新建煤電對電力系統(tǒng)靈活性和未來可再生能源發(fā)展意味著什么。兩位專家分別從電力系統(tǒng)調度運行和可再生能源發(fā)展形勢的角度建言如何提升電力系統(tǒng)靈活性。中國的電力系統(tǒng)需要什么樣的市場機制和政策來合理調動靈活性資源的自主最優(yōu)化配置。

在第75屆聯(lián)合國大會上，中國承諾力爭2030年前碳排放達峰，爭取在2060年前實現(xiàn)碳中和。中國提升氣候行動的決心將使能源結構加速向清潔低碳方向發(fā)展，這也意味著可再生能源占比進一步提升。為實現(xiàn)電力系統(tǒng)低碳轉型，國家發(fā)改委能源研究所預計2030年和2050年，我國可再生能源發(fā)電量占比將分別達到50%和85%以上，風光發(fā)電量占比將分別達到30%和60%以上。

近幾年，中國可再生能源發(fā)展迅速。據(jù)《BP世界能源年鑒2020》數(shù)據(jù)，2010-2019年，中國風電和光伏發(fā)電裝機容量年均增長34%，發(fā)電量年均增長32%。在未來情景下，實現(xiàn)高比例可再生能源發(fā)電的目標仍面臨挑戰(zhàn)——以煤電為主導的電力系統(tǒng)缺乏保持電力供需動態(tài)平衡的足夠的應變和響應能力，即靈活性。當前中國棄風、棄光和用電用熱矛盾問題突出，難以適應未來可再生能源高比例發(fā)展。

綠色和平長期關注中國國內能源低碳轉型發(fā)展形勢，通過深入研究發(fā)展現(xiàn)狀以及潛在問題，助力低碳發(fā)展工作的推進。近日，綠色和平氣候與能源項目主任邱程騁對話了國網(wǎng)能源研究院副院長蔣莉萍和中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會秘書長秦海巖，兩位專家分別從電力系統(tǒng)調度運行和可再生能源發(fā)展形勢的角度建言如何提升電力系統(tǒng)靈活性。

(以下：邱=邱程騁、蔣=蔣莉萍、秦=秦海巖）

邱：中國電力系統(tǒng)靈活性不足主要表現(xiàn)在哪些方面？制約靈活性提升的主要原因有哪些？

秦：我國電力系統(tǒng)的靈活性還遠沒有釋放出來。因此，現(xiàn)在語境下所說的消納空間不足也是沒有具體含義的。與國外相比，我們風電光伏電力占比還不到10%，區(qū)域電網(wǎng)最高占比也只有20%左右，現(xiàn)在的棄風棄光問題，皆因靈活性過于僵化。

蔣：我國電力系統(tǒng)靈活性不足最突出的表現(xiàn)是，局部地區(qū)在某些電力低谷時段的供給側壓負荷能力不足，比如在西北部地區(qū)冬季取暖期的電力日負荷低谷時段，多在半夜。另外還有爬坡速率問題，尤其是在應對太陽能光伏因云層問題瞬時出力發(fā)生快速變化的情況下。前者主要與系統(tǒng)的發(fā)電結構有關，后者主要與發(fā)電機組的技術性能有關。制約靈活性提升的主要原因有現(xiàn)有的技術問題，但最主要的還是行業(yè)運行管理制度制約了系統(tǒng)中的靈活性資源潛力。

秦：缺乏經(jīng)濟性調度原則是制約可再生能源高比例增長的最大瓶頸。我們必須看到的是，靈活性問題是技術問題，更是體制問題。所以，僅從技術層面是解決不了靈活性資源的改造和提升問題的。沒有好的市場機制，一方面是靈活性資源缺乏動力，另一方面是可再生能源要充當靈活性成本的“替罪羊”，都不利于發(fā)展。靈活性資源是全系統(tǒng)的資源，為全系統(tǒng)服務，也必須由全系統(tǒng)內所有利益方共同承擔成本。

邱：靈活性不足的問題是否存在區(qū)域間差異？您能介紹一下地方在提升靈活性的路徑上應該注意什么嗎？

蔣：在不同地區(qū)，提升靈活性確實有區(qū)別，成效也完全不同。以提升火電機組靈活性為例，中東部地區(qū)的火電機組主要是常規(guī)發(fā)電機組，此類機組靈活性提升的重點是通過技術改造使其在更低的出力工況下還能夠穩(wěn)定高效運行。

