文 | 張樹偉、沈昕一、姚喆、殷光治
電力供給需求需要時刻保持平衡，這對電力容量（kW）充足性提出了要求。即在系統(tǒng)負(fù)荷高峰時段（時刻），可得電力資源需要足夠匹配需求水平。2020年下半年以來，電力系統(tǒng)若干主體以及智庫，包括電網(wǎng)公司、中電聯(lián)、電規(guī)總院等均對2021年乃至更長期的電力系統(tǒng)供需形勢進(jìn)行了預(yù)警。他們特別提及，在華中、南方以及其他地區(qū)，預(yù)計存在部分電力供應(yīng)緊平衡乃至緊張問題。
2021年7月中旬，政府發(fā)改委發(fā)布了《關(guān)于做好2021年能源迎峰度夏工作的通知》（發(fā)改運行〔2021〕1058號），綢繆預(yù)期中7月底到8月中下旬高溫天氣下的電力尖峰需求。相比之前年份的通知（2013；2014；2019），今年的通知20次提到了煤炭相關(guān)的供應(yīng)保障能力。我們對詞頻的大數(shù)據(jù)分析顯示：它構(gòu)成了這些通知之間的主要區(qū)別。這顯示了政府決策部門的重大關(guān)切。但是，與之前文件詞頻顯示信息類似的是，這些通知往往都是“系統(tǒng)如何保持平衡”的技術(shù)性要求——特別包括“千方百計”如何擴大供應(yīng)以及壓縮需求（有序用電），而缺乏解決方案排序標(biāo)準(zhǔn)的考量，從而這些措施無法實現(xiàn)“誰先誰后”的協(xié)調(diào)性安排。
這往往意味著可持續(xù)方面的問題。必須明確的是：實現(xiàn)迎峰度夏時期的供給需求平衡，顯然不應(yīng)該是個不擇手段需要滿足的目標(biāo)，而必須具有成本最小化的價值觀。只有這樣，才是長期可持續(xù)的，也往往是各利益主體激勵相容的。
這是建設(shè)新型電力系統(tǒng)的重要內(nèi)容。新型電力系統(tǒng)之路已經(jīng)開啟。我們需要足夠的“腦洞”，想象一個更加安全、高效、靈活的電力系統(tǒng)。它需要明顯地區(qū)分于舊有的粗尺度平衡、高度自由量裁調(diào)度體系，需要打破很多舊秩序，建立新秩序，不亞于一場真正的“能源革命”。
在本期報告中，我們結(jié)合項目研究結(jié)論，總結(jié)現(xiàn)實現(xiàn)狀中存在的“八大邏輯謬誤”來闡述可持續(xù)地避免高峰時刻停電的解決方案。
謬誤之一：將系統(tǒng)充足性等同于某種“靈活性”
《中國能源報》文章稱：現(xiàn)有電力系統(tǒng)，難以支撐新能源巨量接入。雖然縱觀全文，其談的幾乎大部分（如果不是全部）都是系統(tǒng)在極端條件下的系統(tǒng)充足性問題。也就是可得電力資源要滿足當(dāng)時時刻的需求，而并不涉及所謂的波動相關(guān)的“靈活性”要求的提高——特別包括更低的最小出力水平、更短的啟停時間，以及更快爬坡速率等問題。
電力系統(tǒng)的存儲能力是非常有限的，因此必須保證在各個時間尺度上保持系統(tǒng)平衡。需要特別關(guān)注容量（kW），而不是容量的積分——電量（kWh）的平衡。就一年8760小時而言，最高負(fù)荷時刻系統(tǒng)容量仍保持充足，是一個基本的技術(shù)與安全要求。理論上來講，總有那么某些時刻，“風(fēng)也不刮、也沒有一絲太陽”。因此，系統(tǒng)的可控裝機必須能夠基本覆蓋最大負(fù)荷，這是未來電力系統(tǒng)運行與規(guī)劃的必要約束。
發(fā)電充足性（generationadequacy）是系統(tǒng)負(fù)荷（load）與發(fā)電資源（generation）可得性的一個比較。這是《電力系統(tǒng)安全導(dǎo)則》的基本要求。我國《電力系統(tǒng)安全導(dǎo)則》節(jié)3.1.1.明確規(guī)定：為保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，維持電力系統(tǒng)頻率、電壓的正常水平，系統(tǒng)應(yīng)有足夠的靜態(tài)穩(wěn)定儲備和有功功率、無功功率備用容量。備用容量應(yīng)分配合理，并有必要的調(diào)節(jié)手段。此為系統(tǒng)充足性要求。在歐美競爭性市場，這往往意味著容量巨大、電量有限的某些機組，只能擁有非常有限的小時數(shù)。
