平價上網只是開始 可再生能源的未來還需要考慮這五個問題
發布者:lzx | 來源:能源雜志 | 0評論 | 419查看 | 2019-10-09 16:08:40    

近年來,在國家產業政策支持下,我國風電、光伏發電產業實現了快速規?;⒄?,取得了顯著的成績。我國風電累計裝機規模已連續八年位居全球第一,光伏發電連續三年位居全球第一,培育了一批全球領先的風電、光伏制造企業,形成了完整的、具有國際競爭力的風電、光伏產業鏈。以風電、光伏發電為代表的可再生能源逐漸顯現出從替代電源向主流電源發展的喜人態勢。


截至2018年底,中國風電裝機容量1.84億千瓦、光伏發電裝機容量1.74千瓦,占全國發電裝機規模的19%。在裝機容量快速增長的同時,按照《可再生能源發展“十三五”規劃》及其相關文件要求,到2020年實現風電、光伏平價上網工作穩步推進。部分觀點認為平價上網后,風電、光伏自身在經濟上基本擺脫了依靠補貼發展的枷鎖,就能一路高歌,真正成為主力電源。


理想是豐滿的,但是必須注意到,平價上網只完成了可再生能源繼續發展的第一步,因為可再生能源生產的電能,并不能像煤電等可調節電源生產的電能一樣,可以接受電力調度機構的指揮。因此,可再生能源的未來還需要考慮和回答以下問題。


問題一:可再生能源運行特性與電力系統運行特性有什么不吻合?


對于國民經濟來說,電力系統最基本的要求就是安全、可靠的連續供應電能,也就是對于電力系統來說安全可靠是最大的紅利。正因為如此,電力系統依靠電力調度機構采用半軍事化管理維護穩定運行。


偏偏靠天吃飯的可再生能源天生“愛自由”,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地解決,但是可再生能源靠天吃飯的一次動力注定了,問題在現有的技術經濟條件下,無法徹底解決。


另外,隨著社會經濟的發展和人民生活水平的提高,電力用戶承受停電的能力和心理預期不斷下降,換一句話說,就是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相對電力系統的穩定運行確實是個不友好的短板,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,電力系統必然就要付出額外成本。


問題二:煤電等可調節機組為可再生能源提供了什么服務?


煤電等可調節機組為可再生能源提供了調峰和兜底服務,這是業內的共識。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,本文不再贅述。


需要指出的是可再生能源,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低谷時段,所以調峰并不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(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)。


容量備用服務容易理解,即可再生能源往往具有季節性和波動性,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。通俗地講,快速爬坡服務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。


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出力(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)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,近期蒙西地區出現個別時段限電情況,很重要的原因是為了盡可能的消納風電(內蒙風電穿透率較高,光伏比例較高地區情況類似),在確定開機組合的過程中,提高了對風電預測的可信度,將風電預測進行一定折扣即計入系統最大出力,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消納的不利影響。


這樣做的風險就是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。


問題三:系統的輔助服務應該誰來付費?


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?!鋇穆嘸?,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地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“圍墻內思維”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,煤電等可調節機組提供的快速爬坡服務和容量備用服務,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?;?。


問題四:煤電等可調節機組提供服務價值如何衡量?


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,那么要付多少呢?似乎這個問題很難量化,同時,風電、光伏等可再生能源在過去的十幾年里蓬勃發展,裝機增長了幾十倍,也沒有見到電力用戶的電價快速上漲,這個成本又似乎是不存在的。


對于前者,我們也許可以用一個替代計算的方式,風電、光伏等可再生能源配備電化學儲能即可實現與煤電等可調節機組同樣的電能質量——接受電力調度機構的指揮,那么這樣環境下的成本是多少呢?目前,較為經濟的電化學儲能存放一度電的成本是0.5元,也就是說風電、光伏等可再生能源生產的電能只要增加0.5元/度的成本,就能和煤電等可調節機組生產的電能完全相同。


考慮各地風電、光伏等可再生能源的出力特性與當地負荷的匹配程度,以及大電網覆蓋范圍內各地用電負荷波動的相互平抑能力,0.5元/度是一個較高的上限值,本文僅為示意。


通過市場化的競爭方式,調節服務的成本能夠大大降低,但是較高的調節服務回報又能夠增加系統的調節服務能力,為接納更多的可再生能源提供物理手段。


0.5元/度也就可以近似為煤電等可調節電源,以其燃料存儲變化量作為儲能設施替代電化學儲能的可類比成本,即煤電等可調節機組提供的調節服務實際上相當于可再生能源裝備的電化學儲能裝置提供的存儲服務。


