中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著新能源裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，電力系統(tǒng)對(duì)深度調(diào)峰和快速響應(yīng)能力的需求不斷增強(qiáng)，火電機(jī)組在系統(tǒng)中的功能定位和運(yùn)行方式面臨重塑。圍繞高比例新能源條件下火電如何發(fā)揮靈活性支撐作用，本文系統(tǒng)梳理了德國(guó)在火電深調(diào)能力與電源爬坡性能提升方面的實(shí)踐，重點(diǎn)分析其在技術(shù)路徑、調(diào)節(jié)資源配置以及市場(chǎng)機(jī)制安排等方面的總體特征。研究認(rèn)為，德國(guó)通過將火電靈活性納入系統(tǒng)調(diào)節(jié)框架，并與多元調(diào)節(jié)資源和市場(chǎng)機(jī)制協(xié)同推進(jìn)，在新能源占比較高條件下維持了電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。相關(guān)經(jīng)驗(yàn)有助于深化對(duì)火電靈活性作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)，可為我國(guó)在新能源持續(xù)發(fā)展的背景下優(yōu)化電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力建設(shè)提供參考。
一、德國(guó)火電靈活性提升的總體路徑與主要成效
在能源轉(zhuǎn)型持續(xù)深化背景下，德國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行特征的變化，決定了火電必須由傳統(tǒng)基荷電源轉(zhuǎn)向以靈活性為核心的功能定位。隨著核電逐步退出、風(fēng)電和光伏裝機(jī)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)（如圖1），德國(guó)電力系統(tǒng)由以穩(wěn)定供給為主的運(yùn)行形態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐愿哳l、大幅波動(dòng)為主要特征的運(yùn)行形態(tài)（如圖2）。在新能源出力快速變化、負(fù)荷不確定性增強(qiáng)的條件下，傳統(tǒng)以基荷運(yùn)行為主的火電機(jī)組難以適應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求，火電功能定位調(diào)整成為能源轉(zhuǎn)型過程中必須直面的核心問題。
圖1 德國(guó)火電和可再生能源發(fā)電裝機(jī)情況
圖2 德國(guó)2024年各季度典型日發(fā)電量
圍繞火電功能定位的轉(zhuǎn)變，德國(guó)系統(tǒng)推進(jìn)以靈活性為導(dǎo)向的火電發(fā)展路徑。在應(yīng)對(duì)新能源快速發(fā)展的過程中，德國(guó)并未將火電簡(jiǎn)單視為被替代對(duì)象，而是將其明確定位為承擔(dān)深度調(diào)峰、快速爬坡和備用支撐的重要靈活性電源。一方面，通過持續(xù)開展技術(shù)改造，使火電機(jī)組能夠在更低負(fù)荷、更快變化條件下安全穩(wěn)定運(yùn)行；另一方面，通過優(yōu)化調(diào)度方式和運(yùn)行策略，引導(dǎo)火電更多參與新能源波動(dòng)調(diào)節(jié)，而非長(zhǎng)期維持高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。
在上述路徑推進(jìn)下，德國(guó)火電靈活性水平顯著提升，成為支撐高比例新能源系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。從運(yùn)行成效看，德國(guó)火電機(jī)組最小技術(shù)出力持續(xù)降低，負(fù)荷爬坡和啟停響應(yīng)能力顯著提升，機(jī)組運(yùn)行方式更加貼合新能源出力特征。在新能源滲透率超過60%的條件下，德國(guó)仍能夠依托火電靈活性支撐系統(tǒng)平衡，棄風(fēng)棄光水平維持在較低區(qū)間，電力系統(tǒng)整體運(yùn)行保持安全穩(wěn)定。
二、火電深調(diào)能力與爬坡性能提升的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)路徑
目前，德國(guó)的大部分褐煤電廠最小出力可降低至額定功率的30%～45%，配合電儲(chǔ)熱裝置可將運(yùn)行等效調(diào)峰深度提升至7.0%、8.7%。德國(guó)的硬煤機(jī)組具備良好的快速啟停能力，可通過頻繁啟停支撐電網(wǎng)調(diào)峰，其調(diào)峰深度可至額定功率的25%～40%。除此之外，采用深調(diào)技術(shù)改進(jìn)后的電站在爬坡速率、啟動(dòng)時(shí)間等性能指標(biāo)方面，均實(shí)現(xiàn)了較為顯著的提升（如表1）。
表 1 火電深調(diào)技術(shù)的改進(jìn)效果
德國(guó)火電深調(diào)能力和爬坡性能的提升，首先依賴于系統(tǒng)化、成套化的機(jī)組技術(shù)改造。針對(duì)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)燃燒不穩(wěn)定、環(huán)保約束增強(qiáng)和效率下降等問題，德國(guó)圍繞鍋爐、汽輪機(jī)和控制系統(tǒng)開展多環(huán)節(jié)改造，重點(diǎn)提升機(jī)組在非額定工況下的安全性和可控性。通過低負(fù)荷穩(wěn)燃、寬負(fù)荷脫硝、汽輪機(jī)通流優(yōu)化等措施，為火電深調(diào)運(yùn)行奠定工程基礎(chǔ)。
