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专家视点  
陶光远:德国光伏的今天就是中国光伏的明天
作者:深圳太阳能学会 来源:深圳太阳能学会 期:2015-08-26 已阅读 (4658)


从德国来讲,可再生能源的发展从2000年德国能源转型启动以来发展得比较好,风电的总发电量占全国电力消费总量已经超过10%左右了,光伏发电的比例也达到了6.9%。

虽然光伏电在可再生能源电力中的比重仅为6.9%,但是超过50%的补贴却给了光伏一家。看到下面这张图,大家可能觉得我们已经进入到可再生能源时代。由于光伏的发展得到长期的补贴,光伏技术不断进展,光伏发电设备的成本急剧下降。现在德国的新增屋顶电站并网电价只有每千瓦时十几欧分,已经远低于居民电价。德国现在的居民电价在每千瓦时29欧分左右。

德国现在的电力市场平均交易电价现在只有约3.8欧分,也就是2.8毛或3毛钱,比现在中国的煤电平均上网电价还要低,基本上相当于新疆煤电的水平。但是可再生能源附加费,附加在电力用户的每一千瓦时的电费上升到了6.2欧分,也就是说发电的市场交易价比可再生能源附加费还要低。

从下图可以看到德国居民的电费构成中,发电成本占23.6%,而可再生能源附加费是21.4%,与发电成本基本相当。电网使用费用占到24.0%。其余基本是税,这是德国国家税收政策的特点,德国给食品补贴、给交通运输补贴,但不仅不给能源补贴,反而要上税,上较重的税。这里要强调的是,可再生能源附加费是会不断上升的,不会下降,而现在能做到的仅仅是使上升速度有所减缓。

什么德国的补贴这么高?是因为德国的补贴不是算可再生能源电力上网电价和煤电上网电价之间的差,而是算可再生能源电力上网电价和这些电力在电力市场上的售电价格的差。当风光发电功率低的时候,电力市场的价格高,而当风光电充裕时,电力市场的电价就会下降,经常只能卖到1至2欧分,个别时候甚至会出现负电价,风光电的平均售电价格远低于煤电,更不要说天然气了,这样对给可再生能源的价格补贴当然高了。

从下面这张图上就可以看出,风光电出力大的时候,电力市场的售电价格就会下降。2013年3月24日(周日,用电负荷较低)的白天,在光伏发电的高峰,电价甚至成为负的。这就意味着,光伏发电出力越大,赔得就越多。

《可再生能源法》的定期适应性调整也对德国光伏发展造成了巨大的影响,2008年时新发布的《可再生能源法》规定在未来三年之中,光伏发电的上网电价每年降低10%左右。由于这个期间光伏生产技术的进展,成本迅速急剧下降,在2009年到2012年间,德国的光伏装机量快速增长,每年新装机量达到7GW,也就是700万千瓦,而德国的最高电力负荷才8600万千瓦,平均负荷仅为6000多万千瓦。由于新增装机容量增长太快了,所以2012年,政府来了个急刹车,这对德国的光伏产业的发展来说是一个灾难,另外也爆发了包括对中国光伏出口提出双反的贸易摩擦,不过后来两国政府谈判解决了这个冲突。

光伏发电,消纳成本将大幅上升

除了对光伏发电的直接补贴成本,还有三项补贴成本在初期的时候很容易被大家忽视,但是和相对固定的补贴不同的是,其它三项补贴成本的金额会随着时间的推移,在光伏发电功率的比例越来越高时,会越来越多。

第一个是传统电站备用能力的闲置成本,这在中国很多风电装机的地方已经碰到这个问题了,比如吉林的热电联供和风电在争谁上网,光伏也是一样。风光发电量上升了,传统能源发电量就要减少,但是传统能源的发电能力却必须保持,以备风光发电出力低得时候能够及时发电。风光发电的波动性是不可回避的事实,这种波动性增加了传统发电能力的闲置时间。

