文 | 張樹偉、沈昕一、姚喆、殷光治
電力供給需求需要時(shí)刻保持平衡，這對(duì)電力容量（kW）充足性提出了要求。即在系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)段（時(shí)刻），可得電力資源需要足夠匹配需求水平。2020年下半年以來(lái)，電力系統(tǒng)若干主體以及智庫(kù)，包括電網(wǎng)公司、中電聯(lián)、電規(guī)總院等均對(duì)2021年乃至更長(zhǎng)期的電力系統(tǒng)供需形勢(shì)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(jì)存在部分電力供應(yīng)緊平衡乃至緊張問(wèn)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(yùn)行〔2021〕1058號(hào)），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(duì)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(jì)”如何擴(kuò)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(wú)法實(shí)現(xiàn)“誰(shuí)先誰(shuí)后”的協(xié)調(diào)性安排。
這往往意味著可持續(xù)方面的問(wèn)題。必須明確的是：實(shí)現(xiàn)迎峰度夏時(shí)期的供給需求平衡，顯然不應(yīng)該是個(gè)不擇手段需要滿足的目標(biāo)，而必須具有成本最小化的價(jià)值觀。只有這樣，才是長(zhǎng)期可持續(xù)的，也往往是各利益主體激勵(lì)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(gè)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(chǎng)真正的“能源革命”。
在本期報(bào)告中，我們結(jié)合項(xiàng)目研究結(jié)論，總結(jié)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)狀中存在的“八大邏輯謬誤”來(lái)闡述可持續(xù)地避免高峰時(shí)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(guó)能源報(bào)》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(wèn)題。也就是可得電力資源要滿足當(dāng)時(shí)時(shí)刻的需求，而并不涉及所謂的波動(dòng)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(shí)間，以及更快爬坡速率等問(wèn)題。
電力系統(tǒng)的存儲(chǔ)能力是非常有限的，因此必須保證在各個(gè)時(shí)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(shí)而言，最高負(fù)荷時(shí)刻系統(tǒng)容量仍保持充足，是一個(gè)基本的技術(shù)與安全要求。理論上來(lái)講，總有那么某些時(shí)刻，“風(fēng)也不刮、也沒有一絲太陽(yáng)”。因此，系統(tǒng)的可控裝機(jī)必須能夠基本覆蓋最大負(fù)荷，這是未來(lái)電力系統(tǒng)運(yùn)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(gè)比較。這是《電力系統(tǒng)安全導(dǎo)則》的基本要求。我國(guó)《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(yùn)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(chǔ)備和有功功率、無(wú)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(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)，這往往意味著容量巨大、電量有限的某些機(jī)組，只能擁有非常有限的小時(shí)數(shù)。
對(duì)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(guó)水利電力部_電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(tái)最大機(jī)組或饋入最大容量直流的單級(jí)容量。
由于我國(guó)電力行業(yè)從過(guò)去的裝機(jī)嚴(yán)重不足迅速在2005年之后轉(zhuǎn)為裝機(jī)過(guò)剩，這方面的規(guī)則并沒有適宜的現(xiàn)實(shí)條件去嚴(yán)格執(zhí)行。在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行與規(guī)劃中，往往采用經(jīng)驗(yàn)原則，并事實(shí)上由系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)并確定。
這類似于北美可靠性委員會(huì)（NERC）確定的“ResourceAdequacy”(RA)reliabilitycriteria指標(biāo)。一方面，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不能過(guò)高，造成不必要的資產(chǎn)閑置浪費(fèi)；另一方面，也不能過(guò)低，頻繁備用耗盡出現(xiàn)拉閘限電的情況。這個(gè)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(guó)PJM市場(chǎng)，根據(jù)50/50的負(fù)荷預(yù)測(cè)，保有48%的計(jì)劃容量備用；31%的計(jì)劃容量備用，對(duì)應(yīng)于可能的極端峰值需求；17%的儲(chǔ)備率，考慮到其典型的受迫停機(jī)率和極端條件下的宕機(jī)。
