隨著“十三五”漸漸走到尾聲，“十四五”已經(jīng)向我們走來?？稍偕茉磁c傳統(tǒng)電源在“十四五”的容量占比，成為目前規(guī)劃工作爭論的焦點(diǎn)，且呈越來越熱的趨勢。沖突最為激烈的兩方，一方認(rèn)為以煤電為代表的傳統(tǒng)電源，應(yīng)當(dāng)“只關(guān)不建”，敢于為保護(hù)環(huán)境付出經(jīng)濟(jì)代價(jià)，這樣才能達(dá)到德國等可再生能源量占比較高國家的水平，并且完成國際義務(wù)；另一方的觀點(diǎn)針鋒相對(duì)，明確必須提高煤電等的發(fā)展速度，否則“十四五”期間部分地區(qū)將面臨缺電或者電價(jià)大幅上升的威脅。兩種觀點(diǎn)持有者均堅(jiān)持立場，難以互相說服，爭論大有走向“雞同鴨講”、“各說各話”的趨勢，德國等國家轉(zhuǎn)型經(jīng)驗(yàn)也在不同場合被反復(fù)提及。“可再生能源+電化學(xué)儲(chǔ)能”大干快上觀點(diǎn)的持有者是沒有規(guī)劃責(zé)任的，正面與反面的意見都容易提，規(guī)劃的主導(dǎo)者則需要弄清可再生能源與傳統(tǒng)能源之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，既不能簡單地被極端環(huán)保主義綁架，又要實(shí)現(xiàn)國家能源革命的要求；既要保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，又要實(shí)現(xiàn)“靠天吃飯”的可再生能源全額消納；既要保證“十四五”期間的電力供應(yīng)，又要確保總體電價(jià)水平在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承受能力范圍之內(nèi)。
“既要”和“又要”是新經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段對(duì)規(guī)劃工作的新要求，也是新經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段對(duì)各方面的要求，與“既要”和“又要”已經(jīng)推動(dòng)電力工業(yè)的運(yùn)營機(jī)制從計(jì)劃體制走向電力市場一樣，當(dāng)電力工業(yè)走到了供應(yīng)有余階段，特別是以電力現(xiàn)貨市場為核心的現(xiàn)代電力市場體系已經(jīng)逐步掀開面紗，規(guī)劃工作需要與時(shí)俱進(jìn)，要把規(guī)劃工作放到電力市場，特別是電力現(xiàn)貨市場的大背景下考慮，依靠新的技術(shù)手段去尋求“經(jīng)濟(jì)、可靠、清潔”的“不可能妥協(xié)”。
可再生能源與傳統(tǒng)電源的關(guān)系
在談“十四五”可再生能源與傳統(tǒng)電源容量比例之前，必須弄清可再生能源與傳統(tǒng)能源為什么會(huì)產(chǎn)生關(guān)系？產(chǎn)生的關(guān)系是什么？
問題一：大電網(wǎng)和電化學(xué)儲(chǔ)能是什么關(guān)系？
大電網(wǎng)和儲(chǔ)能技術(shù)都能夠基本解決可再生能源的波動(dòng)性問題。解決的技術(shù)方案各有千秋，但是在經(jīng)濟(jì)性上，大電網(wǎng)和電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是競爭技術(shù)（相互替代）關(guān)系，也就是俗話說的“你死我活”關(guān)系。大電網(wǎng)通過電力市場機(jī)制調(diào)動(dòng)包含負(fù)荷側(cè)在內(nèi)的各種調(diào)節(jié)資源，抵消可再生能源間歇性和季節(jié)性波動(dòng)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可再生能源在能源占比中的不斷提高。儲(chǔ)能，特別是電化學(xué)儲(chǔ)能，直接通過存儲(chǔ)電能方式，實(shí)現(xiàn)可再生能源電能生產(chǎn)的時(shí)空轉(zhuǎn)移。大電網(wǎng)技術(shù)和電化學(xué)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性非常容易比較，只要化學(xué)電芯每公斤重量能夠存儲(chǔ)的電能超過4千瓦時(shí)，就相當(dāng)于每公斤化學(xué)電芯能夠承載的能量超過1200克標(biāo)煤（大約2000克原煤），在經(jīng)濟(jì)性上大電網(wǎng)就沒有存在的必要，燃料輸送將變化為電芯的輸送。
