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(huì)產(chǎn)生關(guān)系？產(chǎn)生的關(guān)系是什么？

　　問題一：大電網(wǎng)和電化學(xué)儲(chǔ)能是什么關(guān)系？

　　大電網(wǎng)和儲(chǔ)能技術(shù)都能夠基本解決可再生能源的波動(dòng)性問題。解決的技術(shù)方案各有千秋，但是在經(jīng)濟(jì)性上，大電網(wǎng)和電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)是競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)（相互替代）關(guān)系，也就是俗話說的“你死我活”關(guān)系。大電網(wǎng)通過電力市場(chǎng)機(jī)制調(diào)動(dòng)包含負(fù)荷側(cè)在內(nèi)的各種調(diào)節(jié)資源，抵消可再生能源間歇性和季節(jié)性波動(dòng)的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)可再生能源在能源占比中的不斷提高。儲(chǔ)能，特別是電化學(xué)儲(chǔ)能，直接通過存儲(chǔ)電能方式，實(shí)現(xiàn)可再生能源電能生產(chǎn)的時(shí)空轉(zhuǎn)移。大電網(wǎng)技術(shù)和電化學(xué)儲(chǔ)能的經(jīng)濟(jì)性非常容易比較，只要化學(xué)電芯每公斤重量能夠存儲(chǔ)的電能超過4千瓦時(shí)，就相當(dāng)于每公斤化學(xué)電芯能夠承載的能量超過1200克標(biāo)煤（大約2000克原煤），在經(jīng)濟(jì)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(shù)每公斤大約能存儲(chǔ)經(jīng)濟(jì)性戰(zhàn)勝大電網(wǎng)技術(shù)所需能量的十分之一到二十分之一左右，毫無競(jìng)爭(zhēng)力。從另一個(gè)角度看，現(xiàn)有主流電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)存放一度電的成本大約為5毛錢，任何電源與之配合產(chǎn)生的上網(wǎng)價(jià)格都是我國(guó)發(fā)電綜合電價(jià)的1.5倍以上，所以在可預(yù)見的時(shí)間里，電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)（電能量應(yīng)用）在大電網(wǎng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性面前尚不構(gòu)成本質(zhì)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(shù)。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(zhǎng)對(duì)大電網(wǎng)產(chǎn)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(dú)成為一個(gè)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(yùn)行的首要需求是什么呢？在“N個(gè)9”可靠性的要求下，答案會(huì)變得非常簡(jiǎn)單：安全可靠、穩(wěn)定供應(yīng)。

　　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(kù)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(dāng)然，隨著可再生能源預(yù)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，可再生能源的預(yù)測(cè)越來越準(zhǔn)確，這個(gè)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(dòng)力1注定了，在現(xiàn)有的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，可再生能源預(yù)測(cè)不可能完全準(zhǔn)確，也不可能按照系統(tǒng)需要的精度和速度進(jìn)行大幅調(diào)節(jié)。

　　與此同時(shí)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，特別是我國(guó)已經(jīng)達(dá)到很高的供電可靠性，電力用戶承受停電的能力和心理預(yù)期不斷下降，換另一句話說，電力用戶不接受頻繁和長(zhǎng)周期的意外停電。兩方面的此消彼長(zhǎng)，造成可再生能源的運(yùn)行特性確實(shí)相對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是個(gè)不友好的短板，相對(duì)電力用戶高質(zhì)量用電的期望也是個(gè)不友好的短板，大量接納存在弱點(diǎn)的可再生能源，而不考慮其他措施，一定會(huì)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(yùn)行。因此，所謂煤電等傳統(tǒng)電源快速退出實(shí)在是“無稽之談”，但是保持或增長(zhǎng)煤電等傳統(tǒng)電源并不意味著，負(fù)荷電量增長(zhǎng)會(huì)由煤電等傳統(tǒng)電源分享，而實(shí)際上煤電等傳統(tǒng)電源的總發(fā)電量呈快速下降趨勢(shì)。

　　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(wù)？

　　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(nèi)存儲(chǔ)，運(yùn)行特點(diǎn)就是穩(wěn)定可靠，可以隨負(fù)荷變化大幅度進(jìn)行波動(dòng)，實(shí)際上煤電通過提供調(diào)節(jié)服務(wù)實(shí)現(xiàn)可再生能源出力進(jìn)行時(shí)空轉(zhuǎn)移方面與電化學(xué)儲(chǔ)能的作用是一樣的。我國(guó)金牌煤電機(jī)組已經(jīng)可以做到數(shù)年不出現(xiàn)非計(jì)劃停運(yùn)，可靠性更是上了一層樓。因此，煤電機(jī)組為代表的傳統(tǒng)電源非常適合大電網(wǎng)生產(chǎn)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(yùn)行離不開的電壓支撐、負(fù)荷跟隨、系統(tǒng)穩(wěn)定等角色需要。

　　大電網(wǎng)消納風(fēng)電、光伏等可再生能源最為需要的是煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組提供的快速爬坡服務(wù)和容量備用服務(wù)，消納水電等可再生能源最需要的是煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組提供的季節(jié)性容量備用2。容量備用服務(wù)容易理解，即可再生能源往往具有季節(jié)性3和波動(dòng)性，在可再生能源出力不足，不能滿足用電需要的時(shí)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(wù)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(bǔ)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(guó)外煤電等可調(diào)節(jié)機(jī)組的靈活性改造主要方向之一，就是提升可調(diào)節(jié)機(jī)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(duì)系統(tǒng)的影響。實(shí)際上，可再生能源穿透率達(dá)到一定水平后，每增加一個(gè)百分點(diǎn)，對(duì)電力系統(tǒng)快速爬坡能力的要求都是質(zhì)的變化。在目前的技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下，依靠可調(diào)節(jié)機(jī)組提供快速爬坡服務(wù)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(wù)有物理極限，因此，通過電力現(xiàn)貨市場(chǎng)調(diào)動(dòng)負(fù)荷側(cè)響應(yīng)大電網(wǎng)需要，成為電力市場(chǎng)化國(guó)家的主流努力方向，德國(guó)的“工業(yè)4.0”重要內(nèi)容就是讓負(fù)荷響應(yīng)彌補(bǔ)可再生能源瞬時(shí)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(fù)荷響應(yīng)無法替代的，因?yàn)橛脩裟軐?shí)現(xiàn)日以上能量移動(dòng)的能力在經(jīng)濟(jì)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(jī)容量的情形下，更加充分的利用備用，實(shí)現(xiàn)不增加傳統(tǒng)電源裝機(jī)容量而增加大電網(wǎng)消納可再生能源的目的。但是，實(shí)踐中我國(guó)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(cè)備用，另一方面為了保證直流的穩(wěn)定和預(yù)防直流線路失電產(chǎn)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(jì)性和安全的討論。因此，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明大電網(wǎng)擴(kuò)大范圍達(dá)到一定規(guī)模后，持續(xù)擴(kuò)大電網(wǎng)覆蓋范圍，并不一定能夠減少對(duì)傳統(tǒng)電源容量增長(zhǎng)的要求。

　　從以上三個(gè)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(guān)，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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