中國儲能網(wǎng)訊：近期，國家能源局發(fā)布《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》，明確提出新型電力系統(tǒng)需要具備安全高效、清潔低碳、柔性靈活、智慧融合四大重要特征，其中安全高效是基本前提。我國以煤為主的能源資源稟賦決定了較長時間內(nèi)煤電仍將是電力系統(tǒng)中的基礎(chǔ)保障型電源，是我國電力安全保障的“壓艙石”。然而隨著新能源高比例大規(guī)模發(fā)展，其間歇性、隨機(jī)性、波動性特點(diǎn)對系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提出了巨大需求，近年來煤電開始承擔(dān)起更多的靈活調(diào)節(jié)責(zé)任。身兼保供“壓艙石”與靈活調(diào)節(jié)資源雙重身份，煤電面臨的風(fēng)險和挑戰(zhàn)已初步顯現(xiàn)。
隱患初現(xiàn)：煤機(jī)啟停頻次迅速攀升
近日，某現(xiàn)貨試點(diǎn)省份擬對現(xiàn)貨市場中燃煤發(fā)電機(jī)組啟動費(fèi)用申報上限進(jìn)行調(diào)整，引發(fā)廣泛關(guān)注，而大量的機(jī)組啟停無疑是市場參數(shù)調(diào)整的誘因。筆者對該省披露的市場公開信息中機(jī)組狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，僅2023年一季度的3個月里，市場化煤機(jī)的啟動次數(shù)就多達(dá)550次，其中包括約130次的機(jī)組日內(nèi)啟停。根據(jù)該省某發(fā)電企業(yè)提供的信息，近兩年來其所管理的燃煤機(jī)組啟動次數(shù)大幅攀升，年平均啟動次數(shù)由2020年的5次左右，提高到了2022年的近14次。經(jīng)多方調(diào)查考證，國內(nèi)大部分燃煤機(jī)組自服役以來，每年的平均啟停次數(shù)大概在3~5次，超過6次的占比就已經(jīng)很小，超過10次的更是鳳毛麟角。近14次的年平均啟停次數(shù)史無前例，而隨著新能源滲透率進(jìn)一步提升，煤機(jī)每年超十幾次的啟停預(yù)計未來會成為常態(tài)。
另外，啟停頻次的提升在所有機(jī)組的分布中也并非是完全均勻的，60萬、30萬千瓦等級機(jī)組承擔(dān)了更多的啟停調(diào)峰任務(wù)，未來面臨的風(fēng)險隱患也超過其他容量等級機(jī)組。數(shù)據(jù)顯示，該省2022年平均啟停次數(shù)最多的是60萬千瓦等級機(jī)組，所有60萬千瓦機(jī)組的年平均啟停次數(shù)超過16次；單機(jī)啟停次數(shù)最多的則是30萬千瓦等級機(jī)組，有數(shù)臺30萬千瓦機(jī)組2022年的啟停次數(shù)超過了30次。究其原因，百萬千瓦等級機(jī)組煤耗低、經(jīng)濟(jì)性好，在現(xiàn)貨市場環(huán)境下其帶基礎(chǔ)負(fù)荷的優(yōu)先級要遠(yuǎn)高于其他容量等級機(jī)組，因此被調(diào)用參與啟停調(diào)峰的頻次最低。此外，大多數(shù)30萬千瓦等級以下的小火電機(jī)組擔(dān)負(fù)民生供熱任務(wù)，供熱季調(diào)節(jié)能力有限，同時由于其煤耗高、經(jīng)濟(jì)性差，在供需寬松季節(jié)也更多作為備用機(jī)組，參與啟停調(diào)峰的頻次也相對較低。剩余的60萬、30萬千瓦等級機(jī)組則成了啟停調(diào)峰的主力。
追根溯源：光伏增長是主因、
外電影響難忽視
以上述現(xiàn)貨試點(diǎn)省份為例。該省近年來新能源裝機(jī)增長勢頭迅猛，近5年新增裝機(jī)中新能源裝機(jī)占比近70%，其中光伏占比近50%（見圖1）。
尤其是2021、2022兩年的新增光伏裝機(jī)，占到了全省光伏總裝機(jī)的46.5%，即有近一半的光伏裝機(jī)都是在這兩年內(nèi)完成的。正是由于這兩年內(nèi)光伏裝機(jī)的爆發(fā)式增長，突破了系統(tǒng)正常調(diào)節(jié)能力的極限，才導(dǎo)致2022年燃煤機(jī)組啟停次數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)級攀升。