對于何為足夠以及合理必要，安全導(dǎo)則并沒有給出具體界定?！禨DJ161-1985中華人民共和國水利電力部_電力系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》規(guī)定系統(tǒng)總備用（包括負(fù)荷備用、事故備用與檢修備用三類）不低于20%。2020年發(fā)布的GB/T38969-2020《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，系統(tǒng)備用容量為最大負(fù)荷的2%～5%，事故備用容量為最大負(fù)荷的10%，不小于系統(tǒng)一臺最大機組或饋入最大容量直流的單級容量。
由于我國電力行業(yè)從過去的裝機嚴(yán)重不足迅速在2005年之后轉(zhuǎn)為裝機過剩，這方面的規(guī)則并沒有適宜的現(xiàn)實條件去嚴(yán)格執(zhí)行。在實際系統(tǒng)運行與規(guī)劃中，往往采用經(jīng)驗原則，并事實上由系統(tǒng)運營商主導(dǎo)并確定。
這類似于北美可靠性委員會（NERC）確定的“ResourceAdequacy”(RA)reliabilitycriteria指標(biāo)。一方面，這個標(biāo)準(zhǔn)不能過高，造成不必要的資產(chǎn)閑置浪費；另一方面，也不能過低，頻繁備用耗盡出現(xiàn)拉閘限電的情況。這個選擇必須明確，不選擇（也就是保持現(xiàn)狀冗余程度）也是一種選擇。比如，在2020/2021年的冬季，美國PJM市場，根據(jù)50/50的負(fù)荷預(yù)測，保有48%的計劃容量備用；31%的計劃容量備用，對應(yīng)于可能的極端峰值需求；17%的儲備率，考慮到其典型的受迫停機率和極端條件下的宕機。
當(dāng)然，這一系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，往往都不包含燃料短缺造成的風(fēng)險，而這種風(fēng)險往往在現(xiàn)實中也是存在的，特別是運輸較為困難的天然氣。北美的很多冬天，因為局部網(wǎng)絡(luò)的阻塞，天然氣價格可能上漲幾十倍甚至上百倍；而我國更是存在巨大的天然氣峰谷差，工業(yè)用氣往往需要在供給緊張的時候無原則地給居民用氣“讓路”。這一可靠性完全不涉及所謂的“靈活性”。機組再靈活，如果總量不夠，那也白搭。
謬誤之二：擬人化、勞?；斫怆娫唇巧?/strong>
從經(jīng)濟(jì)成本而言，天然氣單循環(huán)機組往往是不多的滿足尖峰負(fù)荷的理性選擇。在我國，由于缺乏小時間尺度競爭，對這個問題的認(rèn)識受制于其他思維方式。我國電力部門采用的是成本為基礎(chǔ)的煤電標(biāo)桿電價機制。通常保證小時數(shù)，默認(rèn)建成了就給足夠小時數(shù)回收投資的做法已經(jīng)形成慣性與習(xí)慣。對部分所謂專業(yè)化調(diào)峰機組也一樣，往往也給3000小時甚至更高，從而有效的降低了高電價投資回收的必要性，使得高的生產(chǎn)側(cè)電價不再（必要）出現(xiàn)，天然氣機組（管制）價格也就比煤電高兩倍，甚至更少。這部分小時數(shù)通過全體其他機組分?jǐn)偅沟闷溟L期平均成本上升。這不是一個系統(tǒng)成本最小化的安排，調(diào)峰機組往往存在容量不足，而利用率過度的問題。全年統(tǒng)計來看，這種電價安排（比如365天4毛的電價），其總的系統(tǒng)成本，往往要高于一個360天低電價（比如3毛5），但是夏季用電高峰有那么120個小時高電價（比如1.2元）的系統(tǒng)。
