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詳解發改委能源局構建新型電力系統的新思路

發布時間:2022-03-22 來源:《財經》雜志 文 | 吳迪 楊雷 康俊杰 宋麗莉


2022年2月10日,國家發改委、國家能源局聯合下發了《關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見》(下稱《意見》),這是國家碳達峰與碳中和頂層設計的重要組成部分,也是“1+N”政策體系在能源領域的具體化,將在今后很長一段時間內指導相關各方推進中國的能源綠色低碳轉型。

《意見》有35項具體措施,分為制度建設、機制創新、深化改革、強化政策四大類,總體思路是統籌協同推進能源戰略規劃、統籌能源轉型與安全、統籌生產與消費協同轉型、統籌各類市場主體協同轉型。

通過這四大類措施,推動“到2030年,形成非化石能源既基本滿足能源需求增量又規?;娲茉创媪?、能源安全保障能力得到全面增強的能源生產消費格局?!?

自2021年3月中央提出加快構建以新能源為主體的新型電力系統后,電力行業呈現出百家爭鳴的態勢,專家學者從各自角度對新型電力系統的內涵、特征、實現路徑等做了闡述和解讀。

《意見》通過“完善新型電力系統建設和運行機制”這一細化章節,首次以官方角度對如何構建新型電力系統指明了具體方向,這將大大推動中國構建新型電力系統的進程。

本文將詳細解讀《意見》中的相關條文,并對未來需要進一步完善和細化的三個方面,給出我們的建議。

對頂層設計與全社會共同參與同等重視

政策原文

自上而下方面:“加強新型電力系統的頂層設計、制定新型電力系統發展戰略和總體規劃、研究制定新型電力系統相關標準?!?

自下而上方面:“鼓勵各類企業等主體積極參與新型電力系統建設、支持行業龍頭企業聯合高等院校、科研院所和行業上下游企業共建國家能源領域研發創新平臺?!?

解讀

考慮到電力行業是中國碳排放最大的單一行業,構建新型電力系統也就成為中國實現雙碳目標最重要的舉措。這意味著中國將逐步形成以新能源為主體的電力系統,綠電消費為主體的能源系統,并有效保障兩個系統的安全穩定運行。

然而,新能源發電“靠天吃飯”的先天不足、通過電力電子裝置并網導致系統轉動慣量減少的基本特征,以及隨著存量新能源不斷增加帶來的愈加昂貴的并網消納成本都對中國電力與能源系統的安全性、可靠性和經濟性構成了極大的威脅。

要突破“供給安全、環境友好、價格低廉”的不可能三角,中國電力系統源網荷儲的各個環節勢必重塑,并充分調動和發揮政策體制、市場機制與技術手段“三駕馬車”的保駕護航作用。

完成這一系列目標,需要中國有強大基礎理論研究、優良的頂層設計、能夠及時反映最新情況的戰略規劃作為底層支撐?!兑庖姟穼χ袊鍢嫿ㄐ滦碗娏ο到y的難點與挑戰、尋找實現目標的最優路徑、制定相關保障措施等方面發揮至關重要的作用。

此外,《意見》表明構建新型電力系統不僅是政府的任務,更需要全社會的力量共同參與?!兑庖姟窂摹白陨隙隆焙汀白韵露稀眱蓚€維度提出了構建新型電力系統的基本要求。表明政府會充分聽取社會各界聲音,調動一切積極因素,廣泛加強各方協作,包括工商界、智庫、高校、非盈利組織、基層工作人員等,共同探尋構建新型電力系統的最佳路徑。

強化“大電網+大基地”與“微電網+分布式能源”并重的發展格局

政策原文

“完善適應可再生能源局域深度利用和廣域輸送的電網體系、加強省際、區域間的電網互聯互通,大力推進高比例容納分布式新能源電力的智能配電網建設,鼓勵建設源網荷儲一體化、多能互補的智能能源系統和微電網,探索建立區域綜合能源服務機制?!?