第二是输电网和配电网的额外投资成本,这也是大家容易忽视的。国网不愿意为为风电站建专门的输电网也很简单,输送煤电的话,电网每年的折算满负荷输电时间可以达到5000~6000小时,而输风电只有2000多小时。而如果仅仅输光伏电,则还不到2000小时。这样一来,输电成本就成倍上升了。

第三个,也是最重要的,是光伏过剩发电量的消纳成本。这一点我们在前面德国发的情况中已经讲过了,光伏发电功率高了以后,造成光伏的市场售电价格下降,这使得光伏发电的收益急剧下降,可谓水落船低。德国的风力发电量占全国总发电量的比例超过10%,弃风率只有0.3%左右,但是在中国,风力发电的发电量虽然仅占全国总发电量的2%,但弃风率已达10%左右。按现在的趋势发展下去,在不久的将来,弃风损失将会超过风力发电补贴。而在光伏发电时段,如果消纳的措施没有跟上,中国光伏就会重蹈风电弃风的覆辙,出现大规模的光伏弃光。而现在,在西部地区,这种情况已经出现了。

消纳问题造成的成本不光存在于光伏地面电站上,也同样存在于分布式光伏所在的配电网上。

如果分布式光伏局部装多了,在分布式光伏所在的电网级别光伏电用不完,分布式光伏电力就会从末端的低压电网逐层向高压电网传送,如果一个地方光伏板装多了,当该地区的发电量消纳不了时,向上传输电力时,电网末端安装的光伏发电设备输电就会造成电压升高,这样一级一级地传递上去,低压电网中的电压就高得不得了,会把低压电网中的电器损坏。在这个时候变压器的圈数就要调整,需要变成可调压的变压器,这样设备更新成本就上去了,配电网的建设也要投入大笔成本。

多余的风电光伏电怎么用

这就是德国能源转型2.0版要解决的关键问题。正在争论的路线主要有两条:

1路线一

继续但逐渐减弱至今为止的《可再生能源法》的可再生能源电力并网模式——固定电价优先并网。鼓励和增强可再生能源电力参与市场交易的模式;通过补贴确保足够的传统发电能力。

2路线二

对现行的《可再生能源法》做根本性的修改,立即停止固定电价优先并网模式,新增可再生能源电力与传统电力一样全部在市场上交易,可再生能源发电商也要与传统能源发电商一样承担电网安全和电力消纳的责任。

在具体的剩余电量消纳方式上,德国也提供了很多可借鉴的经验。我们举几个例子。

首先是我们今天经常说的微网。在柏林有一个很有名的欧洲能源园——EUREFEnergyCampus,这个园区是按照2050年的二氧化碳排放标准设计的。2050年二氧化碳相对于1990年要减排80%,关于这个这个园区有句口号:2050年的德国,你今天见得到。在这个园区中有风光电(光伏和小风电)。微网最重要的一点是,在电多的时候,要想办法把发的电吃进去,例如启动热泵制热,尽力不把多余的电力输入到电网,因为当微网中电力过多的时候,整个电网的电力也过多。如果电力不够的时候,就使用热电联供供电或者使用以前存储的热力,不开热泵。

其次是电变气,到了2030年的时候,电力过剩的时间会增加,到了2050年的时候,低电价的时段占了50%以上,将来的电价可能是每千瓦时1至2欧分。这时候电解氢就划算了,电解出的氢和二氧化碳合成天然气,现在的技术就能够做到了。大家知道LNG、CNG在机动车上都用得很普遍了,另外如果到了燃料电池发展的时候就直接用氢就可以了,但是现在氢动力成熟估计需要经过十年或二十年。这个解决以后电变气效益非常大。

