中國儲能網(wǎng)訊：
張柏林 吳國棟
甘肅省電力公司電力調(diào)度中心
習(xí)近平總書記在中共中央政治局第三十六次集體學(xué)習(xí)時指出，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)要注重處理好政府和市場的關(guān)系，要堅持兩手發(fā)力，推動有為政府和有效市場更好結(jié)合，建立健全“雙碳”工作激勵約束機(jī)制。《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》規(guī)定：“推動源網(wǎng)荷共擔(dān)消納責(zé)任，構(gòu)建由電網(wǎng)保障消納、市場化自主消納、分布式發(fā)電交易消納共同組成的多元并網(wǎng)消納機(jī)制。”為什么要建立這樣的多元并網(wǎng)消納機(jī)制，應(yīng)該怎么樣處理好政府和市場的關(guān)系建立這樣的消納機(jī)制，本文將對此進(jìn)行詳細(xì)論述。
01
新能源發(fā)展的新矛盾——保供應(yīng)與保消納
新能源跨越式發(fā)展是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路?；仡櫚l(fā)展歷程，新能源發(fā)展的主要矛盾也由初期的并網(wǎng)技術(shù)問題，轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)?；l(fā)展后的消納問題，現(xiàn)在又即將轉(zhuǎn)化為保供應(yīng)保消納及電網(wǎng)安全問題。
以甘肅為例，目前新能源裝機(jī)占比達(dá)50%，發(fā)電占比達(dá)28%，隨著新能源占比的持續(xù)提高，供需雙側(cè)與系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源均呈現(xiàn)高度不確定性，新能源平均同時率（一定時間周期內(nèi)新能源平均出力與裝機(jī)的比值）為19%，最大為62%，最小為0.37%。而晚高峰期間，平均同時率為14%，最大為46%，最小為0.37%。電力電量平衡機(jī)理將向概率化、多區(qū)域、多主體的源網(wǎng)荷儲協(xié)同的平衡模式轉(zhuǎn)變。
依靠占比不斷下降的常規(guī)電源以及有限的負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)能力難以滿足日內(nèi)平衡需求。以2021年5月4日—5日為例，新能源出力最大波動達(dá)到了1338萬千瓦，是當(dāng)日平均用電負(fù)荷的97%、甘肅常規(guī)機(jī)組容量的80%，開機(jī)安排難度極大。小發(fā)期間電力供應(yīng)不足和大發(fā)期間消納困難的問題將頻繁交替出現(xiàn)，電力系統(tǒng)保供應(yīng)和保消納的問題進(jìn)一步凸顯。
02
短期應(yīng)對手段——探索新能源合理利用率
對“合理利用率”的定義目前并不統(tǒng)一，尚未有國家公開提出最經(jīng)濟(jì)或合理的新能源利用率水平。2011年，丹麥等國家學(xué)者已提出新能源“經(jīng)濟(jì)棄電”概念，即避免尖峰時刻消納新能源產(chǎn)生的超額成本；2016年，德國研究機(jī)構(gòu)指出，若保障2020年完全消納，當(dāng)?shù)睾Ｉ巷L(fēng)電發(fā)展成本將提高30%；2019年，美國研究機(jī)構(gòu)提出，明尼蘇達(dá)州在高新能源滲透率下，適當(dāng)棄電將比建設(shè)儲能節(jié)省10%以上的系統(tǒng)成本。2021年3月30日，國家能源局時任電力司司長黃學(xué)農(nóng)在新聞發(fā)布會上回應(yīng)如何保障新能源消納問題時，提到“要科學(xué)制定新能源合理利用率目標(biāo)”，這是官方首次明確提出“合理利用率”的說法。
總的來看，在高新能源滲透率情況下，合理棄電是經(jīng)濟(jì)且必要的。利用率管控目標(biāo)將影響可接納的新能源發(fā)展規(guī)模、系統(tǒng)靈活資源需求和電力供應(yīng)成本，設(shè)定過高利用率的消納目標(biāo)既不經(jīng)濟(jì)，也將限制新能源發(fā)展規(guī)模。為此，應(yīng)科學(xué)探索新能源合理利用率，并在實(shí)踐中加以明確。
