揭秘“棄風限電”的真相（二）：“電源與電網不協調” 構成棄風加劇的原因嗎？

2017-10-19 16:01:47 《風能》雜志　點擊量：評論 (0)

　近幾年，棄風限電問題嚴重困擾著我國風電行業，已經成為制約產業健康持續發展的最大絆腳石，也是我國兌現應對氣候變化國際承諾的巨大障礙，到了非解決不可的地步。但當下，仍有一些專家通過似是而非的技術詮釋

　近幾年，棄風限電問題嚴重困擾著我國風電行業，已經成為制約產業健康持續發展的最大絆腳石，也是我國兌現應對氣候變化國際承諾的巨大障礙，到了非解決不可的地步。但當下，仍有一些專家通過似是而非的技術詮釋來解答棄風問題的根源，認為風電的波動性影響電網的安全穩定運行；在電力需求增長放緩的背景下導致可再生能源限發；“三北”地區電力系統調峰能力嚴重不足是冬季這些地區棄風問題突出的主因；跨省跨區輸電通道不足，難以實現在更大范圍內消納風電……，并據此將解決措施引導向糾纏不清的技術泥沼，一定程度上掩蓋了棄風問題的真正原因。為了更好地理解這些問題，我們特邀專家對上述問題進行深入剖析，揭示棄風限電背后的真相，以系列文章的形式陸續推出。本期主要探討“電源和電網不協調”與棄風加劇的偽相關性。

　　問題

　　嚴重的棄風限電困擾了整個風電行業，而將“電源與電網不協調”作為棄風原因的說法仍具有很大的市場。似乎只要存在足夠大的電網容量，或者基于事后的大規模風電并網暴露的問題，“早知如此，需要限制發展規模”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是目標，哪個是必須不斷提升的基礎設施條件，現有的并網潛力是否已經耗竭，而“協調”到底意味著什么，誰有這種能力以及意愿去做這種“協調”？這其中存在著短期與長期問題的邏輯跳躍，目標與約束的混雜。在第1 期“專欄”文章探討了“需求不旺”一說的基礎上，本文討論“電源和電網不協調”之于棄風問題的理解。

　　事實

　　波動性可再生能源（主要是風電與光伏）進入電力系統，具有三個明顯的系統效應（必須指出，這不涉及好還是不好的價值判斷），程度隨著份額、系統特性的不同而不同。這包括：較低的保證容量；減少的總體系統利用率；過發電（可再生容量出力超過總負荷）（見圖1）。基于系統成本最小化的目標，隨著可再生能源電力的日益增多，未來的系統無疑應該是一個更少基荷、更頻繁爬坡、更多備用的系統。這對未來的發電與電網投資具有很強的含義。除了可再生能源之外的其他電源形式，將只會擁有越來越低的利用水平，以及在更短周期與更少機會內回收固定投資的機會，電力系統需要日益成為一個輕資產的系統。傳統煤電機組與輸電設施，“大”本身都不再是優點，而是影響系統靈活性的巨大缺點。

　　（凈）基荷將越來越少，直至在波動性電源到達一定份額之后徹底消失。這跟中國傳統的基荷思維（運行無頻繁變化、關注電量而不是容量），以及“水多了加面，面多了加水”的行業管理方式存在本質上的沖突。在目前的電力系統調度模式下，機組的完全可控，而不是承諾輸出與實際輸出的差別是一個剛性的要求。即使需求永遠不是一條直線，但似乎目前政府認為只有出力是一條直線才意味著沒有輔助服務。在某個時刻，需求負荷只有10，風電有8，火電有10，那么如果風電優先承擔8，火電就只有承擔2 的可能性與空間。無法調到20%，或調到20% 損失的電量與增加的支出，只應該是火電的“煩惱”，而不是風電的問題。

　　我國各省份棄風率的水平與當地火電發電小時數的關系是一個很有意思的問題。按照理論上的揭示，風電越多的地方，火電機組的利用水平應該更低，具有更少的利用小時數（與歷史以及其他地區相比）以體現系統運行成本最小化（全社會福利最大化）的要求。但是，至少從2015 年我國各省份的火電利用小時數分布來看，這并不是事實，二者之間的關系是非常混雜的。

