中國儲能網(wǎng)訊：近年來，我國電力低碳轉(zhuǎn)型取得了階段性成果，以風(fēng)、光為代表的可再生能源發(fā)電實現(xiàn)跨越式發(fā)展，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)打下了良好基礎(chǔ)。
在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，我國持續(xù)推進新型電力系統(tǒng)建設(shè)，但隨著可再生能源高比例并網(wǎng)及多元化資源大規(guī)模接入，系統(tǒng)性風(fēng)險顯著增大；同時，全球極端氣候事件頻發(fā)，新型電力系統(tǒng)構(gòu)建面臨多重壓力。
安全成為綠色低碳發(fā)展首要命題
當(dāng)下，全球氣候變化不斷加劇，以季節(jié)性極端氣溫、區(qū)域性干旱洪澇為代表的極端氣候事件頻發(fā)，導(dǎo)致國內(nèi)外大規(guī)模停電事故屢見不鮮，極端氣候已成為誘發(fā)全球電力安全事故的主要因素之一。
聚焦國內(nèi)，電力安全保障的重要性也同樣被提升到了新高度。在極端氣候風(fēng)險加劇和新型電力系統(tǒng)資源結(jié)構(gòu)特性變化雙重影響下，安全成為我國電力綠色低碳發(fā)展的重中之重。
“在新能源占比越來越高的新型電力系統(tǒng)下，電力保供形勢與氣候條件的關(guān)系越來越密切。因此，開展極端氣候風(fēng)險與電力保供問題研究是非常必要的。”國家電網(wǎng)有限公司三級顧問蔣莉萍指出。
那么應(yīng)該如何深入理解氣候風(fēng)險這一關(guān)鍵詞？據(jù)介紹，從廣義概念來看，氣候風(fēng)險是氣候系統(tǒng)變化對自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)造成負(fù)面影響的可能性，包括極端天氣、災(zāi)害性事件等。從電力系統(tǒng)視角來看，氣候風(fēng)險可以界定為在某地區(qū)出現(xiàn)的歷史上較為罕見、發(fā)生概率逐漸上升、引發(fā)電力供需嚴(yán)重失衡的高溫、極寒、暴雨、干旱等極端天氣狀況。
據(jù)了解，當(dāng)前，我國電力系統(tǒng)面臨多重氣候風(fēng)險。可再生能源發(fā)電出力受風(fēng)速、光照、溫度和水文等氣象因素的影響，呈現(xiàn)弱可靠性；終端用戶的溫控負(fù)荷對氣溫變化非常敏感，已成為抬高全年最大用電負(fù)荷的主要因素；氣候風(fēng)險的不確定性影響在新型電力系統(tǒng)源、荷兩側(cè)疊加表現(xiàn)出強耦合作用的特點，進一步造成電力供需失衡。
“區(qū)域性高溫干旱、大范圍寒潮、霧霾、沙塵、臺風(fēng)、暴雨等極端天氣事件通過影響可再生能源發(fā)電出力，破壞能源基礎(chǔ)設(shè)施，進而影響能源電力安全?！眹覛夂蛑行母毖芯繂T王陽認(rèn)為，當(dāng)下極為關(guān)鍵的是要通過研究提升對風(fēng)、光、水等可再生能源發(fā)電規(guī)律性的認(rèn)識。
“極端天氣頻發(fā)對于能源系統(tǒng)、電力系統(tǒng)影響非常顯著?！弊匀毁Y源保護協(xié)會（NRDC）清潔電力高級顧問王萬興表示，國家提出建設(shè)新型電力系統(tǒng)，要求是清潔低碳、安全高效。隨著供需發(fā)生變化，電力保供被提到了非常重要的位置，因此我們亟須對氣候風(fēng)險和電力保供開展深入研究。
“在保障能源安全的前提下，逐步實現(xiàn)新能源的替代和傳統(tǒng)化石能源比重的降低，是我們面臨的重大課題?！弊匀毁Y源保護協(xié)會（NRDC）北京代表處首席代表張潔清指出，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要打破傳統(tǒng)的能源不可能三角，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、低碳。
