睿博能源智庫
協(xié)調(diào)國資委在促進(jìn)高效發(fā)電行為
和可再生能源并網(wǎng)方面的作用
建議6
協(xié)調(diào)國資委煤電重組與更廣泛的電力行業(yè)改革
國資委煤電重組政策對于實(shí)現(xiàn)高度優(yōu)先的國家目標(biāo)來說，是柄雙刃劍。國資委有充分的理由更密切地參與到電力行業(yè)改革的工作中，并支持國家發(fā)改委和能源局推進(jìn)的電力行業(yè)改革——特別是發(fā)電商補(bǔ)償?shù)母母铩τ趪Y委、國家發(fā)改委和國家能源局來說，如何實(shí)施精心設(shè)計(jì)的發(fā)電商補(bǔ)償機(jī)制、獎勵高效行為，是一個明確的交叉領(lǐng)域。換句話說，除了在其權(quán)限下改善國有企業(yè)的財(cái)務(wù)狀況，國資委可以與國家發(fā)改委和能源局在市場和政策機(jī)制改革這些重要的方面一起合作，來影響發(fā)電商的補(bǔ)償和行為。這個共同改革工作的一個重要目標(biāo)是確保發(fā)電商通過經(jīng)濟(jì)有效的行為來獲利，以支持國家在電力行業(yè)減排、降低成本和增加可靠性的目標(biāo)。國資委可以與國家發(fā)改委和能源局合作，推動電力行業(yè)改革舉措，例如包括本文提議的區(qū)域經(jīng)濟(jì)調(diào)度 （見建議1）和實(shí)施良好設(shè)計(jì)的現(xiàn)貨市場（建議5）。
此外，國資委的考核指標(biāo)和目標(biāo)為塑造發(fā)電企業(yè)的行為至關(guān)重要——理想情況下，這些考核指標(biāo)和目標(biāo)應(yīng)該與電力行業(yè)改革目標(biāo)相統(tǒng)一。國資委在2019年12月公告中提出的目標(biāo)之一是“平均設(shè)備利用小時(shí)明顯上升”。然而，該目標(biāo)與電力部門改革的重要目標(biāo)——改善機(jī)組調(diào)度，增加電網(wǎng)靈活性并減少可再生能源棄電——目標(biāo)相違背。這是因?yàn)殡娋W(wǎng)上的每個資源都應(yīng)該只在價(jià)值最高時(shí)才發(fā)電，國資委的目標(biāo)與該想法不一致。簡而言之，如果國資委利用運(yùn)行小時(shí)數(shù)作為評價(jià)單個發(fā)電企業(yè)或單個發(fā)電機(jī)組的指標(biāo)，這可能會減慢電力行業(yè)改革步伐，損害經(jīng)濟(jì)調(diào)度目標(biāo)和阻礙降低成本和排放。
如果換個方式看這個問題會發(fā)現(xiàn)，年度發(fā)電運(yùn)行時(shí)間正逐漸失去作為發(fā)電機(jī)組盈利能力或發(fā)電機(jī)組對經(jīng)濟(jì)附加值貢獻(xiàn)的代表作用。的確，如果電力部門的改革實(shí)施得當(dāng)，那么燃煤發(fā)電機(jī)組將通過在相對罕見的高價(jià)值時(shí)期（即風(fēng)能和太陽能發(fā)電量低且需求高的那些分鐘和小時(shí)）內(nèi)運(yùn)行獲得補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)最大化利潤，例如提供調(diào)峰服務(wù)滿足需求和調(diào)節(jié)可再生能源出力的變動。在這個改革后的電力行業(yè)，發(fā)電機(jī)組的盈利能力和出力最大化將不再一致。相反，燃煤電廠將通過追求一種商業(yè)模式，即每臺發(fā)電機(jī)組只在需要時(shí)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)利潤最大化。
我們建議國資委審查所有國有發(fā)電企業(yè)的指標(biāo)，激勵經(jīng)濟(jì)高效行為，并支持政府提出的包括發(fā)展清潔能源在內(nèi)的電力行業(yè)改革目標(biāo)。我們在此提供幾條具體建議，其中一些適合國資委自行開展，另外一些也許需要與發(fā)改委和能源局共同合作：
消除所有基于年度滿負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)評估單個發(fā)電機(jī)組的考核指標(biāo)或目標(biāo)。最大化燃煤發(fā)電機(jī)組滿負(fù)荷小時(shí)數(shù)不符合經(jīng)濟(jì)調(diào)度和電力行業(yè)改革的其他原則，應(yīng)鼓勵發(fā)電廠的管理人員按照經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行調(diào)度，并支持可再生能源并網(wǎng)。
