中國儲能網(wǎng)訊：近幾年，棄風(fēng)限電問題嚴(yán)重困擾著我國風(fēng)電行業(yè)，已經(jīng)成為制約產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的最大絆腳石，也是我國兌現(xiàn)應(yīng)對氣候變化國際承諾的巨大障礙，到了非解決不可的地步。但當(dāng)下，仍有一些專家通過似是而非的技術(shù)詮釋來解答棄風(fēng)問題的根源，認(rèn)為風(fēng)電的波動性影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行；在電力需求增長放緩的背景下導(dǎo)致可再生能源限發(fā)；“三北”地區(qū)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力嚴(yán)重不足是冬季這些地區(qū)棄風(fēng)問題突出的主因；跨省跨區(qū)輸電通道不足，難以實現(xiàn)在更大范圍內(nèi)消納風(fēng)電……，并據(jù)此將解決措施引導(dǎo)向糾纏不清的技術(shù)泥沼，一定程度上掩蓋了棄風(fēng)問題的真正原因。為了更好地理解這些問題，我們特邀專家對上述問題進行深入剖析，揭示棄風(fēng)限電背后的真相，以系列文章的形式陸續(xù)推出。本期主要探討“系統(tǒng)調(diào)峰能力不足”的問題。
在前幾期的專欄中，我們討論了電力需求不旺、電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)、外送能力不足，以及外送“打捆”之于棄風(fēng)問題的相關(guān)性，指出這些說法存在評價體系價值標(biāo)準(zhǔn)不清楚(是否擴大外送，解決電網(wǎng)阻塞缺乏成本效益分析 ;“又大又粗”的高壓點對網(wǎng)基荷送電，嚴(yán)重影響整個系統(tǒng)運行的靈活性，卻整天拿“大容量”當(dāng)賣點)， 與討論的問題不相干(需求不旺與供給端 的有效競爭不搭界)，或者遠不夠解釋高棄風(fēng)率(如存在網(wǎng)絡(luò)阻塞，長期需要擴容) 的問題。在本期專欄中，我們討論所謂的 “系統(tǒng)調(diào)峰能力不足”的意思與含義。
事實
? 系統(tǒng)的調(diào)峰，可以通俗理解為調(diào)頻之外的向上與向下的出力變化(15 分鐘到小時級都是存在的)，以保持系統(tǒng)的實時平衡。向上的調(diào)峰，在目前系統(tǒng)容量 嚴(yán)重過剩的背景下，容量不成問題 ;調(diào)節(jié)速率問題則可以在很大程度上通過開機組合短期計劃來解決。系統(tǒng)所需的調(diào)節(jié)靈活 性(需求、可再生能源)可以通過很多方 式(火電調(diào)節(jié)、需求響應(yīng)等)得到滿足。
? 向下的調(diào)峰涉及最小出力問題， 這方面的討論仍舊是非常不透明的。如果系統(tǒng)所有的機組都實現(xiàn)了最小出力，那么 證明系統(tǒng)存在嚴(yán)重的供大于求，價格需要大幅跌落，以將盡可能多的出力擠出。電 價不斷下降到低于燃料成本的程度(比如 0.1 元 / 千瓦時—0.15 元 / 千瓦時)，靈活 的煤電就寧愿盡可能地停機，而不愿意留在序列里承擔(dān)虧錢的損失了。那么剩下的， 就是的確“往下調(diào)不了”或者不足夠靈活參與下一階段市場的那部分。這種基于“顯 示偏好”的最小出力，往往比測算出的技術(shù)性最小出力要準(zhǔn)確得多(見圖1)。