極端氣候?qū)τ秒娯?fù)荷、新能源出力產(chǎn)生綜合性影響
數(shù)據(jù)顯示，入夏以來全國日調(diào)度發(fā)電量三創(chuàng)歷史新高，最高達(dá)到301.71億千瓦時，較去年峰值高出15.11億千瓦時；全國最高用電負(fù)荷兩創(chuàng)歷史新高，最高達(dá)到13.39億千瓦，較去年峰值高出4950萬千瓦。分地區(qū)看，華北、華東、南方、西北4個區(qū)域電網(wǎng)以及浙江、福建、廣東等14個省級電網(wǎng)最高用電負(fù)荷創(chuàng)歷史新高累計達(dá)50多次。
“氣溫與電力負(fù)荷之間存在密切的相關(guān)性，尤其是高溫或嚴(yán)寒天氣會導(dǎo)致空調(diào)、采暖等設(shè)備用電負(fù)荷明顯上漲，且區(qū)別于正常天氣時的日間用電高峰狀況，極端氣溫期間用電高峰更加符合民生用電的習(xí)慣。”《考慮氣候風(fēng)險的電力系統(tǒng)保供能力提升路徑與機制研究》（以下簡稱“報告”）如是指出。
“我國電力需求增長重心由二產(chǎn)高耗能行業(yè)向三產(chǎn)和居民用電轉(zhuǎn)移，對氣溫的敏感度加強。”華北電力大學(xué)（保定）經(jīng)濟管理系講師張浩楠稱，目前用電負(fù)荷曲線呈現(xiàn)尖峰短時化、雙峰常態(tài)化、季節(jié)波動性的特點，電力系統(tǒng)平衡難度加大。
針對極端氣候帶來的負(fù)荷波動和尖峰化等問題，進行“源荷—氣候”相關(guān)性分析尤為重要，將為新型電力系統(tǒng)的建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)，以適應(yīng)極端氣候風(fēng)險，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
此外，相較于煤電、氣電等傳統(tǒng)可控電源，極端氣候?qū)Α翱刻斐燥垺钡目稍偕茉窗l(fā)電出力的影響更加顯著。
報告認(rèn)為，風(fēng)電機組的出力特性與風(fēng)速密切相關(guān)，而風(fēng)速受天氣影響很大。光伏發(fā)電機組出力主要由光照強度決定，而光照強度與天氣的陰晴和溫度有密切關(guān)系。氣候變化造成流域降水減少、蒸發(fā)增加以及冰川消退等使得徑流枯竭，直接減少水電可用的徑流資源；極端氣象氣候事件增多，加劇了徑流資源分布的不均衡，使得洪峰棄水和枯期缺水狀況嚴(yán)重，影響水電發(fā)電出力、設(shè)施安全及供電保證率。
“極端氣候?qū)┙o側(cè)的影響主要體現(xiàn)在水、風(fēng)、光等可再生能源。”張浩楠介紹，溫度、風(fēng)速、光照強度和水文條件等氣候因素通常會關(guān)聯(lián)出現(xiàn)，如極高溫天氣往往伴隨少風(fēng)或無風(fēng)、強光照和干旱，極低溫往往伴隨低光照（陰雨或暴雪）等，對可再生能源發(fā)電會產(chǎn)生綜合性影響。
此次報告選取了以高比例可再生能源為主的電力送端大省青海，以及以火電為主的電力受端大省廣東作為典型案例。通過量化青海極寒與廣東高溫的氣候場景，模擬兩地2025年電力系統(tǒng)的安全保供運行特性，從經(jīng)濟性的角度探討了電力保供組合方案。
報告顯示，在以極寒和高溫為核心特征的氣候場景下，將出現(xiàn)用電負(fù)荷大幅上漲、電源總體供電能力下降的現(xiàn)象，超出了電力系統(tǒng)的常態(tài)化保供能力范圍。在不考慮需求側(cè)管理措施和應(yīng)急調(diào)整輸電計劃的情況下，青海和廣東的電力缺口可分別達(dá)到全網(wǎng)最大負(fù)荷的40%和10%以上。