要認(rèn)識到，由于電力行業(yè)改革還不完善，發(fā)電機(jī)組的盈利能力并不完全和高效低排放的運(yùn)行相一致。換句話說，在現(xiàn)有電力行業(yè)政策和市場框架下，能夠盈利的發(fā)電商可能并不一定是高效運(yùn)行的。一旦電力行業(yè)改革和碳交易機(jī)制得到很好的實(shí)施，發(fā)電機(jī)組的盈利能力將更好地與高效靈活運(yùn)行保持一致。在國際上，電力市場設(shè)計(jì)的黃金標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計(jì)出符合政策目標(biāo)且給予發(fā)電機(jī)組動力高效運(yùn)行的市場。但是，電力部門的改革是一個漸進(jìn)的過程，目前西北地區(qū)（以及中國其它地區(qū)）的改革工作還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完成。這意味著，就目前而言，用發(fā)電機(jī)組的盈利能力來衡量發(fā)電機(jī)組是否高效、清潔地運(yùn)行，仍然是一個不完美的方法。
直到電力行業(yè)改革完美地實(shí)施——這個過程可能需要許多年——國資委可以為發(fā)電企業(yè)設(shè)計(jì)和實(shí)施除盈利能力之外的指標(biāo)，這可以幫助激勵例如減排等政策目標(biāo)。我們的建議包括：
可以制定一套對發(fā)電機(jī)組的評價(jià)指標(biāo)，考量燃煤機(jī)組是否符合現(xiàn)有排放標(biāo)準(zhǔn)。2015年，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，要求所有燃煤機(jī)組到2020年達(dá)到二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)和顆粒物(PM)的“超低”排放標(biāo)準(zhǔn)。隨后，燃煤發(fā)電企業(yè)投入了大量資金裝置污染控制設(shè)備，但有一些調(diào)查報(bào)告表明可能存在不準(zhǔn)確匯報(bào)結(jié)果的問題。國資委可以制定針對這些排放的指標(biāo)（ 如果目前還沒有的話），將有助于促使發(fā)電機(jī)組更好地合規(guī)。
可以制定一套對西北地區(qū)每個發(fā)電集團(tuán)資源組合實(shí)施碳強(qiáng)度和總碳排放的指標(biāo)，以支持國家2030/60“雙碳”及2030年區(qū)域可再生能源目標(biāo)。
規(guī)劃能源轉(zhuǎn)型
鼓勵合理的投資和退役決策
隨著國資委重組計(jì)劃的實(shí)施，以及西北地區(qū)朝著減碳和可再生能源目標(biāo)相一致的非化石燃料發(fā)電資源的轉(zhuǎn)型，建立一種科學(xué)、透明的可靠性規(guī)劃方法將有助于確保燃煤發(fā)電機(jī)組退役不會影響可靠性，同時(shí)確保成本最低的資源組合。
這些目標(biāo)所暗示的燃煤發(fā)電容量的減少有可能會受到煤炭行業(yè)利益相關(guān)者的反對。他們會提出關(guān)于在未來幾年至幾十年退煤路徑以及在此時(shí)間段替代資源組合性質(zhì)的問題。特別是，關(guān)于可靠性的爭論將會重復(fù)出現(xiàn)，尤其是當(dāng)系統(tǒng)資源出現(xiàn)緊張的時(shí)間。透明和詳細(xì)的規(guī)劃流程可以幫助解決這些有爭議的辯論，并確保合理對待新的煤電投資。
建議7
合理化識別需要淘汰的燃煤發(fā)電機(jī)組的過程
國資委、國家發(fā)改委、能源局共同參與的相互協(xié)調(diào)的區(qū)域退煤工作將為實(shí)現(xiàn)2030目標(biāo)鋪平道路。2021年，國資委計(jì)劃在西北地區(qū)淘汰大量中央發(fā)電集團(tuán)所有的煤電，這需要與未來幾年實(shí)施更廣范圍的可持續(xù)減少煤電容量的努力相一致。工作內(nèi)容最好集中在淘汰較小、較舊、更低效的燃煤機(jī)組，類似于過去20年常用的方法，但是應(yīng)該關(guān)注區(qū)域作為一個整體而不是逐個省考慮淘汰煤電機(jī)組。