? 熱電廠保持供熱所需要的同時，維持的發(fā)電功率往往是一個向下調(diào)節(jié)的障礙。東北冬季供暖期的調(diào)峰問題是一個常 被提起并用來證明“調(diào)峰困難”的實例。 圖2 是吉林電網(wǎng)冬季典型日24小時運行 的情況。但是令人費解的是，為何火電 最小技術(shù)出力在 24 小時內(nèi)都保持一條直線?從常識來講，即使要照顧供暖需求， 白天與黑夜的供暖功率都不需要一樣。為何中午12 時和晚上 10 時的火電出力都沒有變化?供熱的需求并不構(gòu)成這種變化的剛性約束。何況，在一定范圍內(nèi)熱電比的變化以及徹底的熱電解耦，已經(jīng)是丹麥等 國的一個基本運行事實(見圖 3)。
注:從上到下依次是太陽能熱水器的出力、電力市場價格、熱生產(chǎn)與消費、電力生產(chǎn)與消費，以及儲熱罐的儲熱容量變化。這一電廠將在電價高的時候發(fā) 電，余熱儲存;電價極低的時候用電生熱并儲熱。逐小時地變化。來源:EMD International A/S網(wǎng)站。
? 2016 年，《東北電力輔助服務(wù)市 場專項改革試點方案》《東北電力輔助服 務(wù)市場運營規(guī)則(試行)》陸續(xù)頒布，從 2017 年開始實施。后一個文件“發(fā)明” 了火電深度調(diào)峰的概念，將火電調(diào)節(jié)到大 約 50%(存在一些細節(jié)變化，比如春節(jié)降 至 40%)以下定義為“有償調(diào)峰服務(wù)”。 這一服務(wù)的成本，由負荷率高于深度調(diào)峰 基準(zhǔn)的火電廠、風(fēng)電場、核電廠共同分?jǐn)偂?火電壓低出力客觀上存在額外成本，包括 但不限于更低的熱效率、機組損耗加劇等。 只是不清楚這些基準(zhǔn)到底是如何確定的? 為何 50% 上下一個 1% 的變化性質(zhì)如此 不同(向上似乎是免費的)?為何這種服 務(wù)的需求方是所有的其他出力仍舊高的機 組?參與了有錢拿，不參與還得給錢，參 與了也不影響年發(fā)電量。如果補償足夠大， 火電是否都會參與，作為“調(diào)峰”機組? 從完全沒有平衡責(zé)任，到“大鍋飯”一起 承擔(dān)平衡責(zé)任，這個市場從無到有的過程 是否涉嫌過度“生造”?
? 在競爭性電力市場(特別是分散 式市場中)，承擔(dān)平衡責(zé)任的往往是所有 參與者(起碼是傳統(tǒng)發(fā)電機組)。平衡輔 助服務(wù)價格的確定是基于市場，而不是成本（1）。也就是說，無論是發(fā)電商，還是用 戶，都有保證自我平衡的義務(wù)(否則意 味著產(chǎn)生了輔助服務(wù))。調(diào)度負責(zé)各種計 劃(比如日前)與實時偏差的處理(機組 出力誤差、需求預(yù)測誤差、應(yīng)急事件等)， 是參與平衡市場的少部分機組和系統(tǒng)備用 資源的“調(diào)度者”。這部分機組往往只占 整體裝機的 5%—10%。比如德國的 4 個系統(tǒng)運營商(TSO)，定期招標(biāo)一次、二 次、三次(對應(yīng)于 15 分鐘以上，到幾小時的調(diào)節(jié)，大致相當(dāng)于我國的調(diào)峰)系統(tǒng) 調(diào)節(jié)的資源，這部分資源的總量大概為 500 萬千瓦—600 萬千瓦(最大負荷 8500 萬千瓦左右)，近年來還有所下降。
? 因此，在競爭性市場，機組(或 者機組組合在一起)享受“平衡服務(wù)”， 其原因必然是自身的實際出力相比較自己 的承諾，產(chǎn)生了額外導(dǎo)致系統(tǒng)不平衡的“偏 差”。這一偏差的彌補(由調(diào)度統(tǒng)一管理)， 如果意味著額外的平衡成本(偏差也有好壞之分，與總的偏差符號相反的偏差有助 于系統(tǒng)平衡，見圖 4)，需要由引發(fā)偏差的 機組承擔(dān)，而系統(tǒng)運行者需要各種備用去 應(yīng)對這種不平衡。在可再生能源發(fā)展的初 期，往往是出于積累經(jīng)驗的需要而免除它 的這一責(zé)任。但是目前，越來越多的新建 風(fēng)電與大型光伏項目已經(jīng)開始直接參與市 場，并且承擔(dān)平衡責(zé)任。預(yù)測的準(zhǔn)確率不 高，出現(xiàn)大的出力偏差，往往意味著極高的收益損失（2），甚至是虧損。
