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換個視角看“十四五”可再生能源發展與消納
來源:能源研究俱樂部 時間:2020-03-16 字體:[ ]

2020年是“十四五”規劃謀篇布局之年,建言“十四五”逐漸成為近期各種媒體的熱詞,我國“十四五”相關的討論還引發了很多國外智庫參與。平心而論,在各個領域關于“十四五”的討論中,都沒有電力“十四五”中可再生能源和傳統能源的討論激烈。“十四五”可再生能源要大發展是行業的首要共識,但是要不要繼續上煤電、上多少煤電,甚至要不要再用30年讓我國的煤電全部退出運行,成為了“十四五”可再生能源規劃相關討論甚至爭論的主題之一。為什么可再生能源的規劃會與煤電的發展規劃“糾纏”如此之深?考慮到“十四五”也是我國電力市場化的關鍵時期,可再生能源規劃和煤電發展規劃是否要在市場化的背景下予以考慮?可再生能源為什么消納需要“和煤電等調節電源在一起”?層層迷霧,看似并非強相關的領域,卻經常出現“井水犯河水”,從電力經濟學的角度,可以找到清晰的回答。

(來源:能源研究俱樂部 ID:nyqbyj 作者:谷峰)

01可再生能源發展和消納離不開調節機組的發展壯大

目前到“十四五”,“上網”仍是可再生能源消納的最主要手段,分布式供電雖然已經興起,但是“十四五”期間仍然難以作為可再生能源發展的主要方式,即使分布式供電也大多不能單獨成為一個孤立用能系統,仍然是以并網分布式為主。因此,討論“十四五”的可再生能源規劃和煤電發展規劃,都離不開共同的“東家”——大型電網背景下的電力系統。有句俗話叫做“干活不由東,累死也無功”,要想在電力系統里“吃飯”,得看看電力系統有什么必須的要求。那么大型電網正常運行的首要需求是什么呢?在n個9可靠性的要求下,答案會變得非常簡單:安全可靠、穩定供應。

不能連續穩定供電是可再生能源與生俱來的天賦,即使建有龍頭水庫的水電,也不能擺脫來水極枯造成發電出力下降的可能。當然,隨著可再生能源預測技術的進步,可再生能源的預測越來越準確,這個問題能夠得到一定程度的解決,但是可再生能源靠天吃飯的一次動力1注定了,在現有的技術經濟條件下,可再生能源預測不可能完全準確,也不可能按照系統需要的精度和速度進行大幅調節。與此同時,隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高,特別是我國已經達到的非同一般的供電可靠性,電力用戶承受停電的能力和心理預期不斷下降,換句話說電力用戶不接受規模較大的意外停電。兩方面的此消彼長,造成可再生能源的運行特性確實相對電力系統的穩定運行是個不友好的短板,相對電力用戶高質量用電的期望是個不友好的短板,大量接納存在弱點的可再生能源,而不考慮其他措施,一定會引起電力系統的可靠性下降,沒有煤電,電力系統也無法運行。因此,所謂煤電快速退出實在是無稽之談。

亚洲欧洲际中日韩 以煤電為代表的調節性電源,由于一次能源(主要是煤炭)可以在廠內存儲,運行特點就是穩定可靠,可以隨負荷變化大幅度進行波動,我國金牌煤電機組已經可以做到數年不出現非計劃停運,可靠性更是上了一層樓。因此,煤電機組為代表的傳統電源非常適合大電網生產需要,不但“自己不惹事”,還能“替別人平事”,能夠滿足大電網運行離不開的電壓支撐、負荷跟隨、系統穩定等角色需要。

亚洲欧洲际中日韩 為了保持系統供需平衡,響應負荷需要,業內常說,煤電等可調節機組為可再生能源提供了調峰和兜底服務。嚴格說煤電等可調節機組為電力系統提供了調節服務,最終為用戶的連續可靠用電提供了調節服務。調峰是計劃體制下特有的輔助服務,但是可再生能源,特別是風電、光伏等非水可再生能源的最大出力時段,往往并非出現在負荷最低谷時段,所以調峰并不一定是風光等可再生能源最需要煤電等可調節機組提供的輔助服務。

