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臨界點已至,迎戰多重大考的電力系統轉型如何尋求最優解
超14億千瓦,相當于60多個三峽電站的裝機容量——國家能源局數據顯示,截至2023年10月底,全國可再生能源發電裝機達到14.04億千瓦,同比增長20.8%,約占全國發電總裝機的49.9%。2022年,國內風電、光伏發電新增裝機1.2億千瓦,今年僅前8個月,風光電新增裝機已再創歷史新高。中國可再生能源裝機規模的快速增長及其對煤電的歷史性超越,為能源綠色低碳轉型、電力行業碳排放提前達峰提供了有力支撐。
能源結構步入臨界點的另一面,是電力系統安全穩定運行面臨愈加復雜的“多元方程”。伴隨大規模、高比例新能源接入電網,電力供應安全的內涵發生了深刻變化。風電、光伏往往“看天吃飯”,具有極熱無風、極寒無光等波動性特征,極端天氣的頻繁來襲在放大電源側上述缺點的同時導致電力需求激增。二者疊加,近年來夏冬季負荷高峰期保供挑戰直線升級,電力供需緊張周期卷土重來。
不僅如此,高耗能產業西遷趨勢下部分電力送端省份電力裕度收緊,送受端爭電矛盾顯現。跨區域電力互濟格局生變之際,煤電與可再生能源利益進一步走向分化,電力市場不協調不平衡問題突出。在新型電力系統轉型從量變走向質變的過程中,面對時間和空間兩個維度的電力不平衡,亟需市場機制創新。
“在傳統電力系統下,電力供應安全主要考慮的是燃料供應保障、運輸條件和電網安全穩定運行等問題。在新型電力系統下,需要特別關注的一個核心問題,是當可再生能源發電機組受自然條件和氣候因素影響無法提供有效出力時,如何保障電力系統安全穩定運行。”中國能源研究會能源政策研究室主任林衛斌日前接受澎湃新聞專訪時表示,構建新型電力系統,一方面固然要大力發展新能源,另一方面還需要積極推進系統變革,以適應新能源占比逐步提高的要求,新能源與傳統能源協同發展的體制機制有待理順。
要實現綜合成本最低的電力低碳轉型,不能只有新能源開發利用的“單兵冒進”,更須適應新型電力系統的體制機制“協同作戰”。轉折與膠著之中,電力改革行至深處。
重塑煤電定價
煤電正處于前所未有的“危”“機”并存時刻。
一方面,煤電的裝機占比與利用小時數逐年被清潔可再生能源稀釋和替代的趨勢難以改變,連年虧損、迄今經營形勢嚴峻;另一方面,經歷2021年的大面積限電后,煤電定位重獲審視,其兜底保障和靈活調節等價值再次凸顯,投資額持續回升。
業內共識是,在以新能源為主體的新型電力系統中,煤電將由傳統的電力、電量主體電源向基礎保障性和系統調節性電源轉型。分歧則在于,為了保供萬無一失,究竟還需要新建多少煤電?
有機構統計數據顯示,2022年國內新增核準煤電項目82個,18個省份總核準裝機達9071.6萬千瓦,是2021年獲批總量的近5倍。煤電路條又開閘引發諸多爭議,焦點集中在這是否會帶來長期高碳鎖定效應并造成新的沉沒投資。
“在短期內,煤電仍然是我國電力供應最可靠的保障,甚至可以說不可替代。對于是否需要新建煤電,我的觀點是不能一刀切。”林衛斌對澎湃新聞表示,有必要在整個“雙碳”戰略進程的視野下以更長遠的眼光來看待如何優化部署煤電機組建設的問題。
他強調,討論煤電進退、疾徐時,需要著重考慮幾個因素:一是各地區經濟社會發展對煤電兜底保障需要的動態變化,二是新型電力系統建設對煤電作為調節性電源和備用容量需求的動態變化,三是區域間電量和電力互濟能力的提升,四是現役煤電機組的可服役期限。“總體上看,還是應該盡快理順煤電轉型發展的體制機制,讓合理的價格機制和市場化手段引導煤電建設和資源優化配置,避免一刀切和大起大落。”
林衛斌進一步分析稱,爭議背后,如何實現多重目標——既要通過煤電保供保障能源電力安全,又要通過煤電減量發展來保障能源電力清潔低碳轉型,還要滿足經濟性要求,即不能大幅推高用能用電成本,十分考驗決策者和政策執行者。“關鍵還是要有好的機制,特別是市場機制或者基于市場的機制。這就要求進一步加快推進我國電力中長期交易市場、現貨市場、輔助服務市場等市場建設,在市場可有效運行的條件下,放松管制、放開價格。另外,還需要探索通過政府定價或通過容量市場建立合理的容量補償機制。”
