新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提升及政策研究
董博 李藝
（中國電力企業(yè)聯(lián)合會）
新能源發(fā)電具有隨機(jī)性、波動性、間歇性特征，系統(tǒng)的綜合調(diào)節(jié)能力是影響新能源發(fā)展與消納的關(guān)鍵，迫切需要完善相關(guān)政策機(jī)制，整合各類調(diào)節(jié)資源，為新能源更大規(guī)模發(fā)展創(chuàng)造條件。本報告基于對新型電力系統(tǒng)內(nèi)涵特征的研究基礎(chǔ)，梳理了電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力發(fā)展情況及目前存在的問題，研判了未來調(diào)節(jié)能力需求，分析了各類調(diào)節(jié)資源特性及適用場景，從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)、儲能側(cè)以及政策機(jī)制方面分別研究了調(diào)節(jié)能力提升路徑，并提出了政策建議。
一、新型電力系統(tǒng)內(nèi)涵及系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力
新型電力系統(tǒng)是在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)上，順應(yīng)碳達(dá)峰碳中和要求的系統(tǒng)高級形態(tài)，是以新能源發(fā)電為主體，以多元協(xié)調(diào)、廣域互聯(lián)的靈活性資源為支撐，以交直混聯(lián)和微電網(wǎng)并存的電網(wǎng)為樞紐，應(yīng)用先進(jìn)電力電子技術(shù)與新一代數(shù)字信息技術(shù)，依托統(tǒng)一電力市場，實現(xiàn)能源資源大范圍優(yōu)化配置的基礎(chǔ)平臺。新型電力系統(tǒng)具有綠色低碳、柔性靈活、互動融合、智能高效、安全穩(wěn)定的顯著特征。
系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力是指電力系統(tǒng)能夠可靠且經(jīng)濟(jì)有效地應(yīng)對供需平衡動態(tài)變化，確保電力系統(tǒng)瞬時穩(wěn)定及供電安全的能力。提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力能夠推動源網(wǎng)荷儲（電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲能）一體化發(fā)展，促進(jìn)新能源高比例開發(fā)和大規(guī)模消納，是體現(xiàn)新型電力系統(tǒng)柔性靈活特性的關(guān)鍵指標(biāo)。
二、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力基本情況及存在問題
（一）基本情況
電源側(cè)靈活調(diào)節(jié)能力持續(xù)提升。電源側(cè)調(diào)節(jié)能力主要包括靈活調(diào)節(jié)煤電、具有日及以上調(diào)節(jié)能力的大中型水電、抽水蓄能、調(diào)峰氣電、新型儲能等。截至2020年底，全國靈活調(diào)節(jié)電源裝機(jī)占比18.5%。
電網(wǎng)跨省跨區(qū)輸電通道加快建設(shè)，為大范圍系統(tǒng)調(diào)節(jié)創(chuàng)造了條件。截至2020年底，我國跨省跨區(qū)送電能力達(dá)到2.9億千瓦，已建成“十四交十六直”30項特高壓工程。
電力需求側(cè)管理作用彰顯，響應(yīng)能力不斷提高?！笆濉逼陂g，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)累計實現(xiàn)削峰響應(yīng)1853萬千瓦，填谷響應(yīng)1925萬千瓦；南方電網(wǎng)通過簽訂可中斷協(xié)議，實現(xiàn)需求響應(yīng)共計570萬千瓦。
新能源得到高效利用，棄電率控制在合理水平。2021年，全國11個省市風(fēng)電、太陽能發(fā)電利用率達(dá)到100%，27個省區(qū)的風(fēng)電、太陽能發(fā)電利用率在95%以上。新能源棄電率2.7%，比“十三五”初期下降13個百分點。
（二）存在問題
一是系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力難以適應(yīng)更大規(guī)模新能源發(fā)展需要?！笆濉逼陂g，新能源裝機(jī)占比從11.3%提升至24.3%，提升了13個百分點；而抽水蓄能、調(diào)峰氣電等傳統(tǒng)調(diào)節(jié)電源占比一直維持在6%左右。比較而言，歐美等國靈活電源比重較高，美國、西班牙靈活電源占比分別為49%、34%，靈活調(diào)節(jié)電源分別是新能源的8.5倍和1.5倍。
二是新能源配置儲能政策存在諸多問題。地方出臺“一刀切”強(qiáng)配儲能政策，已建項目利用率不高，僅為22%；儲能成本全部由新能源企業(yè)承擔(dān)，影響經(jīng)濟(jì)效益；電化學(xué)儲能安全問題頻發(fā)，設(shè)備性能有待提高，安全管理有待加強(qiáng)；儲能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范體系有待完善。