而在東北地區(qū)，熱電聯(lián)產(chǎn)機組占火電機組的百分之八十左右。熱電聯(lián)產(chǎn)機組的運行方式是“以熱定電”，即以供熱負荷的大小來確定發(fā)電量。東北地區(qū)風能資源最豐富的時候通常都是用電最少的冬季的半夜，所以為保障熱力供應，熱電聯(lián)產(chǎn)機組的壓出力能力非常有限，甚至體現(xiàn)出一定的“剛性”。解決這個問題在于實現(xiàn)機組運行環(huán)節(jié)的熱電解耦和供熱供電系統(tǒng)的融合，就是指熱電機組在發(fā)電和運行技術上要把供熱和供電分開，但供熱系統(tǒng)和供電系統(tǒng)要融合起來。前者主要是技術層面，后者主要是管理層面。涉及到供熱系統(tǒng)和供電系統(tǒng)之間的行業(yè)壁壘，在管理和利益格局上就需要市場機制發(fā)揮作用。

因此，在地方的靈活性提升路徑上，要避免“一刀切”，與強制性改造要求相比，更好的方式是形成市場機制，鼓勵自主參與，優(yōu)者獲益。比如可以通過調度管理規(guī)范風電及太陽能發(fā)電站，對其提供的上網(wǎng)出力曲線的準確性和其它涉網(wǎng)性能進行考核，但是不必強制要求其配備定量的特定技術手段來達成該目標。這是對政策制定者的考驗。

邱：中國的電力靈活性資源潛力以及對應靈活性不足的解決方案有哪些？新建煤電對電力系統(tǒng)靈活性和未來可再生能源發(fā)展意味著什么？

秦：目前，火電仍是最大的靈活性資源。舉例來說，加拿大安大略省的燃煤電廠在設備更新后，能夠達到額定容量約10%至20%的最低穩(wěn)定運行水平。在丹麥，除了降低最低負荷約束，靈活性還來自熱電廠。電價較低時，熱電廠可以轉而消耗電力，然后通過儲熱提供電力。法國會根據(jù)爬坡能力進行初次和二次調節(jié)。提升傳統(tǒng)電廠運行靈活性能提升電力系統(tǒng)靈活性。這些手段也有成本，但不是可再生能源來承擔，而是通過電力市場和輔助服務市場公平合理的規(guī)則來解決。

煤電擴張不僅擠占可再生能源發(fā)展空間，使電力系統(tǒng)更為僵化，對煤電自身而言也是沉沒資產(chǎn)，隨著競爭力逐漸喪失，成為不良資產(chǎn)，是社會資源的巨大浪費。從發(fā)展方向來看，大量上馬煤電有悖于國家低碳發(fā)展路徑。在電力市場逐漸成熟后，可再生能源價格將更具競爭力，煤電自身的競爭力會日漸喪失。

蔣：近期提升靈活性的技術或來源主體應該是依靠挖掘現(xiàn)有設備的靈活性能力，而在國內最直接的就是煤電的靈活性改造，因為煤電存量是現(xiàn)成的資源。從項目投資建設的經(jīng)濟性角度來看，我認為目前以提供靈活性或輔助服務的定位去建新的燃煤電站，肯定是很難算過賬來的。即使在未來有輔助服務市場的情況下，電力市場中最主要的還是電量市場，輔助服務市場的需求相對較小，初步估計未來較長一段時期內，存量設施的潛力挖掘也將比新建項目更有競爭力。更何況現(xiàn)在市場還沒有完全建立起來，如果通過新建電廠來提供輔助服務，前景存疑。

另一個可從近期開始挖掘的靈活性資源是用戶側需求響應，這個領域的潛力很大，但最大的問題在于需要改變消費者習慣，并且需要建立一個合理的市場體系使消費者由利益驅動，從而有積極性參與進來。原來的情況是通過調度電源去滿足用戶的各種需求，不論需求側方面如何改變，把控僅在電力供給側。而在添加需求響應后，供需兩側可能就更像是在一個蹺蹺板上，在未來兩邊都會有較大的隨意性。那么在這個系統(tǒng)的平衡管理、調度運行上，包括管理規(guī)范、技術手段、調度人員的管理方式、用電安排、計劃組合等，肯定要有新的理念進來，并設計出真正有商業(yè)模式的行業(yè)市場體系。而技術都是指向需求的，要使相應技術潛力發(fā)揮作用，要看政策要求和市場機制能不能盡快到位。

