揭秘“棄風(fēng)限電”的真相（二）：“電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)” 構(gòu)成棄風(fēng)加劇的原因嗎？

2017-10-19 16:01:47 《風(fēng)能》雜志　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

　近幾年，棄風(fēng)限電問(wèn)題嚴(yán)重困擾著我國(guó)風(fēng)電行業(yè)，已經(jīng)成為制約產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的最大絆腳石，也是我國(guó)兌現(xiàn)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)際承諾的巨大障礙，到了非解決不可的地步。但當(dāng)下，仍有一些專家通過(guò)似是而非的技術(shù)詮釋來(lái)解答棄風(fēng)問(wèn)題的根源，認(rèn)為風(fēng)電的波動(dòng)性影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；在電力需求增長(zhǎng)放緩的背景下導(dǎo)致可再生能源限發(fā)；“三北”地區(qū)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力嚴(yán)重不足是冬季這些地區(qū)棄風(fēng)問(wèn)題突出的主因；跨省跨區(qū)輸電通道不足，難以實(shí)現(xiàn)在更大范圍內(nèi)消納風(fēng)電……，并據(jù)此將解決措施引導(dǎo)向糾纏不清的技術(shù)泥沼，一定程度上掩蓋了棄風(fēng)問(wèn)題的真正原因。為了更好地理解這些問(wèn)題，我們特邀專家對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行深入剖析，揭示棄風(fēng)限電背后的真相，以系列文章的形式陸續(xù)推出。本期主要探討“電源和電網(wǎng)不協(xié)調(diào)”與棄風(fēng)加劇的偽相關(guān)性。

　　問(wèn)題

　　嚴(yán)重的棄風(fēng)限電困擾了整個(gè)風(fēng)電行業(yè)，而將“電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)”作為棄風(fēng)原因的說(shuō)法仍具有很大的市場(chǎng)。似乎只要存在足夠大的電網(wǎng)容量，或者基于事后的大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)暴露的問(wèn)題，“早知如此，需要限制發(fā)展規(guī)模”就可以了——所謂的“水多了加面，面多了加水”。不清楚最初到底哪個(gè)是目標(biāo)，哪個(gè)是必須不斷提升的基礎(chǔ)設(shè)施條件，現(xiàn)有的并網(wǎng)潛力是否已經(jīng)耗竭，而“協(xié)調(diào)”到底意味著什么，誰(shuí)有這種能力以及意愿去做這種“協(xié)調(diào)”？這其中存在著短期與長(zhǎng)期問(wèn)題的邏輯跳躍，目標(biāo)與約束的混雜。在第1 期“專欄”文章探討了“需求不旺”一說(shuō)的基礎(chǔ)上，本文討論“電源和電網(wǎng)不協(xié)調(diào)”之于棄風(fēng)問(wèn)題的理解。

　　事實(shí)

　　波動(dòng)性可再生能源（主要是風(fēng)電與光伏）進(jìn)入電力系統(tǒng)，具有三個(gè)明顯的系統(tǒng)效應(yīng)（必須指出，這不涉及好還是不好的價(jià)值判斷），程度隨著份額、系統(tǒng)特性的不同而不同。這包括：較低的保證容量；減少的總體系統(tǒng)利用率；過(guò)發(fā)電（可再生容量出力超過(guò)總負(fù)荷）（見(jiàn)圖1）。基于系統(tǒng)成本最小化的目標(biāo)，隨著可再生能源電力的日益增多，未來(lái)的系統(tǒng)無(wú)疑應(yīng)該是一個(gè)更少基荷、更頻繁爬坡、更多備用的系統(tǒng)。這對(duì)未來(lái)的發(fā)電與電網(wǎng)投資具有很強(qiáng)的含義。除了可再生能源之外的其他電源形式，將只會(huì)擁有越來(lái)越低的利用水平，以及在更短周期與更少機(jī)會(huì)內(nèi)回收固定投資的機(jī)會(huì)，電力系統(tǒng)需要日益成為一個(gè)輕資產(chǎn)的系統(tǒng)。傳統(tǒng)煤電機(jī)組與輸電設(shè)施，“大”本身都不再是優(yōu)點(diǎn)，而是影響系統(tǒng)靈活性的巨大缺點(diǎn)。

