Do wind and solar curtail at negative electricity prices? Incentives and evidence across two decades of German renewable support schemes
本文通过分析德国二十年来的可再生能源支持计划，揭示了当前的激励机制往往未能促使风能和太阳能发电设施在负电价期间削减产量，从而推高了补贴成本并增加了电网稳定性方面的复杂性，这使得必须进行政策改革以确保可再生能源能够响应市场信号。
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在现代电力世界中，电网是一个微妙的平衡木。发电厂必须在每一秒钟都产生与人们使用量完全相等的能量。当电力过多时，系统会变得不稳定；当电力不足时，灯火就会熄灭。几十年来，解决电力过剩的方法很简单：调低那些燃烧煤炭或天然气的庞大机器的功率。但随着德国等国家建造了数以千计的风力涡轮机和太阳能电池板，一个新问题出现了。在风力强劲或阳光明媚的日子里，这些可再生能源产生的电力可能会超过任何人的需求。由于风能和太阳能没有燃料成本，它们通常是首先被调用的能源，但如果市场规则要求它们继续运行，它们并不总能轻易地关闭。这导致了一种情况：电价可能降得如此之低，甚至变为负数，这意味着生产者实际上必须付钱来处理掉他们的电力。工程师和经济学家面临的问题是，这些可再生能源发电机在价格转为负值时，是会简单地停止生产，还是会继续向电网倾泻无人需要的电力。
由利昂·希尔特（Lion Hirth）领导的一位研究人员着手通过研究德国过去二十年的能源历史来回答这个问题。他们想要了解两件具体的事情：首先，现行的财务规则和补贴是否真的给了风能和太阳能发电场在价格跌至零以下时停止生产的理由；其次，在拥有这种理由的情况下，这些发电场是否真的停止了生产。为此，研究人员不仅观察了实际发生的情况，还建立了一张详细的、逐小时的地图，展示了基于管理德国每一台风力涡轮机和每一块太阳能电池板的复杂法律，原本“应该”发生什么。然后，他们将这张理论地图与一个基于天气数据和电网记录得出的关于实际浪费了多少电力的全新且高度准确的估算值进行了对比。
研究揭示了一个两种技术行为截然相反的故事。对于风力发电，财务规则随着时间的推移发生了变化，使得风电场对市场价格更加敏感。到2025年，当电价跌至深度负值，特别是低于每兆瓦时负50欧元时，德国几乎所有的风电场都有了停止发电的财务动力。数学逻辑很清晰：停止发电比继续发电并支付罚款更具盈利性。然而，当研究人员查看实际数据时，他们发现只有大约一半的风电场确实关闭了。另一半则继续旋转，无视价格信号，继续生产电网并不需要的电力。
太阳能讲述了一个不同、或许更为固执的故事。由于德国很大一部分太阳能电池板是小型屋顶系统，它们以固定的、保证的价格将电力卖回电网，因此它们完全不受批发市场剧烈波动的影响。对于这些系统来说，电价跌至负数是无关紧要的；无论价格如何，它们获得的报酬都是一样的。研究人员发现，近三分之二的太阳能发电潜力完全没有动力停止生产，即使在价格处于深度负值时也是如此。对于剩余的那些暴露在市场价格下的太阳能发电场，也只有极小部分减少了输出。总而言之，当价格处于深度负值时，只有大约9%的潜在太阳能电力实际上被关闭了，而绝大部分仍在源源不断地流入电网。
这种市场信号与发电机实际行为之间的错位产生了严重的后果。当风能和太阳能发电场在负价格时期继续生产时，它们迫使电网吸收其无法使用的过剩能量。这使得维持灯火通明的物理任务对电网运营商来说变得更加困难且危险。此外，由于许多这些发电机仍在根据每生产一度电而领取补贴，公众最终是在为那些本质上被浪费掉的电力买单。研究人员计算出，这种缺乏响应的行为在过去几年中给公众和整个系统造成了数十亿欧元的损失。研究结论指出，随着各国继续建设更多的风能和太阳能产能，现有的支持体系正逐渐成为一种负担。为了让电力电网在由可再生能源主导的未来保持安全和高效，发电机必须被设计成能够响应价格信号，并在系统发出指令时愿意停止生产。
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