國家發(fā)改委和國家能源局在制定和實(shí)施淘汰落后煤電產(chǎn)能方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，包括在“十一五”發(fā)起的并在“十三五”規(guī)劃中繼續(xù)提出的“上大壓小”政策。雖然比起西北地區(qū)需要退役的煤電產(chǎn)能還有差距，但這些工作積累了非常有益的經(jīng)驗(yàn)。這些規(guī)劃中使用的基于指標(biāo)的行政管理方法（例如，基于平均發(fā)電煤耗、使用年限以及是否符合二氧化硫、氮氧化物和顆粒物排放控制法規(guī)的指標(biāo)），可以成為制定2021年國資委目標(biāo)以及與2030/60目標(biāo)一致的，滾動更新不斷淘汰燃煤發(fā)電流程的基礎(chǔ)。這個持續(xù)進(jìn)行的流程可以由國資委、國家發(fā)改委、能源局和省政府官員的代表組成的專門委員會主導(dǎo)完成。
最終，行政淘汰制度可以在充分發(fā)展的碳排放市場和良好運(yùn)作的區(qū)域現(xiàn)貨市場的基礎(chǔ)上，轉(zhuǎn)變?yōu)楦袌龌奶蕴贫?。但是，正如其他國家的?jīng)驗(yàn)所示，有效設(shè)計(jì)和實(shí)施這些市場機(jī)制可能需要很多年。
這些新的市場力量可以越來越多地推動現(xiàn)有煤電機(jī)組的退役。在新的電力市場中，發(fā)電公司將評估現(xiàn)有燃煤機(jī)組的“繼續(xù)運(yùn)行”成本，也就是說，發(fā)電企業(yè)要維持商業(yè)運(yùn)營需要支付的成本（見下方框）。發(fā)電公司可以將這些成本與預(yù)計(jì)的電力市場收入相比較。每當(dāng)發(fā)電公司發(fā)現(xiàn)單個現(xiàn)有燃煤機(jī)組的繼續(xù)運(yùn)行成本預(yù)計(jì)將超過市場收入，則會自愿淘汰這些燃煤機(jī)組，從而改善公司的總體財(cái)務(wù)狀況。
電力市場的繼續(xù)運(yùn)行成本和淘汰決策
繼續(xù)運(yùn)行成本通常包括所有的可變成本和一小部分固定成本?？勺兂杀景ㄈ剂铣杀?，排放成本（比如排放權(quán)成本），以及可變的運(yùn)行和維護(hù)(O&M)成本。固定成本不取決于發(fā)電機(jī)的出力水平，繼續(xù)運(yùn)行的固定成本包括固定維修成本（包括設(shè)備更新投資成本）、固定稅務(wù)成本、保險(xiǎn)費(fèi)、一部分勞動成本和工廠土地的租金。“沉沒”的投資成本不包括在繼續(xù)運(yùn)行成本中。
在設(shè)計(jì)和監(jiān)管良好的市場構(gòu)架中，為了確定某個機(jī)組是否應(yīng)繼續(xù)運(yùn)營，發(fā)電機(jī)組所有者將在一段時(shí)間內(nèi)將其預(yù)測的市場收入（元/千瓦-年）與其預(yù)測的繼續(xù)運(yùn)行成本（元/千瓦-年）進(jìn)行比較。如果成本超過收入，則所有者有可能淘汰該機(jī)組。例如，如果一個燃煤機(jī)組預(yù)測的平均市場收入為500元/千瓦-年（250元/兆瓦時(shí)，2000小時(shí)），接下來幾年的的成本為550元/千瓦-年（200元/兆瓦時(shí)可變成本+150元/ 千瓦-年固定運(yùn)維成本），則機(jī)組所有者可能會決定淘汰該機(jī)組。
新實(shí)施的國家碳排放交易系統(tǒng)，將是更基于市場導(dǎo)向煤電退役機(jī)制的重要組成部分。理想情況下，碳排放交易系統(tǒng)將發(fā)展為具有絕對年度排放上限的總量控制和交易機(jī)制，生態(tài)環(huán)境部將確定每年在規(guī)劃時(shí)期內(nèi)允許的CO2排放總量（理想情況下不僅是電力部門，而是整個經(jīng)濟(jì)體），通過配額（許可）交易允許靈活地合規(guī)。與之前所述的行政淘汰方法相比，至少從理論上講，這將導(dǎo)致更有效地確定要淘汰的燃煤機(jī)組：相比由政府機(jī)構(gòu)指定淘汰決策來說，發(fā)電公司將擁有更多的自主權(quán)和靈活性。
在這種更加以市場為基礎(chǔ)的環(huán)境中，二氧化碳配額定價(jià)將影響燃煤發(fā)電的淘汰決策。即使二氧化碳價(jià)格小幅上漲，也會大大增加煤電成本，并對淘汰煤電產(chǎn)能產(chǎn)生重大影響。例如，配額成本每增加100元/ 噸CO2，煤電成本就會增加225-250元/ MWh。
建議8
根據(jù)最低成本規(guī)劃確定新的資源投資組合
前面的建議討論了識別出需要淘汰的燃煤發(fā)電機(jī)組，接下來討論合理化投資決策的問題，以便投資者選擇經(jīng)濟(jì)有效的新清潔能源資源組合。對西北地區(qū)未來的發(fā)電和儲能資源組合進(jìn)行規(guī)劃和投資，將是該地區(qū)電力行業(yè)轉(zhuǎn)型的重要部分。由于電力行業(yè)擺脫對煤電的依賴將導(dǎo)致西北地區(qū)發(fā)電結(jié)構(gòu)的根本轉(zhuǎn)變，隨著轉(zhuǎn)型的開展，需要謹(jǐn)慎的規(guī)劃流程來支撐和評估新資源組合。一方面是為應(yīng)對大量波動性可再生能源并網(wǎng)和釋放分布式能源（包括需求響應(yīng)）的潛在價(jià)值的挑戰(zhàn)進(jìn)行規(guī)劃。歐洲、印度和美國為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)也在進(jìn)行類似的完善規(guī)劃方法的工作。
