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摘要 俄烏沖突給歐洲能源供需格局帶來深刻變革，英國電網(wǎng)2022年冬季的電力供應(yīng)安全受到嚴峻挑戰(zhàn)。英國電網(wǎng)在冬季來臨之前，已對極端情況予以充分考慮，其中包括一次能源供給受阻疊加歐洲大陸電力支援能力不確定等情況，有針對性地提出了應(yīng)對措施，并在每年定期的迎峰度冬報告中向社會發(fā)布，取得了積極成效。從中國源網(wǎng)分開經(jīng)營、電力體制機制逐漸成熟、區(qū)域性供需結(jié)構(gòu)矛盾不時發(fā)生的實際情況看，這種基于電網(wǎng)企業(yè)對能源電力供給極端情況的分析十分必要，在極端情景的分析范式、應(yīng)急資源的充分儲備、公共信息的及時發(fā)布方面，能夠為中國新型電力系統(tǒng)建設(shè)下的電力保供工作提供充分借鑒。建議源網(wǎng)荷各方市場主體與政府部門協(xié)同發(fā)力，在電力系統(tǒng)極端情況運行模擬、需求響應(yīng)資源準備和信息透明化建設(shè)方面取得更進一步的成效。
1 英國電網(wǎng)電力保供面臨的形勢
1.1 英國電網(wǎng)基本情況
英國較早提出了棄煤計劃，從20世紀90年代的30%以上，逐步降低燃煤發(fā)電的比例，逐漸形成以天然氣、核電和可再生能源為主的電源結(jié)構(gòu)。天然氣、風(fēng)能、核能也成為英國電力主要來源，在保證了英國自身需求的同時，還經(jīng)跨國輸電通道同歐洲大陸保持電網(wǎng)連接，長期保持凈出口狀態(tài)。高比例的燃氣機組和跨國電力交易，也是英國在保持高比例可再生能源消納并維護自身能源電力穩(wěn)定供應(yīng)的關(guān)鍵。
英國電網(wǎng)與多國電網(wǎng)互聯(lián)，形成歐洲互聯(lián)電網(wǎng)。為促進經(jīng)濟發(fā)展、提高能效和保障可再生能源消納，加強各國間電網(wǎng)互聯(lián)成為歐洲共識。英國電網(wǎng)作為歐洲互聯(lián)電網(wǎng)的重要組成部分，主網(wǎng)架以400 kV、275 kV及132 kV為主，并通過13條跨海輸電線路與丹麥、法國、荷蘭等國家相連，如圖1所示。
圖1 英國跨海輸電線路
Fig.1 Transmission lines across the sea of UK
英國的電力保供工作的極端情景在俄烏沖突發(fā)生后發(fā)生變化，需要考慮一次能源不足和供需情勢反轉(zhuǎn)下的歐洲大陸的電力支援能力。英國的電源結(jié)構(gòu)以天然氣、核電、可再生新能源為主，長期保持電力盈余，扮演向其他歐洲國家出口電力的角色。俄烏沖突前電網(wǎng)的傳統(tǒng)安全風(fēng)險主要來自新能源的波動性和不確定性，英國的調(diào)峰電源較為豐富，其能源電力安全能夠得到有效保障。英國總裝機量達113.9 GW，以天然氣、風(fēng)力發(fā)電為主，其中天然氣裝機27.6 GW，占比約24%，風(fēng)電裝機28.3 GW，占比約25%，光伏裝機15.4 GW，占比約14%。燃氣機組、調(diào)峰機組、儲能是保證系統(tǒng)可靠性的重要依托，到2022年底，其裝機容量約占總裝機容量的36%，燃煤發(fā)電裝機則從2015年的22%逐步降低至1%，如圖2所示。從供需角度來看，2022年英國電力進出口情況發(fā)生了重大變化，總發(fā)電量約386 TW·h，總用電量約396 TW·h，進口43.4 TW·h，出口33.8 TW·h，從傳統(tǒng)的電力出口國轉(zhuǎn)向電力進口國。天然氣發(fā)電、風(fēng)電、核電是英國電力主要來源，合計發(fā)電量占比達到75%以上。隨著俄烏沖突的發(fā)生，英國的電力安全除了受到傳統(tǒng)風(fēng)險的威脅，還將受到天然氣資源來源不足、進口電力不足等新的風(fēng)險影響。