三是輔助服務(wù)補(bǔ)償力度小、補(bǔ)償機(jī)制不合理。輔助服務(wù)補(bǔ)償費用偏低，2018年我國輔助服務(wù)補(bǔ)償費用僅占上網(wǎng)電費總額的0.83%，遠(yuǎn)低于美國PJM市場的2.5%、英國的8%；輔助服務(wù)參與主體不全，尚未對虛擬電廠等新興服務(wù)品種進(jìn)行整體規(guī)劃；成本向用戶側(cè)疏導(dǎo)不暢，輔助服務(wù)費用主要由發(fā)電企業(yè)分?jǐn)?，無法將成本壓力傳導(dǎo)到用戶。
四是提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的電價機(jī)制尚未形成。抽水蓄能的電價疏導(dǎo)需盡快出臺實施細(xì)則，明確資本金核定、容量電費分?jǐn)偟葐栴}；目前尚未形成促進(jìn)新型儲能發(fā)展的價格機(jī)制，電網(wǎng)側(cè)替代性儲能電價政策尚處于研究探索階段；負(fù)荷側(cè)資源主動參與調(diào)節(jié)積極性不高，通過價格信號調(diào)動需求側(cè)資源的機(jī)制還未形成。
三、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力需求及調(diào)節(jié)措施適用場景
（一）調(diào)節(jié)能力需求
未來電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力需求逐步攀升，并呈現(xiàn)不同時空尺度特性?！笆奈濉睍r期，新能源占比逐漸提高，常規(guī)電源將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)節(jié)性和保障性電源。預(yù)計2025年，靈活調(diào)節(jié)電源占比將達(dá)到24%左右。遠(yuǎn)期看，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，對調(diào)節(jié)能力的需求將更大。新能源成為主體電源之后，其季節(jié)性出力特性受天氣影響大，特別是對小時級以上的調(diào)節(jié)需求將更加突出。需要挖掘源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)的能力，要利用好可中斷負(fù)荷、虛擬電廠、跨省跨區(qū)交易等調(diào)節(jié)手段，推進(jìn)電動汽車、長周期新型儲能、氫儲能的利用。
（二）調(diào)節(jié)電源特性
系統(tǒng)調(diào)節(jié)電源主要包括煤電靈活性改造、調(diào)峰氣電、有調(diào)節(jié)能力的水電、抽水蓄能和電化學(xué)儲能等，未來還將包括壓縮空氣儲能、氫儲能和合成燃料儲能等。不同調(diào)節(jié)電源在性能、成本和配置要求等方面存在差異，需要綜合考慮各類調(diào)節(jié)電源特點和應(yīng)用場景需求，因地制宜合理配置。
（三）適用場景分析
針對新能源大規(guī)模發(fā)展帶來的超短期、短期調(diào)節(jié)需求，為提高新能源頻率響應(yīng)特性和短期調(diào)節(jié)能力，可在集中式新能源場站配置一定比例儲能，主要選擇能夠快速響應(yīng)新能源波動的電化學(xué)儲能。
針對新能源更大規(guī)模發(fā)展帶來的日內(nèi)、周調(diào)節(jié)需求，應(yīng)通過抽水蓄能電站、靈活煤電、調(diào)節(jié)水電以及未來布局氫能等措施，進(jìn)一步提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。
四、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提升路徑
（一）電源側(cè)提升路徑
持續(xù)推進(jìn)煤電靈活性改造制造，煤電靈活性改造技術(shù)成熟、綜合能效高，雖然煤電深度調(diào)峰運行煤耗升高，但增加新能源消納后，綜合供電煤耗顯著下降。加快抽水蓄能電站建設(shè)及改造，推動已開工的項目盡快投產(chǎn)運行，盡早發(fā)揮作用；因地制宜，建設(shè)中小型抽水蓄能電站；對具備條件的水電站進(jìn)行抽水蓄能改造。發(fā)揮流域水電集群效益，通過聯(lián)合調(diào)度，利用好梯級電站水能資源，形成梯級電站大型儲能項目，實現(xiàn)水電與新能源多能互補(bǔ)運行。因地制宜發(fā)展天然氣調(diào)峰電站，同時鼓勵熱電聯(lián)產(chǎn)氣電開展靈活性改造，進(jìn)一步提升調(diào)節(jié)能力。引導(dǎo)新能源積極主動參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，合理確定新能源利用率目標(biāo)；利用好新能源自身調(diào)節(jié)能力，多途徑提升其并網(wǎng)友好性。
（二）電網(wǎng)側(cè)提升路徑
規(guī)劃建設(shè)跨省跨區(qū)輸電通道，提升資源大范圍優(yōu)化配置能力，預(yù)計到2025年，“西電東送”能力達(dá)到3.6億千瓦左右。加強(qiáng)送受端省份對接協(xié)作，優(yōu)化運行方式，充分利用鄰近省區(qū)調(diào)節(jié)能力，提升地區(qū)整體的新能源消納水平；建立送受端地區(qū)協(xié)作機(jī)制，最大程度發(fā)揮遠(yuǎn)距離大規(guī)模送電的效率效益。加快配電網(wǎng)改造和智能化升級，滿足分布式電源、電動汽車充電設(shè)施、新型儲能、數(shù)據(jù)中心等多元化負(fù)荷的靈活接入，推進(jìn)新能源就地開發(fā)、就近消納。優(yōu)化調(diào)度運行機(jī)制，共享儲能資源，基于“低碳、高效、經(jīng)濟(jì)”的原則，構(gòu)建多層次智能電力系統(tǒng)調(diào)度體系，電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度“共享儲能”，實現(xiàn)儲能在不同場站間共享使用。