長期以來，中國的五年規(guī)劃在制定國家產(chǎn)業(yè)和環(huán)境政策方面發(fā)揮了重要作用，為決定發(fā)電投資和淘汰的總量和類型提供了高水平指導(dǎo)。同時(shí)，中央和省級政府還分別發(fā)布了針對具體資源的政策和法規(guī)，包括固定上網(wǎng)電價(jià)（FiT）、可再生能源配額、碳排放交易機(jī)制、儲能發(fā)展計(jì)劃、節(jié)能政策等等。不斷完善五年規(guī)劃進(jìn)程，并將該進(jìn)程與針對具體資源的政策和法規(guī)進(jìn)行協(xié)調(diào)，是規(guī)劃單位所面臨的一個挑戰(zhàn)。幸運(yùn)的是，能源局在2016年規(guī)劃政策提出了一些非常有用的綜合原則，為完成這些任務(wù)打下良好基礎(chǔ)。通過運(yùn)用高級的規(guī)劃模型來預(yù)測負(fù)荷、進(jìn)行可靠性評估和成本最低的容量擴(kuò)充，將非常有助于支持強(qiáng)化五年規(guī)劃。
特別是，完善的五年規(guī)劃過程應(yīng)著力解決以下具有挑戰(zhàn)性的問題：
資源組合優(yōu)化——達(dá)到最低成本的同時(shí)，保持高水平的系統(tǒng)可靠性所需要的非化石能源發(fā)電以及不同種類的儲能（技術(shù)、持續(xù)時(shí)間）和需求響應(yīng)的數(shù)量和地點(diǎn)應(yīng)該是什么？除了考慮到發(fā)電資源的選擇，還應(yīng)該考慮到儲能、需求響應(yīng)和節(jié)能投資，在區(qū)域?qū)用嫔?，總成本最低的資源組合是什么?
大型資源與分布式資源——互連到高壓輸電的發(fā)電和儲能投資（即，大型資源）和互連到配電系統(tǒng)的用戶的投資（即，分布式資源）之間應(yīng)如何保持平衡？
輸電投資——如何決定輸電投資，特別是考慮到儲能和輸電之間的可替代性？
建議制定區(qū)域性五年規(guī)劃，包括為省級政府制定的非化石燃料發(fā)電、儲能和需求側(cè)管理等目標(biāo)。國家發(fā)改委和能源局可以定期評估這些目標(biāo)的“方向性”遵守情況，以確保投資與規(guī)劃一致。理想情況下，該過程應(yīng)包括對五年規(guī)劃的期中評估和調(diào)整方案，以適應(yīng)預(yù)測、技術(shù)和技術(shù)成本的變化。
為滿足資源充足需求，可能會不斷出現(xiàn)新建燃煤項(xiàng)目的提議。此外，煤炭行業(yè)的利益方可能會繼續(xù)提出新的煤電將是滿足靈活資源需求的最佳選擇，以支持可變的可再生發(fā)電。值得注意的是，即使不考慮全部排放成本，相對于其他選擇而言（包括可再生能源、儲能、需求響應(yīng)和有針對性的節(jié)能措施），本節(jié)中描述的規(guī)劃流程也可以用來評判為滿足資源充足性需要進(jìn)行新燃煤發(fā)電的投資是否相對昂貴。此外，如西北地區(qū)最近的情況一樣，新的煤電投資很可能會繼續(xù)降低所有燃煤發(fā)電的運(yùn)行時(shí)間，這意味著新燃煤電廠會面臨低“有效”年度運(yùn)行小時(shí)數(shù)和高平準(zhǔn)化能源成本（元/ 兆瓦時(shí)）。圖5說明了在較低的年度運(yùn)行時(shí)間下，煤電平準(zhǔn)化成本（包括固定成本）的非線性增加。
圖5. 不同年度運(yùn)行小時(shí)數(shù)情況下
一個燃煤機(jī)組的平準(zhǔn)化成本示例
注：假定可變成本= 175元/ 兆瓦時(shí)，固定成本= 450元/ 千瓦-年
在國際上，煤電由于其固定成本較高，因此并不是低利用率（低容量系數(shù)）發(fā)電的經(jīng)濟(jì)有效的解決方案。從歷史上看，在美國，高峰需求通常是由需求響應(yīng)和單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)（CT）提供的，它們的投資成本相對較低。在一些州，電池儲能如今已成為單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的一種成本有效的替代選擇，并且這種趨勢隨著電池成本的下降還會繼續(xù)。旨在減少峰值需求的能效投資也可以具有很高的成本效益。