解讀

由于中國能源資源稟賦與負荷呈現逆向分布,長期以來中國都通過“大電網+大基地”將西北地區富裕的風電、光伏和西南地區富裕的水電運送至東中部負荷中心。但在國土資源規劃日趨加嚴、輸電通道走廊資源愈加稀缺的情況下,這種“大電網+大基地”粗放的發展模式雖能滿足新能源在全國范圍內大規模開發、配置和利用,但已不符合構建新型電力系統的基本要求,且大電網的發展模式也對未來電力供應的安全穩定構成隱患。

《意見》表明,中國將加速構建“分布式能源+微電網”的能源利用模式(尤其是東中部等負荷地區)。在綜合考慮供電范圍、負荷特性、用戶特點等情況下,形成包括分布式新能源、地熱、新型儲能、小型氣電與氫電、沼氣發電、電動汽車等各類微型電源組成的微電網,并能夠在并網運行和孤島運行兩種模式之間切換。以此促進能源消費者轉變為能源產銷者,降低對外部資源的依賴,提高地區用電的可靠性,同時減少長距離輸電帶來的損耗和資本浪費。微電網試點地區還將因地制宜的開展綜合能源服務,包括電熱冷氣一體化供應、能源梯級利用、能效診斷和能效提升,助力全社會提升終端用能效率。

《意見》還表明,中國將加強配電網的更新與改造,調動社會資本參與配電網建設的積極性,提升配電網的綜合承載能力和實施感知能力,并積極孵化能源服務提供商、售電公司、地方政府等參與配電網的籌建、運行和管理,解決配電網薄弱帶來的本地新能源無法有效開發利用的瓶頸。在經濟欠發達地區,中國會結合“整縣推進”政策,嘗試通過政府、企業、銀行、用戶的四方合作,尋求可持續、可推廣的商業模式,促進分布式能源的爆發式發展。

綜合施策提升電力系統靈活性

政策原文

供給側:“全面實施煤電機組靈活性改造、因地制宜建設天然氣‘雙調峰’電站”、加快建設抽水蓄能電站、發揮太陽能熱發電的調節作用、逐步擴大新型儲能應用?!?

需求側:“推動將需求側可調節資源納入電力電量平衡,拓寬電力需求響應實施范圍,支持用戶側儲能、電動汽車充電設施、分布式發電等用戶側可調節資源,以及負荷聚合商、虛擬電廠運營商、綜合能源服務商等參與電力市場交易和系統運行調節?!?

市場機制:“加快電力輔助服務市場建設、探索容量市場交易機制?!?

解讀

《意見》強調通過一攬子手段提升中國電力系統靈活性,為新能源大規模發展保駕護航。

當前中國電力系統靈活性調節能力欠缺,靈活煤電、氣電、抽水蓄能的發展全部未完成“十三五”規劃目標,在新能源大規模發展、負荷側峰谷差不斷拉大的情況下,這是中國電力系統的安全性和可靠性的巨大隱患。

過去,由于中國電力發展一直保留著較高的電力電量裕度,因此即使在“十三五”時期靈活性電源發展未及預期、隨機性電源發展遠超預期的情況下,中國電力系統仍保持著較高程度地安全穩定運行。但這種裕度將隨著新能源規模的持續擴大、第三產業和居民用電量的快速提高、傳統電源逐步加速退出而逐漸消耗殆盡,若不提前布局,未雨綢繆,中國電力系統未來將面臨較大的運行安全風險。2021年9月底,由于可再生能源出力不足而加劇的波及二十余省“拉閘限電”現象也充分暴露了中國電力系統發展至今靈活調節能力不足的弊端。

靈活性資源未能得到有效開發利用,原因是市場機制建設滯后。輔助市場與備用市場缺位,直接導致各種靈活性資源在為新能源提供調峰調頻、電壓控制、非旋轉備用和旋轉備用、黑啟動等服務時收益不佳,進而導致缺乏投資積極性,無法發揮支撐新能源大規模并網消納的關鍵保障作用。

《意見》強調了中國將借助成熟完善的市場機制,通過大力發展供需兩側的靈活性資源,為新能源的長久穩定發展打下堅實基礎,在保障電力安全的前提下,助力中國實現“十四五”時期年均1億千瓦以上的新增風光發電裝機。

加強跨部門跨區域能源安全聯合監測預警機制

政策原文

“健全能源綠色低碳轉型安全保供體系,建立健全和完善5個機制:一是能源預測預警機制,二是跨部門跨區域能源安全監測預警機制,三是涵蓋能源、應急、氣象、水利、地質等部門的極端天氣聯合應對機制,四是能源供應風險應對機制,五是極端情況下能源供應應急預案和應急狀態下的協同調控機制?!?

