guó)政府于2017年修訂《能源法》，正式引入“3%削峰”規(guī)劃原則，允許在電網(wǎng)規(guī)劃中保留一定的可控削減量，避免資源浪費(fèi)。該法規(guī)核心在于：對(duì)于不超過(guò)3%的削峰容量，電網(wǎng)公司無(wú)需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，從而間接減輕了終端用戶的電價(jià)負(fù)擔(dān)。
2、分布式可再生能源靈活性市場(chǎng)
德國(guó)對(duì)分布式可再生能源靈活性市場(chǎng)的探索，正從早期“概念驗(yàn)證”邁向以法規(guī)驅(qū)動(dòng)、平臺(tái)支撐的成長(zhǎng)期。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，唯有同步破解智能電表普及、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、流程簡(jiǎn)化與監(jiān)管機(jī)制?四大瓶頸，市場(chǎng)才能真正發(fā)揮在緩解配電網(wǎng)擁塞、提升可再生能源消納方面的價(jià)值。
以EWE—?dú)W洲現(xiàn)貨市場(chǎng)平臺(tái)的聯(lián)合試點(diǎn)為例：在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，生物質(zhì)氣和風(fēng)電機(jī)組根據(jù)實(shí)時(shí)價(jià)格信號(hào)主動(dòng)降出力。同時(shí)，弗里斯蘭法雷爾的一臺(tái)電動(dòng)天然氣壓縮機(jī)與一座混合儲(chǔ)能裝置被激活，以吸收富余電力。與傳統(tǒng)強(qiáng)制限發(fā)不同，靈活性資源能夠“看價(jià)”自發(fā)響應(yīng)，測(cè)試結(jié)果證實(shí)該模式可有效緩解局部擁塞并提高分布式能源的接入能力。
試點(diǎn)也暴露了兩大挑戰(zhàn)：
1. 供應(yīng)方成本過(guò)高——電池儲(chǔ)能與可調(diào)負(fù)荷等潛在提供者認(rèn)為其機(jī)會(huì)成本（例如生產(chǎn)中斷）尚未得到充分補(bǔ)償
2. 監(jiān)管不確定性——基線核算、價(jià)格形成及地方市場(chǎng)監(jiān)管規(guī)則尚待明確，策略性“增發(fā)—減發(fā)”套利風(fēng)險(xiǎn)需防范
圍繞上述痛點(diǎn)，探索正沿兩條路徑推進(jìn)：一是德國(guó)計(jì)劃在“再調(diào)度?3.0?”框架下，將分布式靈活性資源納入統(tǒng)一的市場(chǎng)出清流程。二是歐洲現(xiàn)貨市場(chǎng)平臺(tái)在他國(guó)試點(diǎn)“本地靈活性交易”，以驗(yàn)證區(qū)域化出清機(jī)制。當(dāng)前高質(zhì)量資源供給仍顯不足，但隨著電池價(jià)格持續(xù)下降，這一結(jié)構(gòu)性瓶頸有望逐步緩解，為靈活性市場(chǎng)走向成熟奠定基礎(chǔ)。
03
未來(lái)路徑
未來(lái)，德國(guó)配電網(wǎng)將面臨兩項(xiàng)主要任務(wù)：一是將大量戶用光伏、電池和熱泵納入配電網(wǎng)的調(diào)度與市場(chǎng)機(jī)制中，以減少負(fù)電價(jià)現(xiàn)象，提升可再生能源的消納能力；二是推行動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)費(fèi)機(jī)制，增強(qiáng)統(tǒng)一市場(chǎng)價(jià)格對(duì)配電網(wǎng)擁塞的引導(dǎo)與疏導(dǎo)作用。
1、再調(diào)度3.0
為了更好地消納可再生能源，減少負(fù)電價(jià)現(xiàn)象，德國(guó)已經(jīng)在著手準(zhǔn)備引入“再調(diào)度3.0”機(jī)制。也就是說(shuō)，將戶用光伏、電池和熱泵及電動(dòng)車納入配電網(wǎng)調(diào)度和市場(chǎng)機(jī)制。
研究結(jié)果表明，家庭接入的電動(dòng)車在采用靈活充電策略的情況下，系統(tǒng)成本最高可降低約70%。為進(jìn)一步釋放分布式靈活性潛力，現(xiàn)有的基于成本的“再調(diào)度2.0”機(jī)制將被擴(kuò)展為涵蓋分布式靈活性資源的市場(chǎng)化再調(diào)度機(jī)制。這些分散、規(guī)模較小的靈活性資源將由聚合商進(jìn)行整合，并統(tǒng)一提供給電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商使用。系統(tǒng)通過(guò)一份統(tǒng)一的優(yōu)先排序清單完成資源出清，選擇最合適的資源參與電網(wǎng)擁塞管理。大型發(fā)電裝置仍按照成本獲得補(bǔ)償，而需求側(cè)靈活性則通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制獲得報(bào)酬。這一混合模式有望推動(dòng)新型靈活性資源的高效接入與協(xié)調(diào)運(yùn)行，為實(shí)現(xiàn)更具彈性的電力系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。
目前德國(guó)已開(kāi)展的首批試點(diǎn)項(xiàng)目在實(shí)踐中證實(shí)，分散、規(guī)模較小的靈活性資源在技術(shù)上完全具備參與電網(wǎng)擁塞管理的能力。項(xiàng)目參與方也在總結(jié)中指出，用戶舒適性在整個(gè)過(guò)程中得以保持，未受到明顯影響。當(dāng)前正在推進(jìn)的試點(diǎn)項(xiàng)目則將在更大范圍內(nèi)測(cè)試，在電網(wǎng)高負(fù)荷條件下，哪些用戶側(cè)容量具備可調(diào)節(jié)性與可轉(zhuǎn)移性。