作為一個長期目標(biāo)，理想的做法是在區(qū)域現(xiàn)貨市場結(jié)構(gòu)下以反映市場價(jià)格的方式實(shí)施更精細(xì)的資源規(guī)劃過程。在建議5中，我們建議西北地區(qū)最終的區(qū)域現(xiàn)貨市場應(yīng)采取美國RTO的形式。在這種RTO結(jié)構(gòu)下，區(qū)域市場定價(jià)和RTO規(guī)劃將在引導(dǎo)投資方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。RTO規(guī)劃包括資源充足性規(guī)劃和輸電規(guī)劃。RTO規(guī)劃旨在確保，即使投資決策逐漸分散化的情況下，批發(fā)市場仍能保持可靠的電力供應(yīng)，具有充足的競爭力，并具有經(jīng)濟(jì)有效水平的輸電阻塞。
在市場投資模式中，生產(chǎn)者將基于對新資源的凈市場價(jià)值的評估（見方框），并結(jié)合區(qū)域現(xiàn)貨市場價(jià)格的長期預(yù)測，進(jìn)行投資。對于國有企業(yè)而言，這些評估將成為他們?yōu)殂y行貸款和項(xiàng)目建議書進(jìn)行盡職調(diào)查的一部分。
基于市場的資源評估示例
一家發(fā)電公司正在考慮投資一個50兆瓦的電池儲能設(shè)施。設(shè)施年安裝成本（含融資）800元/千瓦-年。他們通過咨詢公司，獲得了預(yù)測的未來20年每小時(shí)電能量和輔助服務(wù)市場的價(jià)格。
通過內(nèi)部模型評估，公司根據(jù)市場價(jià)格預(yù)測調(diào)度擬投資的電池儲能設(shè)施，確定其為公司帶來的收益（凈收入）。如果20年凈收入的年化現(xiàn)值超過800元/千瓦-年，投資的預(yù)期收益將超過預(yù)期成本。
該分析得出了投資的預(yù)期凈市場價(jià)值（收益減去成本，包括排放成本）。因?yàn)椴煌N類資源的價(jià)值和成本可能非常不同，這種方法可以對不同種類的資源進(jìn)行一對一比較。例如，發(fā)電公司正在比較電池儲能設(shè)施和600元/千瓦-年的燃?xì)鉁u輪機(jī)（CT）的投資。如果電池儲能設(shè)備預(yù)計(jì)凈收入（年化現(xiàn)值）為1000元/千瓦-年，而燃?xì)鉁u輪發(fā)電設(shè)備預(yù)計(jì)凈收入為500元/千瓦-年，那么公司應(yīng)該投資電池（200元/千瓦-年凈市場價(jià)值），而不是燃?xì)鉁u輪機(jī) （-100元/千瓦-年），即使渦輪機(jī)成本較低。
允許市場定價(jià)在指導(dǎo)資源投資決策方面發(fā)揮更重要的作用，但并不一定要取代五年規(guī)劃。長期資源規(guī)劃仍然可以幫助銀行、電力供應(yīng)商和買方設(shè)定較長期的預(yù)期。使用市場定價(jià)來指導(dǎo)投資的主要目標(biāo)是使發(fā)電投資對技術(shù)成本和電力系統(tǒng)成本的變化更加敏感，減少協(xié)調(diào)資源規(guī)劃和項(xiàng)目批準(zhǔn)之間的行政難題，并通過為發(fā)電公司在開發(fā)資源組合方面提供更多靈活性來鼓勵創(chuàng)新。
建議9
對區(qū)域近期系統(tǒng)可靠性進(jìn)行嚴(yán)格的定期更新的分析（備用容量研究）
隨著電力行業(yè)經(jīng)歷快速且巨大的轉(zhuǎn)變，決策者和利益相關(guān)者可能都存在一些關(guān)于如何維護(hù)可靠性的問題和擔(dān)憂。在中國和其他國家，都經(jīng)歷過管理電力系統(tǒng)供應(yīng)“緊張”和“松弛”的艱難時(shí)期，引發(fā)了一些爭論。此外，在國家能源局、國資委和地方官員都扮演著重要角色的情況下，協(xié)調(diào)不同政策制定者就這些議題作出的具體決定，也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
就像在美國和其他一些國家看到的那樣，對于整個區(qū)域?qū)嵤﹪?yán)格的、持續(xù)的可靠性規(guī)劃流程，對回答這些議題并確保電力行業(yè)轉(zhuǎn)型過程中沒有可靠性問題有很大幫助。系統(tǒng)可靠性規(guī)劃的目的是對電力系統(tǒng)是否具有充足的資源進(jìn)行一個短期的評估——發(fā)電、儲能和需求側(cè)資源（包括需求響應(yīng)）——來可靠地滿足峰值電力需求。這個分析考慮到主要的變量：天氣、發(fā)電機(jī)組意外停運(yùn)、每年或每小時(shí)水電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電的波動以及風(fēng)能和太陽能發(fā)電的不確定性。可靠性規(guī)劃經(jīng)?；谔鞖饽攴莺推骄ｋ娛录闹形粩?shù)做出假設(shè)，雖然氣候變化也在挑戰(zhàn)著這些假設(shè)背后的邏輯。
