論壇｜電力供需協(xié)同助力能源安全保障
來源：中能傳媒研究院 時間：2024-02-29 18:29
張藝涵 劉軍會 謝安邦
能源保障和安全事關國計民生，是須臾不可忽視的“國之大者”。當前全國電力供需形勢總體緊平衡，河南作為農(nóng)業(yè)大省、人口大省，荷側(cè)非工占比高、氣象依賴強、高峰時間長，源側(cè)常規(guī)電源建設趨緩、新能源超常規(guī)發(fā)展、外電引入競爭加劇，電力供需呈現(xiàn)“雙側(cè)概率化、平衡潮汐式”特征，高峰保供難與低谷調(diào)節(jié)難并存，缺電與棄電風險并存。為統(tǒng)籌做好新時期能源電力安全保供和綠色轉(zhuǎn)型，本文結(jié)合河南實際，深層次分析“安全、綠色、經(jīng)濟”三者的自恰關系，總結(jié)凝練“政策補位、機制進位”促進供需協(xié)同的河南實踐，提出通過“經(jīng)濟手段、市場方式”打牢保供與轉(zhuǎn)型基礎的有關建議，助力新型能源體系、新型電力系統(tǒng)建設向縱深推進。
一、全力做好能源電力保障，需處理好“安全、綠色、經(jīng)濟”三者的自恰關系
做好能源電力保障、推進電力供需協(xié)同，要以安全充裕為基本前提、清潔低碳為核心目標、經(jīng)濟高效為持續(xù)之基，探尋新的供需協(xié)同模式，統(tǒng)籌處理好三者的自恰關系。
（一）保障電力系統(tǒng)安全充裕需統(tǒng)籌保供和轉(zhuǎn)型
用電負荷特性發(fā)生“兩個轉(zhuǎn)變”，電力保供難度持續(xù)加大。一是高峰負荷結(jié)構(gòu)由工業(yè)負荷為主向降溫負荷轉(zhuǎn)變。近年來隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、電解鋁等高耗能企業(yè)產(chǎn)能外遷、居民降溫取暖負荷增長，用電負荷結(jié)構(gòu)顯著變化。以河南為例，夏季用電高峰時段，第二產(chǎn)業(yè)用電負荷占比在30%上下波動，居民用電負荷占比穩(wěn)定在50%左右；全省降溫負荷占同時刻用電負荷比重接近50%，其中居民降溫負荷占比超六成。二是凈負荷曲線特性由雙峰向鴨形曲線轉(zhuǎn)變。近年來分布式光伏規(guī)?；l(fā)展，尤其是山東、河南等農(nóng)業(yè)農(nóng)村大省，充分發(fā)揮農(nóng)村地域廣闊、屋頂資源豐富的優(yōu)勢，把加快屋頂光伏開發(fā)作為破解資源稟賦約束、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的重要舉措，分布式光伏發(fā)電裝機呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢，午間光伏大發(fā)導致凈負荷曲線已由雙峰曲線向鴨形曲線過渡。居民及降溫負荷占比提升疊加晚間新能源出力下降，加大晚峰保供壓力。
新能源發(fā)展存在“兩個不協(xié)同”，就地就近保供作用有限。一是時序上不協(xié)同，無法實時匹配用電需求。新能源發(fā)電具有明顯的季節(jié)特征和日內(nèi)特性，夏季晴熱天氣造成風電出力整體低于其他季節(jié)、光伏出力處于全年較高水平，負荷高峰時刻新能源“發(fā)不出、頂不上”現(xiàn)象較為嚴重。以河南為例，夏季午高峰時段風電出力保證率1.5%、光伏30.5%，晚高峰時段風電出力保證率8.5%，夏季晚高峰新能源平均出力較午高峰低近80%，新能源反調(diào)峰特性突出。二是空間上不協(xié)同，城鄉(xiāng)源荷逆向分布。河南農(nóng)村屋頂資源豐富，分布式光伏發(fā)展?jié)摿薮?，在資源、資本、政策三方驅(qū)動下，2019年以來連年翻番增長，帶動新增裝機保持全國第一位、裝機總量躍升至全國第二位。分布式光伏近九成通過低壓接入，戶均裝機約25千瓦，為農(nóng)村用電需求的10倍左右。受風光出力不確定性影響，疊加農(nóng)村電網(wǎng)調(diào)節(jié)資源匱乏，時段性過剩需層層上送至城市用電負荷中心逐級消納。
?。ǘ┨嵘到y(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力需兼顧安全和效率