分析該省電量構(gòu)成，不難發(fā)現(xiàn)，光伏裝機(jī)的大規(guī)模增長是導(dǎo)致機(jī)組頻繁啟停的首要因素，而省外來電調(diào)節(jié)范圍偏窄也使得省內(nèi)火電承擔(dān)了更多的調(diào)峰職能（見圖2）。
在過去，機(jī)組停機(jī)一般是基于正常的檢修需要，而隨著新能源尤其是光伏裝機(jī)的快速增長，燃煤火電機(jī)組開始承擔(dān)起更多的調(diào)峰任務(wù)。當(dāng)光照充足時，午間光伏大發(fā)時段煤機(jī)需要盡可能地壓降出力來促進(jìn)新能源消納；到了晚間負(fù)荷高峰時期，光伏出力降為0，此時又需要煤機(jī)來頂峰。當(dāng)所有運(yùn)行機(jī)組在其可調(diào)出力范圍內(nèi)無論怎么調(diào)都不能滿足全網(wǎng)的調(diào)節(jié)需求時，機(jī)組啟停調(diào)峰也就不可避免了。
從全年數(shù)據(jù)來看，光伏出力主要集中在9點(diǎn)至16點(diǎn)，這段時間內(nèi)光伏發(fā)電量占比達(dá)19%、火電發(fā)電量占比僅36%；而在其他時段，光伏發(fā)電量占比僅1%，火電發(fā)電量占比超過47%。與省內(nèi)火電相比，省外來電的調(diào)節(jié)幅度則明顯要小得多，在光伏出力最為集中的午間時段，外電的電量占比依然超過了20%；而在夜間高峰時段，外電電量占比只有25%。
當(dāng)然，僅看全年平均的話，省內(nèi)火電的調(diào)節(jié)能力似乎是足夠的。若是將視角放到每一天，情況就不那么樂觀了。以2022年4月某天的數(shù)據(jù)為例（見圖3）。
按照日前披露的市場邊界信息，當(dāng)天市場化火電機(jī)組的出力空間最低值出現(xiàn)在12∶45，僅有850萬千瓦；最高值出現(xiàn)在23∶15，達(dá)到2789萬千瓦；市場化火電出力空間的峰谷比達(dá)到3.28，最小值僅有最大值的30.5%。再考慮正負(fù)備用容量，這一比值會進(jìn)一步下降至25.3%。這樣的峰谷差，僅通過所有運(yùn)行機(jī)組在其可調(diào)出力范圍內(nèi)調(diào)節(jié)明顯不足以滿足日內(nèi)調(diào)峰需求，啟停調(diào)峰不可避免。事實(shí)也證明，當(dāng)天共有6臺機(jī)組（約240萬千瓦）進(jìn)行了日內(nèi)啟停調(diào)峰，另有3臺機(jī)組停機(jī)轉(zhuǎn)備用、3臺機(jī)組啟機(jī)頂晚峰（容量都在100萬千瓦左右），按當(dāng)時的啟動費(fèi)用補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)測算，全天合計產(chǎn)生啟動費(fèi)用補(bǔ)償約600萬元。而從風(fēng)光實(shí)際出力情況來看，當(dāng)天中午還產(chǎn)生了少量的棄風(fēng)棄光。
統(tǒng)計2022年全年每一天的市場化火電預(yù)測出力空間峰谷比數(shù)據(jù)（見圖4）：峰谷比>2的天數(shù)達(dá)到了156天，約占全年的42.7%；>2.5的天數(shù)有67天，占全年的18.4%；>3的天數(shù)有42天，占全年的11.5%。一般而言，當(dāng)峰谷比>2時僅通過運(yùn)行機(jī)組調(diào)峰就有一定的困難了，當(dāng)峰谷比>2.5時肯定需要啟停調(diào)峰。粗略估計，2022年全年大概有20%~40%的日期需要進(jìn)行啟停調(diào)峰。
值得一提的是，日峰谷比的最大值達(dá)到了驚人的22，也出現(xiàn)在4月。按照當(dāng)天披露的市場邊界信息預(yù)測，如果不棄風(fēng)棄光，市場化火電最低出力空間僅有100多萬千瓦，而頂峰能力則需要達(dá)到2500萬千瓦。