無論是在國際上還是在中國，電力系統(tǒng)運(yùn)營商和規(guī)劃者經(jīng)常使用經(jīng)驗(yàn)法則來評估可靠性。然而，隨著電力系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，發(fā)電資源和負(fù)荷越來越多樣化，經(jīng)驗(yàn)法則在評估可靠性方面變得越來越?jīng)]有意義。例如，對于火電廠來說，在擁有資源（如，水電，風(fēng)電，光電）和需求（如，冬季或者夏季高峰期）更大季節(jié)性波動的系統(tǒng)下，它的年度運(yùn)行小時(shí)數(shù)（容量系數(shù)）就不是一個好的可靠性指標(biāo)，因?yàn)橛捎谶@些系統(tǒng)波動一些機(jī)組需要在低容量系數(shù)下運(yùn)轉(zhuǎn)。據(jù)我們了解，這是國家能源局關(guān)于煤電投資的“煤電規(guī)劃建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警” 制度的一個主要考慮因素。然而，評估電力系統(tǒng)可靠性最有效的方法是通過嚴(yán)格的可靠性研究。
在北美，系統(tǒng)可靠性規(guī)劃以備用容量研究為中心。備用容量研究通常包括年度和年內(nèi)對三個問題的分析和公開報(bào)告：（1）現(xiàn)有備用容量的估計(jì)，（2）預(yù)測的備用容量，以及（3）在可靠性目標(biāo)的基礎(chǔ)上，設(shè)置目標(biāo)備用容量水平。對電力公司和其他發(fā)電所有者來說，通過這些研究進(jìn)行可靠性規(guī)劃，為關(guān)?；蛱蕴l(fā)電機(jī)組打下了基礎(chǔ)。即使在美國、加拿大和其他電力市場發(fā)達(dá)的地區(qū)，這種類型的可靠性規(guī)劃也非常重要。圖6顯示了阿爾伯塔省電力市場備用容量的定期預(yù)測。隨著可靠性問題和無意的偏見時(shí)而顯現(xiàn)，北美備用容量規(guī)劃研究的具體細(xì)節(jié)和方法也在不斷演變。
圖6. 2010-2024年
阿爾伯塔互聯(lián)電力系統(tǒng)預(yù)測的備用容量
同樣，2016年國家能源局頒布的《電力規(guī)劃管理辦法》，為實(shí)施這一過程搭建了良好的框架。這樣一項(xiàng)正在進(jìn)行的研究將有助于在政策制定者和利益相關(guān)者之間就淘汰大量煤電的艱難過程建立共識，并將有助于減輕對可靠性和系統(tǒng)供應(yīng)“緊張”時(shí)期的擔(dān)憂。換句話說，定期的可靠性研究如果做得好，就能指出問題可能出現(xiàn)的時(shí)間，并讓政策制定者調(diào)整法規(guī)和市場規(guī)則，以迅速解決問題。這樣，可靠性規(guī)劃將非常有助于支持西北區(qū)域朝著2030和2060年的目標(biāo)轉(zhuǎn)型。
西北地區(qū)電力系統(tǒng)的一些特點(diǎn)使可靠性規(guī)劃和評估變得復(fù)雜化，這些特點(diǎn)包括大量的熱電聯(lián)產(chǎn)，大量的電量輸出以及僅用于外送的連接在高壓直流輸電上的發(fā)電機(jī)組，一個水電大?。ㄇ嗪＃?，間歇性太陽能和風(fēng)能發(fā)電的快速增長，以及較大的區(qū)域負(fù)荷和資源多樣性。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膫溆萌萘垦芯靠梢詭椭鷳?yīng)對這些復(fù)雜性。為了獲得區(qū)域負(fù)荷和資源的多樣性收益并將輸電限制考慮進(jìn)來，西北電網(wǎng)公司可能最適合牽頭這項(xiàng)研究。在北美，年度和季度可靠性研究通常會向公眾公開，通常伴隨著驗(yàn)證結(jié)果所需要的詳細(xì)數(shù)據(jù)。這些報(bào)告由監(jiān)管機(jī)構(gòu)、利益相關(guān)者和獨(dú)立的市場監(jiān)測機(jī)構(gòu)進(jìn)行審查和評論。我們建議西北地區(qū)也可以參考這種做法。