從能源供應(yīng)系統(tǒng)全局出發(fā)，新能源消納水平理論上存在總體最經(jīng)濟(jì)的“合理值”。新能源“合理利用率”可定義為：使全社會電力供應(yīng)成本最低的利用率。新能源發(fā)展規(guī)模隨利用率控制目標(biāo)降低而增加，電力供應(yīng)成本則呈“U型曲線”變化，拐點(diǎn)即對應(yīng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的新能源規(guī)模和合理利用率。
以甘肅電網(wǎng)為例，2021年甘肅新能源最大出力達(dá)到了1433萬千瓦，最小出力僅為11萬千瓦，最大出力是最小出力的130倍，新能源的尖峰出力很大，但持續(xù)時間較短。新能源電量集中在25%—35%同時率之間，如圖2所示。電網(wǎng)消納100%的電量需要1433萬千瓦的消納能力，但消納95%的電量僅需要1107萬千瓦的消納能力，最后5%的電量占用了23%的消納能力。如果追求過高的電網(wǎng)利用率，會極大提高系統(tǒng)的備用率，帶來過高的邊際消納成本，影響整個能源系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。
03
長期應(yīng)對手段——推進(jìn)能源體系轉(zhuǎn)型
保供應(yīng)和保消納是一對辯證統(tǒng)一的矛盾關(guān)系。
從矛盾表面特征看，保供應(yīng)與保消納需求相反。在火電裝機(jī)規(guī)模一定的情況下，較大的開機(jī)方式或較少的外送將有利于保障電力穩(wěn)定可靠供應(yīng)，但會擠占新能源發(fā)電空間，加大棄電風(fēng)險；反之，要保證新能源高水平消納，就需要適當(dāng)減小火電開機(jī)容量或增加外送，減弱保供應(yīng)能力。
從矛盾形成原因看，保供應(yīng)、保消納問題主要是由于新能源的波動性、間歇性、季節(jié)性、預(yù)測難度大等特點(diǎn)所致。
從矛盾演變趨勢看，新能源成為主體電源是一個由裝機(jī)主體到電量主體、再到電力主體、責(zé)任主體的演變過程。裝機(jī)主體階段特征為裝機(jī)占比超過50%，電量主體階段特征為電量占比超過50%，電力主體階段特征為可信出力占比超過50%，責(zé)任主體階段即由新能源承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻等一系列責(zé)任。
不同階段需要不同應(yīng)對策略和評價標(biāo)準(zhǔn)。裝機(jī)主體到電量主體轉(zhuǎn)變階段，主要面對發(fā)展與消納的矛盾，應(yīng)推動評價指標(biāo)由利用率向發(fā)電量占比轉(zhuǎn)變；電量主體向電力主體轉(zhuǎn)變階段，主要面對發(fā)展與保供的矛盾，應(yīng)著力提升系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力；電力主體向責(zé)任主體轉(zhuǎn)變階段，主要面對發(fā)展與安全的矛盾，需著力研究新能源應(yīng)具備的涉網(wǎng)性能。
長期來看，保供應(yīng)和保消納必將隨著配套新能源發(fā)展的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力大力提升、適應(yīng)新能源運(yùn)行特點(diǎn)的市場機(jī)制日趨完善健全而最終解決。本質(zhì)上，兩者都是新能源波動性引起的供需矛盾，供大于求引發(fā)保消納問題，供不應(yīng)求引發(fā)保供應(yīng)問題，兩者是一個矛盾的兩個方面，是對立統(tǒng)一的。
04
為什么要構(gòu)建多元消納機(jī)制
——有為政府+有效市場
“三北”地區(qū)風(fēng)光資源豐富，發(fā)電利用小時相對高，加上發(fā)電成本的進(jìn)一步降低，盈利水平相對好，即使在新能源利用率下降預(yù)期明確的情況下，業(yè)主發(fā)展新能源的積極性仍然很高。因此，亟需創(chuàng)新思路、依托市場，明確政府應(yīng)擔(dān)責(zé)任和市場調(diào)節(jié)范疇，統(tǒng)籌保障性與市場性、存量與增量、整體與局部、短期目標(biāo)與長期目標(biāo)，先立后破，開展差異化施策、多元化消納和科學(xué)評價的創(chuàng)新實(shí)踐，有效化解新能源規(guī)?；l(fā)展的需求和暫時性消納能力不足導(dǎo)致的“量率”矛盾。
《國家能源局關(guān)于2021年風(fēng)電、光伏發(fā)電開發(fā)建設(shè)有關(guān)事項的通知（國能發(fā)新【2021】25號）》要求各省按完成年度非水權(quán)重所必須的新增并網(wǎng)項目，由電網(wǎng)企業(yè)實(shí)行保障性并網(wǎng)，保障性并網(wǎng)范圍外仍有意愿并網(wǎng)的項目，可通過自建、合建共享或購買服務(wù)等市場化方式落實(shí)并網(wǎng)條件后，由電網(wǎng)企業(yè)予以并網(wǎng)。
