近日，笔者在研究德国能源转型议题时，看到几张德国电力相关的图。这些图从年度、季度和周等不同时间尺度，给出了可再生能源发电与常规发电的关系，特此分享。
图 01 1990-2020 德国电力消费中可再生能源占比（%）
由图1可见，自2000年以来，德国可再生能源发电量占比保持强劲增长势头，从10%左右大幅攀升到46%，体现出对常规发电（煤电、核电、气电等）的显著替代作用。
图 02 1990-2020德国分类型发电量构成
图2清楚表明可再生能源发电从2000年以来，在经历了近十年与天然气发电的“结伴而行”之后，突然开始“一枝独秀”，并进入快速发展通道。2010-2020年间，气电在经历了5年下行期后逐渐触底反弹进入平稳发展阶段；煤电（包括褐煤、硬煤发电）在经历短暂增长后进入快速下行通道；核电也随着德国决定“弃核”进入无法逆转的下行通道。有鉴于此，最近十年，可再生能源对常规发电起到了显著的替代作用。
图 03 2020/2021第一季度德国常规与可再生能源发电量占（%）
图3给出了2021和2020年1季度上网发电量的比较。从季度这个时间尺度看，这两年的情况差异很大：2021年一季度比2020年同期低了10个百分点。在基础设施、市场机制、发电设备等没有发生重大变化情况下，造成如此大幅变化的主要原因很可能与气候和天气原因有关。2021年1季度风电发电量占比骤降11个百分点。通过检索、查阅相关信息，今年一季度，特别是二、三月德国少风。在这个以季节为尺度的时间内，常规发电与可再生能源发电呈现出不是后者对前者的替代，而是两者的互补关系。这岂非德国版的多能互补吗？
图 04 2012/2020年某一周的电力需求情况
图4给出了2012年和2020年5月某周的电力需求情况。在右侧2020年的小图中，电力供需完全是随着风光发电的情况，进行平衡。常规发电在以小时计的更短的时间尺度下，需要提供与风光发电相互补的灵活性（也就是常规发电的“随风起舞、随光而动”的能力）。
如果时间尺度进一步缩小到分钟、到秒，那又会怎样？这就是电力系统需要确保实时平衡，即瞬时平衡。由于交流电力系统通常具有较大的转动惯量，所以“瞬时”也就可以理解为一个很短时间段内的发电出力与用电负荷之间的平衡。这也就是，电力专业人员常说的“电力平衡”的概念。因此，在分析和讨论电力系统供需问题时，除了要有长时间尺度的电量平衡意识外，还要有短时间尺度下的电力“瞬时”平衡的意识。从长时间尺度下，可再生能源与常规发电呈现替代关系；在短时间尺度下，可再生能源与常规发电呈现互补关系。
