2023德國電力系統(tǒng)中的靈活性技術(shù)和措施

執(zhí)行摘 背景、定義和歷史概 什么是電力系統(tǒng)的靈活性？靈活性為什么具有重要意義 德國電力系統(tǒng)的發(fā)展以及靈活性在系統(tǒng)中的融 提高德國電力系統(tǒng)靈活性的里程碑和措 技術(shù)靈活性選 傳統(tǒng)電 抽水蓄能電 電 電力多元轉(zhuǎn)換 需求側(cè)靈活性選 工業(yè)和商業(yè)需求側(cè)靈活 居民需求側(cè)靈活 系統(tǒng)運行靈活 先進的可再生能源發(fā)電預(yù) 現(xiàn)有電網(wǎng)的更高利用 跨境電力交 市場設(shè)計靈活 與日俱增的電力市場顆粒 輔助服 支持計劃：可再生能源和電網(wǎng)費 附件1.德國的可用容量和不同靈活性選項的已完成的與預(yù)估的量預(yù) 附件2.德國已選定靈活性方案的靈活性潛 縮略詞 參考書 25中和目標，德國需要提高其可再生能源產(chǎn)量，并同時提高電力系統(tǒng)靈活性。過去幾十年間，德國制定并落實了多種解決方案，例如建立推動不同靈活性措施之間競爭的市場規(guī)則，同時采用技術(shù)中和方式，以確保技術(shù)和參與者的廣泛融合。在打造完全基于可再生能源的電力系統(tǒng)的過程中，傳統(tǒng)的發(fā)電廠——尤其是燃氣電廠——將繼續(xù)發(fā)揮作用。目前，燃煤和燃氣電廠是德國最重要的靈活性來源。但是，要達成最晚20382022標，勢必要增加其他靈活性選項的應(yīng)用。大型電池是適合提供一次調(diào)頻輔助服務(wù)并應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的解決方案，小型電池則可為私人住宅提供用戶相關(guān)靈活性。這兩者都將發(fā)揮越來越重要的作用。

其次，生物質(zhì)發(fā)電廠和沼氣電廠以及抽水蓄能電站也是靈活性的重要來源。它們將在未來持續(xù)為電力系統(tǒng)的靈活性提供-支持。此外，技術(shù)的發(fā)展以及融資和監(jiān)管障礙的逐步消除，尤其是要求運營商支付兩次消費稅的雙重負擔，可能會促成目前尚未在德國廣泛部署的電力多元轉(zhuǎn)換（PtX）技術(shù)的更加廣泛的使用。批發(fā)市場上的價格信號可能會觸發(fā)工業(yè)和中小企業(yè)更高的需求側(cè)靈活性。隨著智能計量系統(tǒng)（智能電表）及其他數(shù)字技術(shù)的逐步引進，居民需求側(cè)靈活性將發(fā)揮更加重要的作用。最后但同樣重要的是，需要調(diào)整系統(tǒng)運營規(guī)程以提高電網(wǎng)靈活性。此報告詳細概述了德國電力系統(tǒng)中的主要靈活性技術(shù)和措施。在反映現(xiàn)狀的同時，報告也指出了發(fā)展電力系統(tǒng)以實現(xiàn)氣候中和的需求，為持續(xù)進行的政策辯論提供了寶貴的信息依據(jù)。電力系統(tǒng)的靈活性指的是一種通過增加或減少發(fā)電量和負荷從而輕易修正或應(yīng)變的能力。該概念適用于電力系統(tǒng)的不同要素、各要素提供的服務(wù)或者整個電力系統(tǒng)。發(fā)電機組以及輸配電網(wǎng)可靈活運行，為電網(wǎng)和電力系統(tǒng)提供靈活性。工業(yè)、電動汽車或居民等電力消費者也可以調(diào)整其電力需求，以為電力系統(tǒng)服務(wù)。監(jiān)管措施和市場規(guī)則的設(shè)計可以加強或妨礙電力系統(tǒng)要素或整個系統(tǒng)的靈活性。隨著風能和太陽能光伏（V）等波動性可再生能源（E）在能源結(jié)構(gòu)中所占比重的增長，靈活性措施將在電力系統(tǒng)中發(fā)

25中和。這就需要推動可再生能源的進一步增長。要實現(xiàn)此目標不可避免地要提高對靈活性的需求，這主要是因為與日俱增的發(fā)電量的波動性（volatlity）或可變性(varabilt)以及由此導(dǎo)致的剩余負荷（eidalod,即耗電量減去波動性波動性可再生能源發(fā)電量）的不斷增長。德國電力系統(tǒng)的剩余負荷可以頻繁地減至大致零負荷，然后在短期內(nèi)（幾天或者幾個小時）大幅增加。1因此，系統(tǒng)層面上的靈活性可描述為一個由發(fā)電機組和負荷組成的聚合園對剩余負荷可變性做出反應(yīng)的能力。2為了應(yīng)對這種發(fā)展，必須對電廠機組、需求側(cè)響應(yīng)、市場規(guī)則和系統(tǒng)運營進行改變。31PrognosinAgoraEnergiewende2017a24在德國，為了應(yīng)對更高靈活性需求所作出的市場規(guī)則的變化改變了電廠機組以及發(fā)電模式，且在較小程度上，改變了系統(tǒng)運營。4因此，德國電力系統(tǒng)的靈活性措施主要為市場相關(guān)功能服務(wù)。市場相關(guān)功能主要是為電網(wǎng)服務(wù)，為電網(wǎng)的運營和穩(wěn)定性做出貢獻。一個例外情況是，電網(wǎng)運營商自行采用

靈活性措施。此種情況下，電網(wǎng)服務(wù)功能與市場無關(guān)。因為分拆規(guī)則（unbundligrue）產(chǎn)，因此，無法參與電力交易。分拆是歐盟單一電力市場的規(guī)則，規(guī)定輸配電網(wǎng)必須由發(fā)電廠以外的實體運營。德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局規(guī)定，所謂的“電網(wǎng)助推器”（德語：Nezosr），例如大型電池，可免于遵守此規(guī)定。根據(jù)209（TSO）可在試點項目中運行電網(wǎng)助推器。1.電力多元轉(zhuǎn)換（DSF）在此章節(jié)中，我們將探討德國各種類型的靈活性需求。可以1.215對技術(shù)靈活性的需求是由剩余負荷梯度或者爬坡率所決定的多種因素都可以影響電力系統(tǒng)的剩余負荷爬坡率：可再生能源——尤其是太陽能光伏——的比重越高，就能提供更高的

剩余負荷爬坡率，從而加大對靈活性的需求。相反，高風電接入電網(wǎng)區(qū)域的面積越大、電網(wǎng)區(qū)域間的聯(lián)網(wǎng)線路越多，剩余負荷梯度就越低，從而降低對靈活性的需求。5剩余負荷的高變化率需要具有高爬坡率的可調(diào)度技術(shù)的饋入，例如儲能或者傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，即燃煤和燃氣發(fā)電廠。6330%7這主要是因為發(fā)電峰值的數(shù)量增多，并且太陽能光伏提供了某天或者某時的用電需求中的一大部分。下表展現(xiàn)了德國剩余負荷梯度以及可再生能源比重的歷史變化和技術(shù)靈活性需求的發(fā)展過程。2.21%22.19%36%44.8319610.251.8223.22%20.51%42.7%36.4720510.982.7722.66%20.09%42.14%35.6521210.992.2726.11%18.21%48.86%34.1521811.732.2834.94%20.37%48.92%34.3522112.5...39.74%19.13%51.9%292261450.5%20.82%53.38%26226.814BMWiVirtuellesInstitutSmartEnergyetal.2018,BMWiFraunhoferISEFraunhoferISE,Energy-從上表中描繪的發(fā)展中可以明顯看出，平均剩余負荷穩(wěn)步下降。平均剩余負荷梯度04217這種發(fā)展趨勢，所有的靈活性選項需要對剩余負荷的變化做出更頻繁的反應(yīng)。

在不遠的將來，其他因素也可能提高對技術(shù)靈活性的需求。這些因素包括因負荷增加而導(dǎo)致的更高、更頻繁的峰值負荷或者由多種應(yīng)用同時使用引起的中低電壓水平下的負荷爬坡，例如電動汽車充電或者熱泵的使用。82

來源：dena2017a4-電網(wǎng)擴建與升級是應(yīng)對與日俱增的技術(shù)靈活性需求的解決方案。但也需使用靈活性選項作為補充，因為這些選項有助于優(yōu)化電網(wǎng)擴建，降低電力用戶的成本。為避免電網(wǎng)發(fā)展造成的成本上漲，一個尤為有用的解決方案是多用途方式（技術(shù)