西北電網(wǎng)的備用容量研究可以包括歷史備用容量的年度報(bào)告，未來備用容量的年度預(yù)測 （例如，未來五年），以及基于可靠性指標(biāo)和失負(fù)荷概率（LOLP）研究的目標(biāo)備用容量水平。作為分析的一部分，研究將確定出滿足備用容量目標(biāo)所需的燃煤發(fā)電量。國資委、發(fā)電公司和電網(wǎng)公司可以利用這一信息來核實(shí)，在不降低可靠性的情況下，可以在給定年份淘汰的現(xiàn)有過剩煤電產(chǎn)能的數(shù)量。如果研究表明在未來幾年會有可靠性擔(dān)憂，那么就是時(shí)候采取相應(yīng)的行動了，例如擴(kuò)大需求側(cè)管理項(xiàng)目。
備用容量研究也將是繼續(xù)發(fā)展電力批發(fā)市場的重要基礎(chǔ)。正在制定和完善電力市場設(shè)計(jì)的政府部門可能會發(fā)現(xiàn)，備用容量的研究在確保電力市場設(shè)計(jì)產(chǎn)生預(yù)期結(jié)果方面非常有幫助。在北美，該研究往往闡明了市場規(guī)則的變化如何影響備用容量和可靠性。
西北地區(qū)備用容量研究可以包含兩個有助于降低維持可靠性成本的因素：（1）從區(qū)域角度考慮區(qū)域負(fù)荷多樣性的好處，以及（2）嚴(yán)格考慮水電、太陽能、風(fēng)能、儲能和需求側(cè)資源對可靠性的貢獻(xiàn)。
負(fù)荷多樣性的好處是，根據(jù)區(qū)域同時(shí)高峰需求而不是根據(jù)省級不同時(shí)高峰需求的總和進(jìn)行可靠性規(guī)劃，從而節(jié)省成本。區(qū)域同時(shí)高峰通常總是小于省級不同時(shí)高峰的總和，這使得系統(tǒng)需要保留較少的資源來滿足可靠性目標(biāo)。在西北地區(qū)，主要的負(fù)荷多樣性優(yōu)勢體現(xiàn)在夏季高峰的陜西和冬季高峰的其他四個省份之間。 我們估計(jì)，2018年區(qū)域負(fù)荷多樣性收益約為4吉瓦，這意味著每年可節(jié)省成本約20億元人民幣（3億美元）（見圖7）。
圖7. 2019年西北地區(qū)負(fù)荷多樣性效益示意圖
要獲得這些效益，就需要建立一套可以促進(jìn)各省之間資源共享的機(jī)制，例如西北電網(wǎng)促進(jìn)的運(yùn)行備用容量的區(qū)域共享以及實(shí)時(shí)能源平衡機(jī)制。最終，我們建議這些共享機(jī)制的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可以成為實(shí)施區(qū)域現(xiàn)貨市場的重要方面。
水電、儲能和需求響應(yīng)都是能量有限的資源，而太陽能和風(fēng)能都是容量和能量有限的。這意味著這些資源對電力系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)將是概率性的，并將隨著滲透率而下降，但它不會為零。如果不考慮這些資源對可靠性的貢獻(xiàn)，將導(dǎo)致產(chǎn)能過剩和成本上升，并可能加劇該地區(qū)目前煤電的產(chǎn)能過剩。
在美國，太陽能和風(fēng)能發(fā)電的容量可信度以前通常是利用高峰時(shí)期的容量系數(shù)來計(jì)算的，但系統(tǒng)運(yùn)行商越來越多地使用有效負(fù)荷承載能力（ELCC）方法來計(jì)算，同時(shí)規(guī)劃者和系統(tǒng)運(yùn)行商也更多的使用該方法來計(jì)算儲能的容量可信度。隨著儲能在美國部分地區(qū)成為邊際容量資源，確保準(zhǔn)確計(jì)算儲能的可靠性貢獻(xiàn)變得越來越重要。
建議10
完善儲能的批發(fā)定價(jià)和運(yùn)行模式
幫助可再生能源并網(wǎng)一直是部署儲能的重點(diǎn)，從近期來看，不論是國際上還是中國及其西北地區(qū)，儲能最重要的價(jià)值是避免新建火電的需求。在近期內(nèi)，制定出上網(wǎng)電價(jià)和運(yùn)行模式，將對西北地區(qū)儲能作為容量資源發(fā)展其商業(yè)模式至關(guān)重要。從長期來看，區(qū)域電力現(xiàn)貨市場可以幫助協(xié)調(diào)儲能投資和調(diào)度。
在西北地區(qū)，儲能已經(jīng)可以參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場。這為同時(shí)布局儲能與發(fā)電提供了動力，然而，卻可能限制儲能在電力系統(tǒng)中的價(jià)值。西北能源監(jiān)管局和行業(yè)參與者正在探索鼓勵獨(dú)立儲能的模型，從而為電力系統(tǒng)提供更廣泛的價(jià)值。
在當(dāng)前的機(jī)制作用下，西北地區(qū)獨(dú)立儲能面臨的三個問題是：
1. 如何對其進(jìn)行補(bǔ)償?