? 在我國，調(diào)度與參與者之間的責(zé)任界面區(qū)分不明顯。調(diào)度往往具有無限的 責(zé)任，而參與者是否在交易后實現(xiàn)了自我 平衡，缺乏相應(yīng)的基準(zhǔn)與高分辨率去判斷。 具有無限責(zé)任的同時，也具有無限的權(quán)力， 可以在相當(dāng)大程度上決定機組的出力(比 如火電機組，50% 以內(nèi)是義務(wù)，50% 以外 給補償)，往往成為了所有機組的“指揮官”。
邏輯
? 系統(tǒng)即使存在調(diào)峰能力不足(比 如供熱機組已經(jīng)到達最小出力，系統(tǒng)仍存 在過量的有功出力)，那么這一問題的代 價需要由風(fēng)電去部分甚至全部承擔(dān)，這其 中存在著邏輯跳躍。為什么不是那些調(diào)不下的承擔(dān)成本，而是風(fēng)電(也包括所有其 他的發(fā)電機組)承擔(dān)成本。它們?yōu)楹巍跋硎堋?了調(diào)峰服務(wù)的認(rèn)定依據(jù)不清楚。
? 波動性電源進入系統(tǒng)，將具有區(qū) 別于舊有可控基荷機組的強烈再分配效應(yīng)。風(fēng)電與光伏將持續(xù)地改變剩余負荷曲 線的形狀，所以，即使未來有足夠的電力 需求增長，其他機組的利用水平也會大大折扣。以至于在可再生能源出力大過總負 荷之后，基荷機組完全消失，市場份額縮 小。這是可再生能源出力特性的特點，也 是市場競爭的結(jié)果和系統(tǒng)成本最小化的必 然要求。如果將它認(rèn)定為是可再生能源“享 受”了原有機組提供的任何服務(wù)，那么往 往意味著原來的市場是既有機組“讓出來” 的，而不是競爭機制下的結(jié)果。
? 從以上分析可以看出，目前國內(nèi)對調(diào)峰問題的討論暗含著“先來后到”、 計劃性市場份額，而非“有效率競爭”的 價值觀 ;充斥著“技術(shù)性”系統(tǒng)視角的平 衡實現(xiàn)與系統(tǒng)安全，而非以市場為基礎(chǔ)的 解決思路 ;對于“誰的問題，又是誰來承 擔(dān)成本”的責(zé)任劃分與成本分?jǐn)偸且还P糊 涂賬。這與調(diào)度過度地追求對發(fā)電的完全 可控(而不是承諾與實際出力的一致性)、 調(diào)度自由量裁權(quán)與調(diào)度尺度過大、所有機 組缺乏短期自我平衡責(zé)任密切相關(guān)。
? 退一步來講，即使認(rèn)為機組深度 調(diào)峰是一種“服務(wù)”，那么對這一服務(wù)的 享受者也需要進一步認(rèn)定，而不是像很多 媒體報道的那樣，“一步到位”地部分乃 至全部落到可再生能源頭上，這同樣存在 邏輯跳躍。調(diào)峰本身就是模糊的，回避了 競爭市場份額的問題。
? 沒有系統(tǒng)調(diào)度數(shù)據(jù)，也就說不清 楚機組減少出力或者完全停機調(diào)峰，到底 (在多大程度上)是因為可再生能源的接 入，還是要維持一定水平的供熱出力或者調(diào)節(jié)裕度，以滿足系統(tǒng)可靠性要求。
含義
競爭性電力市場中，平衡的責(zé)任往往是分散到每一個個體，調(diào)度需要處理的只是偏差部分與系統(tǒng)實時平衡，系統(tǒng)開機組合計劃往往是競爭性分散決策的。而我國 調(diào)度(5級體系)往往具有無限的責(zé)任與權(quán)力，具有集中統(tǒng)一所有計劃的職能，要求所有機組“完全可控、可調(diào)”。這與可再生能源波動劇烈、無法完全準(zhǔn)確預(yù)測的出力特點產(chǎn)生了明顯的沖突。在我國，目前關(guān)于系統(tǒng)的調(diào)峰能力，仍舊在相當(dāng)程度是一種系統(tǒng)如何保持平衡的技術(shù)性討論， 而涉及相關(guān)參與者自身的損益如何劃分更是一個找不到足夠需求方的政治性分?jǐn)偂?