從權(quán)責(zé)一致看，保障性項目發(fā)電量由政府保障性收購，占用省內(nèi)用電空間，承擔(dān)非水可再生能源消納責(zé)任權(quán)重的責(zé)任，理應(yīng)由政府和電網(wǎng)公司實(shí)現(xiàn)保障性消納；市場化項目自主落實(shí)消納條件，業(yè)主更多關(guān)注項目的盈利水平而非利用率，這也正是市場機(jī)制發(fā)揮調(diào)節(jié)能力的范疇。
舉例來說，按照《關(guān)于2021年度全國可再生能源電力發(fā)展監(jiān)測評價結(jié)果的通知》（國能發(fā)新能【2022】82號）：2021年河北風(fēng)電利用小時為1995小時（利用率95.4%），甘肅酒泉風(fēng)電利用小時為2153小時（利用率95.4%）。這意味著即使酒泉利用率下降至88%，風(fēng)電利用小時數(shù)仍然與河北95%利用率下的利用小時持平。2021年利用小時最高的中核玉門平價風(fēng)電場（利用小時為4173小時），即使利用率降至48%，其利用小時數(shù)也與河北95%利用率下的利用小時持平。
另外，自主落實(shí)的消納資源是否能達(dá)到預(yù)期效果、是否覆蓋項目全生命周期很大程度上由市場主體自我決定，政府或電網(wǎng)公司難以實(shí)施有效管控，這些因素導(dǎo)致的利用率下降不應(yīng)該影響到全省利用率考核。
從橫向比較看，新型電力系統(tǒng)推進(jìn)過程中，承擔(dān)保供職責(zé)的火電面臨著發(fā)電量下降的情況，但不存在火電利用率下降的說法。美國加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商在月度公報中明確將棄電分為經(jīng)濟(jì)棄電、阻塞棄電、調(diào)峰棄電三大類分別統(tǒng)計，其中，“經(jīng)濟(jì)棄電”不作為電網(wǎng)規(guī)劃的約束條件。同理，市場化新能源項目利用率下降是客觀且必要的，只有經(jīng)過“裝機(jī)增加——利用率下降——技術(shù)突破——利用率上升——裝機(jī)增加”的螺旋式過程，才能實(shí)現(xiàn)新能源由裝機(jī)主體向發(fā)電主體的跨越，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
適度棄電還可以促進(jìn)電化學(xué)儲能的規(guī)?；瘧?yīng)用。2022年11月8日中電聯(lián)發(fā)布《新能源配儲能運(yùn)行情況調(diào)研報告》，報告顯示全國新能源配儲利用系數(shù)[1]為6.1%，華北、西北高于其他區(qū)域。儲能利用水平較低的本質(zhì)原因在于全國新能源利用率達(dá)到97%，僅3%的棄電可供儲能充電，儲能的利用程度當(dāng)然提不上去。相對而言，華北、西北棄電較多，儲能利用也較為充分。適度棄電有利于促進(jìn)儲能的規(guī)?；l(fā)展，進(jìn)而通過規(guī)?；?yīng)實(shí)現(xiàn)儲能成本的下降，形成儲能發(fā)展的良性循環(huán)，這也是螺旋式過程中技術(shù)突破環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)的機(jī)理。當(dāng)然這個機(jī)理應(yīng)該靠市場機(jī)制而不是靠行政指令去實(shí)現(xiàn)，行政指令不能精準(zhǔn)的跟蹤成本、收益等市場因素的變化，選擇新能源利用水平低一點(diǎn)還是儲能利用水平低一點(diǎn)都不合適，但兩者呈蹺蹺板關(guān)系，總有一項是低的。
故為進(jìn)一步落實(shí)習(xí)總書記的講話和國家的有關(guān)要求，促進(jìn)新能源的高質(zhì)量發(fā)展，應(yīng)明確政府和市場分工，由政府負(fù)責(zé)保障性項目的并網(wǎng)消納，市場自主調(diào)節(jié)市場化項目的發(fā)展方向，建立有為政府和有效市場相結(jié)合的多元消納機(jī)制。
05
怎樣構(gòu)建多元消納機(jī)制——四個階段
解決保供應(yīng)和保消納問題，是一個在不斷解決舊矛盾、出現(xiàn)新矛盾的循環(huán)中實(shí)現(xiàn)量變到質(zhì)變發(fā)展的過程，具有長期性、復(fù)雜性、系統(tǒng)性特點(diǎn)，需要堅持發(fā)展的、全面的、系統(tǒng)的原則，構(gòu)建安全高效新能源消納供給體系解決兩方面問題、促進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展。