應(yīng)用的經(jīng)濟優(yōu)化），即服務(wù)電網(wǎng)的靈活性使用和與市場相關(guān)的靈活性使用。9這種雙用途方式在充分利用靈活性選項的同時，也實現(xiàn)了電網(wǎng)的更高效使用，并讓系統(tǒng)總成本的大幅下降。但是，服務(wù)電網(wǎng)和與市場相關(guān)的靈活性使用要求有適當?shù)募畲胧┖捅O(jiān)管框架。10隨機靈活性與靈活性需求相關(guān)，但因為天氣、技術(shù)故障以及不斷變化的電力需求狀況等意外或隨機的因素，而無法精準預(yù)測。因此，對隨機靈活性的需求是由對可再生能源和傳統(tǒng)能源發(fā)電量的預(yù)測質(zhì)量以及用電需求決定的。11當與預(yù)測值出現(xiàn)偏差時，必須在短時間內(nèi)激活靈活性。最難以預(yù)料的變量是受天氣變化直接影響的可再生能源饋入量。因此，更精準的預(yù)測可以降低對總體靈活性的需求。

在確定對隨機靈活性的需求時，可以區(qū)分絕對和相對預(yù)測誤差。絕對預(yù)測誤差是預(yù)測值和實際饋入值之間的差值。相對預(yù)測誤差是絕對預(yù)測誤差與實際饋入值之間比值的平均值。12相對預(yù)測誤差表明了絕對預(yù)測誤差如何隨著可再生能源比重的提升而變化。與可再生能源預(yù)測值和實際饋入值相關(guān)的歐洲能源交易所（EEX）201420173來源：VirtuellesInstitutSmartEnergyetal.2018 根據(jù)智慧能源虛擬研究所（itelsIsitSmrtnry）而保持一定的恒定。這表明隨著可再生能源比重的不斷提升，預(yù)測質(zhì)量也在提升。換句話說，預(yù)測質(zhì)量的提升彌補了可再生能源饋入量所帶來的絕對不確定性的不斷提升。因為預(yù)測方法和技術(shù)的改進，相對預(yù)測誤差從2014年的10%下降到20713短期本地化靈活性需求取決于電網(wǎng)瓶頸（電網(wǎng)內(nèi)的不平衡或者過載）的比例。短期本地化靈活性需求出現(xiàn)在因為電網(wǎng)瓶頸而必須調(diào)整（增加或減少）本地饋入或者用電需求時。德國電力系統(tǒng)可采用兩項措施解決此問題：二次調(diào)度和可再生能源限電。此類措施的體量和成本表明了德國電力系統(tǒng)出現(xiàn)電網(wǎng)瓶頸的強度和頻率。144

來源：Bundesnetzagentur2016,6;Bundesnetzagentur2019b,9;Bundesnetzagentur2020b,5《可再生能源法案（EEG）EPEXSPOT15EPEXSPOT30德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局的決定，包括修正一次調(diào)頻輔助服務(wù)的采購（2092002204EPEXSPOT5142019（NABEG來源：基于以下來源數(shù)據(jù)的自我表述：Bundesnetzagentur2019b,9;Bundesnetzagentur2020b,9;InstitutSmartEnergyetal.2018,32(year2014102015可再生能源限電和二次調(diào)度的數(shù)據(jù)表明：短期靈活性需求在207年之前持續(xù)增長，之后趨于平穩(wěn)。這表明電網(wǎng)運營商必須通過增加削減可再生能源的發(fā)電量，以避免電網(wǎng)的不平衡和過載。但這將造成經(jīng)濟浪費，并對環(huán)境不利；因此，系統(tǒng)需要開發(fā)滿足短期本地化靈活性需求的替代措施。電網(wǎng)擴建是減少二次調(diào)度和可再生能源限電的一個選項。根據(jù)輸電系統(tǒng)運營商的新近估計，規(guī)劃的電網(wǎng)擴建將減少14允許可再生能源參與二次調(diào)度也是減少其總?cè)萘亢统杀镜囊粋€選項。近年來，10兆瓦以上的傳統(tǒng)發(fā)電廠，例如燃煤和燃氣發(fā)電廠，已經(jīng)提供在二次調(diào)度。209調(diào)度在經(jīng)濟上，多用途方式是比電網(wǎng)擴建和二次調(diào)度都更加有效的替代方式。近幾十年來，德國政府出臺了多項法律法規(guī)，以滿足不斷增長的靈活性需求。此外，為了激勵靈活性的發(fā)展，還調(diào)整了歐洲電力交易所（PXST）的規(guī)則。下表總結(jié)了促成德國電力系統(tǒng)靈活性的最重要里程碑，其中有一部分將在后文中進行更詳細的討論。3.EPEXSPOT來源：Energynautics202120162090電力市場法（Stomrteez）》，將開發(fā)現(xiàn)有電力市場的一系列措施納入電力市場2.0市場，只通過市場機制為必要的容量提供報酬的電力市場。為此，在改進靈活性激勵措施的同時，法律也加強了發(fā)電、需求和儲能之間的競爭機制。德國還引進了一種保障機制，即備用容量（aai?sere），指的是在批發(fā)或者調(diào)頻輔助市場上的供應(yīng)量不足以滿足全部需求時，市場外的可用額外容量。此種情況是少見的緊急情況。同一年，德國政府通過了《能源轉(zhuǎn)型數(shù)字化法（GstzurDiiaiirngernriwede）》，為引進智能計量系統(tǒng)（智能電表）及其他數(shù)字技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。智能電表可以計量任何時間的用電量，因此，可以在消費者或者其他市場參與者（例如聚合商或者配電系統(tǒng)運營商）的面前凸顯潛在的節(jié)能量。先進數(shù)字技術(shù)的使用可以讓熱能存儲或者電動氣車等可調(diào)度耗電裝置在低電價時間段充電。17智能電表的推廣也是實施需求側(cè)靈活性（DSF）措施，例如波動終端用戶電價，的前提條件。2017年，大型電力用戶和大型發(fā)電商在德國安裝了第一批智能計量系統(tǒng)。202018關(guān)于系統(tǒng)運行，2015年，通過《電力線路擴建法（GszzumAsauonnriliunen）》修正案頒行了一項重要法規(guī)，即使用地下電纜的優(yōu)先級提高到使用架空線路之上。此規(guī)定將有助于提高公眾對電網(wǎng)擴建的接受度，尤其是已規(guī)劃的從德國北部到南部的高壓輸電線路SeLnk和SudsLnk。19電網(wǎng)擴建可能有助于提高系統(tǒng)運行的靈活性。生能源和熱電聯(lián)產(chǎn)電廠（2.0）。這也是滿足與日俱傳統(tǒng)電廠是使用化石燃料（以褐煤、無煙煤與天然氣為主）或者鈾、通過火力發(fā)電機組（主要是燃氣渦輪或者蒸汽渦輪）生產(chǎn)電力的設(shè)施。20目前，燃煤和燃氣發(fā)電廠是德國最重要的20222038年之前逐步淘汰燃煤電廠的目標，將使系統(tǒng)缺少一個重要的基荷發(fā)電成分，這將會迫使新型靈活性選項的開發(fā)與大量使用。但傳統(tǒng)電廠，尤其是燃氣發(fā)電廠，在轉(zhuǎn)型期間仍將發(fā)揮一定作用。因此，即便傳統(tǒng)電廠的電力產(chǎn)出下降了，其裝機容量也不一定會下降——至少在未來幾年，儲能等替代靈活性措施廣泛部署之前。在短期內(nèi)，傳統(tǒng)電廠仍將提供必要的可調(diào)度容量——不受天氣條件影響的應(yīng)需調(diào)度的發(fā)電容量以及要求其以最低負荷運行的輔助服務(wù)21同時，因為波動性可再生能源的比重在系統(tǒng)中不斷的增加及其所享有的優(yōu)先調(diào)度權(quán)，對傳統(tǒng)電廠靈活運行的需求將有所增加。因此，要整合高比例的可再生能源，就離不開現(xiàn)有傳統(tǒng)電廠的靈活化。22

