換個視角看“十四五”可再生能源發(fā)展與消納
谷 峰
2020年是“十四五”規(guī)劃謀篇布局之年，建言“十四五”逐漸成為近期各種媒體的熱詞，我國“十四五”相關(guān)的討論還引發(fā)了很多國外智庫參與。平心而論，在各個領(lǐng)域關(guān)于“十四五”的討論中，都沒有電力“十四五”中可再生能源和傳統(tǒng)能源的討論激烈?！笆奈濉笨稍偕茉匆蟀l(fā)展是行業(yè)的首要共識，但是要不要繼續(xù)上煤電、上多少煤電，甚至要不要再用30年讓我國的煤電全部退出運行，成為了“十四五”可再生能源規(guī)劃相關(guān)討論甚至爭論的主題之一。為什么可再生能源的規(guī)劃會與煤電的發(fā)展規(guī)劃“糾纏”如此之深？考慮到“十四五”也是我國電力市場化的關(guān)鍵時期，可再生能源規(guī)劃和煤電發(fā)展規(guī)劃是否要在市場化的背景下予以考慮？可再生能源為什么消納需要“和煤電等調(diào)節(jié)電源在一起”？層層迷霧，看似并非強(qiáng)相關(guān)的領(lǐng)域，卻經(jīng)常出現(xiàn)“井水犯河水”，從電力經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度，可以找到清晰的回答。
01
可再生能源發(fā)展和消納離不開調(diào)節(jié)機(jī)組的發(fā)展壯大
目前到“十四五”，“上網(wǎng)”仍是可再生能源消納的最主要手段，分布式供電雖然已經(jīng)興起，但是“十四五”期間仍然難以作為可再生能源發(fā)展的主要方式，即使分布式供電也大多不能單獨成為一個孤立用能系統(tǒng)，仍然是以并網(wǎng)分布式為主。因此，討論“十四五”的可再生能源規(guī)劃和煤電發(fā)展規(guī)劃，都離不開共同的“東家”——大型電網(wǎng)背景下的電力系統(tǒng)。有句俗話叫做“干活不由東，累死也無功”，要想在電力系統(tǒng)里“吃飯”，得看看電力系統(tǒng)有什么必須的要求。那么大型電網(wǎng)正常運行的首要需求是什么呢？在n個9可靠性的要求下，答案會變得非常簡單：安全可靠、穩(wěn)定供應(yīng)。
不能連續(xù)穩(wěn)定供電是可再生能源與生俱來的天賦，即使建有龍頭水庫的水電，也不能擺脫來水極枯造成發(fā)電出力下降的可能。當(dāng)然，隨著可再生能源預(yù)測技術(shù)的進(jìn)步，可再生能源的預(yù)測越來越準(zhǔn)確，這個問題能夠得到一定程度的解決，但是可再生能源靠天吃飯的一次動力1注定了，在現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，可再生能源預(yù)測不可能完全準(zhǔn)確，也不可能按照系統(tǒng)需要的精度和速度進(jìn)行大幅調(diào)節(jié)。與此同時，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，特別是我國已經(jīng)達(dá)到的非同一般的供電可靠性，電力用戶承受停電的能力和心理預(yù)期不斷下降，換句話說電力用戶不接受規(guī)模較大的意外停電。兩方面的此消彼長，造成可再生能源的運行特性確實相對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行是個不友好的短板，相對電力用戶高質(zhì)量用電的期望是個不友好的短板，大量接納存在弱點的可再生能源，而不考慮其他措施，一定會引起電力系統(tǒng)的可靠性下降，沒有煤電，電力系統(tǒng)也無法運行。因此，所謂煤電快速退出實在是無稽之談。
以煤電為代表的調(diào)節(jié)性電源，由于一次能源（主要是煤炭）可以在廠內(nèi)存儲，運行特點就是穩(wěn)定可靠，可以隨負(fù)荷變化大幅度進(jìn)行波動，我國金牌煤電機(jī)組已經(jīng)可以做到數(shù)年不出現(xiàn)非計劃停運，可靠性更是上了一層樓。因此，煤電機(jī)組為代表的傳統(tǒng)電源非常適合大電網(wǎng)生產(chǎn)需要，不但“自己不惹事”，還能“替別人平事”，能夠滿足大電網(wǎng)運行離不開的電壓支撐、負(fù)荷跟隨、系統(tǒng)穩(wěn)定等角色需要。