這也跟如何補償“勞?！钡乃季S方式有關(guān)。如果在“尖峰”困難時刻出了大力（牛?。⌒量啵。?，那么就需要獎勵補償這種勞模行為。問題是：相比于建立一個專門額外的“勞?；鹳~戶”，電力系統(tǒng)往往把其他機組的共同發(fā)電小時數(shù)作為這種賬戶，通過減少其他機組的小時數(shù)來實現(xiàn)這種獎勵(從而非勞?！疤芍仓袠尅?。勞模滿足了尖峰需求，并不意味著在其他時刻它適合來發(fā)電（可能有比它成本更低的）。這種思維方式扭曲了市場的發(fā)電份額，是用“攪和”統(tǒng)一市場的方式去獎勵勞模。
解決系統(tǒng)充足性問題，往往不能靠基荷煤電。任何的解決方案都必須進(jìn)行成本效益（efficiency）與成本有效性（cost-effective）分析以保證所選方案的充分理性。額外負(fù)荷的出現(xiàn)時間往往很短，這不是需要運行4000小時乃至更高才具有經(jīng)濟(jì)性的煤電機組的角色。
謬誤之三：風(fēng)光保證容量按零處理
可再生能源發(fā)電首先是個電源，不是個需要“消納”的負(fù)擔(dān)。語言是對思維有影響的。這方面的意識形態(tài)斗爭非常激烈。先入為主的“消納”概念對公眾的理解產(chǎn)生了誤導(dǎo)，彷佛這是個負(fù)擔(dān)。隨之而來的，那就是“消納”不了自然就發(fā)電電源自己倒霉了。這種界定急需改變。需要明確的是：可再生能源是一種跟化石能源不同的電源。他們是來發(fā)電的，而市場需要保持隨時開放。系統(tǒng)并不存在所謂的“棄風(fēng)”，只是棄電而已。
波動性是一種特點，它并不是不確定性。光伏只有有太陽的時候才發(fā)電，因此是隨著日出日落以及有無云團(tuán)而高度波動的，但是這很“確定”，并不意味著不確定性。需要結(jié)合更短尺度的“預(yù)測”來消除大部分的不確定性。不確定的部分只是那部分無法提前預(yù)知的“預(yù)測誤差”。
保證容量衡量系統(tǒng)高峰用電時刻以及機組出力的一致性特性。比如，如果負(fù)荷高峰是中午，那往往也是太陽最充足出力最大的時刻，光伏的保證出力可以達(dá)到60%，甚至更大。如果負(fù)荷高峰是冬季的傍晚，在中國的很多地區(qū)，也是刮風(fēng)比較厲害的時候，風(fēng)電的出力可以達(dá)到50%。對于一個給定的系統(tǒng)，通過實際運行的統(tǒng)計分析，或者電源特性的仿真分析，可以得出各個電源的保證容量抑或需求承載能力。這又是一個典型的電力工程學(xué)問題——在“黑天鵝”事件沒有發(fā)生的情況下很科學(xué)準(zhǔn)確。但是，任何的結(jié)果，似乎很難在時間與空間范圍上做普適推廣，成為一個普遍的規(guī)律。因為這個數(shù)字實在受各種系統(tǒng)變化因素，而不僅僅是風(fēng)光自身出力特性的影響。比如，光伏不多的時候，需求高峰還在中午，繼續(xù)增加光伏不會大幅降低其保證容量。但是一旦（凈）負(fù)荷（總負(fù)荷-光伏）變的是傍晚以后最高，那么新增光伏的容量貢獻(xiàn)將立即大幅跌落。
基于目前的系統(tǒng)負(fù)荷與出力特性，風(fēng)光都具有明顯的保證容量。以江蘇2019年出力曲線為例，其光伏目前的保證容量在60%以上，而風(fēng)電也有30%。
謬誤之四：將解決系統(tǒng)充足性視為不惜代價要實現(xiàn)的目標(biāo)
現(xiàn)實中的大部分資源都是稀缺的，我們需要探討的往往都是效率問題，也就是如何在一個目標(biāo)不變，或者略微退化換取另外一個目標(biāo)大幅進(jìn)步的可能性，不能“到什么山上唱什么歌”，聚焦哪個因素哪個就最重要。安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保都不可或缺。對某一個的片面強調(diào)，做絕對優(yōu)先排序（“哪個更重要”），都是不理性的。
