平价上网后可再生能源发展的五大关注点
发布日期：2019/10/10
近年来，在国家产业政策支持下，我国风电、光伏发电产业实现了快速规模化发展，取得了显著的成绩。我国风电累计装机规模已连续八年位居全球第一，光伏发电连续三年位居全球第一，培育了一批全球领先的风电、光伏制造企业，形成了完整的、具有国际竞争力的风电、光伏产业链。以风电、光伏发电为代表的可再生能源逐渐显现出从替代电源向主流电源发展的喜人态势。
截至2018年底，中国风电装机容量1.84亿千瓦、光伏发电装机容量1.74千瓦，占全国发电装机规模的19%。在装机容量快速增长的同时，按照《可再生能源发展“十三五”规划》及其相关文件要求，到2020年实现风电、光伏平价上网工作稳步推进。部分观点认为平价上网后，风电、光伏自身在经济上基本摆脱了依靠补贴发展的枷锁，就能一路高歌，真正成为主力电源。
理想是丰满的，但是必须注意到，平价上网只完成了可再生能源继续发展的第一步，因为可再生能源生产的电能，并不能像煤电等可调节电源生产的电能一样，可以接受电力调度机构的指挥。因此，可再生能源的未来还需要考虑和回答以下问题。
问题一：可再生能源运行特性与电力系统运行特性有什么不吻合？
对于国民经济来说，电力系统最基本的要求就是安全、可靠的连续供应电能，也就是对于电力系统来说安全可靠是最大的红利。正因为如此，电力系统依靠电力调度机构采用半军事化管理维护稳定运行。
偏偏靠天吃饭的可再生能源天生“爱自由”，不能连续稳定供电是可再生能源与生俱来的天赋，即使建有龙头水库的水电，也不能摆脱来水极枯造成发电出力下降的可能。
当然，随着可再生能源预测技术的进步，可再生能源的预测越来越准确，这个问题能够得到一定程度地解决，但是可再生能源靠天吃饭的一次动力注定了，问题在现有的技术经济条件下，无法彻底解决。
另外，随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，电力用户承受停电的能力和心理预期不断下降，换一句话说，就是电力用户不接受规模较大的意外停电。
两方面的此消彼长，造成可再生能源的运行特性相对电力系统的稳定运行确实是个不友好的短板，相对电力用户高质量用电的期望是个不友好的短板，大量接纳存在弱点的可再生能源，电力系统必然就要付出额外成本。
问题二：煤电等可调节机组为可再生能源提供了什么服务？
煤电等可调节机组为可再生能源提供了调峰和兜底服务，这是业内的共识。严格说煤电等可调节机组为电力系统提供了调节服务，最终为用户的连续可靠用电提供了调节服务。调峰是计划体制下特有的辅助服务，本文不再赘述。
需要指出的是可再生能源，特别是风电、光伏等非水可再生能源的最大出力时段，往往并非出现在负荷低谷时段，所以调峰并不是风光等可再生能源最需要煤电等可调节机组提供的辅助服务。
风电、光伏等可再生能源最为需要的是煤电等可调节机组提供的快速爬坡服务和容量备用服务，水电等可再生能源最需要的是煤电等可调节机组提供的季节性容量备用（拥有多年调节水库的水电站需要的是来水极枯年的容量备用）。
容量备用服务容易理解，即可再生能源往往具有季节性和波动性，在可再生能源出力降低，不能满足用电需要的时期，依靠煤电等可调节机组提供用户所需电能。通俗地讲，快速爬坡服务是指煤电等可调节机组处于热备用状态下，能够以较高的速度增加出力，用以填补可再生能源间歇性出力期间造成的用电缺口。
国外煤电等可调节机组的灵活性改造主要方向之一，就是提升可调节机组增减出力的速度，用以冲抵可再生能源突然失去出力（无论可再生能源预测技术如何进步，可再生能源出力预测的精度也不会是百分之百）对系统的影响。实际上，可再生能源穿透率达到一定水平后，每增加一个百分点，对电力系统快速爬坡能力的要求都是质的变化。
