西班牙可再生能源大规模并网调研报告

1、西班牙可再生能源大规模并网调研报告西班牙已经实现大规模可再生能源接入电网。西班牙发电装机9330万千瓦（2008年），发电量2665亿千瓦时（2008年），夏季高峰负荷4110万千瓦（2010年），冬季高峰负荷4440万千瓦（2009年）。截至2010年5月，风电占总装机的比例为20.2%。2009年，风电电量占总发电量的13.7%。在一天中，风电出力超过40%（例如，2009年11月8日（周日）清晨的风电出力达到当时负荷的52%）。因此，西班牙在风电并网方面居于世界领先地位。事实上，2009年西班牙风电装机达到1920万千瓦，排在世界第四位。而对于太阳能发电，截至2010年5月，西班牙太阳能

2、发电装机容量为360万千瓦，2009年太阳能发电提供了2%的电力。美国电力研究院此次访问了西班牙电力工业协会（UNESA）、输电系统运营商西班牙电网公司（Red Electrica）、两家配电网公司西班牙Iberdrola电力公司、西班牙Gas Natural公司以及西班牙最大的风力发电公司Iberdrola Renovables公司。对能源安全的考虑是西班牙大力发展可再生能源的一个重要原因。西班牙大约85%的能源来自进口（油气占70%，煤炭占15%）。而其他的原因包括后京都议定书时代的环境政策、核电政策的不确定性。尽管如此，值得注意的是，用于满足电力需求快速增长（从1981-2006年15年

3、间电力需求增长一倍）的燃气发电的增长速度很好地匹配了可再生能源的发展速度。正是这个事实的存在，使得该国能够很好地应对间歇性电源对电力系统带来的挑战。西班牙风电和太阳能发电并网的成功经验主要包括以下几方面：1. 政策上充分调动风电开发商和太阳能供应商的积极性；2. 努力加强电网基础设施建设；3. 电力系统备用容量大。与9330万千瓦发电装机相比，高峰负荷仅为4500万千瓦。油气机组和水电装机比重较大，另外还有400万千瓦的抽水蓄能机组，能够有效应对风电出力的不稳定性；4. 具备完善的可再生能源电力控制基础设施。虽然西班牙十年内在发电、输电、天然气供应基础设施、市场自由化、行业结构等方面发生了很大

4、的改变，但仍然面临财政方面的挑战和压力。由于经济衰退加剧，政策调整可能倾向于减少价格激励，并延缓天然气和可再生能源发展的时间表。风电发展需要增加具有灵活性的电源，虽然目前已有大量调峰电源（例如联合循环燃气机组、抽水蓄能电站，以及少量燃煤蒸汽机组），但是这些都需要激励政策来保证未来的发展。尽管经济不景气，西班牙未来的可再生能源电力仍将大幅增加。西班牙是欧盟成员国之一，法律上有责任履行欧盟2009年有关可再生能源的法案。该法案制定了2020年可再生能源20%的目标，包括电力、供暖、制冷和运输等方面。欧盟各成员国应比现在的可再生能源水平增加5.5%。这样，西班牙的目标也是20%。为了实现这一目标，西

5、班牙2020年可再生能源行动计划已制定了40%的电力来自可再生能源的目标。激励政策西班牙可再生能源快速增长始于2005年，当时几个皇家法案签署，规定了两类风电上网电价，一类是市场电价，一类是固定电价。固定电价方式：风电电价水平固定，为电力平均参考销售电价的90%，电网企业须按此价格水平收购风电，超过平均上网价格部分由国家补贴；溢价方式：风电企业需按照电力市场竞争规则与其他电力一样竞价上网，但政府额外为上网风电提供溢价（补贴电价），因此电价水平为“溢价+电力市场竞价”，风电溢价为平均参考销售电价的50%。补贴额度受日前市场边际价格的影响，如果市场电价高企，则风电不能接受补贴。 西班牙一项皇家法案

6、对光伏发电上网电价做出了明确规定。按照规定，对于2008年以前完工的首批总容量为37.1万千瓦的光伏发电站提供46.6欧分/kWh的优惠上网电价，提出申请的项目容量合计400万千瓦，而只有300万千瓦获得批准。政府为首批50万千瓦光热发电提供26.9欧分/kWh的上网电价，提出申请的项目达到1000万千瓦，而获得批准的只有150万千瓦。截至2010年5月，太阳能光热发电装机容量为38.2万千瓦。预计到2011年西班牙光热装机将超过100万千瓦（已建的38.2万千瓦和在建的71.8万千瓦）。另外137.2万千瓦已批准建设，预计到2013年，光热发电总装机将达到250万千瓦。西班牙风电和太阳能发电

