Contributions of renewables to ancillary services and system stability – Review of experiences made in Germany

Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)2025-12-2263 页

报告概述

本报告由德国能源署(dena)发布，旨在回顾德国在可再生能源参与辅助服务和系统稳定性方面的经验。报告首先定义了辅助服务的四大类别：运行管理、频率控制、电压控制和供电恢复，并阐述了系统稳定性的重要性。随后，报告梳理了德国辅助服务的历史背景、参与者格局和监管环境，详细介绍了并网技术要求、市场采购选项及成本发展趋势。报告还展望了未来技术发展，包括惯性、快速频率响应、灵活性和电压控制等热点议题，并纳入了对电网运营商、电站运营商及工业用户的访谈结果，揭示了不同利益相关方的观点和挑战。通过总结德国经验，报告为中德能源转型合作提供了实践参考。

报告的核心结论

可再生能源电站需承担辅助服务提供者的角色

随着传统火电机组逐步退役，可再生能源电站必须替代其提供频率控制、电压控制等关键辅助服务。报告指出，德国多数可再生能源电站已具备技术能力，但需通过并网准则、市场机制或电网运营商自身资源等方式实现有效调用。

辅助服务的采购方式需因服务而异

报告认为，对于不同的辅助服务产品，最有效的采购方式可能是强制并网准则、市场招标或电网运营商自主提供，需根据参与者结构和市场设计进行个案评估。德国已对部分非频率辅助服务豁免市场采购，而黑启动能力等则纳入市场机制。

电网惯性下降需通过新技术补偿

随着同步发电机退出，电网惯性降低，可能导致频率稳定性问题。报告提出，旋转相位器、构网型逆变器等新技术可提供人工惯性，但构网型逆变器尚未在互联电网中大规模应用，技术经济性仍需论证。

储能系统与可再生能源结合是关键发展方向

报告通过访谈发现，电池储能系统已参与一次调频市场，且未来有望提供二次调节和黑启动等服务。混合电站（风电+储能）被多个受访者视为提升系统灵活性和可靠性的重要手段，但当前监管框架对储能技术的归类仍存在障碍。

监管框架需前瞻性调整以适配技术发展

报告以德国50.2 Hz问题为例，说明并网准则未及时预见光伏的快速增长导致大规模改造。指出监管机构需提前预判系统变化，及时修改并网要求，避免事后高成本补救。同时，利益相关方呼吁更清晰的认证流程和经济激励机制。

报告回答的关键问题

德国如何确保高比例可再生能源下的电网稳定？

德国通过要求可再生能源电站提供频率控制、电压控制等辅助服务来维持电网稳定。并网准则（如RfG）规定新电站必须具备故障穿越、无功功率调节等功能；同时，通过平衡市场和红调度机制调度灵活性资源。报告指出，德国电网平均中断时间仅12.2分钟（2019年），表明高比例可再生能源并未显著影响供电可靠性。

可再生能源可以参与哪些辅助服务产品？

报告指出，可再生能源电站目前可提供电压控制、有功功率调节（如降额和弃风）、一次频率控制以及无功功率补偿等。未来有望扩展至二次调节、黑启动、短路电流贡献和惯性支撑。但部分服务（如黑启动）仍处于研究或试点阶段，依赖构网型逆变器等新技术。

德国辅助服务成本的变化趋势如何？

根据德国联邦网络局数据，德国辅助服务净成本从2014年的12.11亿欧元上升至2020年的约20.18亿欧元，四年间增长约67%。主要成本包括弃风补偿（7.61亿欧元）、网络备用电源（2.83亿欧元）和红调度（2.21亿欧元）。报告认为，近期立法改革（如Redispatch 2.0）有望抑制成本增长。