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(xiǎn)，而這種風(fēng)險(xiǎn)往往在現(xiàn)實(shí)中也是存在的，特別是運(yùn)輸較為困難的天然氣。北美的很多冬天，因?yàn)榫植烤W(wǎng)絡(luò)的阻塞，天然氣價(jià)格可能上漲幾十倍甚至上百倍；而我國(guó)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(shí)候無(wú)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(jī)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(jī)組往往是不多的滿足尖峰負(fù)荷的理性選擇。在我國(guó)，由于缺乏小時(shí)間尺度競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)這個(gè)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)受制于其他思維方式。我國(guó)電力部門采用的是成本為基礎(chǔ)的煤電標(biāo)桿電價(jià)機(jī)制。通常保證小時(shí)數(shù)，默認(rèn)建成了就給足夠小時(shí)數(shù)回收投資的做法已經(jīng)形成慣性與習(xí)慣。對(duì)部分所謂專業(yè)化調(diào)峰機(jī)組也一樣，往往也給3000小時(shí)甚至更高，從而有效的降低了高電價(jià)投資回收的必要性，使得高的生產(chǎn)側(cè)電價(jià)不再（必要）出現(xiàn)，天然氣機(jī)組（管制）價(jià)格也就比煤電高兩倍，甚至更少。這部分小時(shí)數(shù)通過(guò)全體其他機(jī)組分?jǐn)?，使得其長(zhǎng)期平均成本上升。這不是一個(gè)系統(tǒng)成本最小化的安排，調(diào)峰機(jī)組往往存在容量不足，而利用率過(guò)度的問(wèn)題。全年統(tǒng)計(jì)來(lái)看，這種電價(jià)安排（比如365天4毛的電價(jià)），其總的系統(tǒng)成本，往往要高于一個(gè)360天低電價(jià)（比如3毛5），但是夏季用電高峰有那么120個(gè)小時(shí)高電價(jià)（比如1.2元）的系統(tǒng)。
這也跟如何補(bǔ)償“勞?！钡乃季S方式有關(guān)。如果在“尖峰”困難時(shí)刻出了大力（牛??！辛苦?。?，那么就需要獎(jiǎng)勵(lì)補(bǔ)償這種勞模行為。問(wèn)題是：相比于建立一個(gè)專門額外的“勞?；鹳~戶”，電力系統(tǒng)往往把其他機(jī)組的共同發(fā)電小時(shí)數(shù)作為這種賬戶，通過(guò)減少其他機(jī)組的小時(shí)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種獎(jiǎng)勵(lì)(從而非勞模“躺著也中槍”)。勞模滿足了尖峰需求，并不意味著在其他時(shí)刻它適合來(lái)發(fā)電（可能有比它成本更低的）。這種思維方式扭曲了市場(chǎng)的發(fā)電份額，是用“攪和”統(tǒng)一市場(chǎng)的方式去獎(jiǎng)勵(lì)勞模。
解決系統(tǒng)充足性問(wèn)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(shí)間往往很短，這不是需要運(yùn)行4000小時(shí)乃至更高才具有經(jīng)濟(jì)性的煤電機(jī)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(gè)電源，不是個(gè)需要“消納”的負(fù)擔(dān)。語(yǔ)言是對(duì)思維有影響的。這方面的意識(shí)形態(tài)斗爭(zhēng)非常激烈。先入為主的“消納”概念對(duì)公眾的理解產(chǎn)生了誤導(dǎo)，彷佛這是個(gè)負(fù)擔(dān)。隨之而來(lái)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(lái)發(fā)電的，而市場(chǎng)需要保持隨時(shí)開放。系統(tǒng)并不存在所謂的“棄風(fēng)”，只是棄電而已。
波動(dòng)性是一種特點(diǎn)，它并不是不確定性。光伏只有有太陽(yáng)的時(shí)候才發(fā)電，因此是隨著日出日落以及有無(wú)云團(tuán)而高度波動(dòng)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(cè)”來(lái)消除大部分的不確定性。不確定的部分只是那部分無(wú)法提前預(yù)知的“預(yù)測(cè)誤差”。
保證容量衡量系統(tǒng)高峰用電時(shí)刻以及機(jī)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(yáng)最充足出力最大的時(shí)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(guó)的很多地區(qū)，也是刮風(fēng)比較厲害的時(shí)候，風(fēng)電的出力可以達(dá)到50%。對(duì)于一個(gè)給定的系統(tǒng)，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)分析，或者電源特性的仿真分析，可以得出各個(gè)電源的保證容量抑或需求承載能力。這又是一個(gè)典型的電力工程學(xué)問(wèn)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(shí)間與空間范圍上做普適推廣，成為一個(gè)普遍的規(guī)律。因?yàn)檫@個(gè)數(shù)字實(shí)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(shí)候，需求高峰還在中午，繼續(xù)增加光伏不會(huì)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(jià)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)
現(xiàn)實(shí)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(wèn)題，也就是如何在一個(gè)目標(biāo)不變，或者略微退化換取另外一個(gè)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(gè)因素哪個(gè)就最重要。安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保都不可或缺。對(duì)某一個(gè)的片面強(qiáng)調(diào)，做絕對(duì)優(yōu)先排序（“哪個(gè)更重要”），都是不理性的。
政府確定解決系統(tǒng)充足性問(wèn)題的序列方案。必須在證明前一級(jí)不可得的情況下，才考慮下一級(jí)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(qiáng)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(jià)，目前普遍存在過(guò)度補(bǔ)償問(wèn)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(wèn)題才是成本最優(yōu)，具有最大投入產(chǎn)出比的。
謬誤之五：誰(shuí)限電誰(shuí)倒霉
目前我國(guó)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(gè)“倒霉蛋”。
限電如果發(fā)生了，需要補(bǔ)償限電者。系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定是社會(huì)公共品。補(bǔ)償限電者的資金最終應(yīng)該來(lái)自于最終消費(fèi)者?？梢酝ㄟ^(guò)建立對(duì)電網(wǎng)實(shí)體的實(shí)質(zhì)性年“收入上限”通過(guò)電網(wǎng)輸配電中介消化。