圖2 2022年英國裝機和發(fā)電結(jié)構(gòu)
Fig.2 UK power installation and generation structure in 2022
英國的電力體制機制經(jīng)歷了私有化和市場化改革，電力保供工作的政策舉措都建立在市場化的體制機制之下。英國涉及能源電力安全的能源宏觀政策制定由英國商務(wù)、能源與產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部（BEIS）負責(zé)。天然氣與電力市場管理局（GEMA）是政府能源主管部門，負責(zé)制定能源發(fā)展戰(zhàn)略，起草電力法案并負責(zé)執(zhí)法。其中，天然氣和電力市場辦公室（OFGEM）主要負責(zé)電力市場及電網(wǎng)政策落實情況等電網(wǎng)業(yè)務(wù)監(jiān)管。英國國家電力公司則負責(zé)電力系統(tǒng)的具體運營，有權(quán)根據(jù)電網(wǎng)公司的預(yù)測直接向市場發(fā)布“夏季展望”“冬季展望”等關(guān)于能源電力供需形勢的分析報告，并可以在報告中聲明所面臨的風(fēng)險及為了降低風(fēng)險將要在市場中采取的行動。
由于俄烏沖突給歐洲天然氣市場帶來的不確定性，英國國家電力公司在2022年《冬季展望報告》中模擬了天然氣短缺下發(fā)電站供應(yīng)受限的斷電風(fēng)險，預(yù)測英國部分地區(qū)可能將拉閘限電。而實際上，在冬季風(fēng)力發(fā)電量下降和寒潮導(dǎo)致用電需求最高時期，英國國家電網(wǎng)僅通過啟用冬季備用的2臺燃煤機組填補電力供應(yīng)缺口，未造成具體的斷電事故。
1.2 英國2022年冬季的供需概況
英國在2022年冬季中，“迎峰度冬”電力需求較往年相比略有所下降，并且因為是暖冬，天然氣需求不足。在入冬前，一方面，英國電網(wǎng)面對越來越嚴峻的天然氣市場供需緊張形勢，做了天然氣嚴重不足的極端情景假設(shè)；另一方面，英國電網(wǎng)就從電力出口國向電力受入國的轉(zhuǎn)變，也對可能發(fā)生的跨國電力支援中斷表現(xiàn)出了擔(dān)憂。英國電網(wǎng)冬季展望報告主要就來自歐洲大陸電力支援能力受阻和天然氣等一次燃料供給受限等做了極端情景假設(shè)分析。
英國電網(wǎng)就2022年冬季用電情況的預(yù)測，受整體經(jīng)濟不景氣影響，保持悲觀態(tài)度。最大預(yù)測值為45.4 GW，最大電力負荷將不會超過46 GW，都較2021年最大負荷46.8 GW和2020年最大負荷46.4 GW要低，最大負荷預(yù)測如圖3所示。實際上，受冬季風(fēng)力發(fā)電量下降和寒潮影響，英國冬季最大負荷達47.1 GW。
圖3 英國2022年冬季電力需求預(yù)測
Fig.3 Prediction of winter power demand in the UK of 2022
電網(wǎng)供給側(cè)風(fēng)險主要來源于歐洲大陸電力支援能力不足和天然氣等一次能源供給不足。如不考慮上述風(fēng)險，各類電源最小可用容量約62.4 GW，考慮寒冷天氣及旋轉(zhuǎn)備用下，英國最大用電需求約58.7 GW，可保有6.3%的系統(tǒng)裕度，英國電網(wǎng)2022年冬季電力供給能力如圖4所示。
圖4 英國2022年冬季電力供給能力
Fig.4 Winter power supply capacity of 2022 in the UK
2 英國電網(wǎng)面臨的極端情景及采取的措施
2.1 英國電力保供考慮的極端情景