目前，主流電芯技術(shù)每公斤大約能存儲(chǔ)經(jīng)濟(jì)性戰(zhàn)勝大電網(wǎng)技術(shù)所需能量的十分之一到二十分之一左右，毫無競爭力。從另一個(gè)角度看，現(xiàn)有主流電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)存放一度電的成本大約為5毛錢，任何電源與之配合產(chǎn)生的上網(wǎng)價(jià)格都是我國發(fā)電綜合電價(jià)的1.5倍以上，所以在可預(yù)見的時(shí)間里，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)（電能量應(yīng)用）在大電網(wǎng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性面前尚不構(gòu)成本質(zhì)挑戰(zhàn)。因此，可再生能源的消納，“十四五”期間必須主要依靠大電網(wǎng)技術(shù)。消納方式使可再生能源和傳統(tǒng)電源在大電網(wǎng)中發(fā)生了“緊密”的聯(lián)系。
問題二：可再生能源的大幅增長對(duì)大電網(wǎng)產(chǎn)生了什么影響？
目前到“十四五”期間，“上網(wǎng)”仍是可再生能源消納的最主要手段，雖然分布式供電已經(jīng)興起，但是“十四五”期間仍然難以作為可再生能源發(fā)展的主要方式，即使分布式供電也大多不能單獨(dú)成為一個(gè)孤立用能系統(tǒng)，仍然是以并網(wǎng)分布式為主。大型電網(wǎng)正常運(yùn)行的首要需求是什么呢？在“N個(gè)9”可靠性的要求下，答案會(huì)變得非常簡單：安全可靠、穩(wěn)定供應(yīng)。
不能連續(xù)穩(wěn)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(fā)電出力下降的可能。當(dāng)然，隨著可再生能源預(yù)測技術(shù)的進(jìn)步，可再生能源的預(yù)測越來越準(zhǔn)確，這個(gè)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(dòng)力1注定了，在現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，可再生能源預(yù)測不可能完全準(zhǔn)確，也不可能按照系統(tǒng)需要的精度和速度進(jìn)行大幅調(diào)節(jié)。
與此同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，特別是我國已經(jīng)達(dá)到很高的供電可靠性，電力用戶承受停電的能力和心理預(yù)期不斷下降，換另一句話說，電力用戶不接受頻繁和長周期的意外停電。兩方面的此消彼長，造成可再生能源的運(yùn)行特性確實(shí)相對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是個(gè)不友好的短板，相對(duì)電力用戶高質(zhì)量用電的期望也是個(gè)不友好的短板，大量接納存在弱點(diǎn)的可再生能源，而不考慮其他措施，一定會(huì)引起電力系統(tǒng)的可靠性下降，沒有煤電等傳統(tǒng)電源，電力系統(tǒng)也無法運(yùn)行。因此，所謂煤電等傳統(tǒng)電源快速退出實(shí)在是“無稽之談”，但是保持或增長煤電等傳統(tǒng)電源并不意味著，負(fù)荷電量增長會(huì)由煤電等傳統(tǒng)電源分享，而實(shí)際上煤電等傳統(tǒng)電源的總發(fā)電量呈快速下降趨勢。
問題三：傳統(tǒng)電源為了大電網(wǎng)能夠更多容納可再生能源提供了什么服務(wù)？