傳統(tǒng)電廠的靈活性指的是任何擴大電廠能力、調(diào)整電力產(chǎn)量以滿足系統(tǒng)要求的措施，例如應(yīng)對更快速、更頻繁發(fā)生的變化以及應(yīng)對更少的負荷小時數(shù)和更長的停機時間。23通過三項關(guān)鍵參數(shù)描述傳統(tǒng)電廠靈活性的特征：24最低負荷（P最低）描述的是一個發(fā)電廠在穩(wěn)定運行條爬坡率描述的是電廠在其運行過程中更改自身凈發(fā)電量的速度有多快，單位為兆瓦每分鐘（兆瓦/分鐘），或者每分鐘額定負荷的百分比（%P/分鐘）。最低負荷越低、啟動時間越短、爬坡率越高，電廠就越靈活。傳統(tǒng)電廠的靈活性主要是為了履行與市場相關(guān)和服務(wù)于電網(wǎng)的兩種功能。表%Pn50–90Pn40–90%Pn來源：Markewitz201720；Ernst2020538448<AD：6<<40–90%Pn<<<<來源：Markewitz201726；Ernst2020總的來說，采用固體燃料的發(fā)電廠，即便是經(jīng)過靈活性改造，其靈活性也遠低于采用液體燃料或者氣體的發(fā)電廠。25燃煤發(fā)電廠靈活性受燃燒室的設(shè)計限制：發(fā)電低于特定水平就不可能實現(xiàn)穩(wěn)定的運行。最先進的無煙煤發(fā)電廠通?？蓪崿F(xiàn)額定負荷2-%的最低負荷水平。褐煤發(fā)電廠的最低負荷范圍為3550%。26褐煤發(fā)電機組的最低負荷較高，這是因為其燃料的可燃性較低。271%負荷水平為：40%（無煙煤）60%（褐煤）。29與褐煤和無煙煤發(fā)電廠相比，燃氣發(fā)電廠的最低負荷和啟動時間要少得多，爬坡率則更高，因此能夠提供更高的運行靈活性。但是，它們通常會受到排放規(guī)定的限制，因為低輸出量運行往往會排放更多的有害氣體。30隨著德國逐步淘汰煤炭和核能，再加上對系統(tǒng)靈活性的需求的不斷增加，燃氣發(fā)電廠的作用可能會進一步加強。技術(shù)上，熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的最低負荷水平與使用相同燃料和/或技術(shù)的非熱電聯(lián)產(chǎn)電廠相當，但通常受限于滿足用熱需求的目的。31

蒸汽發(fā)電設(shè)備，例如燃煤發(fā)電設(shè)備、燃氣渦輪機和聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪機（CCT）的爬坡率和啟動時間，受限于蒸汽循環(huán)中的熱應(yīng)力。在褐煤電廠中，通常利用燃燒熱來干燥褐煤。這一點進一步限制了其爬坡率：低負荷下，可干燥的褐煤數(shù)量較少，所以機組從低負荷開始提升負荷水平的過程需要花費更長的時間。聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪機的靈活性在很大程度上取決于其對于蒸汽循環(huán)的設(shè)計。在很大程度上，德國聯(lián)合循環(huán)燃氣渦輪機通常是為提供運行靈活性而設(shè)計的中等邊際成本電廠，因此可以相當靈活的運行。這與愛爾蘭或者美國的某些機組不同，這些機組最初就是僅針對基礎(chǔ)負荷運行而設(shè)計的。32為了改進系統(tǒng)靈活性，電網(wǎng)必須通過各項措施和投資，讓發(fā)電廠能夠擴大負荷調(diào)節(jié)范圍、以更低的最低負荷運行，更快速的達到最低負荷，并能應(yīng)對更加頻繁的負荷變化。這些措施可以作為靈活性改造投資項目的一部分來落實。下表提供了一份全面的清單，列出了能提高燃煤發(fā)電廠運行靈活性的技術(shù)解決方案。335HD6AD7LMS100（LandMarineSupercharged）GeDistributedPower1008（較）Pn6.燃煤電廠改造的選項、其提升靈活性的效果AgoraEnergiewende2017a也有一些優(yōu)化熱電聯(lián)產(chǎn)電廠靈活性的具體改造選項。其目的是提高電廠調(diào)節(jié)電力生產(chǎn)的能力，同時并不削弱電廠提供必要熱能的能力。34這意味著熱電聯(lián)產(chǎn)電廠將采用以電力為本的運行方式，而不是典型的遵循用熱需求的運行方式。在此種運行方式下生產(chǎn)的電力只是熱能的副產(chǎn)品。35優(yōu)化熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的最重要措施包括：36另安裝一個（小規(guī)模）電轉(zhuǎn)熱設(shè)備（電熱鍋爐采用背壓蒸汽渦輪機的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠靈活性較低，采用抽汽式凝汽渦輪機的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠靈活性較高，兩者相比，前者更能通過蓄熱提高靈活性。37燃煤電廠的改造選項具有以下局限性：無煙煤和褐煤發(fā)電廠所用鍋爐的燃燒穩(wěn)定性限制了最低負荷的降低發(fā)電廠容許的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力限制了啟動時間的縮短

提高爬坡率的主要瓶頸是爬坡過程中的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，這些會縮短組件壽命。在設(shè)計階段，鍋爐壁厚的選擇就要在追求能效的厚壁、承受快速溫度變化率的薄壁之間權(quán)衡。后者意味著更高的爬坡率。厚壁鍋爐的快速溫度變化會引發(fā)熱應(yīng)力，而熱應(yīng)力是啟動時間和更高爬坡率的限制因素。38框架：2014鐘，20175未來，非基荷波動性的進一步增加，新型靈活性措施（其中很多在此報告中有描述）的開發(fā)可能致使燃煤電廠冗余或者至少會進一步降低其競爭力。這也適用于經(jīng)過改造、提高了靈活性的燃煤電廠。適當?shù)氖袌鲈O(shè)計規(guī)則和化石燃料淘汰政策可能會助推此過程。目前，德國所有傳統(tǒng)電廠（2022煤電廠都是熱電聯(lián)產(chǎn)電廠（20.48）62.3%的褐煤熱電聯(lián)產(chǎn)電廠（22.55）。397.熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的裝機容熱電聯(lián)產(chǎn)22.52113.331.720.5575.254.33德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局/SMARD成改造措施可能會導(dǎo)致運維成本增加。這些措施也會降低發(fā)電廠每個組件的使用壽命及其效率。40燃煤電廠運營商選擇采取改造措施的原因是在當前經(jīng)常出現(xiàn)負電價（因再生能源上網(wǎng)的高優(yōu)先級導(dǎo)致）的市場條件下，投資改造措施可以得到回報。論壇（AgoraEnergiewende）執(zhí)行了一項研究，估計燃煤發(fā)電100-500（單位裝機容量價格）。4142一般情況下，燃氣發(fā)電廠的靈活性已經(jīng)遠超于燃煤發(fā)電廠，且其靈活運行成本隨著爬坡的陡度和長度而增加。此外，它們會受到氣體燃料成本的影響，尤其是在依賴進口液化天然氣（LNG）43因此，無法完成總成本估算。熱電聯(lián)產(chǎn)電廠的運營商會收到為電網(wǎng)供電的固定熱電聯(lián)產(chǎn)補貼。補貼可以刺激以發(fā)電為本的運行，抵消提高/提供靈活性的成本。電廠規(guī)模不同，此種補貼的金額也不同，在.1到8.0歐分/千瓦時之間。使用可再生能源的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠也可生物質(zhì)和沼氣電廠是德國另一個靈活性來源，與傳統(tǒng)電廠相比有很多優(yōu)勢。生物質(zhì)和沼氣燃燒產(chǎn)生的溫室氣體沒有化石燃料多。作為可調(diào)度電廠，它們?yōu)椴▌有钥稍偕茉矗L能和太陽能光伏）提供了充分的補充。生物質(zhì)原料的種植過程可能會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，例如培養(yǎng)單一作物、使用農(nóng)藥，

且可以用于種植生物質(zhì)原料的農(nóng)業(yè)用地也有限。因此，歐盟（EU）在德國，使用固體生物質(zhì)（主要是木材）作為燃料的機組通常作為熱電聯(lián)產(chǎn)機組運行。它們和采用化石燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)機組擁有相同的靈活性限制。上文描述的傳統(tǒng)電廠的所有改造選項也適用于基于生物質(zhì)的電廠。一般情況下，沼氣電廠使用連續(xù)產(chǎn)出的沼氣在基礎(chǔ)負荷下運行。它所附帶的儲能容量通常只夠供給數(shù)小時（緩沖儲能設(shè)備）。在相同的燃料輸入量（來自相同的沼氣池）下，更大的儲能容量和/或額外的發(fā)電機有助于實現(xiàn)更大的靈活性。德國現(xiàn)行的支持計劃有利于增加額外發(fā)電機的選項，能夠讓緩沖儲能設(shè)備更靈活地運行。45根據(jù)此項計劃，電廠運營商僅可從額外安裝的靈活性容量中收到補貼。易（套利二（VPP）目前，沒有推進生物質(zhì)電廠靈活運行的任何激勵措施，電力交易價格除外。為激勵沼氣電廠運行靈活性而采取的主要監(jiān)管措施包括靈活性溢價（Feiii?sr?e）04年被靈活性補貼20188力會達到+/-16吉瓦。47正潛力意味著增加容量，而負潛力意成沼氣電廠靈活性改進的投資成本可能源自于靈活性溢價和靈活性補貼：201473120147312014731抽水蓄能是在德國及全世界范圍內(nèi)，用于平衡可再生能源發(fā)電量波動性的最常見技術(shù)。目前，這也是除大型電池之外，唯一一項可大規(guī)模儲存電力的技術(shù)。49其運行和進一步擴建因合適的水庫有限，和其對環(huán)境的影響（例如魚類保護），而受到限制。在電力需求較低時，抽水蓄能電站使用水力發(fā)電將水抽取到更高海拔的水庫內(nèi)，以儲存電力。在電力需求較高時，水通過渦輪機流回，產(chǎn)生電力。50因此，抽水蓄能電站可以通過渦輪機運行生產(chǎn)電力，供應(yīng)峰值負荷。75%51現(xiàn)代化抽水蓄能電廠的負荷水平可在滿負荷抽水和滿負荷發(fā)電區(qū)間內(nèi)連續(xù)調(diào)0成從發(fā)電狀態(tài)到泵抽運行的切換，反之亦然。52發(fā)生電網(wǎng)故障時，大多數(shù)抽水蓄能設(shè)施可以快速投入運行。53從停機狀態(tài)到7510負荷狀態(tài)到滿負荷狀態(tài)僅需幾秒鐘。54提高靈活性的主要技術(shù)措施包括擴大上水庫容量和增設(shè)渦輪機。