保障電力供應的一塊重要拼圖落地——今年11月,國家發改委、國家能源局聯合印發《關于建立煤電容量電價機制的通知》,自2024年1月1日起實施新的煤電兩部制電價機制。該機制通過電量電價靈敏反映電力供需、燃料成本變化,通過容量電價體現煤電容量支撐調節價值,有利于推動煤電轉變經營發展模式,更好地保障電力安全穩定供應。
國家發改委在答記者問中表示,“我國建立煤電容量電價機制、對煤電實行兩部制電價政策,既是近年來我國新能源快速發展的現實需要,也是下一步推動新能源進一步加快發展和能源綠色低碳轉型的必然要求。”
國家發改委解釋稱,根據市場機構測算,未來幾年國內新能源裝機規模還將快速增長。由于新能源發電具有間歇性和波動性,客觀上需要更多的調節性資源,為電力系統提供更加充裕的調節能力。煤電是我國最重要、成本較低的支撐調節電源,推動煤電加快向提供容量支撐保障和電量并重轉型,平常時段為新能源發電讓出空間、高峰時段繼續頂峰出力,對促進新能源進一步加快發展具有重要意義。
簡言之,改的是煤電電價機制,為的是煤電找準其新定位,以及新形勢下的電力安全穩定與新能源高質量發展。
值得注意的是,自今年7月中央全面深化改革委員會第二次會議定調新型電力系統“清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能” 20字方針之后,《電力現貨市場基本規則(試行)》、《關于做好可再生能源綠色電力證書全覆蓋工作 促進可再生能源電力消費的通知》、《關于建立煤電容量電價機制的通知》等重要政策文件密集出臺,新型電力系統的制度性設計趨向清晰豐滿。
“單兵冒進”、“比翼齊飛”皆不可取
經濟性考量是構建新型電力系統的核心命題之一,直接關乎能源轉型速度與成效。
林衛斌認為,能源轉型發展的目標就是要在安全性、清潔性和經濟性三重目標中尋求最優解。不同目標之間具有沖突性,比如:為了提高用能的清潔性而開發利用能量密度較低且具有間歇性和不穩定性特征的風能和太陽能,就可能或者至少在一定時期內推高用能成本,從而降低用能的經濟性;為了提高能源供應保障的安全性而建設大量的備用生產能力或儲備大量的能源,也會降低用能的經濟性。國家能源治理就是要在多重目標中把握動態平衡,尋找最優解。
“實現綜合成本最低的電力系統低碳轉型要‘雙輪驅動’。”他強調,新能源發展在與傳統能源優化組合的同時,也需協同推進能源系統變革。
2021年開始,新能源“國補”退出歷史舞臺。但新能源的平價上網并不等于平價利用,隨著新能源規模持續高速增長,電力系統調節成本“大考”已至。
今年1-10月,全國規模以上工業發電7.333萬億千瓦時。可再生能源發電量占全國總發電量的31.8%,其中風電6968億千瓦時、光伏4898億千瓦時。以此計算,風、光新能源的發電量滲透率已突破15%這一業內公認的重要關口。
國內外研究表明,當新能源電量滲透率超過15%之后,電力系統成本將進入快速增長的臨界點,新能源場站成本的下降難以對沖消納新能源所付出的系統成本上升。
國家電投集團中央研究院黨委書記、董事長何勇健曾撰文稱,當風電、光伏總發電量占比超過30%~40%時,大電網系統的頻率、電壓、功角穩定極限及高昂的成本決定了其消納新能源的天花板。從一些發達國家的經驗來看,新能源占比最高僅能達40%左右,這個比例很難再提上去,在技術、經濟和安全上都會有很大的難度和挑戰。另據國家電網公司測算,新能源電量占比超過10%以后,每提升5個百分點將增加消納成本0.088元/千瓦時。
安全、低碳、轉型成本的“蹺蹺板”面前,單一能源品種的狂飆猛進難以為繼、難堪重負,必須統籌考量不同能源的配合甚至耦合,以及供需雙向互動。
林衛斌剖析道,新能源發展不能“單兵冒進”,風電、光伏發電等間歇性、不穩定性電源建設必然要求配套以相應規模的靈活性電源備用容量建設。否則,當風電、光伏發電因風光資源約束無法提供出力時,電力供需平衡就可能出現問題,從而危及能源供應安全。
相關案例并不罕見。尤其受極端天氣常態化影響,近年來風電、光伏、水電出力時段性驟降頻現,多次引發頂峰發電能力不足的危機。2021年7月某天,東北電網出現“極熱無風”天氣,風電出力僅3.4萬千瓦,不足裝機容量的0.1%;2022年8月,水電大省四川遭遇來水“極豐變極枯”的罕見急轉,水電出力斷崖式下跌50%,引發較嚴重的電力供應緊張問題。