市場缺位帶來系統(tǒng)公平調(diào)節(jié)問題。按照現(xiàn)行政策，分布式光伏發(fā)電基本不參與系統(tǒng)調(diào)峰和輔助服務分攤，主要依靠常規(guī)電源和集中式新能源場站承擔調(diào)節(jié)任務，嚴重擠壓其生存空間、降低利用效率。以河南為例，分布式光伏發(fā)展節(jié)奏超常規(guī)，造成潮流反向重過載突出，引起千余起配電設備故障，今年春季曾上翻至特高壓電網(wǎng)。統(tǒng)調(diào)火電平均利用小時數(shù)近兩年連續(xù)保持3600小時低位，大幅低于全國平均水平。新能源消納極端困難時段，集中式光伏全停為分布式光伏發(fā)電讓路現(xiàn)象頻發(fā)。入豫直流春秋季小負荷期間被迫調(diào)減午間功率，省間交易受到影響。與集中式新能源場站相比，分布式光伏不承擔匯流線路、升壓變電站等設施投資，整體投資回報更高，更應與其他電源共同承擔調(diào)節(jié)義務。
機制堵點造成調(diào)節(jié)能力建設滯后。新型儲能是電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)的重要來源，然而由于儲能價格機制不完善、輔助服務市場補償?shù)?、容量共享租賃無市場等多方面因素，建成投運規(guī)模遠低于規(guī)劃預期。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，盡管獨立儲能項目按照政策要求的火電機組第一檔調(diào)峰輔助服務交易價格優(yōu)先出清，調(diào)峰補償價格報價上限0.3元/千瓦時，但實際結(jié)算價格不足報價上限一半，部分月份低至四折。新能源大發(fā)時段可能出現(xiàn)輔助服務市場全天開啟、充電后長時間不能放出、高價差調(diào)用次數(shù)無法保障且站內(nèi)損耗增加的情況。此外，由于獨立儲能容量租賃價格與自建相比不具優(yōu)勢，存在“租不如建”的情況，儲能電站投資方存在觀望情緒。
（三）實現(xiàn)清潔能源量率協(xié)同需考慮消納和經(jīng)濟性
新能源自身成本下降難以抵償系統(tǒng)消納成本。一方面，新能源具有近零邊際發(fā)電成本、設備造價已完成商業(yè)迭代下降的優(yōu)勢，但受“大裝機、小電量、出力隨機”影響，其基建投資規(guī)模數(shù)倍于傳統(tǒng)電源，調(diào)節(jié)設施大量增加額外成本，近中期終端電價上揚壓力大，遠期隨著調(diào)節(jié)設施商業(yè)成本的迭代下降，終端電價有望回落。以德國為例，其電力市場規(guī)模與國內(nèi)省級規(guī)模相當，從2006年至2019年，隨著風光新能源占比快速攀升，其電價從1.4元/千瓦時攀升至2.3元/千瓦時。另一方面，新能源直供電、分布式市場化交易、源網(wǎng)荷儲一體化等新興業(yè)態(tài)模式，因缺乏長時儲能支撐決定了其不具備自平衡能力，時刻需要大電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用等支撐，加重了電網(wǎng)為滿足其接入、潮流上翻的建設改造成本。
新能源高滲透率情景下合理棄電經(jīng)濟且必要。從全球范圍看，新能源發(fā)電滲透率提高與棄電率上升并存已成為客觀規(guī)律。有國際學者認為，新能源電量滲透率臨界點大致在30%~40%之間，臨界值之內(nèi)棄電率普遍不高，超過臨界值棄電率將顯著提升。為避免尖峰時刻消納新能源產(chǎn)生的超額成本，多國已開展“經(jīng)濟棄電”，比如美國加州2023年3月份棄光率高達22.3%，幾乎全部為經(jīng)濟棄電。從河南實際看，新能源發(fā)展初期通過占用火電機組調(diào)節(jié)能力實現(xiàn)快速發(fā)展，但隨著裝機進一步增加，火電機組可調(diào)空間耗盡，新能源棄電難以避免。自2020年首次出現(xiàn)新能源棄電以來，河南全省新能源利用率持續(xù)下降，按此態(tài)勢發(fā)展，新能源95%利用率難以保障。新能源高滲透率情景下，新能源利用率的提升需要付出巨大消納成本，制約新能源發(fā)展規(guī)模，合理棄電將有利于使全社會電力供應成本保持低位。
