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德国煤炭电厂正在发挥替代作用

自俄乌冲突发生以来,欧洲遭遇能源危机,而严重依赖俄罗斯能源供应的德国更是受到强烈冲击。目前,欧洲多国政府采取紧急行动补充天然气储备,为未来几个月的隆冬做准备。在德国煤炭电厂装机量稳定的情况下,德国只有通过提高煤电装置发电小时数以弥补天然气发电损失量。


A    德国电力系统的改革初见成效

德国电力系统的供给侧改革以《2050德国气候环境行动法案》的基本原则来展开,其中,最主要的特点就是可再生能源从装机量和发电量来看已经明显超过化石能源。

从装机量来看,2020年德国发电装机量达到233.8吉瓦,较2014年的196.40吉瓦增加37.40吉瓦,年均增长2.52%。其中,2020年可再生能源装机量130.60吉瓦,较2014年的90.3吉瓦增加40.3吉瓦,年均增长5.41%,可再生能源装机量占发电装机总量的比例也从2014年的46%提升至2020年的56%。与此同时,核能发电和煤炭发电装机量显著下降。核能发电装机量从2014年的12.1吉瓦下降至2020年的8.1吉瓦,同时自日本福岛核电站事故后,德国政府计划在2022年淘汰全部核能发电厂,但目前来看仍然没有结束对核能发电的依赖。煤炭电厂发电装机量占总发电量的比例从2014年的24.08%下降至2020年的19%;煤炭发电装机量从2014年的47.30吉瓦下降至2020年的44.4吉瓦。2020年,无烟煤发电装机量较2019年增加1.1吉瓦,这主要是因为德国Datteln 4发电机组上线运行,其装机量达到1052兆瓦。

 

图为德国电力装机量(单位:吉瓦)

从发电量来看,2021年德国总发电量582.90亿千瓦时,与2014年的583.3亿千瓦时基本持平,2016年和2017年发电量最高值达到601.3亿千瓦时和601.30亿千瓦时。2021年可再生能源发电量233.60亿千瓦时,较2014年的154.8亿千瓦时增加78.80亿千瓦时,年均增长20.85%,可再生能源发电量占总发电量的比例也从2014年的26.53%提升至2021年的39.70%。煤炭发电装机量显著下降,从2014年的256.1亿千瓦时下降至2021年的165亿千瓦时,煤炭电厂发电量占总发电量的比例从2014年的43.91%下降至2020年的28.10%。

2021年年底欧洲可再生能源发电量不足叠加2022年俄乌冲突引发的能源供需博弈,加剧了欧洲天然气供给短缺,德国天然气发电也陷入尴尬处境。

2014年到2020年,德国天然气发电装机量仅仅从29吉瓦增长至31.70吉瓦,但发电量已经从50亿千瓦时增长至81亿千瓦时。装机量和发电量数据变化的迥异反映出德国在这7年间对天然气能源的依赖程度大幅提高,天然气发电量占总量发电的比例也从2014年的8.51%提高到2021年的15.20%。

在2018年计划淘汰全部煤炭发电机组前,德国已经开始根据法律文件关闭相对应的发电机组。2015年到2020年,德国关闭的发电电厂主要由根据《德国能源法案》、《德国核能退出法案》以及安全备用状态煤炭电厂组成,5年共计关闭21749兆瓦。在此期间,德国根据《德国可再生能源法案》大力发展可再生能源,德国能源部门结构性优化效果显著。

B    德国煤炭发电厂走上谢幕之路

煤炭退出委员会的成立

2018年6月6日,德国民主联盟党和社会民主党就德国淘汰全部煤炭发电厂达成初步协议;德国联邦议会批准成立煤炭退出委员会,即产业成长、结构变革与就业委员会。德国煤炭电厂的关闭是德国和欧盟实现“碳中和”目标的重要组成部分。

煤炭退出委员会以德国《2050年气候行动计划》为纲要,其主要任务包括以下几点:为德国制定短期、中期和长期的煤电退出的日期、目标和程序;在德国电厂淘汰过程中促进对应区域内经济可持续增长、解决煤电产业工人就业问题;降低能源部门碳排放总量以实现德国2020年碳排放目标(温室气体排放量较1990年的水平下降40%);实现2030年能源部门减排目标的措施(温室气体排放量较1990年水平下降61%至62%)。