系統(tǒng)調(diào)峰能力，特別是向下調(diào)節(jié)能力在某些時段存在不足是可能的，在歐美也是存在的。但是在歐美，這一不足的代價承擔(dān)者不是風(fēng)電發(fā)電商，而往往是那些無法做到深度減少出力的傳統(tǒng)煤電與核電機組。這也符合基本的經(jīng)濟邏輯——系統(tǒng)成本最小化，可變成本幾乎為零的可再生能源永遠需要優(yōu)先調(diào)度，而其他的去滿足剩余負荷(Residual Load)。無法深度調(diào)峰是煤電的煩惱與問題。它留在系統(tǒng)中少數(shù)幾個時段虧錢是不得已的選擇，這仍舊好過停機錯過大部分的掙錢機會。
深度調(diào)峰作為一種輔助服務(wù)類型，在邏輯上是費解的，是基于給定的計劃小時 數(shù)(市場份額)與“基荷偏好”的安排，排斥發(fā)電競爭性安排與競爭市場份額的體 現(xiàn)。這與未來系統(tǒng)的“低利用率、輕資產(chǎn)、 價格波動劇烈”的特點格格不入，也缺乏風(fēng)電享受了“調(diào)峰輔助服務(wù)”的明確認(rèn)定依據(jù)與參考基準(zhǔn)。
調(diào)度運行數(shù)據(jù)的及時公開是對以上問 題形成共識性診斷的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與前提，筆 者也隨時準(zhǔn)備根據(jù)充足的事實與數(shù)據(jù)基礎(chǔ) 調(diào)整自己的認(rèn)知。這是一項非常迫切的任 務(wù)，是可能的調(diào)度方式改變與系統(tǒng)偏差平 衡成本更公平分?jǐn)偟那疤帷?
（1）:輔助服務(wù)有很多類型，三次平衡調(diào)節(jié)僅是其中的一類，其他的可以包括電壓支持、黑啟動等。市場與成本為基礎(chǔ)(market-based和cost-based)在長期是沒有區(qū)別 的，但是短期往往存在巨大的區(qū)別。市場通常是邊際成本定價或者雙邊撮合(pay as bid)的，而成本定價往往是長期平均成本定價。
（2）:目前，由于風(fēng)電、光伏進入系統(tǒng)的merit-order效應(yīng)，美國與歐洲電力市場價格不斷下降，發(fā)電商從批發(fā)市場獲得的利潤日益微薄。核電、風(fēng)電一次出力偏差的影響， 可能就相當(dāng)于其一周、甚至一個月的利潤(與美國New England監(jiān)管機構(gòu)Ronald Coutu先生的談話，2017年4月16日)。
作者單位：卓爾德環(huán)境研究（北京）中心（DERC）
責(zé)編：張珊珊