　　幾個棄風重災區（棄風率高于30%），甘肅的火電利用小時數為3800 小時，遼寧為4300 小時，新疆為4700 小時，內蒙古接近5000 小時。在可再生能源負荷在最大負荷中的占比超過50%，甚至100% 的背景下，傳統火電還能有如此高的利用率，在最小化成本調度的體系中，這是無法想象的。這意味著，還遠遠不到討論電源與電網是否協調（更確切地說，是否短期存在嚴重的網絡阻塞，長期需要擴容）的地步。系統仍然存在相當程度未耗竭的可再生能源發電增長空間，需要的僅僅是系統調度方式的改變。

　　在具體項目接入層面，電源與電網不協調是可能存在的。項目沒有足夠分散的接入系統，造成部分變電站與線路超容，造成配電網絡阻塞，是部分地區風電項目建設與布局的問題，特別是在4.95 萬千瓦項目廣泛存在的時期。過于集中也會對系統運行提出更高的要求，阻礙機組不同出力特性“平滑”效應的發揮（圖3 給出了不同接入方式的集合出力特性）。

　　審批權下放措施極大地釋放了中國可再生能源發展的潛力，屬于基于錯誤的理由，做了正確的事情，否則我們無法想象2015 年中國只有500萬千瓦—1000萬千瓦的風電裝機到底對整個產業意味著什么。但是需要配套政策的跟上，比如提供更詳細的電網線路、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）項目（https://nationalmap.gov.au/renewables/）集成的信息。

　　目前，中國的大部分風電項目都是業主新建變電站接入高電壓等級的地區電網，或者提前與電網一同確認變電站與線路的容量問題。接入端的配網阻塞問題造成的部分時段棄風可能存在，但這絕不是全國普遍的情況。這個問題在很大程度上已經解決，也無法解釋如此高的棄風程度。

　　邏輯

　　協調與否需要明確的定義與參考系。“協調”這個詞缺乏明確的參考系，含義是不明確的。1000 萬千瓦的風電，與何種特點、容量的電力系統是協調的？從系統調度平衡備用容量的角度，1000萬千瓦肯定沒有必要，因為可能90% 的情況下，風電出力都是大幅低于這一水平的，在500 萬千瓦以下（取決于風資源特性以及風電機組的布局），并且風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，去事先判斷是否協調。

　　電源與電網不協調的話，需要后果（consequence），這是最為關鍵的，否則無法形成對未來避免這一問題的機制與政策。給定問題的存在，問題需要也必將產生一系列的后果，以暴露問題或者減少問題的損失，對未來的社會群體選擇提供清晰的信號。大幅下降的電價水平就是過裝機、網絡阻塞地區的后果之一，發出了“裝機過剩”的信號。而這種信號，在我國是缺乏的。

　　是否需要從網絡阻塞的角度解決問題需要價值標準。這個問題如果存在，若解決它的成本大于了相應的收益，那就不如不解決。造一個足夠大的電力系統“池子”，擴容電網傳輸能力，的確可以消納任意量級的風電，但是這已經脫離了現實的資金、時間，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峰，大幅跌落的價格導致擴大的本地電力需求等，這是系統成本最小化調度的必然結果），那么也不能排除經濟性的比較。作為“解決方案”，需要以最小成本的方式解決問題，這是基本的價值觀。

　　現有的基礎設施體系風電接納潛力是否已經耗竭，這是需要首先回答的問題。而這一問題，由于調度數據的不公開透明，是一項遠遠沒有達成一致的問題。

　　含義

　　“電源與電網不協調”的歸因說法著實是一個中國特色與中國特有的概念。它是極其模糊、不完整，并且缺乏確切含義的。就短期而言（比如系統運行），似乎與“網絡阻塞”意義相關或者相同。網絡阻塞是有可能存在的，特別是在一些可再生能源布局集中、項目接入不夠分散的地區。但在現實的討論中，這往往又是一個長期的概念（更多地涉及電源電網容量充足性與新增建設問題，而不是運行問題）。不協調要在系統與經濟意義上存在，在短期，需要明確的后果（比如阻塞地區供給嚴重過剩、電價大幅跌落）。而在長期，解決這一“不協調”的電網容量問題需要明確的成本效益，或者成本有效性為價值標準的分析比較，以導出最優的解決方案。籠統的“加強協調”說法，更像是“馬后炮”式地對存在問題的另外一種描述，無法提供具體行動方案。