二、政策引導“一降一增一補”，增強電力系統(tǒng)保供剛性及調(diào)節(jié)柔性
面對分布式光伏發(fā)展快、調(diào)節(jié)能力增長慢、保供機制待完善的新形勢，破解高峰保供難與低谷調(diào)節(jié)難、缺電與棄電的矛盾困境，河南從“降源側(cè)波動、增供給彈性、補機制空缺”三方面，加強政策引導，推進供需雙側(cè)協(xié)同。
（一）以需定建，降低源側(cè)出力波動
隨著分布式光伏規(guī)模逐步擴大，主流開發(fā)模式責任主體不清晰、權責利不對等、開發(fā)節(jié)奏與消納能力不匹配等問題日益突出，影響行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。立足用戶和系統(tǒng)需求，規(guī)范建管模式、引導開發(fā)節(jié)奏、提升調(diào)控能力，降低系統(tǒng)電源側(cè)出力波動。
立足用戶需求，推動規(guī)范發(fā)展。一是規(guī)范戶用光伏開發(fā)建設模式。為破解當前農(nóng)戶與開發(fā)企業(yè)、經(jīng)銷商權責不匹配的問題，對于新建項目，明確要求按照“誰投資、誰收益、誰備案”原則，規(guī)范項目備案主體；對于存量項目，年底前完成項目摸排，明確房屋產(chǎn)權人和設備所有人，推動后者落實項目運維和安全責任。二是確保不同電網(wǎng)間利益公平分配。積極探索微電網(wǎng)、源網(wǎng)荷儲一體化等電力電量自平衡模式，研究解決大電網(wǎng)為新興電網(wǎng)形態(tài)提供調(diào)峰和系統(tǒng)備用的問題。通過新型電力系統(tǒng)建設做好綠電高頻消納、供給充裕的加法，通過綜合能源服務做好高效用能、降低成本的減法，通過綠證綠電等市場機制做好新能源增效、出口產(chǎn)業(yè)賦能的乘法，通過探索創(chuàng)新碳市場做好控制轉(zhuǎn)型成本、低碳發(fā)展的除法。
考慮系統(tǒng)承載，推動有序發(fā)展。一是以分布式光伏承載力為邊界，定期公布鄉(xiāng)鎮(zhèn)級和設備級可新增分布式電源容量和“紅、黃、綠”評估結(jié)果，確定地區(qū)差異化可開發(fā)規(guī)模。明確各級電網(wǎng)主變接入光伏容量不應超過設備額定容量80%，制定各電壓等級典型接網(wǎng)方案和儲能推薦場景，為分布式光伏開發(fā)建設提供有效依據(jù)。二是以分布式光伏“三可”能力提升為目標，建成分布式源網(wǎng)荷儲協(xié)同控制系統(tǒng)，通過在線監(jiān)測分析電網(wǎng)運行情況，按需自動下發(fā)控制指令，柔性調(diào)節(jié)分布式光伏發(fā)電出力，推動實現(xiàn)省域分布式光伏全量柔性可控。
（二）增儲擴容，增強系統(tǒng)供給彈性
為應對源荷雙側(cè)不確定性，各類調(diào)節(jié)資源將在電力保供中發(fā)揮重要作用。當前煤電正逐步向可調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)型，處于增容減量發(fā)展階段，可調(diào)節(jié)資源的增量在于抽蓄和新型儲能。
推動抽蓄納規(guī)發(fā)展，擴充系統(tǒng)調(diào)節(jié)硬資源。目前抽蓄電站運營與成本回收機制較為健全，國家明確自2023年起執(zhí)行兩部制電價，抽蓄建設成本可通過容量費用回收。河南大力發(fā)展抽蓄，依憑太行山、伏牛山、桐柏山，在全省范圍內(nèi)勘查選址，推動多個項目納入國家抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃。當前河南抽蓄核準在建裝機880萬千瓦，遠期將形成約3000萬千瓦可調(diào)節(jié)能力。