并且，可再生能源中，除風光發(fā)電之外，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定來說，其他發(fā)電技術也有價值，比如生物質發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電。光熱受地域及資源限制，我國只有幾個地方具備條件做光熱電站，但從電力系統(tǒng)的角度來講，這些地方的資源具有戰(zhàn)略性，且在達到一定規(guī)模后，其成本也會下降更明顯，因此需要多方策劃光熱發(fā)展。

邱：如何協(xié)調發(fā)展我國的各種靈活性資源？是否存在發(fā)展的優(yōu)先順序？

蔣：無論市場機制或是政策措施，都必須持“技術中立”態(tài)度，即政策或市場鼓勵的是性能或質量，只要誰能做到并采用什么樣的技術達到要求，就可以各顯神通。當然技術本身的應用也必須要受環(huán)保要求、質量安全要求的約束，國家在這些方面的管理應該環(huán)環(huán)相扣。在看目目前，有些地方提出要配備多少資源要求時，需要看到那個政策背后的本質。地方政府的出發(fā)點是為某各產(chǎn)業(yè)開拓市場，那這就不應該由技術措施配備和電力發(fā)展本身來承擔成本。

秦：對于實現(xiàn)滿足靈活性需求的技術目標的可選方案，必須進行經(jīng)濟性評估，以便確定低成本解決方案。如果發(fā)現(xiàn)了新的靈活性來源，但沒有獲得這些來源的體制和市場機制手段，也沒有意義。在用戶側電力靈活性方面，歐美國家更多利用電力交易市場和輔助服務市場的價格信號進行系統(tǒng)調節(jié)，并形成了“虛擬電廠”的特殊商業(yè)模式。虛擬電廠實際上是一種聚合商的概念，多種大量資產(chǎn)的聚合才能實現(xiàn)規(guī)模效應，用組合內的互補來實現(xiàn)組合對外電力靈活性。歐洲的虛擬電廠主要針對實現(xiàn)分布式電源可靠并網(wǎng)和電力市場運營的目標考慮而來，以聚合產(chǎn)能設備為主；而美國的虛擬電廠主要基于需求響應計劃發(fā)展而來，兼顧考慮可再生能源的利用，以聚合可調負荷為主。中國目前也有虛擬電廠的試點與示范項目，但基本處于探索階段?？梢詤⒖細W美經(jīng)驗，用電力市場的價格信號與虛擬電廠的商業(yè)模式調節(jié)用戶側電力靈活性。

邱：中國的電力系統(tǒng)需要什么樣的市場機制和政策來合理調動靈活性資源的自主最優(yōu)化配置？

蔣：輔助服務市場不同于通過能量反映價值的現(xiàn)貨市場，涉及高技術性的頻率控制和電壓控制，并且其價值是體現(xiàn)在極小的時間單位上的，比如，對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行而言，體現(xiàn)靈活性的爬坡速率本身就是值錢的。這些價值可能現(xiàn)貨市場難以衡定，并且也是用戶無法直接感受到的?？傊娏κ袌龅慕ㄔO必須要對應電力的商品特性去進行機制設計，我們需要設計一些專門的輔助服務的產(chǎn)品，它對應的那個功能可能不是所有技術都能提供的。但是當市場上建立了更多的資源、并且各自具備較為精細的功能時，如何通過政策去正確地引導市場建立一個合理的市場機制，不出現(xiàn)超成本的問題，也十分重要。在明確對于特定功能的需求后，政策方面應該給市場主體發(fā)布專業(yè)的指導性信息以及建立合理的規(guī)則。

另外，政策應該在調度運行方面加強對電源側的管理要求。舉例來講，西班牙在對風能、太陽能電站方面是有要求的，不是說發(fā)電后就能保證全額收購，而是要求電源側必須提前一天預測日出力曲線，以便調度運行方面做安排。但是對不同電站的要求可以酌情放寬，比如燃煤電站的可允許誤差范圍在百分之三之內，而風能和太陽能的在百分之七或八之內。我覺得政策或是行業(yè)管理方面的要求也是很需要的。

邱：中國風電企業(yè)宣布要在“十四五”期間實現(xiàn)年均新增風電裝機5000萬千瓦以上的目標，您如何評估這個目標的可行性？在技術、政策和市場層面有哪些矛盾是在“十四五”期間亟需解決的？