對于后者,也不難解釋,先前風電、光伏裝機容量過低,沒有在電量空間造成較大影響,消耗的輔助服務總量不大,但是近年來以上情況發生了較大變化,某種意義上說煤電機組的大面積虧損,其實就是這個類比的“電化學儲能”存放服務,沒有收到相應的費用,煤電等可調節機組無償承擔了大部分該類成本。即電力用戶在享受可再生能源快速發展的同時,并未支付相應上升的調節服務成本。


問題五:為什么平價上網的可再生能源仍然可能帶動銷售電價水平上漲?


國內的電力行業自身也沒做好可再生能源穿透率快速提高的準備,業內大部分專家仍然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,煤電等可調節機組的利用小時未來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。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會快速下降,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。


既然在可預見的未來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,那么煤電不但不能“哀傷地退出”,還要“有尊嚴”健康地活著,自然電力用戶要支付的成本就會上升。


做個簡單的測算,原來1.2千瓦的煤電等可調節機組就能為1千瓦的用戶供電(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),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1千瓦的煤電等可調節機組(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),才能對應1千瓦的用戶供電,按照這個思路即使可再生能源能夠平價上網,平時不開機的1千瓦煤電等可調節機組的容量費用,也要用戶支付,電力用戶支付的用電費用自然呈上漲趨勢。


可再生能源發展的全球典范德國,也曾經是我國非水可再生能源發展的樣板,但也僅實現了35%的可再生能源電力上網。近期,德國經濟和能源部長已經在哀嘆,高昂的電價使數十萬家公司遭受較大壓力,在能源轉型的同時,要保證電價在可接受的范圍。


根據上面五個問題的初步答案,不難得出結論:可再生能源的運行特性對電力系統安全可靠連續供電有一定負面影響,電力系統需要增加煤電等可調節電源的快速爬坡能力,以及可再生能源需要的容量備用,由此形成的費用應當由享受了清潔電力的電力用戶承擔,但是隨著利用小時數下降,為避免煤電等調節機組“要飯為系統扛槍”影響可再生能源上網的局面出現,電力用戶承擔的“感受電價”會隨著可再生能源穿透率的上升而上升。


由于可再生能源成本不斷下降和電力現貨市場的建設(引發調節服務的競爭,從而降低調節服務的價格),這種上升曲線的斜率應當小于穿透率上升曲線的斜率。為可再生能源提供快速爬坡和容量備用服務的煤電等可調節機組的利用小時會大幅下降,但是仍然需要健康地存活,并且應當自信地享受“小康生活”,直至電化學儲能等技術的成本取得“革命性”下降后,退出電力工業的舞臺,被新技術淘汰,在此之前仍然是電力系統安全穩定運行的基石。


上面的初步分析,實際上提出了一個新的問題,事關即將開始的“十四五”規劃。未來的電力規劃,應當在過去規劃的邊界條件基礎上,不僅僅只是考慮電力系統能否承受可再生能源穿透率的提高,還要測算可再生能源穿透率進一步提高會帶來用戶電價的變化。


必須考慮這些變化對于未來五年我國國民經濟會有怎樣的影響,如果不進行這類測算,就有可能造成大量的可再生能源項目,由于電力用戶無法承受電價而無人購買;當然也可能出現,煤電等可調節機組快速爬坡和容量備用服務仍如今日一般無法獲得合理的補償,造成電力系統調節能力下降,無法消納這部分新增的可再生能源電量。


由此看來,可再生能源平價上網只是拉開了用能清潔化的大幕,未來仍有很多不確定性。發電機組的靈活性改造,也必須調整方向,輔助服務補償機制應盡快將快速爬坡列為輔助服務品種,其費用應當盡快轉為用戶承擔,同時加快容量補償機制建設,使煤電等調節機組共享發展的紅利,更好地“為系統扛槍站崗”。相信辦法總比問題多,未來的五年,煤電等調節性機組一定能夠與可再生能源在發展中和諧共處,共享社會經濟的紅利。

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