20203755堡，但與德國電網(wǎng)相連接。5720151.2%。59表電力多元轉(zhuǎn)換安裝（denaa（現(xiàn)行）Figgener202111（2019）Yanan2020212018dena202033（2017）時的儲能容量。6020258.61.761在當前規(guī)劃的項目之外，還存在進一步的技術(shù)潛力；但是，只有較少的地點具有充分的經(jīng)濟潛力，而此類地點都幾乎已被開發(fā)利用。62成與發(fā)電量相關(guān)的變動成本：0.56（不包渦輪機每次啟動的變動成本：3.34易（套利和二水泵每次啟動的變動成本：8.95目前，沒有推進抽水蓄能電站靈活運行的任何激勵措施，電力交易現(xiàn)貨市場價格除外。當前現(xiàn)行對抽水蓄能電站發(fā)展不利的規(guī)定，也被稱為雙重負擔，降低了抽水蓄能電廠的盈利能力。在整個抽水蓄能過程中，電廠運營商必須向終端消費者支付兩次費用：一次是在消耗電力來抽水之時，另一次是在向電網(wǎng)饋入電力之時。這種情況在很大程度上妨礙了新抽水蓄能電站的建設(shè)。同樣的監(jiān)管障礙適用于所有從電網(wǎng)提取電力、之后由向電網(wǎng)饋返電力的儲能系統(tǒng)，尤其是大型電池

電池是將能量以化學(xué)形式儲存在電池內(nèi)并在需要時將其轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)儲能裝置。電池可能具有不同性質(zhì)、尺寸和類型，主要是鋰離子、鉛酸、鈉硫和氧化還原液流。64它們的優(yōu)勢是可快速、動態(tài)調(diào)整以應(yīng)對高負荷、提供短期電力或者靈活性。電池可以提供電力和靈活性的時間短則在幾秒內(nèi)甚13065政策措施支持下競爭日趨激烈的電力市場、可再生能源發(fā)電量的增長以及巨大的技術(shù)進步，都使電池成為所有靈活性選項中增長最快的一個。在此報告中，我們區(qū)分了小型電池和大型電池。小型電池00池——盡管尚不存在標準化的分類。66充電/放電容量超過千瓦或者儲能容量超過50千瓦時的電池被認為是孤島來源NextKraftwerke

用于家用儲能的小型電池幾乎全部是鋰離子電池（＞低于25千瓦的小型太陽能光伏系統(tǒng)須配備換流器，將有70%（如果無法遠程調(diào)度），歐洲已安裝的總電池容量中的大約66%位于德國。72德國小型60,000732021150,0007476此數(shù)量目前已增加到成小型電池極具靈活性。低負荷、頻繁啟動和高爬坡率無需花費額外成本。82區(qū)域性解決方案量目前，大型電池主要用于短期儲能，提供一次調(diào)頻輔助服務(wù)。60輔助服務(wù)市場幾乎全靠大型電池支撐，因為其成本低于其他調(diào)頻服務(wù)提供者，例如傳統(tǒng)發(fā)電機、水力發(fā)電和抽水蓄能水電。因此，市場已經(jīng)達到飽和，提供一次調(diào)頻的大型電池儲能容量預(yù)計不會再進一步增加。846

來源：Figgener2021但是，大型電池的其他使用實例也在發(fā)展，預(yù)計會茁壯成長。這些使用實例包括使用電池作為電網(wǎng)助推器（GrdBotr）增加電力自用或減少峰值負荷的工業(yè)應(yīng)用、參與其他輔助服務(wù)市場以及電價套利。但是，這些應(yīng)用領(lǐng)域目前大多數(shù)僅有試點項目，還沒有一種達到可商用階段。857本高，但其在整個功率范圍內(nèi)的效率也很高，只有在超低輸出的情況下才效率低下（＜5%10%）86與小型電池相比，大型電池要面對多種經(jīng)濟障礙。不僅沒有推廣其應(yīng)用的重要激勵措施，而且監(jiān)管也不成體系，缺乏一致性。與抽水蓄能及電力多元轉(zhuǎn)換（PtX）設(shè)施一樣，大型電池發(fā)展也將面臨雙重負擔這一經(jīng)濟障礙。盡管如此，自06年起，德國大型電池的裝機容量還是取得了大幅增長。其原因是電力市場上的競爭與日俱增、可再生能源發(fā)電量的大幅增長以及電池技術(shù)的巨大進步和顯著的成本降低。87大型電池取得巨大成功的一個應(yīng)用領(lǐng)域是輔助調(diào)頻市場。如前文所述，預(yù)計其他使用實例未來也會取得發(fā)展。2013450892016的增長率。90實際上，德國大型電池的預(yù)期潛力是無限的。成投資成本相差懸殊，并取決于成本的構(gòu)成，如電力電子、建2014700

1000（呈下降之勢）。93大型電池極其靈活。低負荷、頻繁啟動和高爬坡率不會造成任何額外成本。957（左）和按儲能容量（右來源：Figgener2021電力多元轉(zhuǎn)換（PtX）指的是用于將電能轉(zhuǎn)化成氫或甲烷形式的化學(xué)能（電轉(zhuǎn)氣PG），（PL）者熱能（電轉(zhuǎn)熱PtH）的各種技術(shù)。96因此，此種技術(shù)可用于取代傳統(tǒng)的化石燃料和化工原料、用于部門耦合之目的，或者以大型儲能設(shè)施的形式作為一項靈活性措施，尤其是電轉(zhuǎn)氣。但是，電轉(zhuǎn)氣和電轉(zhuǎn)液尚未在德國得到廣泛應(yīng)用，因為其成本高昂，且必須對監(jiān)管體系進行復(fù)雜的改革。大多數(shù)電轉(zhuǎn)氣和電轉(zhuǎn)液設(shè)施都是試點項目，而大多數(shù)商業(yè)化電力多元轉(zhuǎn)換（PtX）20212其是化學(xué)行業(yè)、精煉廠和制氨。到目前為止，經(jīng)濟可行性較低的其他應(yīng)用是用于供熱、恢復(fù)供電或者交通等目的。97電解76%的效率。關(guān)于電轉(zhuǎn)液，只有非常少的生產(chǎn)合成燃料的試點項目，其中沒有一個項目達到可以商業(yè)用的水平。98電轉(zhuǎn)熱是德國第二廣泛實施利用的電力多元轉(zhuǎn)換（PtX）技術(shù)。20936市政公用設(shè)施內(nèi)。99用于熱生成的兩項主要技術(shù)是熱泵和大型電熱鍋爐?？稍谧≌吧虡I(yè)建筑物內(nèi)，以分散的方式生產(chǎn)熱能，或者在饋入?yún)^(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)前集中生產(chǎn)熱能：德國存在多個此類工業(yè)和商業(yè)項目。含水層內(nèi)的蓄熱可以幫助解決供求

