德國是世界上光伏裝機規模最大的國家，在推動光伏發展方面的政策、管理、技術等經驗為世界上多個國家效仿。光伏發電的發展從來不是一帆風順的，德國在光伏發展過程中也出現了電網運行壓力持續增加、新能源補貼高導致電價上漲過快等問題。分析德國大比例光伏發展中出現的問題及其解決途徑，總結相關啟示，將為我國光伏并網提供有益借鑒。
德國光伏發展最新情況
2014年，德國已連續9年保持世界光伏發電第一大國的位置。截至2014年年底，德國光伏發電裝機容量約為3820萬千瓦；當年光伏發電量達到328億千瓦時，約占全部發電量的6.3%。
光伏已成為德國裝機容量最大的電源。截至2014年年底，德國光伏發電裝機容量約占德國電力總裝機容量的21.5%，占比最高。就可再生能源發電而言，光伏裝機占比也最大，達可再生能源裝機的43.5%。此外，2014年6月9日，德國光伏瞬時出力超過系統負荷50%。
德國光伏發電市場已進入平穩調整期，光伏發展增速明顯放緩。德國光伏發電市場的發展大致經歷了市場啟動、快速發展、急劇擴張和平穩調整四個階段。
德國2014年8月1日出臺新版《可再生能源法》，規定德國未來光伏發電的年度新增規模將限定在240~260萬千瓦。2014年，德國光伏新增裝機約為180萬千瓦，稍低于政策目標，新增裝機規模下降顯著，光伏發展速度明顯放緩。
帶來的技術問題及解決方案
大比例光伏并網的影響已不局限于配電網，對系統安全穩定性受到關注。德國光伏接入電網主要呈現三個特點，大規模分布式光伏接入不僅對配電網產生影響，也對大電網安全穩定運行產生了重要影響。
對于配電網，光伏并網引起的電壓升高和設備過載問題較為突出。電壓升高是光伏接入配電網帶來的主要影響之一。在傳統的電力輸送方式下，電流的方向是單一的，從發電到用戶，電壓隨著距離及用電水平而降低。大量分布式光伏接入電網后，尤其在脆弱或遠距離的電網中，由于分布式光伏發電抵消用戶負荷導致線路輕載甚至線路潮流反向，電壓升高會成為一個突出問題。
此外，隨著分布式電源的接入水平增加，反向功率的發生更加頻繁。反向功率可能比變壓器或者線路的容量還高，引起變壓器或線路過載。
對于大電網安全穩定運行，光伏發電的影響首先表現在系統有功平衡壓力增加。光伏發電具有典型的日變化特性，大比例光伏并網將顯著改變系統供電負荷曲線，增加電網運行壓力。此外，光伏出力預測誤差大，也將增加系統運行安全風險。
另外是系統頻率安全風險增加。在沒有特殊要求的情況下，分布式光伏發電設備一般沒有類似常規機組的頻率控制特性，電網出現擾動情況下，光伏發電設備向電網提供頻率支撐的能力較弱。2011年，德國光伏的“50.2赫茲”問題是光伏對電網頻率安全穩定運行影響的典型例子。
對此，德國主要給出了兩個解決方案。
一是電網擴建。根據德國能源署開展的配電網擴建需求研究，2030年之前，德國需要對16.1萬千米線路進行改擴建，補充安裝6900萬千伏安容量的變壓器。從各電壓等級的電網擴建需求來看，中壓和低壓需要改擴建的線路絕對長度最長，但是高壓需要改擴建的線路比例最高，且高壓線路的改擴建成本最高。根據德國能源署研究結果，德國需對高壓電網進行32%的擴建，對中壓電網進行15%的擴建，而低壓電網只需進行5%的擴建。
二是提高系統運行靈活性。一方面，提高常規電廠運行靈活性。以德國TenneT公司控制區為例，該控制區2013年7月幾乎每天午餐時間的風電和光伏發電都大于此區域的負載，且具有明顯的陡升陡降特點。因此，要求常規電廠運行靈活性增加，能夠非常迅速地啟停機組。另一方面，加強電網互聯，充分發揮大電網資源優化配置作用，調動各方資源提高電網運行靈活性。