政府確定解決系統(tǒng)充足性問題的序列方案。必須在證明前一級不可得的情況下，才考慮下一級資源。這一序列可以是：
現(xiàn)有資源的充分利用，包括電源與電網(wǎng)
加強局部電網(wǎng)互聯(lián)（而不是僵直送電）與互濟(jì)安排
需求側(cè)響應(yīng)，須合理定價，目前普遍存在過度補償問題
零碳發(fā)電資源（邊際成本為零，統(tǒng)籌減排與系統(tǒng)充足性）
尖峰發(fā)電資源（天然氣單循環(huán)），投資成本小
腰荷與基荷發(fā)電資源
只有遵循這一順序，解決高峰用電問題才是成本最優(yōu)，具有最大投入產(chǎn)出比的。
謬誤之五：誰限電誰倒霉
目前我國的所謂“有序用電序列”，本質(zhì)上是一種抓壯丁的安排，既沒有效率，也很不公平。居民用電的停電損失最低，并且沒有傳導(dǎo)效應(yīng)，應(yīng)該是優(yōu)先“拉閘”的群體，反而排在“有序用電序列”的最高端，而工業(yè)用戶停電意味著停產(chǎn)、甚至設(shè)備損害損失，卻往往成為那個“倒霉蛋”。
限電如果發(fā)生了，需要補償限電者。系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定是社會公共品。補償限電者的資金最終應(yīng)該來自于最終消費者。可以通過建立對電網(wǎng)實體的實質(zhì)性年“收入上限”通過電網(wǎng)輸配電中介消化。
只有有效地補償限電者，才能同時規(guī)避“肆意”拉閘限電的道德風(fēng)險。我國過去的拉閘限電，從來不披露限電的具體時刻與空間信息，以及系統(tǒng)備用率，是否存在為了系統(tǒng)的冗余安全阻礙機組發(fā)電掙錢機會的可能，不得而知。
謬誤之六：外來電能力不足
美國得州以及我國湖南的事故當(dāng)中，有一種說法：存在外部支援就好了。
這是“事后諸葛亮”（hindsight），并且存在類似的“擬人化”問題。外來電的能力是個投資問題，其決策的價值標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是全生命周期（一年是有8760小時的）的成本與收益的比較，而不能僅立于這幾百個小時的情況，就說“缺外來電”。這在邏輯上也出現(xiàn)了明顯的跳躍。是否需要通過外來電解決容量充足性問題，需要與其他的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、安全與可靠性的比較選擇。
在歐美體系中，往往有這樣的規(guī)則：在緊急情況下，優(yōu)先滿足本地的需求，而不是持續(xù)外送。這立于本地優(yōu)先以及價格邏輯。但是，在我國，由于缺乏競爭的協(xié)調(diào)機制，往往是計劃性的協(xié)調(diào)機制，其考量也往往超越經(jīng)濟(jì)層面的考量，屬于規(guī)則不足夠清晰的領(lǐng)域。如果本地緊張還不停止僵直外送，那么這將成為事實上的“殖民地外送”。
謬誤之七：評估不考慮不同地區(qū)高峰用電的差異性
由于不同地區(qū)負(fù)荷特性略有不同，其夏季用電高峰出現(xiàn)的時間往往有所區(qū)別。就華東地區(qū)而言，其夏季用電高峰通常出現(xiàn)在7月中旬-8月下旬之間。根據(jù)2018年的負(fù)荷曲線估計，整個地區(qū)的負(fù)荷高峰相當(dāng)于各個省高峰用電之和的約92%。也就是說：如果以滿足最大負(fù)荷為目標(biāo)進(jìn)行裝機，基于目前的負(fù)荷特性，以區(qū)域為平衡區(qū)來進(jìn)行系統(tǒng)運行要比各個省分別平衡（目前的情況）減少8%左右的物理裝機。
要實現(xiàn)這一更大平衡范圍要求，需要投資加密一些聯(lián)絡(luò)線，以及相應(yīng)的調(diào)度平衡自動化技術(shù)、定價政策市場體系與監(jiān)管治理體系的改變，而不是建設(shè)一些“電力特供”的跨區(qū)僵直運行“大飛線”。特別的：