完善儲能發(fā)展體系，提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)軟支撐。目前新型儲能正處于利用政策引導、推動商業(yè)化運營的時期。河南通過政策體系與示范項目雙驅(qū)動，鼓勵新型儲能發(fā)展。一是形成“1+3”政策體系，規(guī)劃2025年新型儲能規(guī)模達到600萬千瓦，明確了儲能的電價政策，配套的儲能參與調(diào)峰規(guī)則、調(diào)度管理指導意見、容量市場化交易方案使得儲能項目在實際運行中有章可循，可實施性、可操作性進一步增強。二是開展獨立儲能項目示范，在全省16個地市布局38個獨立儲能電站示范項目，探索抽水壓縮空氣復合儲能技術、磷酸鐵鋰技術、全釩液流等技術路線的適應性，推動新型儲能提供日內(nèi)調(diào)節(jié)能力。
（三）機制補缺，完善保供支撐體系
機制保障是夯實保供基礎的重要環(huán)節(jié)。在電源側(cè)，聚焦保障煤電合理收益，通過補全相關機制促進煤電容量充裕與可持續(xù)發(fā)展。在用戶側(cè)，健全分時電價動態(tài)優(yōu)化調(diào)整機制，發(fā)揮用戶側(cè)保供實效。
落實發(fā)電側(cè)容量電價機制。煤電是當前保供的主力電源，遠期將發(fā)展成為主要的調(diào)節(jié)性資源，確保煤電獲得合理收益是保障中長期有效容量充裕的關鍵。河南以煤電起步，建立煤電容量電價機制，兼顧當前和長遠合理確定容量電價水平，明確納入系統(tǒng)運行費由工商業(yè)用戶逐月分攤。同時，結(jié)合中長期電能量市場、輔助服務市場收益與機組固定成本、動態(tài)成本的變動關系，提出遠期容量補償標準優(yōu)化建議。
持續(xù)完善工商業(yè)分時電價機制。2022年底河南進一步完善分時電價機制，調(diào)整了時段劃分、拉大了峰谷價差、建立了季節(jié)性電價機制、恢復了尖峰電價機制，工商業(yè)用戶錯峰用電效果明顯，全省用電負荷特性顯著優(yōu)化，有力促進了電力安全保供。隨著新型電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電源結(jié)構(gòu)、用電負荷發(fā)生顯著變化，電力供需出現(xiàn)了新的矛盾與問題，當前正積極研究制定優(yōu)化方案，破解“保供應、促消納”雙重壓力。
三、市場驅(qū)動供需匹配，建立統(tǒng)籌電力系統(tǒng)多維價值的市場體系
市場是推動商品流動的無形之手，只有充分發(fā)揮市場在資源優(yōu)化配置中的決定性作用，才能推動電力系統(tǒng)配置效率最優(yōu)。面對能源電力系統(tǒng)矛盾三角，把握當前供需發(fā)展新特性和以省為主體的電力市場建設格局，必須還原電力商品屬性，統(tǒng)籌電量、容量、綠色等多維度價值，加快構(gòu)建適應省情的電力市場體系，釋放源荷儲各側(cè)高效配置和靈活互動能力，為新型電力系統(tǒng)建設注入市場活力。
（一）建立適應分布式電源快速發(fā)展的市場模式，釋放就近就地利用價值
分布式光伏憑借其不新增占地、并網(wǎng)速度快、建設周期短等優(yōu)勢，已成為我國新能源新增主力，在用地緊張的華東華中省份尤為突出。為有效應對供需不平衡、權責不匹配、網(wǎng)源不協(xié)同等問題，需盡快建立適應分布式電源規(guī)?；l(fā)展的市場化機制，公平疏導各類建設運營成本，推動分布式電源就近就地消納。一是完善分布式光伏成本疏導機制。按照“誰受益、誰承擔”原則，合理確定系統(tǒng)調(diào)節(jié)成本、備用成本以及政策性交叉補貼等分配方式，推動“自發(fā)自用”比例進一步提升，減輕對大電網(wǎng)影響。二是有序推動富余電量上網(wǎng)交易。初期可考慮以聚合方式參與電力市場，相關機制參照集中式新能源模式，待明確分布式交易“過網(wǎng)費”測算標準后，科學設定分布式交易實施條件與執(zhí)行方式，選取典型區(qū)域開展分布式交易試點并逐步推廣。三是加快推進分布式綠電交易市場建設。隨著綠證逐步全覆蓋，可借鑒國外PPA等模式研究分布式綠電交易機制，推動國內(nèi)綠證與國際接軌，加快建立綠色電力認證消費體系，提高用戶側(cè)綠電消費積極性。
（二）建立電力商品多維價值協(xié)同的市場體系，激活各類資源調(diào)節(jié)能力
