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谷峰 | 换个视角看“十四五”可再生能源发展与消纳

北极星售电网  来源:能源研究俱乐部  作者:谷峰  2020/3/16 7:53:06  我要投稿  

北极星售电网讯:2020年是“十四五”规划谋篇布局之年,建言“十四五”逐渐成为近期各种媒体的热词,我国“十四五”相关的讨论还引发了很多国外智库参与。平心而论,在各个领域关于“十四五”的讨论中,都没有电力“十四五”中可再生能源和传统能源的讨论激烈。“十四五”可再生能源要大发展是行业的首要共识,但是要不要继续上煤电、上多少煤电,甚至要不要再用30年让我国的煤电全部退出运行,成为了“十四五”可再生能源规划相关讨论甚至争论的主题之一。

(来源公众号:能源研究俱乐部 ID:nyqbyj 作者:谷峰)

为什么可再生能源的规划会与煤电的发展规划“纠缠”如此之深?考虑到“十四五”也是我国电力市场化的关键时期,可再生能源规划和煤电发展规划是否要在市场化的背景下予以考虑?可再生能源为什么消纳需要“和煤电等调节电源在一起”?层层迷雾,看似并非强相关的领域,却经常出现“井水犯河水”,从电力经济学的角度,可以找到清晰的回答。

01可再生能源发展和消纳离不开调节机组的发展壮大

目前到“十四五”,“上网”仍是可再生能源消纳的最主要手段,分布式供电虽然已经兴起,但是“十四五”期间仍然难以作为可再生能源发展的主要方式,即使分布式供电也大多不能单独成为一个孤立用能系统,仍然是以并网分布式为主。因此,讨论“十四五”的可再生能源规划和煤电发展规划,都离不开共同的“东家”——大型电网背景下的电力系统。有句俗话叫做“干活不由东,累死也无功”,要想在电力系统里“吃饭”,得看看电力系统有什么必须的要求。那么大型电网正常运行的首要需求是什么呢?在n个9可靠性的要求下,答案会变得非常简单:安全可靠、稳定供应。

不能连续稳定供电是可再生能源与生俱来的天赋,即使建有龙头水库的水电,也不能摆脱来水极枯造成发电出力下降的可能。当然,随着可再生能源预测技术的进步,可再生能源的预测越来越准确,这个问题能够得到一定程度的解决,但是可再生能源靠天吃饭的一次动力1注定了,在现有的技术经济条件下,可再生能源预测不可能完全准确,也不可能按照系统需要的精度和速度进行大幅调节。与此同时,随着社会经济的发展和人民生活水平的提高,特别是我国已经达到的非同一般的供电可靠性,电力用户承受停电的能力和心理预期不断下降,换句话说电力用户不接受规模较大的意外停电。两方面的此消彼长,造成可再生能源的运行特性确实相对电力系统的稳定运行是个不友好的短板,相对电力用户高质量用电的期望是个不友好的短板,大量接纳存在弱点的可再生能源,而不考虑其他措施,一定会引起电力系统的可靠性下降,没有煤电,电力系统也无法运行。因此,所谓煤电快速退出实在是无稽之谈。

以煤电为代表的调节性电源,由于一次能源(主要是煤炭)可以在厂内存储,运行特点就是稳定可靠,可以随负荷变化大幅度进行波动,我国金牌煤电机组已经可以做到数年不出现非计划停运,可靠性更是上了一层楼。因此,煤电机组为代表的传统电源非常适合大电网生产需要,不但“自己不惹事”,还能“替别人平事”,能够满足大电网运行离不开的电压支撑、负荷跟随、系统稳定等角色需要。

为了保持系统供需平衡,响应负荷需要,业内常说,煤电等可调节机组为可再生能源提供了调峰和兜底服务。严格说煤电等可调节机组为电力系统提供了调节服务,最终为用户的连续可靠用电提供了调节服务。调峰是计划体制下特有的辅助服务,但是可再生能源,特别是风电、光伏等非水可再生能源的最大出力时段,往往并非出现在负荷最低谷时段,所以调峰并不一定是风光等可再生能源最需要煤电等可调节机组提供的辅助服务。

风电、光伏等可再生能源最为需要的是煤电等可调节机组提供的快速爬坡服务和容量备用服务,水电等可再生能源最需要的是煤电等可调节机组提供的季节性容量备用2。容量备用服务容易理解,即可再生能源往往具有季节性3和波动性,在可再生能源出力降低,不能满足用电需要的时期,依靠煤电等可调节机组提供用户所需电能。快速爬坡服务通俗的讲,是指煤电等可调节机组处于热备用状态下,能够以较高的速度增加出力,用以填补可再生能源间歇性出力期间造成的用电缺口,也可以较高的速度减少出力,用以满足可再生能源的突然出力增加。

国外煤电等可调节机组的灵活性改造主要方向之一,就是提升可调节机组增减出力的速度,用以冲抵可再生能源突然失去(增加)出力4对系统的影响。实际上,可再生能源穿透率达到一定水平后,每增加一个百分点,对电力系统快速爬坡能力的要求都是质的变化。在目前的技术经济条件下,依靠可调节机组提供快速爬坡服务是有一定物理限制的。例如,北方某风电大省,为了尽可能的消纳风电5,在确定开机组合的过程中,提高了对风电预测的可信度,将风电预测进行很小折扣即计入系统平衡,用以尽力减少煤电等可调节电源的开机,减少煤电等可调节电源稳燃负荷对风电大发时段消纳的不利影响。结果当风电突然减小出力达到一定规模的时候,热备用状态的可调节机组提供的向上爬坡服务总量不能填补风电出力减少形成的出力缺额,结果造成对大工业用户的限电,损害了大工业用户的经济利益。

因此,可再生能源“十四五”发展离不开调节性电源的支撑作用,特别是集中发展的可再生能源,为了弥补其对电力系统运行需要的不友好,必须配置煤电等调节电源予以对冲,两者不该“相伤相杀”,而是“相亲相爱”,可再生能源大发展带动煤电再发展的情况很可能出现。

02可再生能源发展和消纳要考虑用户侧经济承受能力

讲到考虑经济性,并非传统规划不考虑经济性,而是经济性的因素在“十四五”发生了变化。我们传统的规划制度,是与价格制度和运行制度紧密捆绑的,规划制度以项目核准为依托手段,根据经济发展的预测,计算各地区电力电量的平衡情况,当某地煤机预计达到某一利用小时满足了当地负荷预测所需电量,则认为当地电量供应满足平衡需求,如果预测煤机高于这一利用小时,则认为需要核准新的电源项目;电价管理部门自己不会另行制定标志平衡的利用小时数,会直接使用规划管理部门项目核准时使用的利用小时数,作为核定发电机组回收投资、获得投资收益所需电价水平的依据;运行管理部门制定年度电力电量平衡预案(发电计划)则是一方面落实规划管理部门设想的电量平衡,另一方面是落实价格管理部门给出的投资回报机制。通俗的讲,上述制度对于电力项目就是一个“管生又管养”的机制。由于电价管理部门会依靠行业通行的成本考虑最后的电价,所以传统规划并不考虑,至少不精确考虑电价水平的问题。但是随着国内电力市场化改革的快速推进,“十四五”的可再生能源规划和消纳必须考虑经济性的测算。原因有三,其一是普遍被注意到的可再生能源补贴总额快速上涨,带来用户电价上涨的压力,其余两个原因是:

一是以电量生存的可再生能源需要以容量方式生存的煤电等调节电源,总生产成本会有所上升。

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