ESO對極端場景的分析建立在2類極端場景疊加的基礎(chǔ)上，極端場景的預(yù)演分析體現(xiàn)了對可能風(fēng)險的關(guān)切，分析結(jié)果重點在于對電力供應(yīng)能力和對用戶用電可靠性的影響。極端場景建立在供需基礎(chǔ)場景的分析上，并在此基礎(chǔ)上，一是疊加了電力進口不足的場景，二是疊加了天然氣供給減弱的極端場景?？傮w的判斷是，在基礎(chǔ)場景上基本能滿足用電需求，依然具有較好的充裕性，但是在2個極端場景的疊加上，將導(dǎo)致2022年11月—2023年1月（除圣誕節(jié)期間）會造成輪流限電的情況。
在英國電力供應(yīng)保持穩(wěn)定的基礎(chǔ)場景下，ESO分析最小可用容量依然能夠保持6.3%的充裕度。在此基礎(chǔ)上疊加電力進口大規(guī)模受阻的單一因素，實際是考慮了英國從法國、比利時和荷蘭進口電力完全中斷，僅從挪威進口一定規(guī)模的電力，并保持本土對北愛爾蘭和愛爾蘭的出口穩(wěn)定，屆時挪威進口電力為1.2 GW，并對北愛爾蘭和愛爾蘭出口0.4 GW。此時，ESO可通過與EDF（法國）、DRAX（英國）和Uniper（德國）3家能源公司簽署的多份應(yīng)急合同，調(diào)用市場化資源以外的2 GW煤電機組，并能夠通過部署2 GW需求響應(yīng)服務(wù)來予以應(yīng)對。在以上應(yīng)對措施基礎(chǔ)上，將導(dǎo)致電力系統(tǒng)裕度從3.7 GW降至3.3 GW，充裕度也從最大用電負荷的6.3%下降至5.7%。在此種情況下，ESO通過考慮用電需求、風(fēng)機出力及停電的變化，進行了分月度的電力系統(tǒng)充裕度生產(chǎn)模擬。結(jié)果顯示，英國電力系統(tǒng)整體充裕，若考慮90%置信度的日內(nèi)波動下，2022年12月—2023年1月（不包括圣誕節(jié)）偏緊，預(yù)期負荷損失將達到0.5 h/年，結(jié)果如圖5所示。從英國電力系統(tǒng)裕度實際情況看，實際運行情況基本沒有在預(yù)測區(qū)間內(nèi)。
圖5 單一因素影響下的電力系統(tǒng)充裕度
Fig.5 Power system adequacy under the influence of a single factor
天然氣的供應(yīng)是ESO擔(dān)心的另一主要因素。在此基礎(chǔ)上英國電力供應(yīng)在極端場景考慮時，除了電力進口受阻，進一步疊加了英國本土天然氣供給不足的場景。進一步假定，10 GW天然氣發(fā)電機組在2023年的1月的兩周內(nèi)不可用。在此基礎(chǔ)上進行生產(chǎn)模擬可知，這將使電力系統(tǒng)裕度在此期間多次降低到負值。由此產(chǎn)生的后果是，ESO將不得不對部分用戶實施每天約3 h的輪流停電措施，如圖6所示。
圖6 雙重因素疊加下的電力系統(tǒng)充裕度
Fig.6 Power system adequacy under the dual-factor influence
這樣的極端情景選擇，有其現(xiàn)實合理性。進口困難和天然氣供應(yīng)不濟是影響英國2023年冬季電力供應(yīng)的兩大重要因素。從電力進口情況看，互聯(lián)線路的安全可靠性和電力來源國的能源困境直接影響英國電力進口，尤其需要考慮英國東南部連接法國、比利時海底電纜完全退出的可能，以及法國、比利時、荷蘭、挪威等供應(yīng)受阻的情況。從天然氣供給情況看，英國2022年冬季47.4%的可靠電力容量來自燃氣機組，約占天然氣總需求量的23% 。在需求高峰期主要由LNG和歐洲大陸進口氣進行調(diào)節(jié)，高達單日供應(yīng)量的37%。寒冬期間，英國單日天然氣需求約4.81億m3，LNG約1.04億m3，占其高峰期單日供應(yīng)量21.6%，歐洲大陸來源的天然氣約7500萬m3，占其高峰期單日供應(yīng)量15.6%。10 GW天然氣發(fā)電容量損失大致相當(dāng)于用氣高峰期間LNG和歐洲大陸天然氣進口完全中斷，其反映了供應(yīng)鏈上游的極端情景。但受2023年冬季俄烏沖突等地緣政治因素影響，天然氣進口充滿不確定性。