以煤電為代表的傳統(tǒng)電源，由于一次能源（主要是煤炭）可以在廠內(nèi)存儲(chǔ)，運(yùn)行特點(diǎn)就是穩(wěn)定可靠，可以隨負(fù)荷變化大幅度進(jìn)行波動(dòng)，實(shí)際上煤電通過提供調(diào)節(jié)服務(wù)實(shí)現(xiàn)可再生能源出力進(jìn)行時(shí)空轉(zhuǎn)移方面與電化學(xué)儲(chǔ)能的作用是一樣的。我國金牌煤電機(jī)組已經(jīng)可以做到數(shù)年不出現(xiàn)非計(jì)劃停運(yùn)，可靠性更是上了一層樓。因此，煤電機(jī)組為代表的傳統(tǒng)電源非常適合大電網(wǎng)生產(chǎn)需要，不但“自己不惹事”，還能“替別人平事”，能夠滿足大電網(wǎng)運(yùn)行離不開的電壓支撐、負(fù)荷跟隨、系統(tǒng)穩(wěn)定等角色需要。
大電網(wǎng)消納風(fēng)電、光伏等可再生能源最為需要的是煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組提供的快速爬坡服務(wù)和容量備用服務(wù)，消納水電等可再生能源最需要的是煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組提供的季節(jié)性容量備用2。容量備用服務(wù)容易理解，即可再生能源往往具有季節(jié)性3和波動(dòng)性，在可再生能源出力不足，不能滿足用電需要的時(shí)期，需要依靠煤電等傳統(tǒng)電源提供用戶所需電能。快速爬坡服務(wù)通俗的講，是指煤電等傳統(tǒng)電源處于熱備用狀態(tài)下，能夠以較高的速度增加出力，用以填補(bǔ)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(diào)節(jié)機(jī)組的靈活性改造主要方向之一，就是提升可調(diào)節(jié)機(jī)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(duì)系統(tǒng)的影響。實(shí)際上，可再生能源穿透率達(dá)到一定水平后，每增加一個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)快速爬坡能力的要求都是質(zhì)的變化。在目前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，依靠可調(diào)節(jié)機(jī)組提供快速爬坡服務(wù)是有一定物理限制的。
傳統(tǒng)電源為可再生能源提供的快速爬坡服務(wù)有物理極限，因此，通過電力現(xiàn)貨市場調(diào)動(dòng)負(fù)荷側(cè)響應(yīng)大電網(wǎng)需要，成為電力市場化國家的主流努力方向，德國的“工業(yè)4.0”重要內(nèi)容就是讓負(fù)荷響應(yīng)彌補(bǔ)可再生能源瞬時(shí)損失的出力，替代傳統(tǒng)電源的快速爬坡。但是無論如何，傳統(tǒng)電源能夠提供的季節(jié)性容量備用是負(fù)荷響應(yīng)無法替代的，因?yàn)橛脩裟軐?shí)現(xiàn)日以上能量移動(dòng)的能力在經(jīng)濟(jì)上難以接受。
另外還要指出，大電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)理論上可以減少備用，在同等傳統(tǒng)電源裝機(jī)容量的情形下，更加充分的利用備用，實(shí)現(xiàn)不增加傳統(tǒng)電源裝機(jī)容量而增加大電網(wǎng)消納可再生能源的目的。但是，實(shí)踐中我國主要以直流線路跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)的方式，一方面難以靈活共享兩側(cè)備用，另一方面為了保證直流的穩(wěn)定和預(yù)防直流線路失電產(chǎn)生的沖擊，送受兩端所需要的備用在一定情況下不減反增。如以交流方式聯(lián)網(wǎng)還面臨經(jīng)濟(jì)性和安全的討論。因此，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明大電網(wǎng)擴(kuò)大范圍達(dá)到一定規(guī)模后，持續(xù)擴(kuò)大電網(wǎng)覆蓋范圍，并不一定能夠減少對(duì)傳統(tǒng)電源容量增長的要求。