解讀

對能源安全保供體系最大的威脅,是隨著能源綠色低碳轉型新出現的“極端天氣”風險。暴雨、大風、雷電、低溫、熱浪等極端天氣已被公眾廣泛認知,各行業也有比較完善的防御機制和措施,但近期中國北方地區出現的長時間、大范圍的小風寡照天氣,令風電光電出力劇降,隨著新能源比例逐漸增高,這類“極端天氣”對保證電力供應的威脅也越來越大。

《意見》表明,中國將通過建立健全的跨部門跨區域能源安全聯合監測預警機制,摸清在中國能源綠色低碳轉型的各個階段、各類情景的極端天氣特征和風險,為針對性的應對提供可靠依據,在實現低碳轉型的同時,確保能源安全保供。

《意見》為中國加速構建新型電力系統指明了總體方向,與此同時,政策目標仍需進一步明確,政策措施也需要進一步細化,本文就此提出三點建議。

建議一:明確構建新型電力系統的階段性目標

中國未來應明確構建新型電力系統的階段性關鍵目標,并推動電力行業提前實現碳排放達峰。階段性目標的缺失,導致構建新型電力系統的動力不足,無法有效發揮中央文件對地方層面的引導約束作用。

電力行業相較于工業、建筑、交通等行業,減排技術最為成熟,提前達峰的可能性最大。電力行業作為全國最大的碳排放行業,需充分發揮起擔當和引領作用,加速煤電的角色轉變,推動風光儲的跨越式發展。電力行業的提前達峰,不僅將為其他難以脫碳的部門留出更多減排時間,還將充分發揮其他行業電氣化過程中的減排效益。

2021年,全國核準了超過500萬千瓦的煤電機組(以安徽、湖北、福建等省為主),全年的煤炭消費也同比增長4.6%,達歷史新高的29.3億噸標準煤,超越之前眾多行業專家所判斷的中國煤炭消費的峰值年2013年的煤炭消費總量。而這一切都是在2020年9月中央提出要實現雙碳目標、2021年4月提出嚴控煤電項目、嚴控煤炭消費增長的情況下發生的。

因此,在《意見》明確提出能源轉型2030年階段性目標的基礎上,后續政策應明確構建新型電力系統的階段性目標。這些目標應包括:在“十四五”時期嚴控煤電項目,收回地方煤電項目核準權,不再核準新的商用煤電機組,促進煤電裝機在“十四五”末達到峰值,實現新增電力需求絕大部分由非化石能源滿足;在“十五五”時期,推動風光水火儲氫車一體化的跨越式發展,加速實現煤電角色定位的轉變和結構優化,大規模開發需求側資源,力爭實現新增電力需求全部由非化石能源滿足。

建議二:妥善處理電力送受兩端的矛盾

近年來中國跨省跨區電力快速攀升,2021年中國跨區和跨省輸送電量分別達6876億千瓦時和1.6億千瓦時,分別同比增長6.2%和4.8%。這雖然表明了中國電力資源在全國范圍內的優化配置,但實際上卻暗藏了送受兩端之間的博弈和矛盾。

一方面,中國送端電源多布局在西北部和西南部等經濟欠發達地區,在黨中央全面貫徹新發展理念、構建新發展格局的引導下,這些地區都在努力推動經濟高質量發展,電力需求也與日俱增。送端地區愈加不愿將寶貴的電力資源進行簡單外送處理,而是傾向于本地消納,發展本地產業經濟。內蒙古上海廟經濟開發區大力發展裝備制造業帶來的外送山東電力意愿不足,以及云南省大力發展本地電解鋁產業帶來的外送廣東電力意愿不足,都是典型案例。

另一方面,在新能源大規模發展的情況下,送端地區對備用電源的需求逐漸增大,受端地區則對外送電力的調峰能力需求逐漸增大。在這種情況下,送端地區希望在用電高峰時期減少電力外送,保留這部分電力作為備用電源,解決新能源出力不足時出現的電力短缺情況。