2.2 英國電網(wǎng)企業(yè)所采取的措施
英國電力系統(tǒng)運營商針對極端情景所采取的措施與國內(nèi)有比較類似的地方，關(guān)注疏通需求響應(yīng)，并積極調(diào)用煤電等提供保障。由于發(fā)電企業(yè)的電力資源配置基本由市場機制決定，因此ESO將專注于為系統(tǒng)提供需求響應(yīng)資源和納入市場交易的額外電力資源。
在需求響應(yīng)方面，ESO就2022年11月—2023年3月運行的需求響應(yīng)服務(wù)與能源行業(yè)進行協(xié)商，要求供應(yīng)商提供的容量為1~100 MW，至少響應(yīng)30 min，并于2022年10月份開始對投標(biāo)的供應(yīng)商進行測試。
在煤電保障方面，在英國商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部要求下，ESO與EDF（法國）、DRAX（英國）和Uniper（德國）3家能源公司簽署了多份應(yīng)急合同，使他們能夠在市場化手段用盡以后，為英國電力系統(tǒng)提供總計約2 GW的額外煤電可用容量，并通過提供輔助服務(wù)中的備用服務(wù)參與英國電力市場。
英國“迎峰度冬”為應(yīng)對極端場景，充分考慮了能夠采取的措施。作為對極端場景的應(yīng)對，ESO有信心部署至少2 GW的需求響應(yīng)，這將占最大負荷的4.4%，與可調(diào)用額外的火電機組基本具有相同的份額。2項舉措綜合相當(dāng)于為英國電力系統(tǒng)減少了約4 GW的電力供應(yīng)缺口，能夠基本應(yīng)對跨國電力輸送受阻的問題。
3 對中國電力保供的主要借鑒
3.1 極限情景的分析范式
ESO針對極限情景多因素疊加的極端情況推演的分析范式值得被充分借鑒。以“歷史數(shù)據(jù)+預(yù)測數(shù)據(jù)”結(jié)合的方式，首先明確邊界條件，確定今冬電力供給和需求的基本面信息；其次逐次疊加供給側(cè)電力進口、一次能源等影響因素，按日進行供需情況模擬，分析出極限情景的電力最大缺口及影響因素，明確應(yīng)對措施發(fā)揮的作用和用戶影響。
2023年“迎峰度夏”“迎峰度冬”期間，中國一些區(qū)域供需形勢仍然偏緊，尤其要根據(jù)各地區(qū)電力供需的特點，重視可能出現(xiàn)的多因素疊加、交互影響帶來的電力保供的風(fēng)險，在極限情景推演中重點考慮以下3個方面因素，及其疊加帶來的極端場景。
1）極端天氣方面，2023年大氣環(huán)流異常，氣候預(yù)測難度較大，極端天氣不確定因素較高。尤其較多氣象預(yù)報認為今冬可能是整體偏暖，反而可能會導(dǎo)致應(yīng)對極端天氣的疏忽大意，場景分析要充分考慮臺風(fēng)、霜凍等極端天氣對關(guān)鍵設(shè)施破壞帶來的電力供應(yīng)影響以及短期寒潮帶來取暖負荷激增對電力需求的影響。
2）一次能源供給方面，受國際天然氣市場需求旺盛的影響，要充分考慮天然氣供給不足的場景，尤其是華東地區(qū)，其燃氣機組裝機約4500萬kW，占全國燃氣機組容量約40%。雖然在總裝機中占比不足1.7%，但是多處于經(jīng)濟發(fā)達和冬季無供暖地區(qū)，影響力大。