從以上三個(gè)問題的答案看，傳統(tǒng)能源的發(fā)展與可再生能源的發(fā)展密切相關(guān)，在讓出電量空間的前提下，是可再生能源發(fā)展最為可靠、可行的依靠力量。
確定“十四五”可再生能源
與傳統(tǒng)電源規(guī)劃容量比例的基本思路
顯然，“十四五”期間持續(xù)發(fā)展可再生能源是行業(yè)的共識(shí)。然而，可再生能源裝機(jī)容量（萬千瓦）與可再生能源消納量（萬千瓦時(shí)）沒有絕對(duì)的等比例關(guān)系，很可能存在裝機(jī)越多，棄電越多的情況。長期來看，在電力負(fù)荷持續(xù)增長的情況下，規(guī)劃中需要量化常規(guī)電源與可再生能源的配置規(guī)模。電力不可能三角，即經(jīng)濟(jì)、可靠和清潔三個(gè)目標(biāo)無法同時(shí)達(dá)到，總是需要至少一個(gè)目標(biāo)來作出犧牲。但同時(shí)，作為硬約束的可靠性不能作出犧牲，隨著負(fù)荷增長，由于風(fēng)光發(fā)電無法為系統(tǒng)提供足夠的有效容量，需要在規(guī)劃中配套常規(guī)發(fā)電電源以確保系統(tǒng)供電可靠性。因此，如果希望獲得既清潔又可靠的電能供應(yīng)，就需要支付更多的成本。這是確定“十四五”可再生能源和傳統(tǒng)電源容量占比的基本出發(fā)點(diǎn)。
可再生能源雖然清潔以及能夠以越來越低的成本提供電能，但是其難預(yù)測、間歇性、不受控的不友好特性決定了其對(duì)電力系統(tǒng)的從規(guī)劃到運(yùn)行的全時(shí)段的影響。到底一個(gè)電力系統(tǒng)能夠安全可靠地接納多少可再生能源需要從多個(gè)維度著手考慮，按照確定宏觀目標(biāo)、構(gòu)建邊界條件、量化分析影響、尋求解決方案的步驟及其迭代分析，最終確定合理可行的可再生能源及傳統(tǒng)電源的規(guī)劃。
一是確定宏觀目標(biāo)方面。可再生能源的發(fā)展目標(biāo)以及宏觀電力能源的發(fā)展目標(biāo)是未來所有配套的基礎(chǔ)。在電力系統(tǒng)規(guī)劃領(lǐng)域，可再生能源發(fā)展目標(biāo)本質(zhì)上是對(duì)電量的消納目標(biāo)，單純提出可再生能源的裝機(jī)容量沒有意義。同時(shí)，針對(duì)不同省區(qū)的需求和特點(diǎn)，需要相應(yīng)提出諸如供電可靠性標(biāo)準(zhǔn)、碳排放上限、用戶電價(jià)上限等其他硬約束，實(shí)現(xiàn)綜合的宏觀發(fā)展目標(biāo)。
二是構(gòu)建邊界條件方面。在宏觀目標(biāo)給定的基礎(chǔ)上，需要確定研究目標(biāo)省區(qū)的資源稟賦：一次能源資源特性，包括煤、氣的未來價(jià)格預(yù)測和可獲得量，風(fēng)光資源情況等；現(xiàn)有和未來規(guī)劃常規(guī)發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，包括核電、火電、燃機(jī)等；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括輸電網(wǎng)規(guī)劃以及跨省跨區(qū)輸送通道；電力負(fù)荷，即未來負(fù)荷的增長情況以及負(fù)荷日內(nèi)、跨季節(jié)的特性。
三是量化分析影響方面。重點(diǎn)要解決的是基于邊界條件，是否能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源以及綜合電力能源的發(fā)展目標(biāo)。規(guī)模化可再生能源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)有全時(shí)空的影響。在系統(tǒng)層面需要量化分析：間歇性可再生能源增加了系統(tǒng)秒至分鐘級(jí)的波動(dòng)導(dǎo)致自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）需求的提升量，由于可再生能源預(yù)測誤差和波動(dòng)性提高了系統(tǒng)的短時(shí)備用的需求的提升量，由于可再生能源反調(diào)峰特性導(dǎo)致的調(diào)峰需求增加量（適用于非現(xiàn)貨地區(qū)），引入可再生能源后對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性指標(biāo)的影響量。