最后是智能供电。2012年德国曾经对工业、服务业和家庭用电做了调查,并估算出可推移的用电负荷。

这个可移动用电负荷在企业怎么应用呢?拿一个啤酒厂来举例子,德国啤酒好喝的原因是冷藏发酵时间长达45天到60天(注:中国是10天就出来了,其中个别的企业7天出来了)。发酵是发热的过程,需要用制冷机产出的冷量将热量带走。由于冷藏发酵时间很长,所以不断地要把热量带走。冷藏发酵的温度是摄氏负1.5度±0.5度,允许正负0.5度的波动。啤酒厂就把这个温度波动利用起来了。缺电/电价高的时候不制冷,于是啤酒的温度最高可升到负1.0度,而电力富裕/电价便宜的时候就多制冷,啤酒的温度可以降到负2.0度,通过这样的方式调节企业用电负荷。

另外,蓄热罐现在在德国很流行,就是热电联供站把供热和供电分离开来,白天发电量多的时候,多余的电就转化成热能储存在储热罐里,晚上发电需求功率低时,燃气发电机组不发电,用储热罐存的热来供热。

智能供电不仅仅可以通过上述方式,而且我们还希望通过高能耗的重化工生产工艺的改革来消纳波动电量。解决可再生能源电波动性的最简单的方法是发展储能,但是储电是非常贵的,如果可以通过重化工和生产工艺的改革来波动地使用电力,就可以实现变相储能,这就可以极大地降低储电成本。

此前,在某省参观考察玻璃制造企业时,我们就提出过一个可能的生产方案是电加热,大家知道玻璃窑电加热的热效率非常高,比天然气高一倍。用天然气热效率只有35到40%,电加热可以到70%到80%,而且可以再加一道出炉玻璃热回收的工艺,回收大约30%的热能,这样就可以让热效率提高到超过100%的水平,就是把玻璃带出去的热再回用。但是这全部都取决于市场上是否存在波动的风光电价格。

归根结底,就是要用很好的市场机制来激发技术创新,消纳波动的风光电是未来风光电发展的核心问题,而消纳创新机制需要从现在就开始建立,以促进各个工业领域的技术进步。

最后一问:万亿光伏补贴是否夸大其词

陶老师表示:大家可以参考一下中国的光伏装机容量和补贴比例,简单算一笔账。国家能源局数据显示,仅2015年上半年全国新增光伏发电装机容量773万千瓦,如果按照每千瓦时4毛钱的补贴额度计算,每千瓦光伏年发电1250千瓦时,那么这半年新增装机容量所需的年补贴金额就是约300多亿人民币。更何况国家与各地方对于光伏的补贴加起来,远不止4毛钱,而且补贴一给就是二十年。

参照光伏并网补贴的累计效应,支付和准备支付的补贴会越来越多,而且补贴一旦发生不可中止,每年都得给新增的光伏给予新的补贴,否则将会有大量光伏企业倒闭。详细内容请参考陶光远老师发表在财新网的文章《光伏发电补贴将成中国不可承受之重》。

除此之外还有附加成本,例如配电网、输电网的改造投入。德国在光伏补贴上大概投入了几百亿欧元,相当于几千亿人民币,所以中国的电网改造需要万亿光伏补贴也不是不可能的事情。

其实,提出万亿光伏的问题更重要的是想提醒大家,即便是将来光伏发电成本降低了,如果系统成本问题——关键是波动的风光电消纳问题解决不了,光伏的成本依旧降不下来。当光伏发电的比例升高后,其它三项成本也就上升了。所以我们要算清一笔账,光伏发电的成本到底有哪些?到底有多少?不是说上万亿的补贴不应该给,而是说,不能给中央给老百姓一本糊涂账。因此,第一,补贴要优化,要尽量降低补贴额,另外要算清,到底要给多少补贴;第二要找好解决波动的风光电的消纳办法,这也是能算出究竟未来多少补贴的关键;不能不算就这么瞎干。在风电上犯的错误还没纠正,在光伏上又要重犯。否则,光伏补贴未来就成为一个谁也补不起的大窟窿。德国在光伏领域的经验教训已经清楚地说明了这一点。




   
 
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