　　（凈）基荷將越來(lái)越少，直至在波動(dòng)性電源到達(dá)一定份額之后徹底消失。這跟中國(guó)傳統(tǒng)的基荷思維（運(yùn)行無(wú)頻繁變化、關(guān)注電量而不是容量），以及“水多了加面，面多了加水”的行業(yè)管理方式存在本質(zhì)上的沖突。在目前的電力系統(tǒng)調(diào)度模式下，機(jī)組的完全可控，而不是承諾輸出與實(shí)際輸出的差別是一個(gè)剛性的要求。即使需求永遠(yuǎn)不是一條直線，但似乎目前政府認(rèn)為只有出力是一條直線才意味著沒(méi)有輔助服務(wù)。在某個(gè)時(shí)刻，需求負(fù)荷只有10，風(fēng)電有8，火電有10，那么如果風(fēng)電優(yōu)先承擔(dān)8，火電就只有承擔(dān)2 的可能性與空間。無(wú)法調(diào)到20%，或調(diào)到20% 損失的電量與增加的支出，只應(yīng)該是火電的“煩惱”，而不是風(fēng)電的問(wèn)題。

　　我國(guó)各省份棄風(fēng)率的水平與當(dāng)?shù)鼗痣姲l(fā)電小時(shí)數(shù)的關(guān)系是一個(gè)很有意思的問(wèn)題。按照理論上的揭示，風(fēng)電越多的地方，火電機(jī)組的利用水平應(yīng)該更低，具有更少的利用小時(shí)數(shù)（與歷史以及其他地區(qū)相比）以體現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行成本最小化（全社會(huì)福利最大化）的要求。但是，至少?gòu)?015 年我國(guó)各省份的火電利用小時(shí)數(shù)分布來(lái)看，這并不是事實(shí)，二者之間的關(guān)系是非常混雜的。

　　幾個(gè)棄風(fēng)重災(zāi)區(qū)（棄風(fēng)率高于30%），甘肅的火電利用小時(shí)數(shù)為3800 小時(shí)，遼寧為4300 小時(shí)，新疆為4700 小時(shí)，內(nèi)蒙古接近5000 小時(shí)。在可再生能源負(fù)荷在最大負(fù)荷中的占比超過(guò)50%，甚至100% 的背景下，傳統(tǒng)火電還能有如此高的利用率，在最小化成本調(diào)度的體系中，這是無(wú)法想象的。這意味著，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不到討論電源與電網(wǎng)是否協(xié)調(diào)（更確切地說(shuō)，是否短期存在嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)阻塞，長(zhǎng)期需要擴(kuò)容）的地步。系統(tǒng)仍然存在相當(dāng)程度未耗竭的可再生能源發(fā)電增長(zhǎng)空間，需要的僅僅是系統(tǒng)調(diào)度方式的改變。

　　在具體項(xiàng)目接入層面，電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)是可能存在的。項(xiàng)目沒(méi)有足夠分散的接入系統(tǒng)，造成部分變電站與線路超容，造成配電網(wǎng)絡(luò)阻塞，是部分地區(qū)風(fēng)電項(xiàng)目建設(shè)與布局的問(wèn)題，特別是在4.95 萬(wàn)千瓦項(xiàng)目廣泛存在的時(shí)期。過(guò)于集中也會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行提出更高的要求，阻礙機(jī)組不同出力特性“平滑”效應(yīng)的發(fā)揮（圖3 給出了不同接入方式的集合出力特性）。

　　審批權(quán)下放措施極大地釋放了中國(guó)可再生能源發(fā)展的潛力，屬于基于錯(cuò)誤的理由，做了正確的事情，否則我們無(wú)法想象2015 年中國(guó)只有500萬(wàn)千瓦—1000萬(wàn)千瓦的風(fēng)電裝機(jī)到底對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)意味著什么。但是需要配套政策的跟上，比如提供更詳細(xì)的電網(wǎng)線路、變電站容量、傳輸線容量等公共信息，類似澳大利亞AREMI（Australian Renewable Energy MappingInfrastructure）項(xiàng)目（https://nationalmap.gov.au/renewables/）集成的信息。

　　目前，中國(guó)的大部分風(fēng)電項(xiàng)目都是業(yè)主新建變電站接入高電壓等級(jí)的地區(qū)電網(wǎng)，或者提前與電網(wǎng)一同確認(rèn)變電站與線路的容量問(wèn)題。接入端的配網(wǎng)阻塞問(wèn)題造成的部分時(shí)段棄風(fēng)可能存在，但這絕不是全國(guó)普遍的情況。這個(gè)問(wèn)題在很大程度上已經(jīng)解決，也無(wú)法解釋如此高的棄風(fēng)程度。