只有有效地補(bǔ)償限電者，才能同時(shí)規(guī)避“肆意”拉閘限電的道德風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)過(guò)去的拉閘限電，從來(lái)不披露限電的具體時(shí)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(jī)組發(fā)電掙錢機(jī)會(huì)的可能，不得而知。
謬誤之六：外來(lái)電能力不足
美國(guó)得州以及我國(guó)湖南的事故當(dāng)中，有一種說(shuō)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(wèn)題。外來(lái)電的能力是個(gè)投資問(wèn)題，其決策的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是全生命周期（一年是有8760小時(shí)的）的成本與收益的比較，而不能僅立于這幾百個(gè)小時(shí)的情況，就說(shuō)“缺外來(lái)電”。這在邏輯上也出現(xiàn)了明顯的跳躍。是否需要通過(guò)外來(lái)電解決容量充足性問(wèn)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(jià)格邏輯。但是，在我國(guó)，由于缺乏競(jìng)爭(zhēng)的協(xié)調(diào)機(jī)制，往往是計(jì)劃性的協(xié)調(diào)機(jī)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(shí)上的“殖民地外送”。
謬誤之七：評(píng)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(shí)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(jì)，整個(gè)地區(qū)的負(fù)荷高峰相當(dāng)于各個(gè)省高峰用電之和的約92%。也就是說(shuō)：如果以滿足最大負(fù)荷為目標(biāo)進(jìn)行裝機(jī)，基于目前的負(fù)荷特性，以區(qū)域?yàn)槠胶鈪^(qū)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行要比各個(gè)省分別平衡（目前的情況）減少8%左右的物理裝機(jī)。
要實(shí)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(dòng)化技術(shù)、定價(jià)政策市場(chǎng)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(yùn)行“大飛線”。特別的：
漸進(jìn)改變——系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)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(chǔ)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(jià)。
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(gè)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(jī)構(gòu)，具有經(jīng)濟(jì)調(diào)度的頭腦，運(yùn)營(yíng)統(tǒng)一電力市場(chǎng)。從而，不同主體具有更加平衡的責(zé)任分工與合作互動(dòng)。
“創(chuàng)造性”毀滅——裁撤無(wú)平衡責(zé)任機(jī)構(gòu)國(guó)家調(diào)度中心，充實(shí)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(shí)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(jì)劃制定機(jī)構(gòu)造租尋租。徹底廢除不考慮送出地與接受地需求動(dòng)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(diǎn)講，需要更多投資于500kV及以下的電網(wǎng)加強(qiáng)（strengthen），為區(qū)域電力平衡與統(tǒng)一市場(chǎng)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(shí)，要對(duì)電力的生產(chǎn)與使用更多的進(jìn)行統(tǒng)一市場(chǎng)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(dòng)態(tài)。這系于整個(gè)社會(huì)更高水平的對(duì)于系統(tǒng)平衡以及應(yīng)該如何運(yùn)行的認(rèn)識(shí)。
謬誤之八：將系統(tǒng)充足性評(píng)估靜態(tài)化
系統(tǒng)充足性是個(gè)動(dòng)態(tài)問(wèn)題，涉及到電源、需求動(dòng)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(píng)估。與其每年擔(dān)心迎峰度夏過(guò)不去，還不如建立常態(tài)化機(jī)制。建議政府監(jiān)管部門（國(guó)家能源局市場(chǎng)監(jiān)管司）就系統(tǒng)充足性透明度問(wèn)題開展專項(xiàng)監(jiān)管，要求系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)須逐年編制并公開系統(tǒng)充足性回顧報(bào)告（Retrospect），以及系統(tǒng)充足性預(yù)測(cè)（Forecast）報(bào)告。
這些報(bào)告作為系統(tǒng)容量擴(kuò)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(dòng)性風(fēng)電與光伏的系統(tǒng)可靠性能力。它會(huì)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(wú)需拉閘限電。
基于以上的邏輯，我們對(duì)我國(guó)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(píng)估。結(jié)果顯示：在系統(tǒng)事實(shí)平衡區(qū)從省級(jí)擴(kuò)大到區(qū)域，華東地區(qū)系統(tǒng)充足性5年內(nèi)不存在問(wèn)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(lái)電N-3事故宕機(jī)、風(fēng)電光伏出力不理想。
關(guān)鍵的“軟”措施在于電網(wǎng)運(yùn)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(jī)價(jià)值900億元。