在氣候風(fēng)險沖擊下，可再生能源為主的電力系統(tǒng)主要面臨長時間的資源充裕度不足和靈活性不足的問題，火電為主的電力系統(tǒng)主要面臨的是負(fù)荷尖峰時段資源充裕度不足的問題。各地區(qū)需要按照電力供需緊張形勢和資源條件制定針對性方案，把調(diào)動需求側(cè)資源、釋放可調(diào)節(jié)負(fù)荷潛力作為實現(xiàn)電力系統(tǒng)供需平衡的關(guān)鍵優(yōu)先選項。
適應(yīng)氣候風(fēng)險關(guān)鍵在于統(tǒng)籌源網(wǎng)荷儲多環(huán)節(jié)資源
“當(dāng)前我國正處于新型電力系統(tǒng)的加速轉(zhuǎn)型期，首先要明確的是，在無法改變外部性環(huán)境特征的情況下，‘適應(yīng)’而非‘對抗’氣候風(fēng)險是新型電力系統(tǒng)安全保供的基本理念?！睆埡崎J(rèn)為。
簡而言之，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的火電占比高，依靠自身的穩(wěn)定可靠、風(fēng)險抗性高的優(yōu)勢，應(yīng)對外部性氣候風(fēng)險的不可抗力通常采取“抵御”的措施。相比之下，新型電力系統(tǒng)的源、荷兩側(cè)的氣候敏感性和脆弱性特征逐漸顯現(xiàn)，物理意義上的“抵御”能力明顯不足，其應(yīng)對策略需轉(zhuǎn)向“適應(yīng)”氣候風(fēng)險。
“電力系統(tǒng)在應(yīng)對災(zāi)害性氣候方面應(yīng)加強事后重建能力，而在應(yīng)對極端氣候方面需要調(diào)整電力行業(yè)的生產(chǎn)方式，提升系統(tǒng)的適應(yīng)能力，發(fā)展可再生能源，并開發(fā)調(diào)節(jié)性資源。”中電聯(lián)計劃財務(wù)部計劃處處長張衛(wèi)東認(rèn)為，電力系統(tǒng)非常復(fù)雜，從某些角度看是非常脆弱的系統(tǒng)。在“雙碳”目標(biāo)背景下，電力系統(tǒng)將成為能源系統(tǒng)的基礎(chǔ)和樞紐。
據(jù)介紹，新型電力系統(tǒng)適應(yīng)氣候風(fēng)險的關(guān)鍵基礎(chǔ)是統(tǒng)籌源網(wǎng)荷儲多環(huán)節(jié)資源，發(fā)揮各自長處、補足相應(yīng)短板、形成氣候場景保供合力，兼顧低碳減排和安全保供需求，探索符合新型電力系統(tǒng)發(fā)展理念的氣候風(fēng)險適應(yīng)性轉(zhuǎn)型路徑，經(jīng)濟合理地調(diào)動電力系統(tǒng)供需兩側(cè)資源的保供能力，在社會經(jīng)濟可承受范圍內(nèi)解決時段性、區(qū)域性的供需失衡問題。
“在我國可再生能源將成為主體電源的背景下，建立氣候韌性的電力系統(tǒng)，需要在規(guī)劃建設(shè)新型能源體系的總體架構(gòu)下，依靠源網(wǎng)荷儲縱向協(xié)同以及與其他用能系統(tǒng)的橫向協(xié)同。”蔣莉萍表示。
報告認(rèn)為，重視多類型調(diào)節(jié)資源的組合發(fā)展，通過靈活火電、儲能、虛擬電廠等的協(xié)同部署，低成本、高效率地提升新型電力系統(tǒng)保供能力。加快建設(shè)分鐘級快速響應(yīng)資源、小時級深度可控資源和長時級備用供應(yīng)資源三個服務(wù)時長區(qū)間等級的保供調(diào)節(jié)資源架構(gòu)。氣候風(fēng)險沖擊下，保障電力安全的分鐘級快速響應(yīng)可以由抽水蓄能、電化學(xué)儲能、自動發(fā)電控制（AGC）機組等來滿足，小時級深度可控的響應(yīng)資源包括靈活火電、可調(diào)節(jié)水電、光熱、跨省跨區(qū)電力、虛擬電廠、需求響應(yīng)中的非必需用電（如大工業(yè)用戶停產(chǎn)限產(chǎn)）等，而長時的應(yīng)急備用資源的可選項主要有備用火電、氫氣儲能、跨區(qū)電力（從未受極端天氣影響的地區(qū)輸送的電力）等。