除峰谷比以外，通過該省的現(xiàn)貨市場出清價格也能看出一些端倪。據(jù)統(tǒng)計，2022年該省日前出清出現(xiàn)負(fù)價的天數(shù)達(dá)161天，這一數(shù)字與峰谷比>2的天數(shù)156天基本一致。因?yàn)榛痣姍C(jī)組不太可能會報負(fù)價，出清負(fù)價就意味著市場化火電機(jī)組全部都已經(jīng)不定價了，也就是說即使所有煤機(jī)都降至第一點(diǎn)出力（深調(diào)極限出力或最低技術(shù)出力）中午谷段還是過不去。風(fēng)光不能棄、外電難壓降，此時省內(nèi)火電機(jī)組停機(jī)幾乎就是必然的選擇（見圖5）。
全年峰谷比分布與日前出清最低電價分布呈現(xiàn)出清晰的季節(jié)性差異，春秋兩季的峰谷差更大、出清負(fù)價更多，與新能源出力的季節(jié)性特征基本一致，并且這種一致性也體現(xiàn)在全市場啟動費(fèi)用的月度走勢上。由此可見，新能源裝機(jī)尤其是光伏裝機(jī)的迅速增長是導(dǎo)致煤機(jī)啟停更加頻繁的根本原因，新能源出力占比越高時，省內(nèi)煤機(jī)的調(diào)峰壓力也會越大，進(jìn)而產(chǎn)生更多的啟動費(fèi)用。
如履薄冰：機(jī)組運(yùn)行安全性受挑戰(zhàn)
要真正起到“壓艙石”的作用，穩(wěn)住煤電電力供應(yīng)基本盤，就必須高度重視存量煤電機(jī)組的安全性問題。有研究人員通過對近兩年經(jīng)常參與啟停調(diào)峰和深度調(diào)峰的十多臺機(jī)組進(jìn)行深入調(diào)研，分析總結(jié)了啟停調(diào)峰及深度調(diào)峰對機(jī)組鍋爐、汽機(jī)、環(huán)保及電氣設(shè)備安全性的影響，其中部分問題已經(jīng)在頻繁參與啟停調(diào)峰及深度調(diào)峰的機(jī)組上有所顯現(xiàn)，而更多的潛在風(fēng)險可能隨著時間的推移逐漸顯現(xiàn)出來。本文援引趙晴川等所著《啟停調(diào)峰及深度調(diào)峰對燃煤機(jī)組安全性影響分析》這項(xiàng)調(diào)查研究的部分結(jié)論——啟停調(diào)峰和深度調(diào)峰對燃煤機(jī)組安全性的影響主要包括以下幾個方面：
一是可能導(dǎo)致設(shè)備故障。例如鍋爐受熱面裂紋、鍋爐氧化皮脫落、鍋爐輔機(jī)故障率增加等，有的問題還可能進(jìn)一步影響到其他設(shè)備，例如機(jī)組頻繁啟停易導(dǎo)致氧化皮脫落，而氧化皮可能隨汽輪機(jī)啟動、沖轉(zhuǎn)過程進(jìn)入汽缸，進(jìn)而造成汽輪機(jī)部分部件損壞；
二是可能影響設(shè)備壽命。每次啟停調(diào)峰或深度調(diào)峰都會對機(jī)組壽命產(chǎn)生影響，若機(jī)組長時間頻繁啟停或者深調(diào)，會加速轉(zhuǎn)子壽命損耗，降低機(jī)組實(shí)際可運(yùn)行年限；
三是可能降低機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。例如機(jī)組啟停期間水汽指標(biāo)變化大，為確保汽水品質(zhì)合格，就需要加大熱力系統(tǒng)排污，造成鍋爐排污量增大，熱損失增加，經(jīng)濟(jì)性降低；
四是會增大環(huán)保風(fēng)險。機(jī)組啟停過程中煤粉不完全燃燒的產(chǎn)物增加，深度調(diào)峰如果采用投油助燃也會造成尾部受熱面沾污未燃盡的油污，增大二次燃燒風(fēng)險，且會造成脫硫漿液中毒，增大環(huán)保風(fēng)險；
五是機(jī)組啟停有誤操作風(fēng)險。機(jī)組啟停過程中大部分參數(shù)控制需要人工進(jìn)行調(diào)整，大量手動閥門也需要人員親自操作，人員操作強(qiáng)度大增，容易發(fā)生誤操作，而且啟停過程容易發(fā)生各種異常情況，值班人員的判斷和處理將直接影響機(jī)組的安全。
對于單臺機(jī)組而言，以上問題影響著機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性；而當(dāng)受影響的機(jī)組范圍擴(kuò)大，就可能從一定程度上動搖整個電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的根基。并且，大量的啟停對于全社會用電成本的增加亦不容小覷。