裝機(jī)主體階段，推進(jìn)傳統(tǒng)能源與新能源動態(tài)優(yōu)化組合。此階段的關(guān)鍵是穩(wěn)步推進(jìn)新能源安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地替代化石能源。按照“煤炭保能源安全、煤電保電力安全、常規(guī)電源保供應(yīng)、新能源調(diào)結(jié)構(gòu)”的要求，推動傳統(tǒng)能源與新能源優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)火電更靈活、新能源更優(yōu)質(zhì)，逐步奠定新能源高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)。
新能源的發(fā)電占比不斷提升是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必由之路，保量才能保發(fā)展，保率才能高質(zhì)量發(fā)展，基于“量率一體”原則設(shè)定合理消納目標(biāo)，建議在總的利用率目標(biāo)下對分省新能源利用率目標(biāo)按裝機(jī)占比進(jìn)行差異化分檔管理：裝機(jī)占比在25%的設(shè)定為100%；裝機(jī)在25%-30%之間的設(shè)定為99%；裝機(jī)在30%-40%的裝機(jī)占比每增加一個百分點(diǎn)，設(shè)定利用率在99%的基礎(chǔ)上下降0.5個百分點(diǎn)，最低不得低于95%；裝機(jī)超過40%的，設(shè)定利用率在95%的基礎(chǔ)上，裝機(jī)占比每增加1個百分點(diǎn)，利用率下降1個百分點(diǎn)；裝機(jī)占比超過50%的，以發(fā)電占比替代利用率指標(biāo)。
電量主體階段，統(tǒng)籌考慮新能源裝機(jī)規(guī)劃與消納目標(biāo)。應(yīng)統(tǒng)籌考慮新能源裝機(jī)布局、時序、消納，明確新能源發(fā)展的保障性規(guī)模及對應(yīng)的保障性利用率，政府和電網(wǎng)公司僅負(fù)責(zé)保障性消納，確保保障性項目利用率達(dá)95%以上，在此基礎(chǔ)上最大化消納市場性項目，棄電不納入全網(wǎng)統(tǒng)計，加大市場化方式的消納力度，通過盈利水平等市場因素影響市場主體的選擇，實(shí)現(xiàn)裝機(jī)時序和布局的優(yōu)化。按照“2030年非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到25%”的目標(biāo)，引導(dǎo)新能源大規(guī)模、高質(zhì)量、跨越式發(fā)展，推動以更能體現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)、更能體現(xiàn)新能源發(fā)展成績、更能表現(xiàn)新能源發(fā)展水平的新能源發(fā)電占比指標(biāo)替代具有發(fā)展階段性屬性的新能源利用率指標(biāo)。
電力主體階段，通過市場機(jī)制引導(dǎo)電源充裕性及靈活性提升。通過容量市場引導(dǎo)調(diào)峰電源建設(shè)，加強(qiáng)火電靈活性改造，鼓勵發(fā)展大規(guī)模、長周期、易調(diào)度的大型儲能電站，保持能源供應(yīng)適度寬裕。加大獎優(yōu)懲劣力度，引導(dǎo)功率預(yù)測準(zhǔn)確性提升。完善需求側(cè)市場，培育多元主體，鼓勵負(fù)荷聚合商、電車充電樁聚合商參與市場，建立峰谷價差與電力峰谷差高度關(guān)聯(lián)的市場體系。
責(zé)任主體階段，依托全社會協(xié)同發(fā)力共建新型電力系統(tǒng)。由新能源承擔(dān)解決矛盾的主體責(zé)任，即由作為主體電源的新能源（含儲能）承擔(dān)原常規(guī)電源承擔(dān)的調(diào)峰、調(diào)頻、轉(zhuǎn)動慣量等責(zé)任；全社會因使用綠電享受環(huán)境改善福利，應(yīng)承擔(dān)一定的消納成本，或提升用電彈性適應(yīng)新能源波動，做到“成本共擔(dān)，利益共享”。
注釋
[1]儲能利用系數(shù)算法的科學(xué)性是值得商榷的。按目前儲能利用系數(shù)的算法，儲能一年利用8760小時才能達(dá)到100%，對2小時的儲能而言，即使一年365天每天都充放一次，儲能利用系數(shù)也才是17%。