在市場主體層面：需要量化分析可再生能源的可消納電量，或棄風(fēng)棄光量，煤機(jī)燃機(jī)等常規(guī)電源的發(fā)電小時(shí)數(shù)的變化量，需要分析近零變動(dòng)成本的可再生能源引入后的現(xiàn)貨市場價(jià)格變動(dòng)。在全社會(huì)層面：如果未來存在排放目標(biāo)或構(gòu)建碳市場，則需要分析可再生能源進(jìn)入后對(duì)碳排放總量以及碳價(jià)格的影響。
四是尋求解決方案方面。在量化分析影響的基礎(chǔ)上，回答如果實(shí)現(xiàn)不了可再生能源以及其他綜合發(fā)展目標(biāo)，例如，消納風(fēng)光總量達(dá)不到要求或化石能源發(fā)電占比過高，僅增加風(fēng)光不增加常規(guī)機(jī)組造成供電可靠性降低等問題，則需研究應(yīng)該采用什么額外的手段向目標(biāo)方向靠近。典型地，需要增加有效裝機(jī)容量（煤機(jī)、燃機(jī)、水電）提升由于可再生能源導(dǎo)致的系統(tǒng)供電可靠性下降、增加優(yōu)質(zhì)可調(diào)節(jié)資源（可調(diào)控負(fù)荷、燃機(jī)直至電化學(xué)儲(chǔ)能）滿足可再生能源的爬坡、調(diào)峰調(diào)頻等需求5。更關(guān)鍵的是，選擇哪幾種技術(shù)路線及其配套裝機(jī)容量規(guī)模能夠在實(shí)現(xiàn)達(dá)到清潔和可靠供電目標(biāo)基礎(chǔ)上的全社會(huì)成本最低。構(gòu)建解決方案后，再次迭代量化分析新電源構(gòu)成下的各種影響，最終實(shí)現(xiàn)電力和能源的綜合目標(biāo)，并求得相應(yīng)電價(jià)水平。
確定“十四五”可再生能源與
傳統(tǒng)電源容量比例的具體手段
確定“十四五”可再生能源與傳統(tǒng)電源容量比例，需要分地區(qū)進(jìn)行可再生能源并網(wǎng)及常規(guī)電源配套研究，關(guān)鍵要考慮可再生能源時(shí)序的連續(xù)功率特性以及常規(guī)電源的協(xié)調(diào)運(yùn)行，包括分鐘級(jí)、小時(shí)級(jí)、日內(nèi)、日間、季節(jié)間等。原有規(guī)劃方法中，傳統(tǒng)的以夏大、冬大的大方式的分析方法（潮流計(jì)算、靜態(tài)安全分析等），難以捕捉可再生能源的運(yùn)行特性，更無法分析其對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的影響，也不能夠考慮電價(jià)水平的約束限制。穩(wěn)態(tài)條件下，針對(duì)可再生能源與傳統(tǒng)電源容量占比確定及各類影響分析，在電力市場環(huán)境下，最合理工具是基于電力現(xiàn)貨市場的電力系統(tǒng)時(shí)序生產(chǎn)模擬，也稱為市場規(guī)劃仿真，英文通常叫做Production Cost Simulation。
市場規(guī)劃仿真是通過離線計(jì)算的手段模擬電力市場在一段時(shí)間（短至一天，長至一年）的連續(xù)運(yùn)行情況。例如，仿真系統(tǒng)可以模擬某年某省的電力系統(tǒng)運(yùn)行，如果以1小時(shí)為最小運(yùn)行模擬間隔，則仿真系統(tǒng)會(huì)優(yōu)化計(jì)算每個(gè)小時(shí)每臺(tái)發(fā)電機(jī)組開機(jī)狀態(tài)、出力，并進(jìn)行潮流計(jì)算，自動(dòng)地滾動(dòng)模擬全年365天/8760小時(shí)的電力系統(tǒng)運(yùn)行。市場規(guī)劃仿真輸入數(shù)據(jù)包括電源數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)、燃料價(jià)格等。市場規(guī)劃仿真算法的核心為發(fā)電調(diào)度優(yōu)化和潮流計(jì)算，以全系統(tǒng)發(fā)電成本最小為目標(biāo)，根據(jù)負(fù)荷曲線調(diào)整機(jī)組出力，滿足負(fù)荷平衡約束、機(jī)組運(yùn)行約束和電網(wǎng)安全約束，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的發(fā)電調(diào)度。