隨著技術(shù)改造持續(xù)推進(jìn)，德國(guó)火電機(jī)組運(yùn)行區(qū)間和動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力得到明顯拓展。褐煤和硬煤機(jī)組最小技術(shù)出力逐步降低，使火電能夠在新能源高出力時(shí)段主動(dòng)壓降出力，為新能源消納騰挪空間；同時(shí)，通過優(yōu)化控制邏輯和關(guān)鍵設(shè)備性能，機(jī)組負(fù)荷爬坡速率顯著提升，能夠在新能源出力快速上升或下降時(shí)及時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)功率缺口，降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)。
圍繞運(yùn)行剛性較強(qiáng)的環(huán)節(jié)，德國(guó)同步推進(jìn)啟停加速和熱電解耦改造，進(jìn)一步釋放火電調(diào)節(jié)潛力。通過材料熱應(yīng)力控制優(yōu)化、旁路系統(tǒng)改造和啟?？刂撇呗哉{(diào)整，火電機(jī)組冷啟和熱啟時(shí)間明顯縮短，使機(jī)組能夠更加頻繁參與日內(nèi)調(diào)節(jié)和現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行。針對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組“以熱定電”的約束，德國(guó)通過配置蓄熱裝置、電鍋爐等方式，實(shí)現(xiàn)供熱與發(fā)電的靈活解耦，進(jìn)一步擴(kuò)大火電可調(diào)節(jié)空間。
三、多元調(diào)節(jié)資源與市場(chǎng)機(jī)制對(duì)火電靈活性建設(shè)的支撐作用
德國(guó)火電靈活性能力的持續(xù)發(fā)揮，建立在多元調(diào)節(jié)資源協(xié)同支撐的系統(tǒng)基礎(chǔ)之上。在火電機(jī)組自身改造的同時(shí)，德國(guó)推進(jìn)抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能和蓄熱裝置建設(shè)，用于承擔(dān)快速調(diào)節(jié)和短時(shí)平衡任務(wù)。其中，抽水蓄能主要發(fā)揮日內(nèi)調(diào)峰和備用作用，電化學(xué)儲(chǔ)能側(cè)重快速響應(yīng)和調(diào)頻支撐，蓄熱裝置則有效緩解熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行剛性，多類資源協(xié)同運(yùn)行，顯著降低了單一火電機(jī)組的調(diào)節(jié)強(qiáng)度。
在更大范圍內(nèi)，德國(guó)通過高度互聯(lián)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建跨區(qū)域平衡機(jī)制分擔(dān)新能源波動(dòng)壓力。依托與周邊國(guó)家的跨國(guó)互聯(lián)，德國(guó)能夠在新能源出力過剩時(shí)向外輸出電力，在出力不足時(shí)快速獲得外部支撐，從而在更大空間尺度上平抑新能源出力波動(dòng)。這種區(qū)域協(xié)同機(jī)制，為火電深調(diào)運(yùn)行創(chuàng)造了更為寬松的系統(tǒng)環(huán)境。
在制度層面，市場(chǎng)機(jī)制通過清晰的價(jià)格信號(hào)，為火電靈活性建設(shè)提供持續(xù)激勵(lì)。在現(xiàn)貨市場(chǎng)中，新能源高出力時(shí)段頻繁出現(xiàn)低價(jià)甚至負(fù)電價(jià)，倒逼火電機(jī)組主動(dòng)壓降出力；而在新能源出力快速回落、系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求集中的時(shí)段，電價(jià)顯著上升，使具備快速爬坡和啟停能力的機(jī)組獲得更高收益。同時(shí)，輔助服務(wù)市場(chǎng)對(duì)調(diào)頻和備用實(shí)行分級(jí)補(bǔ)償，調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)、響應(yīng)速度越快，獲得的市場(chǎng)回報(bào)越高。市場(chǎng)機(jī)制將靈活性能力直接轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)收益，形成推動(dòng)火電持續(xù)開展靈活性改造的內(nèi)生動(dòng)力。