7、所获得的补贴与其发电量不成正比。2009年，风力发电量占全国总发电量的15%，其成本占全国的16%，而太阳能发电量虽然仅占全国的2%，但是其成本却占到了全国的16%。预计到2013年，西班牙风电电量将占全国总发电量的19%，其成本占全国的18%，而光伏发电电量仅占全国的3%，成本却占全国的15%，光热发电电量占全国的1%，成本占全国的8%。西班牙平均趸售电力价格为0.4到0.6欧分/kWh，平均零售电力价格为0.11欧分/kWh，这两个价格远低于激励价格， “电价赤字“产生于可再生能源成本不能有效回收。2009年西班牙可再生能源补贴已接近50亿欧元，其中50%给予光伏发电，虽然光伏发电电量仅占

8、全国的2%，而风电电量占全国的15%，却仅获得22%的补贴。在没有电网限制的情况下，对可再生能源电力实施优先调度。当大规模风电和水电并网时，西班牙市场运营商OMEL将趸售电力价格设置为零，在2010年第一季度15%的时间里都出现了这种情况。在2010年6月下旬，由于西班牙的经济状况不佳，政府建立了新的能源计划，其中包括减少可再生能源的补贴。最常用的方法是对可以获得补贴的可再生能源发电小时数设置上限。同时，电力公司表示电力费用已经不能再增加，“电价赤字”逼近200亿欧元。天然气发电西班牙拥有过剩的发电能力来平衡风电等的波动性，主要是采用联合循环燃气机组。1984年至1997年，西班牙共建成9个燃

9、煤电厂，总装机400万千瓦。西班牙的市场自由化、备用容量紧张、需求强劲增长以及有吸引力的天然气价格使得从2001年开始，联合循环电厂投资力度加大。他们希望用这些联合循环机组大量取代燃油调峰电源和煤炭发电机组。联合循环机组具有较低的投资成本，审批程序简单，并且燃料与煤炭相比更具竞争力。然而，煤炭并没有被完全取代，主要原因如下：天然气价格上升，使煤炭维持竞争力；2005年至2007年二氧化碳价格均低于预期；西班牙燃煤电厂获得补贴。由于以上原因，煤炭下降低于预期，同时新的天然气产能也大幅增长。2009年，低廉的天然气价格使得联合循环机组恢复竞争力。尽管煤炭没有了竞争力，保持煤炭行业和采矿业的就业岗位

10、仍是西班牙政府的优先事项。电网1985年，西班牙的所有输电资产归属西班牙电网公司（REE）。REE是一家公开上市的公司（仍然有一些公共资本）。REE负责西班牙电网的接入、建设、维护以及运行等管理工作。根据皇家法案，REE必须为可再生能源开发商提供并网服务。西班牙的可再生能源资源远离负荷中心和电网。由于REE有责任保证风电并网，其输电线路的规划倾向于超过当前输电需要。可再生能源电力的间歇性使电网利用不能达到最佳状态。例如，西班牙的风电场平均负荷率为装机容量的25%。西班牙每百万千瓦装机拥有189公里400千伏的输电线路，而欧洲的这一数字大约是100公里。目前的计划是增加变电站和间隔（位置在变电站

11、），包括100个200千伏母线和50个400千伏母线。西班牙电网没有与欧洲其他国家的电网建立广泛互联。目前，西班牙仅与法国电网建立了4条总容量为140万千瓦的互联输电线路。西班牙计划进一步加强与法国的联网建设，使得最大输送功率达到400万千瓦。可再生能源比例较大的大部分地区需要依靠与周边国家的联网来增强电网可靠性。更为强大的互联对西班牙来说尤为重要，特别是当风电或风电与水电出力较大的时候。 REE负责电网改造、优化和扩建的规划，西班牙工业、旅游和商业部（MITYC）负责规划审批。一旦规划通过审批，电网改造扩建工程就可以开始运作。同时，政府调整输 HYPERLINK /yjbg/10/89037

12、_3.shtml l # 电价格以满足REE的成本需要。西班牙只有一个全国性的“邮票”输 HYPERLINK /yjbg/10/89037_3.shtml l # 电价格，所以没有地方的价格信号会限制远距离可再生能源发展。可再生能源并网工程的费用约占REE电网扩建预算的20%，包括可再生能源接入系统及其配套设施。可再生能源并网设施包括：新建架空和地下线路、升级现有线路、新建变电站变压器、新建和升级变电站。因为西班牙只有REE一家公司拥有和建设输电网，所以成本分担不是问题。REE认为可再生能源并网主要有两个技术问题：一是电压骤降的风险增加，二是可再生能源资源的不稳定性。电网运行目前，西班牙有40

13、0万千瓦的抽水蓄能电站，但没有其他的电力储能设施或需求侧响应方案，以平衡风电和太阳能的波动性。因此，除了抽水蓄能，西班牙必须调节水电出力或迫使部分火电处于旋转备用状态（主要是联合循环燃气机组）。这是非常高效的调峰方法。例如，在2010年3月3日，高峰时段有27台联合循环机组在运行，低谷时段只有1台在运行。REE要求所有装机超过1万千瓦的机组，具有实时远距离测量和控制能力，并能够接收指令，按指令采取行动后及时反馈。西班牙的风能资源具有高度的波动性。例如，2010年2月24日，最大出力是1291.6万千瓦，2009年6月3日，最小出力是16.4万千瓦。通常情况下，风电出力的高峰在夜间，所以在夏季的