2. 如何運(yùn)行以使其價(jià)值最大化?
3. 如何收回成本?
在短期內(nèi)，標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)可以解決第一個問題，根據(jù)電價(jià)設(shè)計(jì)（見表1），可以采用不同的運(yùn)行模式（問題2）。 隨著時(shí)間推移而降低的標(biāo)桿電價(jià)也將為儲能技術(shù)的不斷創(chuàng)新和降低成本提供激勵。
表1. 儲能電價(jià)和運(yùn)行模式的潛在方法
對于基于容量成本和基于電能量成本的電價(jià)方法，電網(wǎng)公司將可以靈活地運(yùn)行儲能設(shè)施，以確保大電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性并最小化其成本。要確保電網(wǎng)公司運(yùn)行儲能的激勵措施與系統(tǒng)利益保持一致，可能需要強(qiáng)化目標(biāo)，其中可能包括對可靠性、燃料成本和棄電的改善目標(biāo)（例如，可再生能源棄電量和消納量的雙降雙升指標(biāo)）。 強(qiáng)化目標(biāo)將使電網(wǎng)公司有更多動力通過儲能充電和放電提供系統(tǒng)利益。
分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)（如建議2中討論的那樣）減少了電網(wǎng)公司運(yùn)行儲能的潛在動機(jī)問題，但需要明確定義的時(shí)間段，并與系統(tǒng)成本合理匹配（例如，晚上成本較低，白天成本較高）。儲能所有者將得到充電和放電價(jià)格之間的差價(jià)，并考慮充放電損失。如果沒有明確定義的成本時(shí)間段，并且電價(jià)和系統(tǒng)成本之間不匹配，電網(wǎng)公司運(yùn)行儲能可能會增加系統(tǒng)成本。
從儲能設(shè)備所有者的角度，基于容量成本、電能量成本，以及分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)的主要區(qū)別在于各自承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)不同?；谌萘砍杀镜膬r(jià)格（元/千瓦-年）可能導(dǎo)致比儲能所有者預(yù)想的更多的設(shè)備運(yùn)行小時(shí)數(shù)和更快的退化。而基于電能量成本和分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)，則可能無法使儲能所有者回收成本，如果設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間比所有者預(yù)想的要少。
通過電價(jià)補(bǔ)償儲能成本（問題3）并不能直接從工業(yè)和大型商業(yè)用戶那里回收——零售商和直購電大用戶沒有動力簽署儲能合同，而是通過中長期合同買電。由于儲能具有可靠性價(jià)值，從所有用戶那里收回儲能支付款項(xiàng)是合理的，這表明可以允許電網(wǎng)公司通過輸電價(jià)格回收儲能費(fèi)用。
從長期來看，現(xiàn)貨市場可以起到最大化儲能系統(tǒng)利益的激勵作用。儲能利用從負(fù)MW（充電，負(fù)荷）到正MW（放電，發(fā)電）的競價(jià)曲線在日前和實(shí)時(shí)電能量及輔助服務(wù)市場競價(jià)（見圖8）。在美國電力市場中，日前和實(shí)時(shí)電能量和備用容量市場的聯(lián)合優(yōu)化有助于高效利用儲能資源，聯(lián)合優(yōu)化方法能夠保證參與備用市場不會損害儲能所有者的利益。
圖8. 儲能設(shè)備的電能量競價(jià)曲線示例圖
結(jié)論
世界各地的決策者正在制定新的脫碳目標(biāo)，并考慮實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)所需作出的具體政策和監(jiān)管方面的改變。本文圍繞電力行業(yè)運(yùn)行、煤炭資產(chǎn)退役和規(guī)劃流程改革這三個主題，在借鑒國際經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，就西北地區(qū)如何制定決策做了探討，并提出了一系列建議。一同作用，這些建議可以作為該地區(qū)清潔能源發(fā)展和并網(wǎng)以及淘汰燃煤發(fā)電的路線圖。實(shí)施這些領(lǐng)域的改革不是一件容易的事情，因此，本文就當(dāng)前可行的具體措施和長遠(yuǎn)的理想政策提出了建議。隨著西北地區(qū)的政策制定者在這些領(lǐng)域取得進(jìn)展，就這些主題進(jìn)行國際交流會有更大意義。
（本文內(nèi)容不代表eo立場）
參考資料（上下滑動查看）
環(huán)境保護(hù)部，國家發(fā)展和改革委員會，國家能源局(2015年12月). 全面實(shí)施燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案. http://www.mee.gov.cn/gkml/hbb/bwj/201512/t20151215_319170.htm.
Karplus, V., Zhang, S., and Almond, D. (2018). Quantifying coal power plant responses to tighter SO2 emissions standards in China.