3）近端輸電通道支撐方面，從去年夏天歐美和國內(nèi)川渝地區(qū)電力短缺情況看，供給不足往往帶有區(qū)域性特點，短期內(nèi)難以從臨近地區(qū)得到充足支撐，依賴于跨省跨區(qū)輸電通道的資源大范圍配置和互濟。除電網(wǎng)設(shè)備外，極端場景下，要重點考慮送端電源對充裕性和關(guān)鍵時間段的支撐能力。
3.2 應(yīng)急資源的充分儲備
充分借鑒ESO應(yīng)對極端場景所采用的調(diào)動需求側(cè)資源的有效措施，尤其要進一步發(fā)揮中國有效市場和有為政府協(xié)同發(fā)力的制度優(yōu)勢，進一步重視需求響應(yīng)資源的高效配置。ESO報告指出緊平衡期間，將向容量市場下發(fā)調(diào)用容量資源的通知，并且在現(xiàn)有市場機制以外，儲備了在商業(yè)合同用盡后可調(diào)用的煤電機組及需求響應(yīng)資源，預(yù)計可提供相當(dāng)于預(yù)測最大負荷8.8%的容量支撐。
以市場手段調(diào)節(jié)電網(wǎng)尖峰負荷邊際波動，經(jīng)濟性和科學(xué)性顯著，有利于資源的高效配置。中國負荷高峰具有峰值高、持續(xù)時間短、溫度負荷占比高的特點，需要的電源及電網(wǎng)投資規(guī)模較大、效率低。以市場化手段調(diào)用需求響應(yīng)資源將降低對備用容量和靈活性電源的投資需求，能夠充分利用需求側(cè)資源促進供需平衡，避免了大規(guī)模投資成本疏導(dǎo)后帶來的設(shè)備利用效率下降和全社會用電成本增加。
雖然得益于中國需求響應(yīng)資源潛力大，但是更加需要市場手段形成長效激勵機制。中國電動汽車保有量大，截至2022年6月底，全國新能源汽車保有量達1001萬輛，以每輛車3.3 kW的放電功率、40 kW·h的電池容量計算，相當(dāng)于3000萬kW、13.3 h的儲能（4億kW·h的電量）。中國夏季空調(diào)負荷占比高，以上海為例，2022年最大空調(diào)負荷預(yù)計將超過1400萬kW，占全社會最大用電負荷的40%以上，電力緊張的川渝地區(qū)空調(diào)負荷超過50%。電動汽車充電負荷和溫度調(diào)節(jié)負荷都能作為可調(diào)節(jié)負荷構(gòu)成巨大且有效的需求響應(yīng)資源池。但目前需求響應(yīng)規(guī)模仍然有限，主要在于缺乏市場化手段形成可持續(xù)性激勵措施，仍然依賴于政府財政支出，可推動協(xié)調(diào)現(xiàn)有峰谷電價差和現(xiàn)有市場機制，盡快落實需求響應(yīng)的長效激勵機制。
此外，中國未來20年內(nèi)退役煤電機組規(guī)模較大，也需要提前研究，提早準備，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供充裕的應(yīng)急備用資源。預(yù)計從2021年末至2030年，按30年設(shè)計壽命估算須退役的煤電機組容量預(yù)測約1億kW，到2040年預(yù)計達到5.5億kW以上。從短期看，對于“三北”“三華”地區(qū)現(xiàn)有“關(guān)而不拆”煤電機組，及時組織并網(wǎng)測試，確保調(diào)用資源切實可用。從長期看，根據(jù)《關(guān)于開展全國煤電機組改造升級的通知》，“十四五”期間“關(guān)而不拆”煤電機組須保持1500萬kW應(yīng)急備用能力，對應(yīng)需要加快構(gòu)建“關(guān)而不拆”的煤電機組的激勵和補償機制，進一步細化規(guī)定，并推動制定在極限情景下可降低能效、環(huán)保方面的標(biāo)準要求。
3.3 公共信息的及時發(fā)布