（三）負(fù)荷側(cè)提升路徑
挖掘需求側(cè)響應(yīng)能力，著力提升大工業(yè)高載能負(fù)荷靈活性，引導(dǎo)用戶優(yōu)化用電負(fù)荷，增強(qiáng)電網(wǎng)應(yīng)急調(diào)節(jié)能力。引導(dǎo)電動汽車有序充放電，利用現(xiàn)代信息技術(shù)和價格手段，推動電動汽車參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)。因地制宜發(fā)展電供暖、電制氫、電轉(zhuǎn)氣等靈活性負(fù)荷，在新能源富集地區(qū)，鼓勵熱泵供熱、電制氫、電制甲烷等靈活用電負(fù)荷，主動參與系統(tǒng)運行，減少系統(tǒng)峰谷差，從而提升新能源消納能力。
（四）儲能側(cè)提升路徑
根據(jù)系統(tǒng)需要，多元化推進(jìn)儲能技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。優(yōu)化儲能布局場景，合理選擇儲能技術(shù)類型，與各類電源協(xié)同發(fā)展。積極探索新的商業(yè)模式，推動獨立儲能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。
（五）政策機(jī)制提升路徑
健全電力輔助服務(wù)市場機(jī)制，適當(dāng)增加爬坡類、系統(tǒng)慣性等交易品種，滿足系統(tǒng)不同時段的靈活需求；完善輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，加大補(bǔ)償力度，有效引導(dǎo)企業(yè)提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。探索建立容量成本回收機(jī)制，隨著市場化深入，盡早謀劃建設(shè)容量市場，探索適應(yīng)我國資源稟賦和市場化改革的容量市場機(jī)制。完善新能源+儲能配置政策，科學(xué)確定新能源配置儲能的合理比例，優(yōu)化儲能布局，推廣共享儲能，有效提升儲能設(shè)施的利用率。
五、有關(guān)建議
一是強(qiáng)化規(guī)劃引領(lǐng)，統(tǒng)籌推進(jìn)新能源發(fā)展與系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力建設(shè)。因地制宜，科學(xué)制定各地區(qū)新能源合理利用率目標(biāo)；規(guī)范新能源項目開發(fā)機(jī)制，促進(jìn)新能源資源配置與調(diào)節(jié)能力、成本控制相結(jié)合；建立新能源開發(fā)與配套電網(wǎng)建設(shè)協(xié)調(diào)推進(jìn)機(jī)制，確保新能源“能建盡建、能并盡并、能發(fā)盡發(fā)”，促進(jìn)大范圍資源優(yōu)化配置。
二是完善電力輔助服務(wù)市場機(jī)制，合理分?jǐn)偸鑼?dǎo)系統(tǒng)性成本。加大有償調(diào)峰補(bǔ)償力度，根據(jù)煤電在系統(tǒng)中的作用變化，系統(tǒng)推進(jìn)煤電靈活性改造、制造；盡快明確可中斷負(fù)荷、虛擬電廠等輔助服務(wù)市場主體地位和準(zhǔn)入條件；構(gòu)建成本疏導(dǎo)機(jī)制，豐富交易品種，不斷完善輔助服務(wù)市場建設(shè)。
三是持續(xù)推進(jìn)電價改革，充分釋放各類資源調(diào)節(jié)潛力。探索建立容量成本回收機(jī)制，煤電的備用容量作為安全可靠的保障電源，要合理體現(xiàn)其容量價值；完善需求側(cè)電價政策，激發(fā)需求側(cè)資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的潛力；出臺并完善面向新型儲能的電價政策及市場化機(jī)制。
四是打破省間壁壘，構(gòu)建多層次協(xié)同、基礎(chǔ)功能健全的電力市場體系。規(guī)范統(tǒng)一市場交易規(guī)則，破除電力交易地域界限，提高大范圍資源配置效率；加快建設(shè)適應(yīng)新能源消納的電力現(xiàn)貨市場；建立健全適應(yīng)多元主體參與的體制機(jī)制。
五是加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)和管理創(chuàng)新，充分釋放系統(tǒng)各環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)能力。優(yōu)化煤電靈活性改造技術(shù)路線，確保機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運行；加快可變速抽水蓄能機(jī)組、風(fēng)機(jī)變速控制、光伏逆變器、新型儲能、綠氫制取應(yīng)用、雙向互動智能充放電等關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)；創(chuàng)新管理模式，鼓勵能源企業(yè)優(yōu)先租賃共享儲能設(shè)施，加快建立適合虛擬電廠、負(fù)荷聚合商等新興主體的管理規(guī)則和商業(yè)模式，充分釋放系統(tǒng)各環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)能力。