電力系統(tǒng)運行需要多種可調(diào)節(jié)資源協(xié)同發(fā)展，完善的市場體系需合理反映資源多元價值。隨著新能源快速發(fā)展和儲能等新型主體不斷涌現(xiàn)，對電力系統(tǒng)實時平衡、動態(tài)調(diào)節(jié)、安全充裕等提出了更高要求，亟須完善配套市場化機制，充分發(fā)揮各類調(diào)節(jié)資源價值，保障電力系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行。一是加快推動各類調(diào)節(jié)資源進入現(xiàn)貨市場。保障符合要求的獨立儲能商業(yè)化運行后及時參與現(xiàn)貨市場，新能源配套儲能以電源側(cè)主體身份參與市場，探索抽蓄電站參與現(xiàn)貨市場的方式，完善煤電現(xiàn)貨市場限價標準，推動上述主體有效響應價格信號變化，發(fā)揮削峰填谷作用。在新型儲能進入現(xiàn)貨市場前應明確通過中長期或調(diào)度指令調(diào)用的價格機制，保障其充放電合理收益。二是推動構(gòu)建與電能量市場協(xié)同的容量市場機制。新能源大量進入現(xiàn)貨市場，將拉低系統(tǒng)邊際出清價格，現(xiàn)貨收入難以彌補機組成本，需加快建立面向新型電力系統(tǒng)的可靠性評估方法，在市場初期通過測算有效容量建立適用于不同電源的容量補償機制，待市場成熟后推動建立與現(xiàn)貨市場協(xié)同的容量市場，引導各類電源科學規(guī)劃布局，提高系統(tǒng)可靠性。三是推動輔助服務從固定補償向市場化調(diào)用轉(zhuǎn)變。推動煤電、抽蓄、新型儲能等公平參與省間、省內(nèi)調(diào)峰市場，具備條件后推動調(diào)峰與現(xiàn)貨市場融合開展，跟蹤新版“兩個細則”體系下考核和補償情況，按照“成熟一個、建立一個”的方式推動調(diào)頻、爬坡、備用等市場逐步建立，綜合考慮與現(xiàn)貨市場銜接方式，保障調(diào)節(jié)能力充分釋放，并推動相關費用在受益主體間合理疏導。
（三）建立適應新能源供給新業(yè)態(tài)的市場機制，提高負荷側(cè)主動響應能力
隨著“雙碳”戰(zhàn)略深入實施，適應園區(qū)、工廠、樓宇、村莊等不同類型用戶主體的電力產(chǎn)消一體化模式不斷涌現(xiàn)，微電網(wǎng)、綜合能源系統(tǒng)、源網(wǎng)荷儲一體化等示范項目加快布局，亟須充分發(fā)揮負荷側(cè)靈活響應能力，提高各類新業(yè)態(tài)電力自給水平，建立供需協(xié)同的市場化消納機制。一是推動可調(diào)負荷資源參與電力調(diào)峰輔助服務或需求響應市場。結(jié)合蘭考試點運行情況，逐步擴大試點范圍，在填谷基礎上豐富削峰交易類別，完善靈活資源聚合參與市場交易規(guī)則，通過市場化交易的方式形成靈活資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)響應的價格，與當前固定價格補償?shù)男枨箜憫獧C制互為補充，形成“市場手段優(yōu)先，需求響應激勵，行政手段保底”的負荷側(cè)靈活調(diào)節(jié)資源多層次、多維度調(diào)用機制。二是完善大電網(wǎng)與微電網(wǎng)協(xié)同運行與利益分配機制。充分落實新版國家標準《電網(wǎng)運行準則》，明確微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的交互要求，科學設定交互曲線及偏差機制，保障大電網(wǎng)備用、調(diào)節(jié)成本有效回收，促進新能源內(nèi)部消納，推動降低產(chǎn)業(yè)園區(qū)、工業(yè)聚集區(qū)等用能成本。三是不斷擴大參與市場主體范圍。按照穩(wěn)中求進、以進促穩(wěn)原則，逐步推動負荷聚合商、微電網(wǎng)、電動汽車充電樁、虛擬電廠等各類新型靈活資源聚合參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，引導建立配套市場調(diào)用機制和商業(yè)模式，充分挖掘負荷側(cè)資源平衡能力，助力安全保供和清潔消納。
（作者單位系國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術研究院）
責任編輯：楊娜