為了保持系統(tǒng)供需平衡，響應(yīng)負(fù)荷需要，業(yè)內(nèi)常說，煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組為可再生能源提供了調(diào)峰和兜底服務(wù)。嚴(yán)格說煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組為電力系統(tǒng)提供了調(diào)節(jié)服務(wù)，最終為用戶的連續(xù)可靠用電提供了調(diào)節(jié)服務(wù)。調(diào)峰是計劃體制下特有的輔助服務(wù)，但是可再生能源，特別是風(fēng)電、光伏等非水可再生能源的最大出力時段，往往并非出現(xiàn)在負(fù)荷最低谷時段，所以調(diào)峰并不一定是風(fēng)光等可再生能源最需要煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組提供的輔助服務(wù)。
風(fēng)電、光伏等可再生能源最為需要的是煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組提供的快速爬坡服務(wù)和容量備用服務(wù)，水電等可再生能源最需要的是煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組提供的季節(jié)性容量備用2。容量備用服務(wù)容易理解，即可再生能源往往具有季節(jié)性3和波動性，在可再生能源出力降低，不能滿足用電需要的時期，依靠煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組提供用戶所需電能。快速爬坡服務(wù)通俗的講，是指煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組處于熱備用狀態(tài)下，能夠以較高的速度增加出力，用以填補(bǔ)可再生能源間歇性出力期間造成的用電缺口，也可以較高的速度減少出力，用以滿足可再生能源的突然出力增加。國外煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組的靈活性改造主要方向之一，就是提升可調(diào)節(jié)機(jī)組增減出力的速度，用以沖抵可再生能源突然失去（增加）出力4對系統(tǒng)的影響。實際上，可再生能源穿透率達(dá)到一定水平后，每增加一個百分點，對電力系統(tǒng)快速爬坡能力的要求都是質(zhì)的變化。在目前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，依靠可調(diào)節(jié)機(jī)組提供快速爬坡服務(wù)是有一定物理限制的。例如，北方某風(fēng)電大省，為了盡可能的消納風(fēng)電5，在確定開機(jī)組合的過程中，提高了對風(fēng)電預(yù)測的可信度，將風(fēng)電預(yù)測進(jìn)行很小折扣即計入系統(tǒng)平衡，用以盡力減少煤電等可調(diào)節(jié)電源的開機(jī)，減少煤電等可調(diào)節(jié)電源穩(wěn)燃負(fù)荷對風(fēng)電大發(fā)時段消納的不利影響。結(jié)果當(dāng)風(fēng)電突然減小出力達(dá)到一定規(guī)模的時候，熱備用狀態(tài)的可調(diào)節(jié)機(jī)組提供的向上爬坡服務(wù)總量不能填補(bǔ)風(fēng)電出力減少形成的出力缺額，結(jié)果造成對大工業(yè)用戶的限電，損害了大工業(yè)用戶的經(jīng)濟(jì)利益。
因此，可再生能源“十四五”發(fā)展離不開調(diào)節(jié)性電源的支撐作用，特別是集中發(fā)展的可再生能源，為了彌補(bǔ)其對電力系統(tǒng)運行需要的不友好，必須配置煤電等調(diào)節(jié)電源予以對沖，兩者不該“相傷相殺”，而是“相親相愛”，可再生能源大發(fā)展帶動煤電再發(fā)展的情況很可能出現(xiàn)。
02
可再生能源發(fā)展和消納要考慮用戶側(cè)經(jīng)濟(jì)承受能力