防患未然：煤電危局何解？
要紓解煤電困局，讓煤電作為電力安全保障“壓艙石”能夠壓得穩(wěn)、壓得久，從短期看，一是要讓煤電啟停的綜合成本在公平的分?jǐn)倷C(jī)制下能夠得到合理補(bǔ)償，二是應(yīng)通過合理的棄風(fēng)棄光來適當(dāng)緩解煤電調(diào)峰壓力；從長期看，則要持續(xù)推動全社會共擔(dān)能源轉(zhuǎn)型成本、共享綠色轉(zhuǎn)型成果。
短期內(nèi)，新能源依然會保持一定速度的增長，煤機(jī)需要承擔(dān)的調(diào)峰形勢會愈加嚴(yán)峻。面對設(shè)備受損、壽命損耗、燃燒惡化及運(yùn)行操作風(fēng)險等諸多潛在安全隱患，如果煤電機(jī)組不能得到合理的成本補(bǔ)償，導(dǎo)致生產(chǎn)經(jīng)營狀況持續(xù)惡化，既會影響煤電企業(yè)的投資能力和投資積極性，使得旨在進(jìn)一步降低機(jī)組能耗、提升靈活性和調(diào)節(jié)能力的節(jié)能降碳改造、靈活性改造、供熱改造“三改聯(lián)動”難以實(shí)施；也會影響發(fā)電可靠性，進(jìn)而威脅電網(wǎng)運(yùn)行安全。
因此，建議相關(guān)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的制定要能夠真實(shí)反映煤電機(jī)組啟停的綜合成本，包括啟停過程中的煤、油、水、廠用電等能耗成本，以及壽命折損成本、額外檢修成本等。同時應(yīng)秉持“誰受益、誰分?jǐn)偂钡脑瓌t，推動所有煤機(jī)啟停調(diào)峰的受益方（如跨省跨區(qū)送電）平等參與相關(guān)費(fèi)用的分?jǐn)偅ㄒ妶D6）。
同時，也應(yīng)當(dāng)以辯證和發(fā)展的眼光去看待新能源消納問題，對于新能源發(fā)展速度較快的地區(qū)，適當(dāng)降低對新能源消納率的預(yù)期。當(dāng)新能源消納存在較大壓力時，通過合理的棄風(fēng)棄光來平衡好新能源消納率與電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性、經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系。
長期而言，當(dāng)前癥結(jié)的根本在于現(xiàn)階段煤電承擔(dān)了大部分能源轉(zhuǎn)型成本，而綠色轉(zhuǎn)型成果既然由全社會共享，就理應(yīng)由全社會共同承擔(dān)。在電源側(cè)，新能源作為未來一段時間發(fā)電量增量主體，需要在配儲、功率預(yù)測水平、智慧化調(diào)度等方面持續(xù)提升發(fā)電出力可靠性；在電網(wǎng)側(cè)，隨著跨省跨區(qū)送受電規(guī)模進(jìn)一步提升，要著力推動跨省跨區(qū)送電與省內(nèi)市場更加有效地銜接；在用戶側(cè)，應(yīng)著力提升靈活調(diào)節(jié)與需求響應(yīng)能力，并逐步建立面向全體用戶的可再生能源消納責(zé)任權(quán)重機(jī)制；在儲能側(cè)，要逐步明確各種技術(shù)路線的應(yīng)用場景和收益模式，實(shí)現(xiàn)儲能規(guī)模化發(fā)展，滿足系統(tǒng)日內(nèi)調(diào)節(jié)需求。
在“雙碳”目標(biāo)指引下，我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)已然步入加速轉(zhuǎn)型的快車道。行穩(wěn)方能致遠(yuǎn)，要化解煤電今日之困境，既需因時制宜、對癥下藥，做好成本補(bǔ)償、費(fèi)用疏導(dǎo)與新能源合理消納；又要著眼未來、攻堅(jiān)克難，不斷加強(qiáng)技術(shù)突破，持續(xù)完善市場機(jī)制，推動“源網(wǎng)荷儲”協(xié)同發(fā)展，共同為新型能源體系建設(shè)保駕護(hù)航。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2023年06期，作者系電力從業(yè)者