在目前的技术经济条件下，依靠可调节机组提供快速爬坡服务是有一定物理限制的，近期蒙西地区出现个别时段限电情况，很重要的原因是为了尽可能的消纳风电（内蒙风电穿透率较高，光伏比例较高地区情况类似），在确定开机组合的过程中，提高了对风电预测的可信度，将风电预测进行一定折扣即计入系统最大出力，用以尽力减少煤电等可调节电源的开机，减少煤电等可调节电源稳燃负荷对风电消纳的不利影响。
这样做的风险就是当风电突然减小出力达到一定规模的时候，热备用状态的可调节机组提供的向上爬坡服务总量不能填补风电出力减少形成的出力缺额，结果造成对大工业用户的限电，损害了大工业用户的经济利益。
问题三：系统的辅助服务应该谁来付费？
当弄清了可再生能源的出力特点对电力系统的稳定运行具有一定负面影响，需要煤电等可调节机组予以弥补后，那么这些电力系统的快速爬坡和容量备用服务应该由谁来付费呢？很多专家依据“谁受益、谁承担”的逻辑，直接得出应当由可再生能源承担，这是不合理的。
一方面，尽管可再生能源间接地造成了电力系统需要煤电等可调节机组提供快速爬坡和容量备用服务，但毕竟可再生能源是电力的生产者，自身并不直接需要快速爬坡和容量备用服务，要求其付费没道理。
另一方面，很大比例的存量可再生能源仍然需要额外财政补贴，用财政补贴来支付辅助服务费用，违反了补贴制度设计的初衷。实际上打破“围墙内思维”会发现，可再生能源最终是为电力用户提供电能资源，使用可再生能源发电、最终享受蓝天白云的是全体用户，那么可再生能源以及系统产生的一切成本最终必然是电力用户买单，即享受良好环境的用户不能回避由此付出的额外成本。
因此，煤电等可调节机组提供的快速爬坡服务和容量备用服务，既不应该由煤电等可调节机组无偿提供，也不应该由可再生能源承担，应当由电力用户承担，这才是真正的受益者承担机制。
问题四：煤电等可调节机组提供服务价值如何衡量？
谈到电力用户应当为电力系统增加的快速爬坡和容量备用服务付费，那么要付多少呢？似乎这个问题很难量化，同时，风电、光伏等可再生能源在过去的十几年里蓬勃发展，装机增长了几十倍，也没有见到电力用户的电价快速上涨，这个成本又似乎是不存在的。
对于前者，我们也许可以用一个替代计算的方式，风电、光伏等可再生能源配备电化学储能即可实现与煤电等可调节机组同样的电能质量——接受电力调度机构的指挥，那么这样环境下的成本是多少呢？目前，较为经济的电化学储能存放一度电的成本是0.5元，也就是说风电、光伏等可再生能源生产的电能只要增加0.5元/度的成本，就能和煤电等可调节机组生产的电能完全相同。
考虑各地风电、光伏等可再生能源的出力特性与当地负荷的匹配程度，以及大电网覆盖范围内各地用电负荷波动的相互平抑能力，0.5元/度是一个较高的上限值，本文仅为示意。
通过市场化的竞争方式，调节服务的成本能够大大降低，但是较高的调节服务回报又能够增加系统的调节服务能力，为接纳更多的可再生能源提供物理手段。
0.5元/度也就可以近似为煤电等可调节电源，以其燃料存储变化量作为储能设施替代电化学储能的可类比成本，即煤电等可调节机组提供的调节服务实际上相当于可再生能源装备的电化学储能装置提供的存储服务。
对于后者，也不难解释，先前风电、光伏装机容量过低，没有在电量空间造成较大影响，消耗的辅助服务总量不大，但是近年来以上情况发生了较大变化，某种意义上说煤电机组的大面积亏损，其实就是这个类比的“电化学储能”存放服务，没有收到相应的费用，煤电等可调节机组无偿承担了大部分该类成本。即电力用户在享受可再生能源快速发展的同时，并未支付相应上升的调节服务成本。
问题五：为什么平价上网的可再生能源仍然可能带动销售电价水平上涨？