講到考慮經(jīng)濟(jì)性，并非傳統(tǒng)規(guī)劃不考慮經(jīng)濟(jì)性，而是經(jīng)濟(jì)性的因素在“十四五”發(fā)生了變化。我們傳統(tǒng)的規(guī)劃制度，是與價格制度和運行制度緊密捆綁的，規(guī)劃制度以項目核準(zhǔn)為依托手段，根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的預(yù)測，計算各地區(qū)電力電量的平衡情況，當(dāng)某地煤機(jī)預(yù)計達(dá)到某一利用小時滿足了當(dāng)?shù)刎?fù)荷預(yù)測所需電量，則認(rèn)為當(dāng)?shù)仉娏抗?yīng)滿足平衡需求，如果預(yù)測煤機(jī)高于這一利用小時，則認(rèn)為需要核準(zhǔn)新的電源項目；電價管理部門自己不會另行制定標(biāo)志平衡的利用小時數(shù)，會直接使用規(guī)劃管理部門項目核準(zhǔn)時使用的利用小時數(shù)，作為核定發(fā)電機(jī)組回收投資、獲得投資收益所需電價水平的依據(jù)；運行管理部門制定年度電力電量平衡預(yù)案（發(fā)電計劃）則是一方面落實規(guī)劃管理部門設(shè)想的電量平衡，另一方面是落實價格管理部門給出的投資回報機(jī)制。通俗的講，上述制度對于電力項目就是一個“管生又管養(yǎng)”的機(jī)制。由于電價管理部門會依靠行業(yè)通行的成本考慮最后的電價，所以傳統(tǒng)規(guī)劃并不考慮，至少不精確考慮電價水平的問題。但是隨著國內(nèi)電力市場化改革的快速推進(jìn)，“十四五”的可再生能源規(guī)劃和消納必須考慮經(jīng)濟(jì)性的測算。原因有三，其一是普遍被注意到的可再生能源補(bǔ)貼總額快速上漲，帶來用戶電價上漲的壓力，其余兩個原因是：
一是以電量生存的可再生能源需要以容量方式生存的煤電等調(diào)節(jié)電源，總生產(chǎn)成本會有所上升。
“十三五”期間，國內(nèi)的電力行業(yè)并沒做好可再生能源穿透率快速提高的準(zhǔn)備，業(yè)內(nèi)大部分專家將煤電等可調(diào)節(jié)電源面臨的困難主要歸咎于利用小時數(shù)下降和市場化交易電價下降。其實，“十四五”煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組的利用小時會和國外可再生能源發(fā)展較快國家一樣，不但不會回到計劃核價的5000小時以上，反而會進(jìn)一步快速下降，甚至可能達(dá)到3000小時左右。但是由于可再生能源與生俱來的運行特性，造成煤電等可調(diào)節(jié)電源雖然利用小時快速下降，但不意味著煤電等可調(diào)節(jié)電源的存量（容量）會出現(xiàn)快速下降（上升的可能也存在），反而意味著煤電等可調(diào)節(jié)電源在利用小時快速下降的同時，要加強(qiáng)改造，提高機(jī)組的健康程度，為可再生能源提供快速爬坡和容量備用服務(wù)。既然可再生能源不能離開煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組，單獨為電力用戶供電6，那么煤電不但不能“哀傷的退出”，還要“有尊嚴(yán)”健康的活著，自然電力用戶要支付的成本就會上升。
做個粗略而簡單的定性測算，如果按照用戶用電“萬無一失”考慮，1.2千瓦的煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組就能為1千瓦的用戶供電7，當(dāng)進(jìn)入主要以可再生能源為主為用戶供電則需要1.2千瓦的可再生能源加上1.2千瓦的煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組8，才能對應(yīng)1千瓦的用戶供電9。按照這個思路即使可再生能源能夠平價上網(wǎng)，平時不以生產(chǎn)電量為目的的1.2千瓦煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組的容量費用，也要用戶支付（當(dāng)然繼續(xù)擴(kuò)大交流聯(lián)網(wǎng)的范圍也能大幅降低“1.2千瓦”這個數(shù)值，但是會引發(fā)系統(tǒng)建設(shè)成本的上升）?？紤]現(xiàn)階段可再生能源成本下降（部分流域上游水電成本還在快速上升）無法沖抵煤電等可調(diào)節(jié)電源的容量費用需要，電力用戶支付的用電費用自然呈上漲趨勢。
