谷峰：“十四五”電源規(guī)劃的“不可能妥協(xié)”

 

    在談“十四五”可再生能源與傳統(tǒng)電源容量比例之前，必須弄清可再生能源與傳統(tǒng)能源為什么會產生關系？產生的關系是什么？

　　問題一：大電網(wǎng)和電化學儲能是什么關系？

　　大電網(wǎng)和儲能技術都能夠基本解決可再生能源的波動性問題。解決的技術方案各有千秋，但是在經(jīng)濟性上，大電網(wǎng)和電化學儲能技術是競爭技術（相互替代）關系，也就是俗話說的“你死我活”關系。大電網(wǎng)通過電力市場機制調動包含負荷側在內的各種調節(jié)資源，抵消可再生能源間歇性和季節(jié)性波動的缺點，實現(xiàn)可再生能源在能源占比中的不斷提高。儲能，特別是電化學儲能，直接通過存儲電能方式，實現(xiàn)可再生能源電能生產的時空轉移。大電網(wǎng)技術和電化學儲能的經(jīng)濟性非常容易比較，只要化學電芯每公斤重量能夠存儲的電能超過4千瓦時，就相當于每公斤化學電芯能夠承載的能量超過1200克標煤（大約2000克原煤），在經(jīng)濟性上大電網(wǎng)就沒有存在的必要，燃料輸送將變化為電芯的輸送。

　　目前，主流電芯技術每公斤大約能存儲經(jīng)濟性戰(zhàn)勝大電網(wǎng)技術所需能量的十分之一到二十分之一左右，毫無競爭力。從另一個角度看，現(xiàn)有主流電化學儲能技術存放一度電的成本大約為5毛錢，任何電源與之配合產生的上網(wǎng)價格都是我國發(fā)電綜合電價的1.5倍以上，所以在可預見的時間里，電化學儲能技術（電能量應用）在大電網(wǎng)技術的經(jīng)濟性面前尚不構成本質挑戰(zhàn)。因此，可再生能源的消納，“十四五”期間必須主要依靠大電網(wǎng)技術。消納方式使可再生能源和傳統(tǒng)電源在大電網(wǎng)中發(fā)生了“緊密”的聯(lián)系。

　　問題二：可再生能源的大幅增長對大電網(wǎng)產生了什么影響？

　　目前到“十四五”期間，“上網(wǎng)”仍是可再生能源消納的最主要手段，雖然分布式供電已經(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。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。

　　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。當然，隨著可再生能源預測技術的進步，可再生能源的預測越來越準確，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)有的技術經(jīng)濟條件下，可再生能源預測不可能完全準確，也不可能按照系統(tǒng)需要的精度和速度進行大幅調節(jié)。

　　與此同時，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，特別是我國已經(jīng)達到很高的供電可靠性，電力用戶承受停電的能力和心理預期不斷下降，換另一句話說，電力用戶不接受頻繁和長周期的意外停電。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，相對電力用戶高質量用電的期望也是個不友好的短板，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，沒有煤電等傳統(tǒng)電源，電力系統(tǒng)也無法運行。因此，所謂煤電等傳統(tǒng)電源快速退出實在是“無稽之談”，但是保持或增長煤電等傳統(tǒng)電源并不意味著，負荷電量增長會由煤電等傳統(tǒng)電源分享，而實際上煤電等傳統(tǒng)電源的總發(fā)電量呈快速下降趨勢。

　　問題三：傳統(tǒng)電源為了大電網(wǎng)能夠更多容納可再生能源提供了什么服務？

　　以煤電為代表的傳統(tǒng)電源，由于一次能源（主要是煤炭）可以在廠內存儲，運行特點就是穩(wěn)定可靠，可以隨負荷變化大幅度進行波動，實際上煤電通過提供調節(jié)服務實現(xiàn)可再生能源出力進行時空轉移方面與電化學儲能的作用是一樣的。我國金牌煤電機組已經(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，煤電機組為代表的傳統(tǒng)電源非常適合大電網(wǎng)生產需要，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、負荷跟隨、系統(tǒng)穩(wěn)定等角色需要。

　　大電網(wǎng)消納風電、光伏等可再生能源最為需要的是煤電等可調節(jié)機組提供的快速爬坡服務和容量備用服務，消納水電等可再生能源最需要的是煤電等可調節(jié)機組提供的季節(jié)性容量備用2。容量備用服務容易理解，即可再生能源往往具有季節(jié)性3和波動性，在可再生能源出力不足，不能滿足用電需要的時期，需要依靠煤電等傳統(tǒng)電源提供用戶所需電能。快速爬坡服務通俗的講，是指煤電等傳統(tǒng)電源處于熱備用狀態(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。國外煤電等可調節(jié)機組的靈活性改造主要方向之一，就是提升可調節(jié)機組增減出力的速度，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的變化。在目前的技術經(jīng)濟條件下，依靠可調節(jié)機組提供快速爬坡服務是有一定物理限制的。

　　傳統(tǒng)電源為可再生能源提供的快速爬坡服務有物理極限，因此，通過電力現(xiàn)貨市場調動負荷側響應大電網(wǎng)需要，成為電力市場化國家的主流努力方向，德國的“工業(yè)4.0”重要內容就是讓負荷響應彌補可再生能源瞬時損失的出力，替代傳統(tǒng)電源的快速爬坡。但是無論如何，傳統(tǒng)電源能夠提供的季節(jié)性容量備用是負荷響應無法替代的，因為用戶能實現(xiàn)日以上能量移動的能力在經(jīng)濟上難以接受。

　　另外還要指出，大電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)理論上可以減少備用，在同等傳統(tǒng)電源裝機容量的情形下，更加充分的利用備用，實現(xiàn)不增加傳統(tǒng)電源裝機容量而增加大電網(wǎng)消納可再生能源的目的。但是，實踐中我國主要以直流線路跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)的方式，一方面難以靈活共享兩側備用，另一方面為了保證直流的穩(wěn)定和預防直流線路失電產生的沖擊，送受兩端所需要的備用在一定情況下不減反增。如以交流方式聯(lián)網(wǎng)還面臨經(jīng)濟性和安全的討論。因此，實踐經(jīng)驗證明大電網(wǎng)擴大范圍達到一定規(guī)模后，持續(xù)擴大電網(wǎng)覆蓋范圍，并不一定能夠減少對傳統(tǒng)電源容量增長的要求。

　　從以上三個問題的答案看，傳統(tǒng)能源的發(fā)展與可再生能源的發(fā)展密切相關，在讓出電量空間的前提下，是可再生能源發(fā)展最為可靠、可行的依靠力量。

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