国内的电力行业自身也没做好可再生能源穿透率快速提高的准备，业内大部分专家仍然将煤电等可调节电源面临的困难主要归咎于利用小时数下降和市场化交易电价下降。
其实，煤电等可调节机组的利用小时未来不但不会回到计划核价的5000小时以上，反而会进一步快速下降。但是由于可再生能源与生俱来的运行特性，造成煤电等可调节电源虽然利用小时快速下降，但不意味着煤电等可调节电源的存量会快速下降，反而意味着煤电等可调节电源在利用小时快速下降的同时，要加强改造，提高机组的健康程度，为可再生能源提供快速爬坡和容量备用服务。
既然在可预见的未来可再生能源不能离开煤电等可调节机组，单独为电力用户供电，那么煤电不但不能“哀伤地退出”，还要“有尊严”健康地活着，自然电力用户要支付的成本就会上升。
做个简单的测算，原来1.2千瓦的煤电等可调节机组就能为1千瓦的用户供电（按用户完全不允许因机组原因停电考虑，同时由于煤机等调节机组大部分时间不需要启动），当进入主要以可再生能源为主为用户供电则需要1.2千瓦的可再生能源加上1千瓦的煤电等可调节机组（用户也可能考虑配备储能设施，则不需考虑1千瓦的煤电等可调节机组，技术经济比较可能需要因储能设施的造价与安全性另行比较），才能对应1千瓦的用户供电，按照这个思路即使可再生能源能够平价上网，平时不开机的1千瓦煤电等可调节机组的容量费用，也要用户支付，电力用户支付的用电费用自然呈上涨趋势。
可再生能源发展的全球典范德国，也曾经是我国非水可再生能源发展的样板，但也仅实现了35%的可再生能源电力上网。近期，德国经济和能源部长已经在哀叹，高昂的电价使数十万家公司遭受较大压力，在能源转型的同时，要保证电价在可接受的范围。
根据上面五个问题的初步答案，不难得出结论：可再生能源的运行特性对电力系统安全可靠连续供电有一定负面影响，电力系统需要增加煤电等可调节电源的快速爬坡能力，以及可再生能源需要的容量备用，由此形成的费用应当由享受了清洁电力的电力用户承担，但是随着利用小时数下降，为避免煤电等调节机组“要饭为系统扛枪”影响可再生能源上网的局面出现，电力用户承担的“感受电价”会随着可再生能源穿透率的上升而上升。
由于可再生能源成本不断下降和电力现货市场的建设（引发调节服务的竞争，从而降低调节服务的价格），这种上升曲线的斜率应当小于穿透率上升曲线的斜率。为可再生能源提供快速爬坡和容量备用服务的煤电等可调节机组的利用小时会大幅下降，但是仍然需要健康地存活，并且应当自信地享受“小康生活”，直至电化学储能等技术的成本取得“革命性”下降后，退出电力工业的舞台，被新技术淘汰，在此之前仍然是电力系统安全稳定运行的基石。
上面的初步分析，实际上提出了一个新的问题，事关即将开始的“十四五”规划。未来的电力规划，应当在过去规划的边界条件基础上，不仅仅只是考虑电力系统能否承受可再生能源穿透率的提高，还要测算可再生能源穿透率进一步提高会带来用户电价的变化。
必须考虑这些变化对于未来五年我国国民经济会有怎样的影响，如果不进行这类测算，就有可能造成大量的可再生能源项目，由于电力用户无法承受电价而无人购买；当然也可能出现，煤电等可调节机组快速爬坡和容量备用服务仍如今日一般无法获得合理的补偿，造成电力系统调节能力下降，无法消纳这部分新增的可再生能源电量。
由此看来，可再生能源平价上网只是拉开了用能清洁化的大幕，未来仍有很多不确定性。发电机组的灵活性改造，也必须调整方向，辅助服务补偿机制应尽快将快速爬坡列为辅助服务品种，其费用应当尽快转为用户承担，同时加快容量补偿机制建设，使煤电等调节机组共享发展的红利，更好地“为系统扛枪站岗”。相信办法总比问题多，未来的五年，煤电等调节性机组一定能够与可再生能源在发展中和谐共处，共享社会经济的红利。
来源：能源杂志 作者:谷峰