二是可再生能源消耗的輔助服務(wù)費用應(yīng)當(dāng)由用戶支付，用戶電費將在其他邊界條件不變的情況下有所增加。
當(dāng)弄清了可再生能源的出力特點對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有一定負(fù)面影響，需要煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組予以彌補(bǔ)后，那么這些電力系統(tǒng)的快速爬坡和容量備用服務(wù)應(yīng)該由誰來付費呢？很多專家依據(jù)“誰受益、誰承擔(dān)”的邏輯，直接得出應(yīng)當(dāng)由可再生能源承擔(dān)，這是不合理的。一方面盡管可再生能源間接的造成了電力系統(tǒng)需要煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組提供快速爬坡和容量備用服務(wù)，但畢竟可再生能源是電力的生產(chǎn)者，自身并不直接需要快速爬坡和容量備用服務(wù)，要求其付費沒道理。另一方面，很大比例的存量可再生能源仍然需要額外財政補(bǔ)貼，用財政補(bǔ)貼來支付輔助服務(wù)費用，違反了補(bǔ)貼制度設(shè)計的初衷。實際上打破“電力行業(yè)只看電力行業(yè)”的固有思維會發(fā)現(xiàn)，可再生能源最終是為電力用戶提供電能資源，使用可再生能源發(fā)電、最終享受藍(lán)天白云的是全體用戶，那么可再生能源以及系統(tǒng)產(chǎn)生的一切成本最終必然是電力用戶買單，即享受良好環(huán)境的用戶不能回避由此付出的額外成本。
因此，煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組未來需要以容量電費方式生存，容量電費和其提供的輔助服務(wù)費用，既不應(yīng)該由煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組無償提供，也不應(yīng)該由可再生能源承擔(dān)，應(yīng)當(dāng)由電力用戶承擔(dān)，這才是真正的受益者承擔(dān)機(jī)制。所以，“十四五”期間用戶賬單大概率，應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)新的漲價分量。從德國的例子可以看出，德國用戶電價隨著可再生能源發(fā)展快速上漲，扣除補(bǔ)貼因素外，由于平衡費用和輔助服務(wù)費用計入輸電價，德國輸電價格上漲很快；同時，德國以“戰(zhàn)略儲備”名義支付部分傳統(tǒng)機(jī)組容量費，也是用戶電價上漲的重要原因。
03
新視角建言“十四五”可再生能源發(fā)展與消納
俗話說，“長江后浪推前浪、一輩兒總比一輩兒強(qiáng)”，“十四五”電力規(guī)劃，事關(guān)未來五年中國電力供應(yīng)的大盤子，需要站在前人成功的肩膀上，充分吸收過去規(guī)劃的經(jīng)驗和教訓(xùn)，建議考慮以下三個新的視角：
一是可再生能源和傳統(tǒng)電源統(tǒng)籌規(guī)劃。以往的電力規(guī)劃，傳統(tǒng)電源規(guī)劃總量制定的是上限，而可再生能源規(guī)劃制定的是發(fā)展的下限，這樣就失去了可再生能源規(guī)劃和傳統(tǒng)電源規(guī)劃的“吻合型”統(tǒng)籌考慮。建議以電力系統(tǒng)運行需要為優(yōu)化目標(biāo)，量化地統(tǒng)籌考慮傳統(tǒng)電源和集中上網(wǎng)型可再生能源的容量關(guān)系，不再單獨編制可再生能源專項規(guī)劃，而是在電力規(guī)劃里統(tǒng)籌考慮。