漸進(jìn)改變——系統(tǒng)運行的自動化程度與反應(yīng)速度，以及先進(jìn)的發(fā)電與用電技術(shù)與模式的發(fā)展，比如需求響應(yīng)，PowertoX以及儲能。這需要依賴于軟硬件，特別是能源數(shù)字化體系的發(fā)展與高分辨率定價。
大幅度提升——本質(zhì)上改變調(diào)度中心“指揮官”式的角色，成為一個處理各主體總體平衡偏差、具有有限功能、提供專門服務(wù)、收入中性的專業(yè)機構(gòu)，具有經(jīng)濟(jì)調(diào)度的頭腦，運營統(tǒng)一電力市場。從而，不同主體具有更加平衡的責(zé)任分工與合作互動。
“創(chuàng)造性”毀滅——裁撤無平衡責(zé)任機構(gòu)國家調(diào)度中心，充實到具體負(fù)責(zé)系統(tǒng)平衡的網(wǎng)調(diào)與省調(diào)。廣大的優(yōu)質(zhì)人力資源也可以實現(xiàn)更優(yōu)化配置，專注于系統(tǒng)平衡的技術(shù)與范式改進(jìn)，而不是作為計劃制定機構(gòu)造租尋租。徹底廢除不考慮送出地與接受地需求動態(tài)的所謂“輸電”專線——特權(quán)僵直外送電安排。
從我們的觀點講，需要更多投資于500kV及以下的電網(wǎng)加強（strengthen），為區(qū)域電力平衡與統(tǒng)一市場建設(shè)奠定基礎(chǔ)。這在既有基礎(chǔ)比較薄弱的華中地區(qū)是尤其具有意義的。同時，要對電力的生產(chǎn)與使用更多的進(jìn)行統(tǒng)一市場安排，而不是形成各種“特供電”，完全不考慮發(fā)電者與需求者的供需動態(tài)。這系于整個社會更高水平的對于系統(tǒng)平衡以及應(yīng)該如何運行的認(rèn)識。
謬誤之八：將系統(tǒng)充足性評估靜態(tài)化
系統(tǒng)充足性是個動態(tài)問題，涉及到電源、需求動態(tài)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，甚至天氣情況以及燃料可得性，往往變化很快，需要至少進(jìn)行年度評估。與其每年擔(dān)心迎峰度夏過不去，還不如建立常態(tài)化機制。建議政府監(jiān)管部門（國家能源局市場監(jiān)管司）就系統(tǒng)充足性透明度問題開展專項監(jiān)管，要求系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)須逐年編制并公開系統(tǒng)充足性回顧報告（Retrospect），以及系統(tǒng)充足性預(yù)測（Forecast）報告。
這些報告作為系統(tǒng)容量擴張的參考標(biāo)準(zhǔn)。特別的，需要引入ELCC（Theeffectiveload-carryingCapacity）概念與方法論度量波動性風(fēng)電與光伏的系統(tǒng)可靠性能力。它會較多地低于銘牌容量，但是也顯著地大于零。
總結(jié)：華東地區(qū)今年夏季用電高峰：安全！無需拉閘限電。
基于以上的邏輯，我們對我國華東地區(qū)2021年基礎(chǔ)的系統(tǒng)資源進(jìn)行了給定需求情景下的評估。結(jié)果顯示：在系統(tǒng)事實平衡區(qū)從省級擴大到區(qū)域，華東地區(qū)系統(tǒng)充足性5年內(nèi)不存在問題（圖3）。即使各種不利條件出現(xiàn)，也大體可保持穩(wěn)健，比如需求超預(yù)期、外來電N-3事故宕機、風(fēng)電光伏出力不理想。
關(guān)鍵的“軟”措施在于電網(wǎng)運行的靈活性，特別是跨區(qū)靈活性與調(diào)度精細(xì)化程度的提高。情景2（更大范圍更靈活的調(diào)度體系），相比情景1（目前的調(diào)度方式），一次性可以節(jié)省冗余裝機價值900億元。