以西北地區和山東省為例,2021年西北地區大幅削減晚高峰時段的電力外送,致使銀東直流送山東的電力成交量驟減,對山東省電力系統的安全穩定運行以及售電公司的企業經營造成了嚴重沖擊。而對于受端地區山東省來說,隨著本省光伏的大規模發展,負荷曲線“鴨型”特征愈加明顯,需要外來電有較強的調峰能力,這反過來又對送端電源的啟停能力、爬坡能力提出了新的挑戰,加劇了送受兩端的矛盾。

因此,中國應加快構建區域性和全國性的電力市場,推動優先發電和優先購電等“計劃電”逐步全部轉為“市場電”,并參與更大范圍內的日前市場、實時市場、輔助市場交易,反映電力的時間價值和空間價值,還原電力的商品屬性。

未來,中國電力市場還需逐步打破電網統購統銷的局面,發揮電網公共服務平臺的功能,打造“X+1+X”的發展格局,實現上游發電廠在批發市場上提供多種不同類型的電力商品,中游電網實現資源的優化配置和共享互濟、下游售電公司充分競爭并承擔向終端用戶售電和向上游電廠購買電力和輔助服務的義務主體。政府則應建立起良好的成本分攤機制,確保新能源的開發消納成本能夠有效的向工商業用戶乃至一定程度的向居民用戶傳導。

此外,由于在未來中國相當時間內仍難以擺脫“西電東送”的電力發展格局,中國要充分考慮電力送受兩端經濟發展的不均衡性,以及能源電力行業清潔轉型對能源外送地區及經濟欠發達地區的社會經濟發展的影響和公平公正轉型的迫切性。這些地區為保障國家能源供應做出了巨大貢獻,國家層面應牽頭加大對這些地區的生態補償和轉移支付,加大對基礎設施、教育、醫療等領域的經濟投資,推動創新活動,發展新興產業,促進地區的新舊動能轉換,最大程度地調和電力送受兩端之間的矛盾。

建議三:加強風光出力預測,加快儲能技術發展

準確的風光預測能最大限度的減少電力系統靈活性的需求,以成本最小化的方式保障電力系統運行的安全性和可靠性。與歐美發達國家相比,中國風光預測能力和水平均有不小差距,再加上中國氣候條件和地形地貌更為復雜,提升風光預測水平的難度也更大,需要相關技術領域的協同和持續努力。

中國應通過開發基于神經網絡預測分析算法和軟件、打造小地域空間、多時間尺度的精細化預報系統、定期評估和調整預測機制等措施,實現對風光出力的精準預測,從源頭上減少電力系統靈活性的的需求。這不僅包括集中式可再生能源,還包括分布式可再生能源。

在新能源大規模發展之后,不能再一味追求接近100%的新能源利用率,保持在5%左右的棄風棄光率,不僅能夠大幅降低電力系統靈活性資源的投資成本,還能保證新能源能夠為電力系統提供一定程度地向上爬坡能力。

此外,需要更加重視新型儲能技術的發展/。中國一直把電化學儲能的發展放在核心位置,其裝機占新型儲能總裝機的比重在99%以上。但是,為了平抑新能源的波動性、隨機性和間歇性,中國必須實現不同時間尺度的儲能技術的創新與突破,包括電化學儲能、飛輪儲能、超導儲能、壓縮空氣儲能等分鐘級和小時級的儲能技術,以及滿足中長周期儲能需求的氫能儲能和氫制衍生品儲能等。尤其是中長期儲能技術,在面對數周乃至數月風光出力不足或遇到極端天氣的情況下,將起到讓電力系統安全穩定運行的兜底保障作用。

氫能是中長期儲能的核心技術之一,雖然“十四五”時期中國各地都將氫能作為產業發展的重點方向之一,但絕大多數都將氫能的應用局限于交通領域,對其在電力行業的推廣和應用的重視程度相當不足。未來應督促各地方從全局規劃出發,統籌考慮可再生能源消納目標、不同儲能技術類型特點和電力系統安全可靠性等因素,合理有序引導儲能產業的發展。

構建新型電力系統是一項長期而艱巨的任務,需要政府、智庫、企業乃至個人共同努力??傮w來說,《意見》對中國構建新型電力系統有很好的推動作用,但相關條例的細化方案和具體政策還有待進一步落實。從近半年來中國針對電力市場建設、電價改革、煤電優化與轉型、源網荷儲協同發展等領域頒布政策的密度來看,尚存問題會在不久的將來逐步得到解決。



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