二是在電力規(guī)劃編制過程中充分考慮電力市場化的因素。因為談到電力用戶應(yīng)當(dāng)為電力系統(tǒng)增加的快速爬坡和容量備用服務(wù)付費，就要回答支付多少的問題。似乎這個問題很難量化，但是“見單就買、敞開供應(yīng)”顯然是高質(zhì)量發(fā)展不可接受的，也是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段不能允許的。這就需要找到一個最有效率反映成本的手段供規(guī)劃參考——即市場化機(jī)制。市場化背景下，可以最有效率的為可再生能源尋找到性價比最高的調(diào)節(jié)服務(wù)，也可以為用戶尋求到性價比最好的電能。市場化配置資源為主是經(jīng)常重復(fù)的話，其實按照市場化配置資源的要求進(jìn)行規(guī)劃，才是真正發(fā)揮市場配置資源為主作用的重要途徑。建議在電力規(guī)劃過程中，考慮市場化因素，尤其是市場化電價因素對行業(yè)發(fā)展、電能價格、系統(tǒng)運行等一系列影響，把整個的規(guī)劃放到電力市場化背景下做，在用戶側(cè)電價承受能力的約束下做規(guī)劃，需要指出的是電力流向等重點內(nèi)容應(yīng)當(dāng)考慮市場化之后價區(qū)因素。
三是為可再生能源規(guī)劃和傳統(tǒng)電源規(guī)劃尋求可靠的量化工具。傳統(tǒng)規(guī)劃，通常是選取規(guī)劃目標(biāo)年中的典型大負(fù)荷方式，例如，夏大方式或冬大方式等，即一年中的極端運行場景，進(jìn)行潮流、穩(wěn)定和短路等安全分析，規(guī)劃目標(biāo)主要為保證系統(tǒng)安全，基本不進(jìn)行規(guī)劃方案的量化投資效益評價，電源項目則重點關(guān)注宏觀負(fù)荷增長對發(fā)電容量的需求分析。市場化的大趨勢下，電力系統(tǒng)規(guī)劃的目標(biāo)和方法將呈現(xiàn)出較大的變化。市場的先行國家，除了運營機(jī)制的市場化，在經(jīng)濟(jì)規(guī)劃上，大規(guī)模使用了市場化的量化規(guī)劃工具——連續(xù)時序生產(chǎn)仿真。通過離線計算的手段模擬電力市場在一段時間（短至一天，長至多年）的運行情況，系統(tǒng)的出清模型符合所仿真的目標(biāo)電力市場的規(guī)則。關(guān)注新建項目對整個電力市場的綜合效益，電源項目則需要認(rèn)真評估競爭環(huán)境下，新建電源的預(yù)期收入，以及對市場電價的影響。有了這個計算器，可再生能源和傳統(tǒng)調(diào)節(jié)電源的配比，以及市場化輔助服務(wù)的費用都將變得更加準(zhǔn)確和清晰，適應(yīng)高質(zhì)量規(guī)劃的新需要。
辦法總比問題多，相信未來的五年，可再生能源與煤電等調(diào)節(jié)性機(jī)組一定能夠在發(fā)展中和諧共處，共享社會經(jīng)濟(jì)的紅利，加快實現(xiàn)我國的能源革命，履行我國的國際承諾和減排責(zé)任，為我國“十四五”社會經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，做出電力行業(yè)的新貢獻(xiàn)。
備注：
1. 季節(jié)性、波動性、間歇性。
2. 擁有多年調(diào)節(jié)水庫的水電站需要的是來水極枯年的容量備用。
3. 水電分為枯期和汛期，風(fēng)電有大風(fēng)期和小風(fēng)期。
4. 無論可再生能源預(yù)測技術(shù)如何進(jìn)步，可再生能源出力預(yù)測的精度也不會是百分之百。5. 該地區(qū)風(fēng)電穿透率較高，光伏比例較高地區(qū)情況類似。
6. “十四五”期間。
7. 考慮煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組的檢修，彈性系數(shù)采用1.2。
8. 按用戶完全不允許因機(jī)組原因停電考慮，同時由于煤機(jī)等調(diào)節(jié)機(jī)組大部分時間不需要啟動。
9. 用戶也可能考慮配備儲能設(shè)施，則不需考慮1千瓦的煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組，技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可能需要 因儲能設(shè)施的造價與安全性另行比較，例子的數(shù)據(jù)僅為示意。
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2020年1月17日第3、4期