市場規(guī)劃仿真輸出數(shù)據(jù)包括各類電源的開機(jī)狀態(tài)、出力水平、發(fā)電成本及收入狀況等。最后系統(tǒng)將計(jì)算規(guī)劃人員所關(guān)注的物理和經(jīng)濟(jì)方面的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。上述介紹可以看出市場規(guī)劃仿真和電力現(xiàn)貨市場的仿真有很多相似的地方。
在現(xiàn)貨市場中，市場規(guī)劃仿真與傳統(tǒng)生產(chǎn)模擬的主要差異包括：一是市場規(guī)劃仿真嚴(yán)格執(zhí)行市場流程，采用考慮電網(wǎng)安全約束的機(jī)組組合（SCUC）決定日前開機(jī)，采用考慮電網(wǎng)安全約束的經(jīng)濟(jì)調(diào)度（SCED）決定日內(nèi)機(jī)組出力；二是生產(chǎn)模擬對(duì)經(jīng)濟(jì)性考慮較少，市場規(guī)劃仿真會(huì)計(jì)算系統(tǒng)出清電價(jià)，特別是節(jié)點(diǎn)電價(jià)體系的電力市場，需要計(jì)算每個(gè)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的電價(jià)，以用于各個(gè)市場主體的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估；三是生產(chǎn)模擬通常僅考慮網(wǎng)源平衡，市場仿真更加重視輸電網(wǎng)運(yùn)行約束的建模，包括單個(gè)輸電設(shè)備（線路和變壓器）熱穩(wěn)約束、輸電斷面約束以及其他調(diào)度機(jī)構(gòu)考慮的安全約束。
可再生能源與傳統(tǒng)電源容量占比相關(guān)的分析，應(yīng)采用市場規(guī)劃仿真計(jì)算的內(nèi)容包括：合理運(yùn)行備用需求量化分析、調(diào)節(jié)需求量化分析、棄風(fēng)棄光（即可再生能源消納量量化分析）、常規(guī)機(jī)組發(fā)電量影響量化分析、現(xiàn)貨市場價(jià)格影響量化分析、排放量及碳交易影響量化分析、系統(tǒng)供電可靠性（計(jì)算LOLE、EENS等）影響量化分析、傳統(tǒng)電源的最優(yōu)規(guī)劃。
根據(jù)分析需求和基本思路，使用國產(chǎn)某市場規(guī)劃仿真系統(tǒng)，以山東省可再生能源與傳統(tǒng)電源容量占比情況分析過程舉例：根據(jù)2019年山東電力系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，省內(nèi)負(fù)荷峰值約8400萬千瓦，省內(nèi)總裝機(jī)14044萬千瓦，煤電10029萬千瓦，其中直調(diào)煤電5805萬千瓦，光伏裝機(jī)約1600萬千瓦，風(fēng)電裝機(jī)約1400萬千瓦，外來電送電功率峰值約2000萬千瓦。對(duì)未來消納情況、現(xiàn)貨市場電價(jià)影響以及對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性影響三個(gè)方面基于市場規(guī)劃仿真進(jìn)行量化分析。
仿真結(jié)果顯示，山東省只在春節(jié)低谷負(fù)荷有少量棄電，全年棄電率為0.002%，與實(shí)際執(zhí)行情況相同（側(cè)面證明了市場規(guī)劃仿真程序的準(zhǔn)確性）。在不增加火電容量及其調(diào)節(jié)能力的情況下，構(gòu)建增加風(fēng)光裝機(jī)量50%、80%和100%三個(gè)場景，市場規(guī)劃仿真系統(tǒng)計(jì)算得出以下結(jié)論。
消納情況方面：仿真計(jì)算得出棄電率分別為1.12%、3.19%和5.01%，可見山東在不增加火電容量及其調(diào)節(jié)能力的情況下，棄電率增速明顯高于風(fēng)光裝機(jī)容量增速。