EWE配電網(wǎng)正為接入功率低于100千瓦的微型靈活性資源開(kāi)展接入準(zhǔn)備工作，并計(jì)劃自2024年起在其自有電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)啟動(dòng)首輪現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。此舉是EWE在“再調(diào)度3.0”聯(lián)合項(xiàng)目框架下推進(jìn)分布式靈活性資源整合的關(guān)鍵步驟之一，旨在探索微型資源在實(shí)際運(yùn)行中參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)和擁塞管理的可行性。
EWE的虛擬電廠平臺(tái)支持設(shè)備運(yùn)營(yíng)商將其發(fā)電能力——包括再調(diào)度服務(wù)——整合至統(tǒng)一系統(tǒng)，參與電力市場(chǎng)交易。該平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)與“再調(diào)度2.0”系統(tǒng)的技術(shù)對(duì)接，EWE也已為其售電客戶提供相關(guān)服務(wù)。同時(shí)，光伏等分布式能源可通過(guò)該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)直接售電。該運(yùn)營(yíng)模式為微型靈活性資源的市場(chǎng)化利用提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，并為其在“再調(diào)度3.0”框架下的廣泛接入奠定了條件。
2、動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)費(fèi)
歐洲及德國(guó)在現(xiàn)貨市場(chǎng)采用的統(tǒng)一電價(jià)，好處是允許更多的交易組合，因而市場(chǎng)非?；钴S。但作為前提的電網(wǎng)容量卻不足，所以現(xiàn)貨交易受到電網(wǎng)擁塞的影響。節(jié)點(diǎn)電價(jià)可以考慮到電網(wǎng)擁塞的影響，但節(jié)點(diǎn)下靈活性往往不足，影響市場(chǎng)參與者的盈利，造成市場(chǎng)不太活躍。
為了能夠考慮電網(wǎng)擁塞的影響，以及高比例可再生能源地區(qū)過(guò)網(wǎng)費(fèi)負(fù)擔(dān)過(guò)高的情況，德國(guó)政府啟動(dòng)了全國(guó)范圍內(nèi)的電網(wǎng)成本均攤機(jī)制，并在北部地區(qū)試點(diǎn)實(shí)施削峰電量補(bǔ)貼與拍賣機(jī)制。
在此之前，過(guò)網(wǎng)費(fèi)通常采取兩種計(jì)費(fèi)方式：按電量分級(jí)計(jì)價(jià)或采用最大功率合同制。根據(jù)新規(guī)，削峰電量可獲得40歐元/兆瓦時(shí)的固定上網(wǎng)補(bǔ)貼，適用于通過(guò)虛擬電廠整合的電轉(zhuǎn)熱、大型熱泵和電池等負(fù)荷資源，但補(bǔ)貼電量不得進(jìn)入市場(chǎng)交易。政府計(jì)劃自2026年10月起，將補(bǔ)貼分配方式轉(zhuǎn)為拍賣制。
這一機(jī)制實(shí)質(zhì)上是在統(tǒng)一電價(jià)體系內(nèi)引入了“節(jié)點(diǎn)電價(jià)”的效率優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，它又規(guī)避了節(jié)點(diǎn)電價(jià)的制度剛性，使原本屬于監(jiān)管領(lǐng)域的削峰規(guī)則逐步邁向市場(chǎng)化。據(jù)估算，該舉措可使可再生能源的再調(diào)度成本減少約6億歐元。
EWE配電網(wǎng)是該試點(diǎn)項(xiàng)目的主要參與方之一。為配合實(shí)施，EWE配電網(wǎng)需對(duì)信息與計(jì)費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行大幅改造，以支持動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)費(fèi)的管理與結(jié)算，導(dǎo)致試點(diǎn)啟動(dòng)多次推遲。
總體來(lái)看，首輪試點(diǎn)效果不佳，主要受制于技術(shù)、組織及監(jiān)管方面的障礙，成效有限。隨著智能電表的全面推廣、標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)的建設(shè)以及流程的持續(xù)優(yōu)化，第二階段試點(diǎn)計(jì)劃于2025年4月啟動(dòng)。唯有及時(shí)破解上述瓶頸，動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)費(fèi)機(jī)制才能在緩解配電網(wǎng)擁堵、整合分布式靈活性資源方面真正發(fā)揮作用。
綜上所述，德國(guó)配電網(wǎng)在高比例可再生能源并網(wǎng)的過(guò)程中，已由“被動(dòng)擴(kuò)容”邁向“智能調(diào)度”，但技術(shù)迭代并不代表轉(zhuǎn)型終點(diǎn)。展望未來(lái)，監(jiān)管層需通過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)網(wǎng)費(fèi)和靈活的再調(diào)度機(jī)制持續(xù)降低系統(tǒng)總成本。市場(chǎng)層面，則應(yīng)以戶用光伏、電池儲(chǔ)能和熱泵為基礎(chǔ)，逐步完善分布式可再生能源的靈活性市場(chǎng)。