為此,在大規模開發利用新能源的同時,應多措并舉提升系統的靈活性。持續推進煤電靈活性改造、加快新型儲能等調峰電源建設成為迫切需要。
但也要警惕新能源與傳統能源“比翼齊飛”。
“從短期供電安全角度看,必然要求為新能源大規模發展配套充足的靈活性電源備用機組建設。但從長遠角度看,新能源與傳統能源‘比翼齊飛’式的能源轉型之路顯然是行不通的。”林衛斌表示,大規模擴大火電裝機規模以提供備用容量,無疑會增加“冗余”,大幅提高系統成本并最終體現為用電成本。而且,繼續擴大高碳基礎設施和產能規模并不符合能源轉型的方向,容易形成鎖定效應。
此外,新能源發展要與能源系統變革協同推進。其中的核心要素包括:各種儲能技術的部署和運用,有效減少新能源出力波動及不確定性;需求側響應機制的建立,源網荷儲友好互動;微電網項目和智能配電網的建設,電力供需實現自平衡;柔性和靈活可調度資源的充分發掘;能源互聯網建設,各個環節將全面智能化、數字化、互聯網化。
以下為訪談實錄,刊發時略有刪節。
澎湃新聞:中央全面深化改革委員會第二次會議提出新型電力系統20字方針,即“清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能”。這五組詞折射出新一輪深化電力體制改革將往何處去?面臨哪些關鍵任務?
林衛斌:7月11日,中央全面深化改革委員會第二次會議審議通過了《關于深化電力體制改革 加快構建新型電力系統的指導意見》。這表明,新一輪電力體制改革是以加快構建新型電力系統為導向,目標是健全適應新型電力系統的體制機制。我們的研究認為,未來我國電力轉型的趨勢主要體現為“四化”,一是低碳化,二是多元化,三是柔性化,四是數智化(數字化、智能化)。因此,我認為,新一輪電力體制改革的重點是要適應并推動電力系統“四化”轉型,最終建成以新能源為主體的“清潔低碳、安全充裕、經濟高效、供需協同、靈活智能”的新型電力系統。
那么,哪些具體任務呢?一是促進新能源更大規模更大比例發展需進一步完善相應的體制機制。二是傳統火電轉型相應的體制機制創新。三是提升系統調節能力需要相應的市場機制創新,特別是輔助服務市場,需求側資源參與系統調節的市場機制等。四是促進低碳技術創新和模式創新需要有相應的體制機制保障。
澎湃新聞:間歇性、波動性可再生能源比例持續提升的同時,極端天氣頻發令電力供需的氣候敏感性愈加明顯。電力行業越來越趨向“看天吃飯”時代,電力安全穩定運行遇到哪些新挑戰、其內涵發生了哪些變化?
林衛斌:是的,隨著具有間歇性、波動性、不穩定性可再生能源,尤其是風電太陽能發電等新能源在電源結構中占比的逐步提高,電力供應安全的內涵發生了深刻的變化。在傳統電力系統下,主要考慮的是燃料供應保障、運輸條件和電網安全穩定運行等問題。在新型電力系統下,需要特別關注的一個核心問題是,當可再生能源發電機組受自然條件和氣候因素無法提供有效出力時,如何保障電力系統安全穩定運行。
因此,構建新型電力系統,一方面固然要大力發展新能源,另一方面還需要積極推進系統變革,以適應新能源占比逐步提高的要求。其關鍵是要提升系統的靈活性和調節能力。一是要注重備用容量建設和調節性電源建設,二是加快推進儲能的技術進步和部署,三是要積極調動工商業可調節負荷、負荷聚合商、虛擬電廠等用戶側資源參與系統調節,四是要完善需求管理制度,做好緊急情況下的有序用電。
澎湃新聞:供需趨緊下,煤電的核準和轉型節奏頗受關注,亦不乏爭議。如何看待煤電裝機回暖?
林衛斌:在短期內,煤電仍然是我國電力供應最可靠的保障,甚至可以說不可替代。對于是否需要新建煤電,我的觀點是不能一刀切。我們需要在整個“雙碳”戰略進程的視野下以更長遠的眼光來看待如何優化部署煤電機組建設的問題。
這其中需要著重考慮幾個因素:一是各地區經濟社會發展對煤電兜底保障需要的動態變化,二是新型電力系統建設對煤電作為調節性電源和備用容量需求的動態變化,三是區域間電量和電力互濟能力的提升,四是現役煤電機組的可服役期限。
總體上看,還是應該盡快理順煤電轉型發展的體制機制,讓合理的價格機制和市場化手段引導煤電建設和資源優化配置,避免一刀切和大起大落。
澎湃新聞:煤電保供與煤電轉型,如何協同推進?煤電在新型電力系統中的新定位及新角色須配套怎樣的新市場機制?