在現(xiàn)貨價(jià)格方面：仿真計(jì)算出2019年山東5月現(xiàn)貨市場，日均價(jià)格為265元/兆瓦時(shí)，同時(shí)，仿真計(jì)算獲得的三種增加風(fēng)光裝機(jī)量場景下，5月現(xiàn)貨日均價(jià)格分別為235元/兆瓦時(shí)、215元/兆瓦時(shí)和203元/兆瓦時(shí)。隨風(fēng)光裝機(jī)量增加現(xiàn)貨日均價(jià)格下降較為明顯，受價(jià)格影響煤電總體發(fā)電量下降。
在供電可靠性方面：2019年基礎(chǔ)算例可靠性指標(biāo)LOLE（失負(fù)荷期望）仿真值為14.9小時(shí)，高于99%。在不增加火電容量情況下，假設(shè)負(fù)荷峰值和風(fēng)光同時(shí)增加800萬千瓦，仿真系統(tǒng)顯示系統(tǒng)可靠性下降至LOLE為1788.9小時(shí)（造成失負(fù)荷明顯增多的原因包括，負(fù)荷高峰時(shí)段風(fēng)光出力不足、風(fēng)光出力波動(dòng)大同時(shí)火電爬坡速率不足、風(fēng)光日前預(yù)測值高于日內(nèi)實(shí)際出力導(dǎo)致日前開機(jī)不足）?？梢娚綎|在不增加火電容量及其調(diào)節(jié)能力的情況下，電力系統(tǒng)供電可靠性“斷崖式”下跌。
得出上述結(jié)論后，模擬配套風(fēng)光的增長增加火電容量，構(gòu)建增加200萬、400萬和600萬千瓦煤電機(jī)組場景，仿真獲得可靠性LOLE指標(biāo)分別為860.3小時(shí)、283.6小時(shí)和63.2小時(shí)。即在增加至少600萬千瓦煤機(jī)情況下，才能保證供電可靠性高于99%。可以看出，風(fēng)光的置信容量很小（通常為5%~20%），在負(fù)荷增長的情況下，需通過增加常規(guī)發(fā)電機(jī)組（視資源稟賦，比選煤機(jī)、燃機(jī)、水電等）確保系統(tǒng)整體的發(fā)電容量充裕度以及供電可靠性。必須要指出的是，算例中600萬煤電機(jī)組的容量電價(jià)將大幅抵消現(xiàn)貨價(jià)格由于風(fēng)光參與市場帶來的價(jià)格下降。
通過市場規(guī)劃仿真可以得出結(jié)論6，假如山東省“十四五”期間，風(fēng)光各增加800萬千瓦，在負(fù)荷增加800萬千瓦的情況下，相應(yīng)必須增加煤電容量600萬千瓦以上。如投資電化學(xué)儲(chǔ)能，也能達(dá)到相應(yīng)效果，但是考慮到在連續(xù)輸出能量約束下，電化學(xué)儲(chǔ)能的造價(jià)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于煤電機(jī)組，投放煤電機(jī)組仍是最為經(jīng)濟(jì)的手段。風(fēng)光裝機(jī)的增加能夠有效降低現(xiàn)貨價(jià)格，但是新增煤電機(jī)組的容量電價(jià)會(huì)抵消現(xiàn)貨價(jià)格降低幅度，用戶的感受則是電價(jià)呈上升態(tài)勢。
展望“十四五”規(guī)劃
通過上述分析，為保證“十四五”可再生能源和傳統(tǒng)電源容量比例確定的科學(xué)性，在國內(nèi)供需普遍較為寬松和市場建設(shè)進(jìn)程加快的背景下，展望“十四五”規(guī)劃工作，建議注意以下三方面內(nèi)容：
一是不能盲目制定全國性可再生能源的消納目標(biāo)，需要較為準(zhǔn)確的量化分析。規(guī)劃工作必須考慮經(jīng)濟(jì)、可靠、清潔的不可能三角，“不惜代價(jià)”、“人定勝天”、“建起來再說”的思維方式，必須在可再生能源消納目標(biāo)的制定過程中得到徹底的摒棄。規(guī)劃工作要更加注重定量分析，而非定性決策?！皼Q策拍腦袋、保證拍胸脯、出事拍屁股”的做法不但會(huì)讓規(guī)劃成為“鬼話”，還會(huì)給我國的電力工業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在學(xué)習(xí)對(duì)象選擇過程中，要重視謀全局，而非謀一隅，“人云亦云”、“抓個(gè)榜樣就照搬”的方式不可取。例如對(duì)于歐洲經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，要更多地看歐盟28國，而非德國一隅，因?yàn)闅W洲聯(lián)網(wǎng)電力交換頻繁，且歐洲電力現(xiàn)貨市場進(jìn)展迅速，德國就有大量的交流線路與鄰國相連，德國的高消納率案例本質(zhì)上與我國云南、青海的高消納率非常近似，可以作為部分省份的參考，而不足以作為全國性的學(xué)習(xí)榜樣。