英國每年定期對外發(fā)布《Winter Outlook Early View（冬季早期預(yù)測）》《Winter Outlook（冬季展望報告）》《Winter Review and Consultation（冬季回顧與咨詢報告）》等3種“迎峰度冬”系列報告，爭取廣泛社會支持，并及時回溯、科學(xué)總結(jié)、提出建議。本次冬季展望報告發(fā)布后4天，得到了法國電網(wǎng)運營商（RTE）的積極回應(yīng)，稱其將在關(guān)鍵時刻為英國提供電力。
中國也可推動建立電力行業(yè)制定者同公眾的廣泛聯(lián)系，促進相關(guān)電力迎峰度夏政策受到社會廣泛認同與支持。越是在電力緊平衡的時期，越需要全社會節(jié)能節(jié)電的良好氛圍，越需要參與有序用電的市場主體和全體民眾的廣泛支持。隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和居民對舒適性追求的提高，負荷尖峰時期，工業(yè)的主導(dǎo)地位已然發(fā)生動搖，限制大規(guī)模用戶用電所發(fā)揮的作用正在減弱，越來越需要聚合全社會方方面面的零散資源。尤其在電力局部區(qū)域緊平衡、風(fēng)險因素層出不窮的當(dāng)下，日常就要形成倡行節(jié)約的良好用能用電習(xí)慣。因此，越來越需要政府、能源電力主管部門及時準確地向社會發(fā)布供需情勢，培育厲行節(jié)約的社會氛圍，在緊平衡時間段，鼓勵全社會共同發(fā)揮作用。
公開透明的信息披露容易在電力保供期間形成政府、企業(yè)、用戶的良好合作。隨著民生保障需求的持續(xù)增加，電力保供壓力逐漸增大，且保供工作的系統(tǒng)性越來越強，一次能源供應(yīng)保障、應(yīng)急搶修、極端天氣應(yīng)對等方面越來越需要不同行業(yè)間、政府部門間進行協(xié)調(diào)。以企業(yè)協(xié)會等組織和政府部門共同作為主導(dǎo)，定期進行電力保供形勢研判和分析并公開透明發(fā)布，能夠更好地促進各方形成相互信任、相互支持的良好合作。
4 結(jié)語
通過學(xué)習(xí)借鑒英國電網(wǎng)企業(yè)對英國迎峰度冬的應(yīng)對措施及其發(fā)布的迎峰度冬報告，中國電力系統(tǒng)研判極端情景、儲備源荷側(cè)備用資源以及加快電網(wǎng)開放都有助于電力保供。由此提出以下相關(guān)建議，以期在電力保供期間形成電力系統(tǒng)中各企業(yè)的整體合力提供支持和幫助。
1）建議各省政府部門組織電力企業(yè)，協(xié)同相關(guān)咨詢單位及企業(yè)，充分考慮跨省跨區(qū)輸電通道受阻、極端天氣、一次能源供給不足等極端情況，尤其考慮多因素疊加的極端情況，按日進行電力供需情況模擬，明確需要重點關(guān)注的時間段和場景，有針對性地設(shè)計極限情景演練方案，尤其需要提出多種因素疊加的最壞情況及其應(yīng)急方案。集約資源，科學(xué)應(yīng)對，盡可能做最壞準備，才有可能爭取不壞的結(jié)果。
2）建議地方能源主管部門，對于可能產(chǎn)生電力硬缺口的省份，進行跨省跨區(qū)電力支援的源網(wǎng)荷儲聯(lián)合調(diào)控運行的模擬，重點保障人財物等各類資源準備，提前為送端電源應(yīng)發(fā)盡發(fā)創(chuàng)造條件。
3）建議電網(wǎng)企業(yè)和地方政府部門之間加強協(xié)調(diào)，以公平開放的手段，開展需求響應(yīng)，備足專項資金，確保激勵力度，鼓勵更多用戶在電力保供期間積極參與需求響應(yīng)。對于具有需求響應(yīng)機制和退役煤電機組調(diào)用條件的地區(qū)，備足政府專項資金，保證有效激勵。
4）建議政府能源電力主管部門及時并如實向社會發(fā)布電力保供情況報告，爭取社會的廣泛理解和支持。并推動在每年迎峰度夏、迎峰度冬期間，形成向社會定期發(fā)布相關(guān)情勢分析報告的常態(tài)化機制。