14、早晨需要增加常规电源的出力。由于电压骤降，REE发生过风电大面积脱网事故。因此，从2005年开始，REE一直在对电压和风机状态进行监测。西班牙建立起了一套运行程序，将其作为西班牙电网导则的一部分，规定了在哪些条件下风机必须保持联网，在电网出现事故时能够成功穿越。从2008年1月1日开始，所有新建风力发电设备必须满足这项规定。现有风电场已经经过必要的技术改造达到了要求，目前只剩下100-150万千瓦的风电装机有待改造。这些举措使得电网公司有能力采取措施防止发电设备大面积脱网。常规电源的电压控制通常在变电站，但这不能满足大规模可再生能源并网的需要。REE建立了一项制度，激励可再生能源发电提供无功功

15、率。REE按照功率因数，制定了奖励或惩罚方法。电网运营商可以发布说明，修改功率因数设置。从2009年4月1日开始，发电机组的功率因数要求设置在0.98到0.99之间，以消除电压的突然波动并避免高电压。REE认为最终的解决方案是所有超过1万千瓦的发电机组都需要具备电力控制能力。目前，太阳能光伏发电规模还不是很大。然而，REE不能对326.8万千瓦的光伏装机进行监测和控制。但是，随着光伏发电装机容量不断增加，也将会出现越来越严重的问题。西班牙冬季的用电高峰在夜间，光伏发电此时不能发挥作用。太阳能光热发电与夏季用电高峰具有正相关性。在冬季，熔融盐储能（或与天然气发电联合运行）将能满足高峰负荷需求。可

16、再生能源电力控制中心为了实现最大程度吸纳风电的同时，确保电力系统的安全稳定运行，REE在其调度控制中心下专门成立了世界上第一个可再生能源电力控制中心（CECRE），负责对全国可再生能源发电进行调度控制。西班牙法律要求风力发电公司必须成立实时控制中心，所有装机容量在1万千瓦以上的风电场的实时控制中心必须与CECRE直接互联。这些控制中心负责每12秒向CECRE上报有功功率、无功功率、电压、温度、风速等风电场运行数据，并根据CECRE的调度指令，调节风电出力，在15分钟内达到相关要求。为了维持系统稳定，在某些特定情况下，有权切除部分风电或要求风电场降出力运行。 CECRE的关键部分是风力发电预测系

17、统。该预测系统由三部分组成：风电场数据库、基于自适应时间序列的预测算法、预测组合模块。西班牙电力法规定，风电场必须对其发电量作出预测，并上报电网公司。当预测与实际所发电力相差超过20%时，风电场要向电网公司缴纳罚款，相差越大则罚款数目也越大。目前，西班牙已经能够将48小时内的预测误差控制在30%以内（平均误差不超过20%）、24小时内的预测误差控制在15%以内（平均误差不超过10%），在该领域处于世界领先地位。结论西班牙电力系统大规模可再生能源并网的经验表明，可再生能源技术主要受到以下几个因素的影响：1.激励机制在可再生能源电力发展中起着重要作用。然而，激励会导致零售或批发电力市场的赤字，必须

18、与政府补贴或电力价格上涨来抵消，以避免积累债务。2.输配电运营商无偿为可再生能源电力提供接入服务是对发电商一个明确的激励手段。3.在全国范围内进行区域输电网规划，其成本在所有服务区内分配（不管输电网是否在其地域范围内），此举解决了新能源并网的成本分摊问题。4.对规划与选址进行审批的权力集中到中央政府主管部门能够使电网加强与扩张更为合理，消除发展障碍。5.间歇性能源需要大量新的平衡电源或与周边国家具有的强大互联。这些平衡电源和电网互联的成本必须包括在可再生能源的成本里。所有平衡电源的发展应该进行统一运行和控制，并建立适当的市场产品，主要包括： 各种储能形式，例如抽水蓄能、电池、插电式混合动力汽车和纯电动汽车。 燃气轮机联合循环发电机组。 需求侧响应计划，包括直接负荷控制、可中断和可切负荷率以及实时电价、极端峰值电价和动态定价机制。6.由于受到环境因素制约，化石燃料发电市场将紧缩，可能需要一定的补贴和激励，以维持正常运行，并充当平衡电源，需要考虑其运行和维护的成本负担。7.与多个小范围的调度控制区域相比，大范围的调度控制区域具有更大的灵活性，而且运行成本更低。8.通过适当的实时规划和调度，强制将不可调度的可再生电源设置为“必须运行”，能够降低二氧化碳排放量。9.建立国家和区域级的可再生能源控制中心，对可再生