風電、光伏等可再生能源最為需要的是煤電等可調節機組提供的快速爬坡服務和容量備用服務,水電等可再生能源最需要的是煤電等可調節機組提供的季節性容量備用2。容量備用服務容易理解,即可再生能源往往具有季節性3和波動性,在可再生能源出力降低,不能滿足用電需要的時期,依靠煤電等可調節機組提供用戶所需電能。快速爬坡服務通俗的講,是指煤電等可調節機組處于熱備用狀態下,能夠以較高的速度增加出力,用以填補可再生能源間歇性出力期間造成的用電缺口,也可以較高的速度減少出力,用以滿足可再生能源的突然出力增加。國外煤電等可調節機組的靈活性改造主要方向之一,就是提升可調節機組增減出力的速度,用以沖抵可再生能源突然失去(增加)出力4對系統的影響。實際上,可再生能源穿透率達到一定水平后,每增加一個百分點,對電力系統快速爬坡能力的要求都是質的變化。在目前的技術經濟條件下,依靠可調節機組提供快速爬坡服務是有一定物理限制的。例如,北方某風電大省,為了盡可能的消納風電5,在確定開機組合的過程中,提高了對風電預測的可信度,將風電預測進行很小折扣即計入系統平衡,用以盡力減少煤電等可調節電源的開機,減少煤電等可調節電源穩燃負荷對風電大發時段消納的不利影響。結果當風電突然減小出力達到一定規模的時候,熱備用狀態的可調節機組提供的向上爬坡服務總量不能填補風電出力減少形成的出力缺額,結果造成對大工業用戶的限電,損害了大工業用戶的經濟利益。

因此,可再生能源“十四五”發展離不開調節性電源的支撐作用,特別是集中發展的可再生能源,為了彌補其對電力系統運行需要的不友好,必須配置煤電等調節電源予以對沖,兩者不該“相傷相殺”,而是“相親相愛”,可再生能源大發展帶動煤電再發展的情況很可能出現。

亚洲欧洲际中日韩02可再生能源發展和消納要考慮用戶側經濟承受能力

講到考慮經濟性,并非傳統規劃不考慮經濟性,而是經濟性的因素在“十四五”發生了變化。我們傳統的規劃制度,是與價格制度和運行制度緊密捆綁的,規劃制度以項目核準為依托手段,根據經濟發展的預測,計算各地區電力電量的平衡情況,當某地煤機預計達到某一利用小時滿足了當地負荷預測所需電量,則認為當地電量供應滿足平衡需求,如果預測煤機高于這一利用小時,則認為需要核準新的電源項目;電價管理部門自己不會另行制定標志平衡的利用小時數,會直接使用規劃管理部門項目核準時使用的利用小時數,作為核定發電機組回收投資、獲得投資收益所需電價水平的依據;運行管理部門制定年度電力電量平衡預案(發電計劃)則是一方面落實規劃管理部門設想的電量平衡,另一方面是落實價格管理部門給出的投資回報機制。通俗的講,上述制度對于電力項目就是一個“管生又管養”的機制。由于電價管理部門會依靠行業通行的成本考慮最后的電價,所以傳統規劃并不考慮,至少不精確考慮電價水平的問題。但是隨著國內電力市場化改革的快速推進,“十四五”的可再生能源規劃和消納必須考慮經濟性的測算。原因有三,其一是普遍被注意到的可再生能源補貼總額快速上漲,帶來用戶電價上漲的壓力,其余兩個原因是:

一是以電量生存的可再生能源需要以容量方式生存的煤電等調節電源,總生產成本會有所上升。

“十三五”期間,國內的電力行業并沒做好可再生能源穿透率快速提高的準備,業內大部分專家將煤電等可調節電源面臨的困難主要歸咎于利用小時數下降和市場化交易電價下降。其實,“十四五”煤電等可調節機組的利用小時會和國外可再生能源發展較快國家一樣,不但不會回到計劃核價的5000小時以上,反而會進一步快速下降,甚至可能達到3000小時左右。但是由于可再生能源與生俱來的運行特性,造成煤電等可調節電源雖然利用小時快速下降,但不意味著煤電等可調節電源的存量(容量)會出現快速下降(上升的可能也存在),反而意味著煤電等可調節電源在利用小時快速下降的同時,要加強改造,提高機組的健康程度,為可再生能源提供快速爬坡和容量備用服務。既然可再生能源不能離開煤電等可調節機組,單獨為電力用戶供電6,那么煤電不但不能“哀傷的退出”,還要“有尊嚴”健康的活著,自然電力用戶要支付的成本就會上升。

亚洲欧洲际中日韩 做個粗略而簡單的定性測算,如果按照用戶用電“萬無一失”考慮,1.2千瓦的煤電等可調節機組就能為1千瓦的用戶供電7,當進入主要以可再生能源為主為用戶供電則需要1.2千瓦的可再生能源加上1.2千瓦的煤電等可調節機組8,才能對應1千瓦的用戶供電9。按照這個思路即使可再生能源能夠平價上網,平時不以生產電量為目的的1.2千瓦煤電等可調節機組的容量費用,也要用戶支付(當然繼續擴大交流聯網的范圍也能大幅降低“1.2千瓦”這個數值,但是會引發系統建設成本的上升)。考慮現階段可再生能源成本下降(部分流域上游水電成本還在快速上升)無法沖抵煤電等可調節電源的容量費用需要,電力用戶支付的用電費用自然呈上漲趨勢。

二是可再生能源消耗的輔助服務費用應當由用戶支付,用戶電費將在其他邊界條件不變的情況下有所增加。

當弄清了可再生能源的出力特點對電力系統的穩定運行具有一定負面影響,需要煤電等可調節機組予以彌補后,那么這些電力系統的快速爬坡和容量備用服務應該由誰來付費呢?很多專家依據“誰受益、誰承擔”的邏輯,直接得出應當由可再生能源承擔,這是不合理的。一方面盡管可再生能源間接的造成了電力系統需要煤電等可調節機組提供快速爬坡和容量備用服務,但畢竟可再生能源是電力的生產者,自身并不直接需要快速爬坡和容量備用服務,要求其付費沒道理。另一方面,很大比例的存量可再生能源仍然需要額外財政補貼,用財政補貼來支付輔助服務費用,違反了補貼制度設計的初衷。實際上打破“電力行業只看電力行業”的固有思維會發現,可再生能源最終是為電力用戶提供電能資源,使用可再生能源發電、最終享受藍天白云的是全體用戶,那么可再生能源以及系統產生的一切成本最終必然是電力用戶買單,即享受良好環境的用戶不能回避由此付出的額外成本。

因此,煤電等可調節機組未來需要以容量電費方式生存,容量電費和其提供的輔助服務費用,既不應該由煤電等可調節機組無償提供,也不應該由可再生能源承擔,應當由電力用戶承擔,這才是真正的受益者承擔機制。所以,“十四五”期間用戶賬單大概率,應當出現新的漲價分量。從德國的例子可以看出,德國用戶電價隨著可再生能源發展快速上漲,扣除補貼因素外,由于平衡費用和輔助服務費用計入輸電價,德國輸電價格上漲很快;同時,德國以“戰略儲備”名義支付部分傳統機組容量費,也是用戶電價上漲的重要原因。

03新視角建言“十四五”可再生能源發展與消納

俗話說,“長江后浪推前浪、一輩兒總比一輩兒強”,“十四五”電力規劃,事關未來五年中國電力供應的大盤子,需要站在前人成功的肩膀上,充分吸收過去規劃的經驗和教訓,建議考慮以下三個新的視角:

亚洲欧洲际中日韩 一是可再生能源和傳統電源統籌規劃。以往的電力規劃,傳統電源規劃總量制定的是上限,而可再生能源規劃制定的是發展的下限,這樣就失去了可再生能源規劃和傳統電源規劃的“吻合型”統籌考慮。建議以電力系統運行需要為優化目標,量化地統籌考慮傳統電源和集中上網型可再生能源的容量關系,不再單獨編制可再生能源專項規劃,而是在電力規劃里統籌考慮。

二是在電力規劃編制過程中充分考慮電力市場化的因素。因為談到電力用戶應當為電力系統增加的快速爬坡和容量備用服務付費,就要回答支付多少的問題。似乎這個問題很難量化,但是“見單就買、敞開供應”顯然是高質量發展不可接受的,也是我國經濟發展階段不能允許的。這就需要找到一個最有效率反映成本的手段供規劃參考——即市場化機制。市場化背景下,可以最有效率的為可再生能源尋找到性價比最高的調節服務,也可以為用戶尋求到性價比最好的電能。市場化配置資源為主是經常重復的話,其實按照市場化配置資源的要求進行規劃,才是真正發揮市場配置資源為主作用的重要途徑。建議在電力規劃過程中,考慮市場化因素,尤其是市場化電價因素對行業發展、電能價格、系統運行等一系列影響,把整個的規劃放到電力市場化背景下做,在用戶側電價承受能力的約束下做規劃,需要指出的是電力流向等重點內容應當考慮市場化之后價區因素。

三是為可再生能源規劃和傳統電源規劃尋求可靠的量化工具。傳統規劃,通常是選取規劃目標年中的典型大負荷方式,例如,夏大方式或冬大方式等,即一年中的極端運行場景,進行潮流、穩定和短路等安全分析,規劃目標主要為保證系統安全,基本不進行規劃方案的量化投資效益評價,電源項目則重點關注宏觀負荷增長對發電容量的需求分析。市場化的大趨勢下,電力系統規劃的目標和方法將呈現出較大的變化。市場的先行國家,除了運營機制的市場化,在經濟規劃上,大規模使用了市場化的量化規劃工具——連續時序生產仿真。通過離線計算的手段模擬電力市場在一段時間(短至一天,長至多年)的運行情況,系統的出清模型符合所仿真的目標電力市場的規則。關注新建項目對整個電力市場的綜合效益,電源項目則需要認真評估競爭環境下,新建電源的預期收入,以及對市場電價的影響。有了這個計算器,可再生能源和傳統調節電源的配比,以及市場化輔助服務的費用都將變得更加準確和清晰,適應高質量規劃的新需要。

辦法總比問題多,相信未來的五年,可再生能源與煤電等調節性機組一定能夠在發展中和諧共處,共享社會經濟的紅利,加快實現我國的能源革命,履行我國的國際承諾和減排責任,為我國“十四五”社會經濟的高質量發展,做出電力行業的新貢獻。

備注:

1. 季節性、波動性、間歇性。

亚洲欧洲际中日韩2. 擁有多年調節水庫的水電站需要的是來水極枯年的容量備用。

3. 水電分為枯期和汛期,風電有大風期和小風期。

4. 無論可再生能源預測技術如何進步,可再生能源出力預測的精度也不會是百分之百。5. 該地區風電穿透率較高,光伏比例較高地區情況類似。

亚洲欧洲际中日韩6. “十四五”期間。

亚洲欧洲际中日韩7. 考慮煤電等可調節機組的檢修,彈性系數采用1.2。

8. 按用戶完全不允許因機組原因停電考慮,同時由于煤機等調節機組大部分時間不需要啟動。

亚洲欧洲际中日韩9. 用戶也可能考慮配備儲能設施,則不需考慮1千瓦的煤電等可調節機組,技術經濟比較可能需要 因儲能設施的造價與安全性另行比較,例子的數據僅為示意。 


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