林衛斌:這一問題的確非常重要,也非常考驗決策者和政策執行者。這里實際上涉及所謂的“既要又要還要”的問題,也就是說既要通過煤電保供保障能源電力安全,又要通過煤電減量發展來保障能源電力清潔低碳轉型,還要滿足經濟性要求,即不能大幅推高用能用電成本。那么,如何在安全性、清潔性、經濟性這三重目標下尋求動態最優解呢?關鍵還是要有好的機制,特別是市場機制或者基于市場的機制。這就要求進一步加快推進我國電力中長期交易市場、現貨市場、輔助服務市場等市場建設,在市場可有效運行的條件下,放松管制、放開價格。另外,還需要探索通過政府定價或通過容量市場建立合理的容量補償機制。
澎湃新聞:新型電力系統下,如何優化用電尖峰負荷的應對方式?挖掘需求側潛力,還缺什么?
林衛斌:應對尖峰負荷,可挖掘的用戶側資源包括工商業可中斷負荷、負荷聚合商、虛擬電廠和新型儲能等。那么,如何推動這些用戶側資源參與系統調節,尤其是應對尖峰負荷問題呢?最主要還是缺機制。首先是要運用合理的價格調節手段或者財政資金配置建立合理的需求響應補償機制。二是要加快推進現貨市場建設,通過合理的峰谷價差引導工商業用戶調節生產時間安排,盡量避開用電負荷尖峰。三是要加大力度建設輔助服務市場,以市場化手段調動用戶側資源參與輔助服務市場。
澎湃新聞:隨著近年來高耗能產業“西遷”,傳統的西部送端省內用電量大幅增長。一旦疊加極端天氣,送端省也越來越多地面臨外送能力緊張的問題。在此趨勢下,西電東送政策是否面臨調整?電力市場如何促使電力資源在全國更大范圍內共享互濟和優化配置?
林衛斌:考慮到我國能源資源分布與用電負荷分布的不對稱性,我認為總體上,西電東送仍然是需要長期堅持的。面對西部送端省內用電需求大幅增長,及疊加極端天氣導致外送能力緊張問題,可能有以下幾個方面需要著重加強:一是進一步加強西部清潔能源基地建設,強化風光水火儲多能互補發展模式,在大電網層面加快推進新型電力系統建設,優化源網荷儲一體化發展。二是加快推進電力市場融合和全國統一電力市場建設,在更大范圍內優化電力資源配置。三是東部地區要加大力度以分布式新能源為載體加快推進新型電力系統建設,強化電力系統韌性。
澎湃新聞:我國如何實現綜合成本最低的電力系統低碳轉型?對此有哪些建議?
林衛斌:我認為,實現綜合成本最低的電力系統低碳轉型要“雙輪驅動”。首先,新能源發展不能“單兵冒進”,風電、太陽能發電等間歇性、不穩定性電源建設必然要求配套以相應規模的靈活性電源備用容量建設,否則,當風電、太陽能發電因風光資源約束無法提供出力時,電力供需平衡就可能會出現問題,從而危及能源供應安全。
同時,要避免新能源與傳統能源“比翼齊飛”式發展。從短期供電安全角度看,必然要求為新能源大規模發展配套充足的靈活性電源備用機組建設。但從長遠角度看,新能源與傳統能源“比翼齊飛”式的能源轉型之路顯然是行不通的。大規模擴大火電裝機規模以提供備用容量,無疑會增加“冗余”,大幅提高系統成本并最終體現為用電成本。而且,繼續擴大高碳基礎設施和產能規模并不符合能源轉型的方向,容易形成鎖定效應。
“雙輪驅動”推進電力低碳轉型,一是要實現新能源與傳統能源優化組合。主要措施包括:持續推進煤電靈活性改造,促進煤電機組從電量保障向電力保障的功能轉換;加快各類調峰電源建設,運用傳統能源提升系統靈活性、提高可再生能源消納能力,加強大型抽水蓄能電站、天然氣調峰電站等優質調峰電源建設力度;推動天然氣和新能源融合發展,推進風光水火儲多能互補工程建設運行;鼓勵燃煤耦合生物質發電等等。
二是實現新能源發展要與能源系統變革協同推進。能源系統變革的核心要素包括:各種儲能技術的部署和運用,有效減少新能源出力波動及不確定性;需求側響應機制的建立,源網荷儲友好互動;微電網項目和智能配電網的建設,電力供需實現自平衡;柔性和靈活可調度資源的充分發掘;能源互聯網建設,各個環節將全面智能化、數字化、互聯網化。





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