正式立法和实施阶段

在煤炭退出委员会经过2年时间的调查和计划后,2020年8月14日,德国联邦议会通过两项法案,即《德国燃煤电厂淘汰法案》和《矿区结构调整法案》,由此宣告德国煤炭电厂退出程序正式启动。

根据《德国煤炭电厂退出法案》和德国联邦环境、自然保护及核能安全部披露的详细内容,德国煤炭电厂退出路径如下:

一是2020年12月,首批4千兆瓦无烟煤发电机组已经关闭。

二是截至2022年,德国计划将关闭40千兆瓦的煤炭总电力中的10千兆瓦的煤炭发电装置(共计7座电厂),剩余的30千兆瓦煤炭电力装置中无烟煤机组和褐煤机组各占15千兆瓦。此举将为每年的温室气体减排量带来200万到250万吨的贡献量。

三是截至2030年,德国计划关闭13千兆瓦的煤炭发电装置(共计10座电厂),保存8千兆瓦无烟煤电力机组和9千兆瓦褐煤电力机组。此项煤炭电厂退出计划将使得德国能源部门能够在2030年实现温室气体减排目标。

四是2038年,德国煤炭电厂将全部关闭。剩余11座无烟煤电厂计划于2034年全部关闭。根据要求,煤炭电厂退出委员会将分别在2026年、2029年和2032年三次评估是否能够将2030年之后计划关闭的电厂提前3年(2035年)关闭。

五是德国Uniper企业投资建造的Datteln IV发电厂将持有该煤炭发电厂正式运行的有效许可证。煤炭退出委员会暂未与Uniper企业就是否运行和关闭日期的问题达成一致。

针对上述关闭煤炭发电厂,德国联邦政府计划对2030年前关闭的褐煤发电厂补贴435亿欧元;以公开拍卖配额的形式对自愿减少或关闭煤炭发电机进行补贴。截至2022年9月底,德国已经完成4轮拍卖。前四轮拍卖配额量分别为4787.67兆瓦、1514兆瓦、2480.82兆瓦和433.01兆瓦。拍卖价格从5000欧元/兆瓦到16500欧元/兆瓦不等。根据要求,中标的电厂自中标日起拥有6个月的缓冲期,缓冲期结束后对应电厂将停止运营。

从2015年开始,德国部分煤炭发电厂转为安全备用状态并保持4年时间。在此期间,除在可再生能源不能供应充足电力外,相关机组不允许运行发电,而在结束安全备用状态后的电厂则必须永久关闭。2021年10月,德国弗里姆默斯多夫的F号和Q号发电机组完成安全备用状态已经关闭,共计562兆瓦。2018年进入安全备用状态的5台的褐煤发电机组已经转为安全备用状态,共计1816兆瓦,且按计划将分别于2022年10月1日和2023年10月1日关闭。

 

图为德国煤炭发电量计划路径

整体来看,德国联邦政府计划从2021年到2024年关闭12487兆瓦的总发电机组。然而,从计算的预估数额上看上述总量为16120兆瓦。其中,包括《德国燃煤电厂淘汰法案》规定到期关闭的电厂和4轮在公开拍卖中中标的自愿关停电厂,共涉及6182兆瓦,结束安全备用转态的煤电机组共1816兆瓦。

C    德国煤发电正在发挥替代效用

德国天然气供应短缺虽无近忧仍有远虑

在德国逐渐关闭煤炭发电机组的同时,能源安全的保障正在经受严重考验。在俄乌冲突升级之际,德国进口来自俄罗斯天然气的不利局面仍然没有改善(2020年俄罗斯天然气进口量占德国总进口量的37.10%)。德国官方数据显示,来自“北溪一号”和马尔诺站点的天然气进口量仍然为零。

不过,德国天然气供应严重短缺的局面得到明显改善。截至10月21日,德国天然气储存量已经接近库存的96.52%,同时德国天然气现货价格从350欧元/兆瓦时明显回落至60欧元/兆瓦时。上述情况主要得益于以下几个因素:

首先,德国加大从挪威、荷兰和比利时的进口力度。尽管德国天然气进口量从2022年4月的6000兆瓦时/日下降至9月初的2300兆瓦时/日,但是此后开始稳步回升。截至10月21日,德国天然气进口量维持在3200GWh/日的水平,目前进口量只占到“北溪一号”停止运行前的一半左右。

其次,德国大幅降低天然气出口量。德国天然气出口量从2022年5月的2500兆瓦时/日下降至9月初的500兆瓦时/日。

最后,德国大幅减少天然气消费量,自2022年5月以来,德国天然气消费量同比下降幅度保持在11%到22%,预计德国全年天然气消费量同比下降15%—20%。因为德国2022年10月平均气温较2019到2021年同期平均气温高1摄氏度,德国天然气消费量已经明显低于过去4年的平均水平。

德国仍然面临冬季能源供应稳定保障的严重挑战。根据德国政府披露的文件内容,目前德国暂未进入居民部门用气高峰,气温将随着时间的变化而逐渐降低,尽管德国天然气的储存量已经到达“供应安全”的保障库存,欧洲多处天然气供应设施检修已经结束,德国仍将天然气库存量维持在较高水平,天然气供应形势依然非常紧张并且仍然有进一步恶化的趋势。

德国煤炭发电机组提高发电小时数以保障电力供应

根据德国电力供需平衡表的数据,2020年,德国国内电力总消费量456亿千瓦时,其中,工商业非居民用电量达到318.5亿千瓦时,居民部门用电量125.70亿千瓦时,居民部门电力消费占总消费量的27.57%。目前,欧洲已经进入取暖季,根据德国大约1000家供暖供应商的数据,2020年德国通过179万个供暖点提供超过11.2千瓦时的供暖,这相当于每个供暖点的平均供电量为6256千瓦时,较2019年的6336千瓦时下降80千瓦时。

2022年8月29日,德国政府宣布重启Uniper企业所属的Heyden 4号煤炭发电机组,其发电装机量为875兆瓦,德国政府允许其运行至2023年4月1日。然而,根据上文分析的德国电力供应情况,大家认为德国已经不具备大规模重启煤炭发电厂的能力,但淘汰煤电和核电的步伐将会相应减缓。目前,德国处于安全备用状态和可运行的煤炭电厂装机量较小。

在德国煤炭电厂装机量稳定的情况下,德国只有通过提高煤电装置发电小时数以弥补天然气发电损失量。2020年,德国煤炭装机量和发电量分别为44.4吉瓦和123.6太瓦时,折算发电设备平均利用小时数为2783.78小时,同年我国火电设备平均利用小时数为4216小时,所以大家认为德国煤炭发电机组是在考虑碳排放和经济性的情况下非满负荷运行。2022年,德国面临严峻的电力保供危机,煤炭替代效用明显。1—9月无烟煤累计发电量189.5太瓦时,较2021年的137.16太瓦时和2020年的104.29太瓦时分别增长38.16%和81.70%。尽管德国可以通过提高煤炭发电小时数来弥补天然气损失量,但能源价格和电力价格将在四季度的寒潮中面临再度推高的风险,德国通货膨胀居高不下和经济进入衰退阶段都将演变为现实。

D    德国碳排放组成结构较为均衡

从碳排放的结构上来看,以电力和供暖为代表的能源使用部门是德国碳排放的主要来源,但德国碳排放的组成结构较为均衡。根据欧洲环境署(EEA)的数据,2020年,能源部门以2.19亿吨的碳排放量占到德国温室气体排放量的第一名,能源部门碳排放量占总碳排放量的30%,显著低于42%的全球平均水平和33%的欧盟平均水平。

尽管目前德国能源供应面临紧缺状态,但实现“碳中和”的目标和过程仍在继续。

从电力生产的原料来看,2020年德国褐煤发电部门碳排放量934万吨,较2019年降低236万吨,同比下降20.17%;无烟煤发电部门碳排放量331万吨,较2019年降低148万吨,同比下降30.90%;天然气发电部门碳排放量298万吨,较2019年增加35万吨,同比增加13.31%。碳排放的变化趋势符合煤炭电力逐渐淘汰和天然气发电逐步增加的整体趋势。

来源:《期货日报》

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