極端氣候場景下，可再生能源有效出力被大幅削減，電力系統(tǒng)普遍面臨結(jié)構(gòu)性缺電挑戰(zhàn)。這種情況下，可再生能源如何在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮電力保供的主體責(zé)任？
蔣莉萍指出，就提升可再生能源發(fā)電的保供能力而言，一是需要提升其發(fā)電出力的可預(yù)測性和可調(diào)度性；二是要加強對項目發(fā)展與建設(shè)的科學(xué)合理布局；三是要結(jié)合氣候方面的研究，更準(zhǔn)確地把握各種時間尺度下的風(fēng)光出力特性、規(guī)律，并納入國家預(yù)警預(yù)報體系，通過建立更好的協(xié)同機制，發(fā)揮可再生能源的保供作用。
“在電源側(cè)，通過風(fēng)光水儲一體化提升可再生能源的保供能力，提供較為穩(wěn)定的出力曲線；在需求側(cè)，挖掘多樣化的用能主體在冷熱電一體化方面的潛力，平緩負(fù)荷曲線并提升靈活調(diào)節(jié)能力。”自然資源保護協(xié)會（NRDC）清潔電力項目副主任劉明明認(rèn)為，此外，源網(wǎng)荷儲一體化、擴大資源配置范圍、實現(xiàn)跨區(qū)域協(xié)同等手段，都是待挖掘和實踐的有效保供路徑。
對此，報告建議，在西部地區(qū)，以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點的大型風(fēng)光基地仍將是新能源開發(fā)的主要形式，需完善配套清潔高效煤電和特高壓輸變電線路建設(shè)，提升新能源外送消納能力，強化區(qū)域電力互濟的能力。同時要提升新能源發(fā)電的可調(diào)性和可控性，通過提高預(yù)測精度、配置儲能、聯(lián)合調(diào)度運行等手段，輸出較為穩(wěn)定的電力流，提升新能源的“等效”可靠性。在東部南部沿海地區(qū)，推進海上新能源和分布式電源發(fā)展，實現(xiàn)“發(fā)電于民”“藏電于民”，以提高負(fù)荷側(cè)自身發(fā)用電韌性的方式，形成點狀支撐網(wǎng)絡(luò)來提升電力可靠供應(yīng)能力。作為電力主體之一，分布式電源要承擔(dān)相應(yīng)的系統(tǒng)平衡責(zé)任，完善配電網(wǎng)建設(shè)付費大電網(wǎng)平衡服務(wù)，建設(shè)配套儲能抵消對電網(wǎng)調(diào)度壓力的弊端、同時反向貢獻(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)，塑造雙贏格局。
市場機制是電力安全保供不可或缺的一環(huán)
談及電力安全保供，市場機制同樣是不可或缺的關(guān)鍵一環(huán)。
“電力市場發(fā)揮保供作用的核心是‘價格’體系，依靠經(jīng)濟激勵來調(diào)動源網(wǎng)荷儲資源的保供積極性?！睆埡崎硎?。
記者了解到，目前我國電力市場保供體系是圍繞價格展開的“雙層四極”架構(gòu)，其中，現(xiàn)貨電能量市場的分時電價是體系的基礎(chǔ)和核心，實現(xiàn)第一層級的保供工作；從輔助服務(wù)、容量、需求側(cè)和省間互濟4個角度進行機制延伸和完善，在第二層級補足現(xiàn)貨價格在引導(dǎo)保供資源方面的短板，發(fā)揮市場價格工具和兜底保供電價在氣候風(fēng)險沖擊下的資源引導(dǎo)作用。