的季節(jié)性變化。100419電力多元轉(zhuǎn)換（PtX）到目前為止，對電力多元轉(zhuǎn)換（PtX）的支持主要是采用資助研究項目的形式。00年，德國政府通過了“國家氫能戰(zhàn)略”，強調(diào)了已規(guī)劃的競爭性氫市場的開發(fā)步驟，為研究和市場產(chǎn)能提升項目提供額外的資金。102歐盟委員會也做出了類似的努20103更新了相關(guān)條例。電解槽計劃裝機容量至少為494兆瓦，10520172050吉瓦到0吉瓦之間。108如果不考慮以其他方式浪費的、電轉(zhuǎn)氣設(shè)施可以吸收的可再生能源的潛力，則其潛力實際上是無限的109。36與電轉(zhuǎn)氣的情況類似，德國電轉(zhuǎn)熱技術(shù)的預(yù)期潛力非常高，如果不考慮以其他方式浪費的、電轉(zhuǎn)熱設(shè)施可以吸收的可再生能源潛力，實際上電轉(zhuǎn)熱技術(shù)將有無限潛力。成電轉(zhuǎn)氣：整個電解槽400200100千瓦到數(shù)兆瓦的較大規(guī)模、固定燃料電池為電轉(zhuǎn)液：因為試點項目數(shù)量少，所以沒有關(guān)于投資成本的可靠數(shù)據(jù)。113電轉(zhuǎn)熱：投資成本因規(guī)模和技術(shù)不同而相差巨大。主要用于區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)的電熱鍋爐75100020之間?？偟膩碚f，對于使用熱電聯(lián)產(chǎn)或者電熱鍋爐的大型工廠尤為有利可圖，因為按照調(diào)頻輔助市場上的當前價格，此類工廠只需幾年時間就能攤還。114較小規(guī)模的分散式工廠被證明經(jīng)濟盈利性較低，因為此類工廠需花費更高的特定成本才能獲取相同的特定收入。對小規(guī)模應(yīng)用來說，住宅熱泵是最常見的。氣源熱泵的價格大約為120歐元/千瓦，地源熱泵為,50歐元/千瓦到需求側(cè)靈活性（DSF）的目的是使耗電量與發(fā)電量更加匹配。取決于消費者的規(guī)模，中小企業(yè)的工業(yè)需求側(cè)靈活性、商業(yè)需求側(cè)靈活性居民需求側(cè)靈活性之間存在差別。需求側(cè)靈活性涉及對用電負荷的主動管理，且在很多情況下，都是自動管理，是為了響應(yīng)外部價格信號或者通過合同約定的切換信號。116在此方面，以下類型的需求側(cè)靈活性措施是最常見的：117

可行的需求側(cè)靈活性潛力描述了公司或者居民能夠且愿意在特定市場條件下提供的靈活性。118因此，在計算可行的需求側(cè)靈活性潛力時，需要同時考慮技術(shù)和經(jīng)濟條件。更高程度的靈活性在很大程度上取決于相關(guān)框架的制定，通過框架讓電力用戶——尤其是能源密集型行業(yè)——能夠最大化自身潛力，并響應(yīng)系統(tǒng)需求。某種形式的靈活性激勵信號，例如市場價格，必須存在。此信號應(yīng)該反映系統(tǒng)需求，而不應(yīng)該規(guī)定技術(shù)或提供服務(wù)的供應(yīng)商。這種方式可被描述為靈活性的“公平競爭環(huán)境”。119因此，技術(shù)中立的方式促成了不同需求側(cè)靈活性技術(shù)在不同終端使用部門的使用。8IRENA2018a提供一近年來，德國和歐洲的需求側(cè)靈活性市場取得了長足的發(fā)展。需求側(cè)靈活性提供調(diào)頻服務(wù)的進場條件改善了。因供電商之間更加激烈的競爭，很多供電商都引進了靈活合同。企業(yè)已經(jīng)開始利用這種發(fā)展，組建聚合商或虛擬電廠參與批發(fā)市場、輔助調(diào)頻市場及其他輔助服務(wù)市場，例如可中斷負荷。低批發(fā)電價無法刺激企業(yè)推動其電力消費的變得更加靈活。中期內(nèi)，當可再生能源進一步擴張，取代了更多傳統(tǒng)發(fā)電容量，從而發(fā)出更有力的市場價格信號之時，這種狀況可能會有所改變。在化學(xué)、鋼鐵和玻璃等能源密集型行業(yè)，工業(yè)需求側(cè)靈活性的技術(shù)潛力尤其突出。額外的市場包括供水、木材、建材和食品行業(yè)的需求側(cè)靈活性。這種潛力已在一定程度上被挖掘出來。圖9展示了2019年德負荷管理的耗電量遠超無管理的耗電量，達到75.1太瓦時。

92019Bundesnetzagentur/Bundeskartellamt2019成對大多數(shù)公司而言，提供靈活性的高機會成本意味著它們只能在有限的范圍內(nèi)出售需求側(cè)靈活性。可以預(yù)期，在不久的將來由于核能和煤炭的逐步淘汰，會出現(xiàn)更有力的需求側(cè)靈活性的價格信號以及因此更高的靈活性需求。123關(guān)于需求側(cè)靈活性的成本，必須區(qū)分提供服務(wù)的必要投資和可變的利用成本（負荷減少或增加）。不同終端使用部門的050必須對負荷轉(zhuǎn)移和負荷減少命令進行進一步區(qū)分。215年，大多數(shù)訂單為負荷轉(zhuǎn)移命令。在某種程度上，此項的變動成010少為350歐元/兆瓦時。居民需求側(cè)靈活性的范例包括電動汽車的靈活充電和熱泵的靈活使用，以及較小程度上，其他家電裝置作為智能設(shè)備的使用。居民需求側(cè)靈活性有潛力實現(xiàn)與工商業(yè)需求側(cè)靈活性類似的功能。居民需求側(cè)靈活性的主要機制是消費者對價格信號做出反應(yīng)，例如通過波動的消費者電價。126要開發(fā)居民需求側(cè)靈活性的潛力，存在各種可能的解決方案，從手動、半自動到自動的方式，取決于消費者就（經(jīng)濟）激勵因素作出反應(yīng)、在特定時間使用電力的自由度有多高。127德國已經(jīng)討論過或者正在討論不同的激勵因素和商業(yè)模式，并通過試點項目加以驗證，以期實現(xiàn)更大的居民需求側(cè)靈活性，包括：128引進基于現(xiàn)貨市場價格的波動終端用戶電價（例如基于現(xiàn)貨市場價格的可再生能源征稅（EEG-居民需求側(cè)靈活性一個必不可少的前提條件是是否有合適的計量系統(tǒng)。129德國引進這種系統(tǒng)的第一步是頒布法律強制要求引進智能計量系統(tǒng)（智能電表）及其他數(shù)字技術(shù)。關(guān)于加強居民需求側(cè)靈活性在能源轉(zhuǎn)型中的作用所需的監(jiān)管體系，是目前引起激烈辯論的一項主題。辯論的核心話題是居民能否以及如何提供靈活性、適當?shù)募詈痛胧┯心男┮约叭绾畏乐乖黾与娋W(wǎng)需求所造成的應(yīng)用同時使用（siultaeityofappliction）。德國的居民需求側(cè)靈活性仍有巨大的潛力有待開發(fā)。很多研究和試點項目在測試居民需求側(cè)靈活性措施的可能性，并確定其技術(shù)上的和經(jīng)濟上的可行性。130目前主要的應(yīng)用領(lǐng)域是電加熱（蓄熱加熱器、熱泵及其他電加熱裝置）。配電系統(tǒng)運營商（DSO）和小型電力消費者可以訂立負荷控制協(xié)議，向配電系統(tǒng)運營商提供可管理消費者某個電氣裝置電力消費的權(quán)利。反過來，電力消費者可以從配電系統(tǒng)運營商收取的折扣電網(wǎng)電價中獲益。131219Tamoslt5居民需求側(cè)靈活性的技術(shù)潛力預(yù)計會高于工業(yè)和中小企業(yè)的721133

成因為規(guī)模經(jīng)濟的原因，私人部門提供靈活性的成本遠高于工業(yè)部門。134氣源熱泵的成本大約為120歐元/千瓦，地源熱2054000電動汽車，可收到購買補貼（00歐元）。如果將汽車的所有成本（購買價格、運維成本、價值損失減去購買補貼）考慮在內(nèi)，電動汽車往往比內(nèi)燃機汽車更便宜。不算購買補貼，基3,002000136除了用于自我優(yōu)化的靈活性服務(wù)和/或為平衡責任方或電網(wǎng)運營商提供靈活性以外，電網(wǎng)運營商也會單方面采取靈活性措施，以穩(wěn)定或者優(yōu)化電網(wǎng)，提高其靈活性。137我們將所有此類措施歸為系統(tǒng)運行靈活性與用戶相關(guān)的——如果電網(wǎng)運營商自主采用靈活性與市場相關(guān)、服務(wù)電網(wǎng)的——如果電網(wǎng)運營商有償要求第三方提供特定服務(wù)，或者第三方應(yīng)用特定措施提高其系統(tǒng)靈活性（例如可再生能源預(yù)測）。二次調(diào)度和可再生能源限電是輔助服務(wù)。但是，與采用基于市場方式組織的自愿輔助服務(wù)相反，它們并不是自愿服務(wù)。它們只是電廠運營商為滿足系統(tǒng)運營要求而須承擔的義務(wù)，可通過補償獲得酬報。二次調(diào)度和可再生能源限電是電網(wǎng)運營商采取的措施，主要是輸電系統(tǒng)運營商，用于管理電網(wǎng)不平衡和過載。通常，采取此類措施的主要原因是輸電電網(wǎng)的瓶頸。二次調(diào)度0發(fā)電廠。輸電系統(tǒng)運營商或配電系統(tǒng)運營商可以要求電廠運營商在電網(wǎng)瓶頸的其中一側(cè)提高其發(fā)電量，而在另一側(cè)減少發(fā)電量。13810次調(diào)度措施中。這是考慮到配電網(wǎng)瓶頸的實際及預(yù)期的增加，而造成此種增長的原因是可再生能源的進一步擴張、部門耦合以及新電力用戶同時用電，例如電動汽車和熱泵?？稍偕?/p>