德國國內的抽水蓄能等靈活調節電源比例較低。目前為提高系統運行靈活性，德國擬加強與北歐電力系統的互聯，充分利用挪威等國的水電，促進德國的可再生能源消納。在歐盟層面，加強電網互聯，建設歐洲統一電力市場，促進區域電網融合，是歐洲電網建設的重要發展方向。
根據歐洲輸電網運營商聯盟2012年時制定的十年電網規劃，歐盟范圍內需要改擴建的線路長度為52300千米，其中約90%的改擴建需求來自促進可再生能源消納的需要。
帶來的經濟問題及解決方案
隨著光伏發展規模和電價補貼額度的增大，德國電力消費者的價格壓力不斷增加。
可再生能源大規模發展使得電力批發市場價格大幅下跌，常規電源處于微利甚至虧損狀態，未來投資意愿降低。據統計，德國峰值負荷時的電價已經由2008年的80歐元/兆瓦時降至2013年的38歐元/兆瓦時。由于德國電力市場為單一電量市場，市場電價降低對傳統電源盈利能力造成較大負面影響。德國的大型發電企業一般以經營煤電、核電、天然氣發電等傳統電源發電項目為主。2013年，德國能源巨頭RWE公司損失28億歐元。目前，許多傳統發電廠已經向德國聯邦網監局申請關停。
一是調整光伏發電電價補貼機制。引入基于新增裝機容量的固定上網電價動態遞減。為限制光伏補貼成本，德國2009年版《可再生能源法》根據新增裝機容量目標區間和實際新增裝機容量，每年動態遞減固定上網電價。之后，進一步將固定上網電價的動態遞減頻率由之前的年度遞減調整為半年遞減，進而調整為每月遞減。再引入基于市場溢價的可再生能源補貼機制，大力推動可再生能源市場化。然后對之前豁免可再生能源補貼征收的自發自用光伏發電用戶征收可再生能源補貼。
二是探索出臺容量電價，保證傳統電廠的盈利能力。考慮到風電、光伏等可再生能源的波動性，傳統發電廠對保障未來電力系統供電安全發揮著重要作用。如何保證傳統電廠的盈利能力，持續在未來供電安全方面發揮重要作用是德國面臨的一個關鍵問題。目前，德國正在探索修改電力市場設計，出臺容量電價機制，保證傳統電源的盈利。
啟示與建議
首先，要調整補貼政策。德國光伏快速發展引起的高補貼已經在德國國內引起熱烈討論。建議國家吸取德國光伏補貼過高、電價上漲過快的教訓，借鑒德國在光伏發展靈活總量控制、補貼機制調整等方面的經驗和新思路，以鼓勵創新和降低成本為目標，動態調整補貼政策，協調好光伏發展速度與規模，實現光伏可持續發展。
其次，要加強電網建設。大比例光伏并網不僅對配電網產生影響，當接入比例達到一定程度也將對輸電網產生重要影響。需要加強配電網及輸電網建設，促進光伏與配電網以及輸電網等各級電網協調發展，充分發揮就地消納與網間協調的共同作用，保證大比例光伏并網消納。
再次，完善相關并網技術規定。德國大規模光伏并網對系統安全穩定性的影響已經受到關注。建議加強光伏發電出力預測，同時根據分布式光伏發展規模以及系統運行狀況，借鑒德國經驗教訓，及早修訂相關技術標準，加強分布式光伏對系統電壓、頻率等的支撐能力，防患未然。
最后，加強電網互聯，完善常規電源調峰激勵機制。一方面，大規模光伏并網對電網運行靈活性的需求持續增加。加強電網互聯，充分發揮大電網的資源配置作用，利用不同區域電網資源優勢調劑余缺，是增強電網運行靈活性的重要方式。另一方面，大規模光伏并網需要常規機組提供輔助服務。建議國家完善現行輔助服務管理辦法，充分挖掘常規電源的調峰潛力。明確各類電源輔助服務的責任和有償服務的補償標準。
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