　　邏輯

　　協(xié)調(diào)與否需要明確的定義與參考系。“協(xié)調(diào)”這個(gè)詞缺乏明確的參考系，含義是不明確的。1000 萬(wàn)千瓦的風(fēng)電，與何種特點(diǎn)、容量的電力系統(tǒng)是協(xié)調(diào)的？從系統(tǒng)調(diào)度平衡備用容量的角度，1000萬(wàn)千瓦肯定沒(méi)有必要，因?yàn)榭赡?0% 的情況下，風(fēng)電出力都是大幅低于這一水平的，在500 萬(wàn)千瓦以下（取決于風(fēng)資源特性以及風(fēng)電機(jī)組的布局），并且風(fēng)電存在一定程度的保證容量。因此，目前還缺乏明確的參考系，去事先判斷是否協(xié)調(diào)。

　　電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)的話，需要后果（consequence），這是最為關(guān)鍵的，否則無(wú)法形成對(duì)未來(lái)避免這一問(wèn)題的機(jī)制與政策。給定問(wèn)題的存在，問(wèn)題需要也必將產(chǎn)生一系列的后果，以暴露問(wèn)題或者減少問(wèn)題的損失，對(duì)未來(lái)的社會(huì)群體選擇提供清晰的信號(hào)。大幅下降的電價(jià)水平就是過(guò)裝機(jī)、網(wǎng)絡(luò)阻塞地區(qū)的后果之一，發(fā)出了“裝機(jī)過(guò)剩”的信號(hào)。而這種信號(hào)，在我國(guó)是缺乏的。

　　是否需要從網(wǎng)絡(luò)阻塞的角度解決問(wèn)題需要價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)問(wèn)題如果存在，若解決它的成本大于了相應(yīng)的收益，那就不如不解決。造一個(gè)足夠大的電力系統(tǒng)“池子”，擴(kuò)容電網(wǎng)傳輸能力，的確可以消納任意量級(jí)的風(fēng)電，但是這已經(jīng)脫離了現(xiàn)實(shí)的資金、時(shí)間，甚至土地等約束，是充分而非必要的安排。如果有成本更低的解決方案（比如本地火電深度調(diào)峰，大幅跌落的價(jià)格導(dǎo)致擴(kuò)大的本地電力需求等，這是系統(tǒng)成本最小化調(diào)度的必然結(jié)果），那么也不能排除經(jīng)濟(jì)性的比較。作為“解決方案”，需要以最小成本的方式解決問(wèn)題，這是基本的價(jià)值觀。

　　現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施體系風(fēng)電接納潛力是否已經(jīng)耗竭，這是需要首先回答的問(wèn)題。而這一問(wèn)題，由于調(diào)度數(shù)據(jù)的不公開(kāi)透明，是一項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)成一致的問(wèn)題。

　　含義

　　“電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)”的歸因說(shuō)法著實(shí)是一個(gè)中國(guó)特色與中國(guó)特有的概念。它是極其模糊、不完整，并且缺乏確切含義的。就短期而言（比如系統(tǒng)運(yùn)行），似乎與“網(wǎng)絡(luò)阻塞”意義相關(guān)或者相同。網(wǎng)絡(luò)阻塞是有可能存在的，特別是在一些可再生能源布局集中、項(xiàng)目接入不夠分散的地區(qū)。但在現(xiàn)實(shí)的討論中，這往往又是一個(gè)長(zhǎng)期的概念（更多地涉及電源電網(wǎng)容量充足性與新增建設(shè)問(wèn)題，而不是運(yùn)行問(wèn)題）。不協(xié)調(diào)要在系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)意義上存在，在短期，需要明確的后果（比如阻塞地區(qū)供給嚴(yán)重過(guò)剩、電價(jià)大幅跌落）。而在長(zhǎng)期，解決這一“不協(xié)調(diào)”的電網(wǎng)容量問(wèn)題需要明確的成本效益，或者成本有效性為價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)的分析比較，以導(dǎo)出最優(yōu)的解決方案。籠統(tǒng)的“加強(qiáng)協(xié)調(diào)”說(shuō)法，更像是“馬后炮”式地對(duì)存在問(wèn)題的另外一種描述，無(wú)法提供具體行動(dòng)方案。

責(zé)任編輯：lixin

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