能源電廠往往更臨近過載地點，因此在解決電力供需不平衡方面相當有效。139此種措施應(yīng)該有助于減少二次調(diào)度成本?？稍偕茉聪揠姟犊稍偕茉捶ò浮芬?guī)管的可再生能源電廠和熱電聯(lián)產(chǎn)電廠。根據(jù)《可再生能源法案》，電網(wǎng)運營商可以減少或者削減接5251412）202130100千瓦的熱電聯(lián)產(chǎn)電廠可能會被限電（NextKrafwerked）21條件是利用專用的智能計量系統(tǒng)，讓電網(wǎng)運營商（配電系統(tǒng)運營商）能夠遠程監(jiān)督和控制饋入量（01年《可再生能源412）2021142）在輸電電網(wǎng)出現(xiàn)瓶頸時，輸電系統(tǒng)運營商（就可以請求配電系統(tǒng)運營商限電。一般輸電電網(wǎng)出現(xiàn)瓶頸的頻率高于配電電網(wǎng)140。這種情況下，一開始由輸電系統(tǒng)運營商承擔成本（211）。21廠運營商支付賠償，以補償后者損失的所有利潤。電網(wǎng)運營商將該成本包含到電網(wǎng)費用中，轉(zhuǎn)嫁到了終端消費者身上。但是，它們必須證明限電是必要的手段，且已經(jīng)嘗試過了電網(wǎng)優(yōu)化、加強和擴建等所有其他措施。關(guān)于可再生能源發(fā)電有更精確、精準的預(yù)測，減少了電網(wǎng)不平衡的發(fā)生頻率。因此，采用短期、復(fù)雜且更加昂貴的靈活性措施的頻率也會下降?？稍偕茉瓷a(chǎn)商、平衡責任方和電網(wǎng)運營商也有更多的時間規(guī)劃、落實調(diào)整方案或干預(yù)，如在日內(nèi)現(xiàn)貨市場上，即刻購買電力或者出售過剩電力。近年來，基于人工智能和云計算技術(shù)等尖端科技，改進了與可再58等。141小時前預(yù)測的偏差范圍在3%到%之間，日前預(yù)測的偏6%8%142可再生能源生產(chǎn)商和電網(wǎng)運營商都可以使用先進的可再生能源發(fā)電預(yù)測。電網(wǎng)運營商可以使用此類預(yù)測更好地規(guī)劃電網(wǎng)使用和需求側(cè)措施，并落實靈活性措施。電網(wǎng)的技術(shù)性能可以通過加強或者擴建電網(wǎng)，或通過提高利用率優(yōu)化電網(wǎng)加以改進。電網(wǎng)利用率則可以通過使用大型電池作為電網(wǎng)助推器動態(tài)輸送容量（DLR）143電網(wǎng)助推器是快速電源，通常是大型電池，能夠讓線路負荷超出當前的穩(wěn)定性限制。大型電池從電網(wǎng)瓶頸中的一側(cè)吸收電力。與此同時，另一個大型電池在另一側(cè)向電網(wǎng)饋入相同的電量。德國的三個輸電系統(tǒng)運營商，即TasetW、Amrnent4502019輸電系統(tǒng)運營商預(yù)計可再生能源限電率可減少9%，最高可節(jié)2500145動態(tài)輸送容量（DLR）是根據(jù)環(huán)境氣候?qū)旊娋€路容量進行的動態(tài)調(diào)整（主要是增加）。正常情況下，輸電線路與源自最不利條件下——無風且高環(huán)境溫度——的標準（靜態(tài)）容量彼此配合。但是，當天氣條件更加有利時，則可以提高容量，意味著線路可以傳輸更多電力。測量可能的電網(wǎng)容量調(diào)整的方法有多種。在德國，所有輸電系統(tǒng)運營商目前都在其電網(wǎng)中應(yīng)用了動態(tài)輸送容量，但比例各有不同。146配電系統(tǒng)運營商和輸電系統(tǒng)運營商之間的溝通、合作和協(xié)調(diào)能提升不同電網(wǎng)電壓等級之間的流量和靈活性管理水平。目前，德國配電系統(tǒng)運營商和輸電系統(tǒng)運營商之間的合作是基于德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局的MBS運行指令。14720商和輸電系統(tǒng)運營商之間的合作，因為接入配電電網(wǎng)的較小型發(fā)電機組（10將被納入到二次調(diào)度制度中。配電系統(tǒng)運營商將被要求把此類較小型發(fā)電系統(tǒng)的運營商納入到電網(wǎng)平衡中，評估靈活性潛力，并向輸電系統(tǒng)運營商和平148除了此類政策指導(dǎo)方針之外，也有測試配電系統(tǒng)運營商和輸電系統(tǒng)運營商之間更先進合作方法的試點項目，例如，enera項目。eneraenera項目包括測試及開發(fā)電網(wǎng)運營商合作的解決方案，主要涉及以下合作伙伴：EWENETZGmbH、AVACONNetzGmbHTenneTTSOGmbH。在此背

獨立電網(wǎng)（孤島）運行。TenneTTSOGmbH、50HertzTransmissionGmbH、AmprionGmbH和TransnetBWGmbH管理。通過耦合點可以對不同平衡責任區(qū)之間可能出現(xiàn)的不平衡進28設(shè)置了正式合作，并逐步擴大合作范圍，將德國的四個輸電系統(tǒng)運營商全都納入其中。一個責任輸電系統(tǒng)運營商，Amron150避免調(diào)頻的反向激活：一個平衡區(qū)的多余電力可以共同測量調(diào)節(jié)能源需求：輸電系統(tǒng)運營商共同確定所有平衡區(qū)的最優(yōu)調(diào)節(jié)能源數(shù)量，并在需要時，向其他平衡區(qū)提供能源調(diào)節(jié)。二次調(diào)頻備用的聯(lián)合采購：尚未使用。其目的是讓個體供電商能夠在所有平衡區(qū)提供調(diào)頻服務(wù)，即便它們只在一個平衡區(qū)通過資格預(yù)審。調(diào)頻輔助服務(wù)的成本優(yōu)化激活：尚未使用。其目的是在所有平衡區(qū)落實統(tǒng)一的優(yōu)先次序，而不是每個平衡區(qū)有各自的優(yōu)先次序。落實所有這些原則將帶來成本和資源效率方面的最高價值，并更好的幫助可再生能源在電力系統(tǒng)中的融合。輸電和電力交易一直在歐洲的電網(wǎng)整合中發(fā)揮著重要作用。這種合作的范圍持續(xù)擴大，將更多國家囊括在內(nèi)，并為上述國家提供在跨境輸電和電力交易方面的更多可能性。目前，歐洲的責任組織是輸電協(xié)調(diào)聯(lián)盟（UCE）。因為建造必要的基礎(chǔ)設(shè)施非常昂貴，且涉及到繁雜的行政工作，所以盡可能有效地利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。西歐市場耦合（CWEMarketouplg）因此建立，作為國家電力交易中心（EEXPT）輸電系統(tǒng)運營商之間的合作機制。153該市場覆蓋包括法國、比利時、荷蘭、盧森堡、德國和奧地利等國家。與北歐國家（芬蘭、瑞典和挪威）的市場耦合具有單獨的合作體系，稱為“臨時緊密電量耦合（IntermTightColueCouplig,TVC）200區(qū)域價格耦合（PriceCoupingofReion,PCR）9西歐市場耦合國家、臨時緊密電量耦合國家以及波羅的海國家、英國、波蘭、葡萄牙、西班牙、意大利和斯洛文尼亞。區(qū)域價格耦合系統(tǒng)在歐洲國家內(nèi)部或相互間建立了一種電力交易中心之間的日前和日內(nèi)交易交易模式。交易自動發(fā)生，目的是基于價格收斂機制，計算輸電容量的最優(yōu)使用方案。自2015年起，通過基于能量流的市場耦合（flowbasdmarketcoplin,FMC）155為實現(xiàn)更多跨境電力交易，歐洲國家和歐盟新近發(fā)起了多個聯(lián)合項目，建立新的聯(lián)網(wǎng)線路。2015140NrLk運行。歐盟委員會正在監(jiān)督和推進該領(lǐng)域的最新進展。根據(jù)10156市場設(shè)計靈活性指的是為促進靈活性所使用的政策和激勵措施。這種類型的靈活性可以針對用戶（當賣方從參與市場中獲益時）、針對電網(wǎng)（如果措施是促進電網(wǎng)運行和穩(wěn)定性）或者同時針對用戶和電網(wǎng)。