二是為達(dá)成消納目標(biāo)，需要研究配套容量資源和靈活性調(diào)節(jié)資源?？稍偕茉崔D(zhuǎn)型，并不需要歧視某一類型機(jī)組，更不能忌諱繼續(xù)發(fā)展煤電。煤電機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)下降，但是煤電機(jī)組的裝機(jī)容量持續(xù)發(fā)展是非常現(xiàn)實(shí)的。可再生能源轉(zhuǎn)型的“模范生”歐盟28國近十年來風(fēng)電、光伏的裝機(jī)容量增長在兩倍以上，但是在歐盟總用電量呈持續(xù)下降趨勢的背景下，所謂的基荷機(jī)組（大部分為傳統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源）總裝機(jī)容量并未發(fā)生大的改變。德國雖然在去煤化的路上走得很快，但是其鄰國波蘭卻在波德邊境線附近投產(chǎn)很多煤電機(jī)組，用戶是誰自然也不言而喻了，結(jié)論到底是德國去煤還是德國煤電異地“上大壓小”還有待商榷。遑論與歐盟28國不同，我國負(fù)荷還在較快增長通道當(dāng)中，可靠性方面相對(duì)歐盟更加需要增加傳統(tǒng)電源來保障。
三是隨著現(xiàn)貨市場的普及，市場仿真將成為主要的分析手段。世界上進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型的主要經(jīng)濟(jì)體，大部分完成了電力工業(yè)市場化過程，而后進(jìn)行能源的清潔化轉(zhuǎn)型，我國與之情況不同，是市場化與用能清潔化并行。我國困難更多、任務(wù)更重的同時(shí)有希望效率更高，兩件事都辦好的關(guān)鍵就是清潔化要以市場化為基礎(chǔ)條件?！笆濉崩_了我國電力市場化的大幕，特別是電力現(xiàn)貨市場開始掀開面紗，可以預(yù)見“十四五”是我國電力現(xiàn)貨市場建設(shè)普及的五年，因此，“十四五”電力規(guī)劃，應(yīng)當(dāng)主動(dòng)將思維轉(zhuǎn)向基于電力現(xiàn)貨市場的規(guī)劃方式，將市場仿真作為規(guī)劃的基本量化手段，培育國產(chǎn)市場仿真規(guī)劃軟件企業(yè)，培養(yǎng)熟悉市場仿真規(guī)劃的人才隊(duì)伍。
“十四五”將是我國電力市場建設(shè)蓬勃發(fā)展的五年，將對(duì)我國電力工業(yè)的規(guī)劃、運(yùn)營、價(jià)格產(chǎn)生天翻地覆的影響?？稍偕茉磁c傳統(tǒng)電源的容量占比只是其中一個(gè)小問題，電力市場優(yōu)化的紅利量級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到科學(xué)規(guī)劃可能產(chǎn)生的紅利?！笆奈濉彪娏σ?guī)劃任重道遠(yuǎn)，愿與電力現(xiàn)貨市場攜手登程！
注1：季節(jié)性、波動(dòng)性、間歇性。
注2：擁有多年調(diào)節(jié)水庫的水電站需要的是來水極枯年的容量備用。
注3：水電分為枯期和汛期，風(fēng)電有大風(fēng)期和小風(fēng)期。
注4：無論可再生能源預(yù)測技術(shù)如何進(jìn)步，可再生能源出力預(yù)測的精度也不會(huì)是百分之百。
注5：此處提到的電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用指功率型應(yīng)用，而非能量存儲(chǔ)型應(yīng)用。
注6：本算例僅依靠公開部分?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)置邊界條件，僅為說明市場規(guī)劃仿真手段的有效性，并不能代替山東的規(guī)劃結(jié)論。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2020年5期，作者系本刊特約撰稿人