秦：很多人，包括一些風電從業(yè)者，對5000萬千瓦目標心存疑慮。但無論從資源儲量還是開發(fā)潛力方面都是可行的。國家氣候中心基于高時空分辨率風能資源數(shù)據(jù)庫進行的研究顯示，剔除技術性、政策性、經(jīng)濟性限制因素后，全國陸地140米高度的風能資源技術開發(fā)總量為51億千瓦；全國25-50米海域內100米高度的風能資源技術開發(fā)量為1.9億千瓦。且隨著技術的進步和成本的降低，可以實現(xiàn)經(jīng)濟性開發(fā)的風能資源量還會不斷增加。因此，我國風能資源技術開發(fā)量并不存在天花板。

在電網(wǎng)接入方面，國外實踐以及大量研究均證明，構建以風、光為主體的電力系統(tǒng)并不存在任何技術瓶頸。國家氣候中心開展研究表明，到2050年，如果風電裝機25億千瓦、光伏裝機26.7億千瓦，按照全國小時級的風光發(fā)電和需求側電力電量互動平衡，不用儲能和需求側響應，僅靠風、光就可以提供全國67%的電力電量需求，同時棄風、棄光比率為7.22%。在產(chǎn)業(yè)基礎方面，經(jīng)過近30年發(fā)展，我國風電技術水平大幅提升，成本快速下降，“三北”地區(qū)的風電度電成本低至0.2元/千瓦時左右，中東南部達到0.3-0.35元/千瓦時，風電已經(jīng)成為技術成熟、成本優(yōu)勢明顯的電力來源。同時，堅強的產(chǎn)業(yè)鏈條逐漸成形，通過模塊化設計、自動化設備應用、工藝優(yōu)化等，生產(chǎn)效率還在持續(xù)提高，比如葉片的生產(chǎn)時間從最初的48個小時，降至目前的24個小時，這些都奠定了進一步釋放產(chǎn)能的基礎。目前，整機與供應鏈企業(yè)是否會做出擴張產(chǎn)能的決策，完全取決于政策層面能否確立更高的開發(fā)目標。

邱：為了實現(xiàn)碳中和，電網(wǎng)可以發(fā)揮哪些作用？省間傳輸是否可以加強電網(wǎng)調度的靈活性？

蔣：電網(wǎng)最核心的價值就是加強網(wǎng)絡互聯(lián)和調度運行靈活性，并接入可再能源，以使其在這個平臺上能夠發(fā)揮作用?？缇W(wǎng)之間的聯(lián)絡加強，尤其是在未來可再生能源比重大的時候，肯定是有好處的。因為可再生能源和用戶之間的分布不是很均衡，并且如果系統(tǒng)覆蓋范圍變大，出力之間有一定的平移作用，有利于整個系統(tǒng)的可靠運行。

丹麥目前可再生能源發(fā)電量占比大約在百分之五十左右，而且從年發(fā)電量和用電量來看，其用電需求基本上是自給自足的，它與周圍國家通過聯(lián)網(wǎng)通道進出口電量十分頻繁。歐洲的各個國家能源結構都很不一樣，而當它們的電網(wǎng)連起來時這種資源優(yōu)化配置是有很好效果的。

另一方面，電網(wǎng)公司還可以降低單位辦公樓的線損、通過植林增加碳匯、以及挑選在低碳方面有態(tài)度的設備供應企業(yè)。這些措施也可以帶動產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)共同降低碳排放。

總結

中國當前以火電為主的電力系統(tǒng)靈活性調節(jié)能力不足，與未來高比例可再生能源的發(fā)展呈現(xiàn)嚴重的不匹配。綠色和平在報告《中國電力系統(tǒng)靈活性的多元提升路徑研究》中建議，應建立公平的靈活性補償機制激勵靈活性資源發(fā)展。從長期看，需要合理控制煤電的裝機規(guī)模，地方政府應正視能源供應的市場合理性，不盲目新增煤電裝機致使發(fā)電企業(yè)及整體電力系統(tǒng)承擔損失高昂的實際效益，與可再生能源發(fā)展產(chǎn)生強烈競爭，導致電力系統(tǒng)更加僵化。中國應在系統(tǒng)規(guī)劃層面協(xié)調優(yōu)化“源-網(wǎng)-荷-儲”各類型靈活性資源，實現(xiàn)可再生能源的高比例發(fā)展和電力系統(tǒng)的清潔低碳轉型，助力早日達成碳達峰和碳中和目標。

注：本文作者系綠色和平氣候與能源項目主任。