在探討市場設(shè)計政策和激勵措施之前，我們要先介紹一下德國電力市場的多層次結(jié)構(gòu)以及市場外的附加組成部分。這么做的目的是為了加深對德國電力市場構(gòu)成的理解，概述不同市場及其設(shè)計?；诓挥玫氖袌鲈O(shè)計，市場可以促成或者激勵不同程度的靈活性。下表介紹了德國電力市場的結(jié)構(gòu)、其附加組成部分、所提供服務(wù)的特征以及當前的靈活性資源。9.（電力交EPEXSPOT（工（私人居市場（招標30（工業(yè)5152013201620161020232019批評：500100）平衡責任方（Rs）（Bilkreisverwore）可以是電力交易商或者供應(yīng)商（例如能源公用事業(yè)機構(gòu)）或者獨立購買電力的大型工業(yè)公司。平衡責任方負責平衡集團內(nèi)部電力饋入和消費之間的平衡結(jié)果。平衡責任方也負責安排與其他平衡集團中間相互的交付（《能源供應(yīng)電網(wǎng)接入法（StrmNV）4節(jié)。平衡集團是一個虛擬的電力賬戶，由任意數(shù)量的電力饋入和接收/攝取點構(gòu)成，即控電力平衡區(qū)內(nèi)的能源生產(chǎn)商和用戶/消費者。平衡責任方的主要任務(wù)是管理平衡集團（《能源供應(yīng)電網(wǎng)接入法（StrmNV4節(jié)）。一個平衡區(qū)可能由一個或多個平衡集團組成（一個內(nèi)通常有多個平衡集團）。發(fā)生平衡集團平衡偏差時，平衡責任方需要其平衡區(qū)內(nèi)作為平衡集團協(xié)調(diào)方的輸電系統(tǒng)運營商承擔經(jīng)濟責任。兩方都簽訂了監(jiān)管平衡集團管理和賬目的平衡集團合同。作為平衡集團協(xié)調(diào)方，輸電系統(tǒng)運營商的角色是合并平衡區(qū)域內(nèi)平衡集團的必要數(shù)據(jù)，調(diào)整各平衡集團之間剩余不可預(yù)料的偏差，確保平衡區(qū)域內(nèi)的總體平衡（《能源供應(yīng)電網(wǎng)接入法（StrmNV）第4節(jié)；TennT）。如果基于平衡集團預(yù)測的饋入與實際消費量之間存在偏差，而輸電系統(tǒng)運營商無法通過與其他平衡集團的抵消來充分補償該偏差，則輸電系統(tǒng)運營商應(yīng)通過調(diào)頻Regege）電力市場的運行和監(jiān)管也會影響系統(tǒng)運行和靈活性的使用。電力市場內(nèi)的產(chǎn)品顆粒度越高，市場參與者就越能更好地管理靈活性，平衡不匹配的供需。158產(chǎn)品顆粒度指的是市場上交易品種的差異：交易品種差別越大，越有可能有更經(jīng)濟、更

高效的產(chǎn)品選擇，因此更好應(yīng)用靈活性的可能性就越高。例如，日內(nèi)現(xiàn)貨市場上的顆粒度越高，就能實現(xiàn)更短期的靈活性。日前期貨市場：產(chǎn)品在規(guī)定的未來日期交付，最遠可至未來好幾年，例如下個月（月前）或者次年年前）目前，在德國日內(nèi)市場5分鐘（2017年引進目前，在5分鐘（2014年引進）、30分鐘、1小時定義為空間分辨率/描述了輔助服務(wù)的作用是在電力市場上的交易結(jié)果與電力系統(tǒng)的物理邊界不符時，通過管理不平衡性，確保維持電網(wǎng)內(nèi)的技術(shù)值（頻率、電壓）160。輔助服務(wù)也可能有助于在停電期間修復(fù)電網(wǎng)。它們提供了短期的本地化靈活性。輸電系統(tǒng)運營商是輔助服務(wù)的主要使用者，但發(fā)電商也可以使用此類服務(wù)（用戶相關(guān)功能）。滿足輔助服務(wù)指導(dǎo)方針中規(guī)定的前提條件后，輸電系統(tǒng)運營商和電網(wǎng)用戶都可以提供輔助服務(wù)（主要是傳統(tǒng)電廠、儲能系統(tǒng)、需求側(cè)靈活性）161如何進一步發(fā)展此類指導(dǎo)方針，以便讓更多可再生能源及其

他靈活性提供者和選項（例如大型電池和需求側(cè)靈活性提供輔助服務(wù)，是德國目前正在討論的一個主題。輔助服務(wù)可以采用基于市場的方式組織，即參與者自愿提供服務(wù)。此類服務(wù)也可以是強制性的，作為接入電網(wǎng)的合同條件的一部分。另一個類別是電網(wǎng)運營商使用的基于電網(wǎng)的輔助服務(wù)。范例包括電網(wǎng)運營資源，例如架空電力線路、無功補償系統(tǒng)（例如電磁感應(yīng)圈、電容、轉(zhuǎn)換器）或者電網(wǎng)助推器和運營管理。下表篩選了德國電力市場上幾種輔助服務(wù)并總結(jié)了其作用和提供者。162表來源：dena201422在以下子章節(jié)中，我們專注于基于市場的輔助服務(wù)，其作為附加靈活性資源為系統(tǒng)服務(wù)。調(diào)調(diào)頻（eeeege）的主要角色是確保在從電網(wǎng)提取電力和向電網(wǎng)饋送電力之間謀求平衡，在可接受的限值內(nèi)維持頻率，避免中斷。在德國，調(diào)頻服務(wù)的提供和供應(yīng)是以基于市場的方式組織的——通過調(diào)頻輔助市場。在發(fā)生頻率偏差時，買方（輸電系統(tǒng)運營商）從服務(wù)提供者處購買所需的調(diào)頻服務(wù)。調(diào)頻服務(wù)提供者是滿足與最低技術(shù)要求——例如電壓水平、容量、必要的可用性、額定功率、最低和最高負荷、啟動時間和爬坡率——相關(guān)的資格預(yù)審標準的各個市場參與者。這類標準是針對德國輸電系統(tǒng)運營商的電網(wǎng)和系統(tǒng)規(guī)則（電網(wǎng)表

法典或者輸電法典）中的一部分，也是基于《能源產(chǎn)業(yè)法》中的規(guī)定。輸電系統(tǒng)運營商必須檢查電網(wǎng)用戶是否滿足此類標準。正——提供電力——主要是發(fā)電機組和儲能設(shè)備，包括電池和抽水蓄能電廠，或負——從電網(wǎng)中提取電力——主要是大型電力消費者，但也有儲能設(shè)備，包括電池和抽水蓄能電廠。基于市場參與者的不同特征以及輸電系統(tǒng)運營商的不同要求，德國平衡市場區(qū)分了三種調(diào)頻產(chǎn)品。針對所有三種產(chǎn)品，輸電系統(tǒng)運營商在互聯(lián)網(wǎng)平臺上組織聯(lián)合競拍，分配調(diào)頻服務(wù)。下表總結(jié)了調(diào)頻產(chǎn)品及其特征和提供。3015所有傳統(tǒng)電廠（運行時大型電力消費者（工業(yè)1515所有傳統(tǒng)電廠（運行時大型電力消費者（工業(yè)5151所有傳統(tǒng)電廠（運行時大型電力消費者（工業(yè)5來源：Consentec2014、dena20187TeamConsult理論上，風能和太陽能光伏可以參與平衡市場；但實際上，此類資源的波動性限制它們參與短時間隔的市場。目前，Netrfwre、nrymketGudrn調(diào)頻成本主要是因平衡責任方在不平衡時需要調(diào)頻服務(wù)所產(chǎn)生的。該成本通過電價和電網(wǎng)費用轉(zhuǎn)嫁到消費者身上。28需求上升。163這似乎是因為提供一次調(diào)頻的供應(yīng)商數(shù)量增加造成的，因為充足的一次調(diào)頻輔助服務(wù)會減少對其他類型調(diào)頻產(chǎn)品的需求。2092.861164