報告顯示，新型電力系統(tǒng)安全保供市場機制設(shè)計要以電能量市場為基礎(chǔ)，逐步完善輔助服務(wù)市場、容量市場、需求側(cè)市場和省間電力交易市場的價格機制、保供服務(wù)品種、市場范圍等內(nèi)容，從短期平衡、長期充裕度、保供壓力削減、應(yīng)急資源調(diào)度4個方面，以經(jīng)濟可行的方式提升電力系統(tǒng)在氣候風(fēng)險場景下的快速響應(yīng)、容量備用、分級切負(fù)荷、外來支援電力等保供能力。
張浩楠認(rèn)為，現(xiàn)貨電能量市場、輔助服務(wù)市場、容量機制、需求響應(yīng)機制、省間應(yīng)急電力交易機制的銜接與協(xié)同，對各類電力資源供需平衡貢獻(xiàn)進行有效定位和合理定價，發(fā)揮市場價格工具和兜底保供電價在極端氣候風(fēng)險沖擊下的資源引導(dǎo)作用。
根據(jù)我國電力市場架構(gòu)內(nèi)在邏輯，不難看出，從短期視角來看，“能漲能跌”的現(xiàn)貨電能量價格是引導(dǎo)電力資源調(diào)節(jié)供需狀況的首要工具，可以實現(xiàn)電力保供的第一階段工作。
此外，記者了解到，在現(xiàn)貨市場價格信號變化的過程中，輔助服務(wù)市場的合理定價要能夠反映電力供需狀況發(fā)生巨大變化時為維持大電網(wǎng)穩(wěn)定而提供的靈活調(diào)節(jié)服務(wù)的價值，引導(dǎo)存量資源提升靈活性、激勵靈活性增量資源進入市場，使得電力系統(tǒng)能夠順利過渡到新的供需平衡階段；容量機制則是作為反映電力資源可靠性價值的有效工具，可以彌補短期內(nèi)現(xiàn)貨市場邊際價格出清不能覆蓋機組固定成本的缺陷，激勵可靠電力資源在供需緊張時提供有效容量支撐；負(fù)荷分級響應(yīng)價格補償機制是在現(xiàn)貨市場分時電價達(dá)到上限、仍有電力缺口的情況下發(fā)揮保供激勵作用；在開發(fā)本地保供資源之外，可以發(fā)揮我國能源電力網(wǎng)絡(luò)的大范圍配置資源的優(yōu)勢，利用省間電力交易的價格信號尋求電力支援，其關(guān)鍵在于送受兩端保供資源的匹配度和電價差水平。
對此報告建議，協(xié)調(diào)電力保供的配套政策與多元機制體系，形成適配新型電力系統(tǒng)運行特性的規(guī)劃—市場—應(yīng)急協(xié)同機制。以提升新型電力系統(tǒng)氣候適應(yīng)性為導(dǎo)向，加快輔助服務(wù)機制完善，激發(fā)電力資源的靈活調(diào)節(jié)潛力和多元化部署規(guī)模；出臺專門的氣候風(fēng)險電力保供短期補貼扶持和貸款支持政策，結(jié)合容量補償、需求響應(yīng)激勵、省間應(yīng)急電力交易等市場化手段，引導(dǎo)電力資源的保供積極性；完善分布式發(fā)電市場化機制，鼓勵負(fù)荷側(cè)資源“自給自足、分擔(dān)風(fēng)險”；按照“市場調(diào)動、行政保底”的策略，完善事前、事中和事后的快速響應(yīng)、應(yīng)急搶險、恢復(fù)重建等全方位處置方案。
解讀國家最新發(fā)布的《關(guān)于深化電力體制改革加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》，蔣莉萍認(rèn)為，當(dāng)前深化電力體制改革的關(guān)鍵點聚焦在4個方面：構(gòu)建技術(shù)中性、多元、充分體現(xiàn)價值貢獻(xiàn)的電力市場機制；形成廣泛參與、充分競爭的市場格局；建立市場行為受嚴(yán)格監(jiān)管的電力市場環(huán)境；明確主體保供責(zé)任，并通過行業(yè)管理規(guī)則進行規(guī)范。