圖3和4為2025年3月18日至22日德國(guó)各類電源出力功率、跨國(guó)交換電量的變化趨勢(shì)，以及德國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)日前交易價(jià)格、輔助市場(chǎng)電能量?jī)r(jià)格。其中，日前價(jià)格與新能源出力，尤其是光伏出力呈現(xiàn)緊密的負(fù)相關(guān)性，而在新能源出力快速爬坡與下降的上午7時(shí)至8時(shí)、下午16時(shí)至18時(shí)，日前市場(chǎng)收益達(dá)到高峰，該時(shí)段燃?xì)鈾C(jī)組、抽蓄機(jī)組頂峰出力，以爭(zhēng)取更大的現(xiàn)貨市場(chǎng)收益。而在21日至22日大部分時(shí)段以及20日中午光伏出力高峰階段，火電機(jī)組僅基于供熱需求和啟停限制，保持較低限度出力。此外，調(diào)頻市場(chǎng)中能量結(jié)算價(jià)格可以達(dá)到現(xiàn)貨市場(chǎng)的28倍左右，尤其在每日上午光伏爬坡時(shí)期對(duì)反向調(diào)節(jié)能力，以及在晚間22點(diǎn)后電網(wǎng)整體負(fù)荷快速下降時(shí)期，對(duì)正向調(diào)節(jié)能力的需求，為具備快速調(diào)節(jié)能力的機(jī)組提供更多的收益機(jī)會(huì)。
圖3 德國(guó)電網(wǎng)2025年3月18日至22日運(yùn)行情況實(shí)例
圖4 德國(guó)電力市場(chǎng)2025年3月18日至22日運(yùn)行情況實(shí)例
四、思考和政策啟示
整體而言，德國(guó)在推進(jìn)火電靈活性建設(shè)過程中，依托的是高度互聯(lián)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、較為成熟的電力市場(chǎng)體系以及相對(duì)完善的調(diào)節(jié)資源配置條件。而我國(guó)電力系統(tǒng)在資源稟賦、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、負(fù)荷形態(tài)和市場(chǎng)發(fā)展階段等方面呈現(xiàn)出顯著的區(qū)域差異。因此，德國(guó)經(jīng)驗(yàn)更有助于揭示火電靈活性建設(shè)的一般規(guī)律和關(guān)鍵影響因素，而不宜作為具體路徑或指標(biāo)的直接參照。
從系統(tǒng)層面看，德國(guó)經(jīng)驗(yàn)表明，火電靈活性建設(shè)是關(guān)于功能定位的系統(tǒng)性問題。德國(guó)并未以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)要求所有火電機(jī)組達(dá)到相同的調(diào)節(jié)水平，而是根據(jù)運(yùn)行需要，使火電在不同時(shí)間尺度和運(yùn)行場(chǎng)景下承擔(dān)差異化調(diào)節(jié)功能。這一做法提示，在國(guó)內(nèi)推進(jìn)火電靈活化改造過程中，有必要避免以個(gè)別技術(shù)指標(biāo)作為普遍約束條件，而應(yīng)結(jié)合區(qū)域新能源滲透水平、負(fù)荷波動(dòng)特征和調(diào)節(jié)資源配置狀況，綜合判斷火電在系統(tǒng)中的實(shí)際調(diào)節(jié)需求和合理承擔(dān)邊界。
從資源協(xié)同角度看，德國(guó)火電靈活性能力的有效發(fā)揮，與多元調(diào)節(jié)資源的協(xié)同配置密切相關(guān)。德國(guó)火電深調(diào)和快速響應(yīng)能力并非孤立存在，而是抽水蓄能、儲(chǔ)能、蓄熱裝置及區(qū)域互聯(lián)等多種資源共同作用的結(jié)果。在多類資源共同參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的條件下，火電機(jī)組得以在相對(duì)可控的運(yùn)行強(qiáng)度下發(fā)揮靈活性作用。對(duì)我國(guó)而言，在新能源快速增長(zhǎng)而調(diào)節(jié)資源配置相對(duì)不足的地區(qū)，如過度依賴火電承擔(dān)主要調(diào)節(jié)任務(wù)，可能增加運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)并抬升系統(tǒng)成本。因此，火電靈活性改造更需要放在整體調(diào)節(jié)體系中加以考量，而非單獨(dú)強(qiáng)調(diào)其技術(shù)潛力。
從機(jī)制條件看，德國(guó)經(jīng)驗(yàn)表明，火電靈活性在系統(tǒng)運(yùn)行中能夠持續(xù)發(fā)揮作用，與電力市場(chǎng)運(yùn)行方式存在較為明顯的相關(guān)性。在德國(guó)電力系統(tǒng)中，現(xiàn)貨市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)通過價(jià)格形成機(jī)制和結(jié)算安排，使不同時(shí)段、不同類型的調(diào)節(jié)行為在收益上呈現(xiàn)出差異，從而對(duì)機(jī)組運(yùn)行方式產(chǎn)生引導(dǎo)作用。這種機(jī)制并不直接決定技術(shù)改造是否發(fā)生，但在一定程度上為靈活性能力的運(yùn)行和價(jià)值體現(xiàn)提供了相對(duì)明確的制度環(huán)境。結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，電力市場(chǎng)建設(shè)仍處于持續(xù)推進(jìn)過程中，各地區(qū)在市場(chǎng)形態(tài)、規(guī)則完整性和價(jià)格信號(hào)強(qiáng)度等方面存在差異。因此，靈活性價(jià)值的體現(xiàn)方式需要與電力市場(chǎng)發(fā)展階段相適應(yīng)，在制度設(shè)計(jì)上應(yīng)更加注重漸進(jìn)性和協(xié)調(diào)性，避免因機(jī)制安排與系統(tǒng)條件不匹配而削弱政策效果。