輸電系統(tǒng)運營商與通過招標選出的市場參與者簽訂合同，獲取可中斷負荷。它們主要是大型能源消費者，通常是鋁、化學(xué)和紙業(yè)部門的大型工業(yè)公司?？芍袛嘭摵杀日{(diào)頻更加昂貴，所以它們是無法以其他方式維持電網(wǎng)穩(wěn)定性時的最后手段。165此項措施的成本也轉(zhuǎn)嫁給了消費者。根據(jù)可中斷負荷法令（VeodungubcataenLse,AbaV），參與投標并登記了其負荷可用性的大型能源消費者必須根據(jù)特定的條款與條件，持有可以在電網(wǎng)電力短缺時使用的可中斷負荷容量。簽約程序包括以下步驟：166資格預(yù)審過程——可中斷負荷的提供者必須滿足特定的技術(shù)條件，才能被允許投標。輸電系統(tǒng)運營商可中斷負荷的招標——輸電系統(tǒng)運營商每周為快速可中斷負荷和立即可中斷負荷分別開展一次容量為70供應(yīng)商。首先接受價格最低的投標。投標條件如下：15容量費用和商品費用，前一項為針對合同期內(nèi)持有可用容量而支付的一項費用，后

一項為針對因中斷而無法交付的電量而兩個價格組成部分的價格上限：容量費用上限為500400通過合同約定可中斷負荷——所有中標的公司都與輸電系統(tǒng)運營商簽訂合同，其中包括與可中斷負荷可用性、可能發(fā)生中斷的時間間隔、中斷的最大次數(shù)和持續(xù)時間、通知期限和承包商報酬相關(guān)的規(guī)定。并非所有通過資格預(yù)審的可中斷負荷都可以參與投標并簽訂合同。但是，參與投標的所有立即可中斷負荷（IILs）和幾乎所有快速可中斷負荷（QILs）都可以簽訂合同。這表明這兩個細分市場上的競爭水平非常低。1015立即可中斷負荷（IIL）35來源：üNB20206（圖）TeamConsult27（縮寫詞的解可中斷負荷可以同時通過快速可中斷負荷和立即可中斷負荷的資格預(yù)審，但它們一周只能參與一項投標。下表列出了通過資格預(yù)審的可中斷負荷的當前容量：表來源：InternetplattformzurVergabevonRegelleistung(abschaltbareLasten)。

2019年，可中斷負荷費用金額約為31303002800有終端用戶身上。這種稅款的范圍在0.005歐分/千瓦時到0.1占輸電系統(tǒng)運營商為提供輔助服務(wù)和穩(wěn)定措施而產(chǎn)生的總成15168適當?shù)恼吆图畲胧┐龠M了系統(tǒng)的高效運營和靈活性的高效使用。169《可再生能源法案》（EEG）是一個很好的例子。200年作為可再生能源支持計劃而引進的《可再生能源法案》已經(jīng)過多次修正。所有修正主要是為了通過提高可再生能源發(fā)電的需求導(dǎo)向性，更好地整合和優(yōu)化可再生能源發(fā)電。2009年《可再生能源法案》引進了直接營銷計劃，可再生能源運營商可選擇是根據(jù)定期補償系統(tǒng)出售電力，還是每個月在現(xiàn)貨市場上出售電力。2012年《可再生能源法案》引進了市場溢價模型，一種計算向在現(xiàn)貨市場出售電力的可再生能源運營商支付款項的方法。市場溢價指的是《可再生能源法案》電價和現(xiàn)貨市場的市場價格之間的差距。2014年《可再生能源法案》引進了競拍制度，通過設(shè)定的容量限制可再生能源的擴張，使其發(fā)展與電網(wǎng)和其他基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展能更好的匹配。還藉此引進了另一項規(guī)定，當EXSPT的現(xiàn)貨價格為負且持續(xù)至少六小時的情況下，禁止補償。以上措施都可以更好地調(diào)整可再生能源發(fā)電量，以滿足市場需求和適應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施的能力。針對沼氣發(fā)電廠，于2012年通過了附加支持計劃。靈活性溢1302014201473140瓦的補貼（更早的機組仍收到靈活性溢價）。221年，靈活65比重，實現(xiàn)以需求為導(dǎo)向的電力生產(chǎn)。170發(fā)電廠必須通過外部評估機構(gòu)的評價，提供其靈活運行的證據(jù)。獲得靈活性補貼的要求以法律規(guī)定為準。171針對通過轉(zhuǎn)移消費時間參與削峰的消費者，電網(wǎng)也會提供電網(wǎng)費用折扣，藉此支持可再生能源的發(fā)展。1.表PMin=50–60%爬坡率=13%t=4–10=25–40%=4–5%=2–4Markewitz2017PMin=25–40%爬坡率=1.54t=1.5–10=20%=6%=1–6Markewitz2017PMin=20–30%812Pn/mint=<0.1=20%=15%Markewitz2017PMin=40–50%爬坡率=24%t=0.4–4=35–40%=8%=0.35–1.4Markewitz201754.33GW113TWh（2019120TWh（2025市場數(shù)據(jù)（可用容量）；德國聯(lián)邦環(huán)境署(2021)（已完16.7TWh20255.3TWh2020b（可用容量）；50Hertz20206（已完成的與預(yù)估6.1TWh2020b8GW（5.6GW（203016量）；Krzikalla2013,6.7GW2.91,3008TWh2015a20258.612.722021,9；TeamConsult2014,II；Krzikalla20129（已750MW1,400MWh2013,9（已完成的與預(yù)估的450MW450MWh5,000Figgener2021人，2013,9，法維翰咨詢公34MW20503GW10GW；潛2020,33（量）；FfE2017p422020,33；Krzikalla20139（已555MW（已完成的與預(yù)估的量75.1TWh（負荷轉(zhuǎn)移2,416MW（可中斷負荷515GW（技術(shù)潛力TeamConsult3b（已完成的與預(yù)估的310GW（技術(shù)潛力Ladwig2018,721GW（技術(shù)潛力Ladwig2018,5GW45GWhTeamConsult29-203016,52050316Ladwig2018,20301225,520502042,4TWhLadwig2018,11（單位：吉瓦ADaFRRBNetzABRP CCGTCWEMarketCoupling -熱電聯(lián)產(chǎn)DLR–動態(tài)輸送容量DSF- DSO–配電系統(tǒng)運營EnWG–能源產(chǎn)業(yè)法案（Energiewirtschaftsgesetz）EPEXEPEXSPOTEuropeanPowerExchangeSEEU-歐盟FCRFBMChrHDHVAC-高壓交流電HVDC-高壓直流電ITVCLMS100LandMarineSupercharged（100LNGLSB–大型電池min–分鐘

mFRRNABEG2.0PCRPMin–最低負荷Pn–額定負荷PtGPtHPtLPtX–電力多元轉(zhuǎn)換PVOCTGOTCPVRES-可再生能源SME–中小企業(yè)TSO–輸電系統(tǒng)運營商UCTEUPSVPP圖1.可再生能源高比例的靈活性要求——德國冬季兩周的負荷曲線實 圖2.消費者變得更靈活——應(yīng)用的同時發(fā) 圖3.絕對可再生能源預(yù)測誤 圖4.二次調(diào)度和限電容量的發(fā) 圖5.二次調(diào)度和限電成本的發(fā) 圖6.德國大型電池容量的發(fā)展，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域列 圖7.大型電池投資的發(fā)展，按時間（左）和按儲能容量（右 圖8Error!Bookmarknot圖9.2019年德國工業(yè)部門具有/不具有需求側(cè)靈活性的電廠的年度消費量，單位太瓦 圖10.通過資格預(yù)審并簽訂合同的可中斷負 圖11.德國選定靈活性方案的靈活性潛力（單位：吉瓦 表1.靈活性選項及其在德國背景下的意 表2.德國技術(shù)靈活性需求的發(fā) 表3.德國電力系統(tǒng)的靈活性里程 表4.德國燃煤電廠的靈活性狀態(tài)及其進一步靈活化潛力的預(yù) 表5.德國燃氣電廠的靈活性狀態(tài)及其進一步靈活化潛力的預(yù) 表6.燃煤電廠改造的選項及其對靈活性參數(shù)的影響和限 表7.德國傳統(tǒng)電廠的裝機容 表8.德國不同蓄能技術(shù)的裝機容量，截至2018 表9.德國電力市場的結(jié) 表10.德國選定的輔助服務(wù)及其角色和提供者一覽 表11.德國輔助調(diào)頻市場上控制能源產(chǎn)品的列 表12.德國通過資格預(yù)審的可中斷負荷的容量狀 表13.德國的可用容量和不同靈活性選項的潛力和實施預(yù) 120172Comp2018202020205201862018720188201830and32AgoraEneergiewende2017b.91011BorggrefeNeuhoff,20112018122018132018142