揭秘“棄風(fēng)限電”的真相（四）：風(fēng)火發(fā)電為什么要“打捆”外送？

2017-10-19 16:04:20 《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。本期主要探討風(fēng)火打捆外送的問(wèn)題。

　　問(wèn)題

　　在前幾期的專欄文章中，我們提及了解決棄風(fēng)問(wèn)題需要公開透明的調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)；需要在證明現(xiàn)存的本地系統(tǒng)潛力（更精細(xì)的開機(jī)組合計(jì)劃與短期預(yù)測(cè)、煤電最小出力達(dá)到極限）已經(jīng)耗竭的基礎(chǔ)上才有必要考慮新擴(kuò)建傳輸能力；而這種新擴(kuò)建往往意味著巨大的額外成本，其是否合理也同樣需要成本效益分析。我國(guó)有些地區(qū)存在巨大的風(fēng)力發(fā)電（以及光伏）存量，往往超過(guò)其本地最大負(fù)荷，甚至數(shù)倍于本地負(fù)荷。從直覺(jué)上來(lái)說(shuō)，在相當(dāng)多的時(shí)間里，將這些地區(qū)的風(fēng)電傳輸?shù)礁h(yuǎn)、電力價(jià)值更大的地區(qū)（類似水從高處流向低處）應(yīng)該是符合總體經(jīng)濟(jì)效率原則的。

　　要實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的輸送與消納，物理的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施不可少。同時(shí)，由于風(fēng)電出力的間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)，導(dǎo)致它具有非同步的電氣特性，其傳輸具有相比可控電源更大的技術(shù)挑戰(zhàn)。在過(guò)去的幾年，通過(guò)把風(fēng)電與火電“捆綁”，來(lái)實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定傳輸?shù)南敕ū惶崃顺鰜?lái)。本期我們來(lái)談?wù)勥@一所謂的“風(fēng)火打捆”問(wèn)題。這同樣是一個(gè)在國(guó)外找不到，而格外具有中國(guó)特色的概念與范式。

　　事實(shí)

　　風(fēng)火之所以要“打捆”外送，從新聞材料看，主要有宣稱的如下好處：

　　1. 避免長(zhǎng)距離線路上功率頻繁變化，有利于系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，平穩(wěn)運(yùn)行；

　　2. 提高線路利用率，降低輸電成本，從而降低到網(wǎng)電價(jià)。

　　這一打捆的比例問(wèn)題，存在著各種價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)并不明確的選擇。可再生能源的比重越高，往往集合的出力波動(dòng)越大，損失的系統(tǒng)（包括煤電與電網(wǎng)）利用率越大；而可再生能源比重低了，又有違解決可再生能源消納困難的初衷，屬于“跑題式”的解決方案，搭配的火電還有新增投資收益率下降與本地排放污染的額外問(wèn)題，是整個(gè)系統(tǒng)帶給全社會(huì)的非內(nèi)部化的額外損失。

　　相應(yīng)電網(wǎng)傳輸容量的配套，仍舊遵循成本為基礎(chǔ)的測(cè)算，其中存在優(yōu)化選擇的空間。電網(wǎng)傳輸容量過(guò)小，打捆后容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞，限電損失就大；而電網(wǎng)傳輸容量過(guò)大（比如與風(fēng)電以及煤電加總的容量可比），電網(wǎng)本身的投資就顯得過(guò)多。這其中存在著一個(gè)不大不小的最優(yōu)容量問(wèn)題。

　　這種遠(yuǎn)距離傳輸，往往不參與本地的電力供需平衡，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)網(wǎng)的方式進(jìn)行；由于要提高線路利用率，因此，很大程度上也是作為負(fù)荷地區(qū)的基荷，也不隨受端地區(qū)的電力供需形勢(shì)靈活變化。既不參與本地平衡，也不參與受電端波動(dòng)。

　　在目前的實(shí)際操作中，這種長(zhǎng)距離輸電線路的運(yùn)行（特別是直流線路），往往在一年時(shí)間內(nèi)只具有有限的出力調(diào)整，比如冬夏兩種方式、白天黑夜兩種方式。相比于可再生能源與需求的波動(dòng)程度，這種有限的調(diào)整顯然是不能夠及時(shí)體現(xiàn)送、受兩端供需的頻繁變化的。

　　目前，我國(guó)電力系統(tǒng)存在著嚴(yán)重的系統(tǒng)冗余（以最大負(fù)荷與裝機(jī)總量計(jì)，整體超過(guò)30%，東部地區(qū)可能超過(guò)50%），并且系統(tǒng)中長(zhǎng)期存在著煤電過(guò)多、而靈活性發(fā)電過(guò)少的問(wèn)題。解決這些問(wèn)題需要減少對(duì)價(jià)格信號(hào)的扭曲。基于現(xiàn)實(shí)的存量資產(chǎn)，可能存在一定的優(yōu)化空間與“打捆”外送的可能，其判斷的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是形成的電價(jià)的競(jìng)爭(zhēng)力。

　　邏輯

　　從本源上來(lái)看，一個(gè)緊密聯(lián)系的互聯(lián)電力系統(tǒng)，其中存在各種類型的發(fā)電機(jī)組，從煤電、水電、氣電到風(fēng)電、光伏等。這些電源共同在網(wǎng)絡(luò)上匯集，形成電力潮流，滿足各個(gè)地方的負(fù)荷需求。“打捆”是自然存在的、集中式電力系統(tǒng)的默認(rèn)形態(tài)，不需要也往往無(wú)法在直觀上區(qū)分這種打捆具體來(lái)自于何種類型。

　　從經(jīng)濟(jì)價(jià)值而言，電力一旦上了網(wǎng)，就具有同樣的價(jià)值，不需要也不應(yīng)該在經(jīng)濟(jì)價(jià)值上區(qū)分來(lái)源到底是風(fēng)電，還是煤電。現(xiàn)實(shí)中，存在一些對(duì)這些來(lái)源的追蹤，以及“優(yōu)先輸送可再生能源”的提法，給各種電源出力“劃成分”，區(qū)分一般意義上的好壞，這是不符合市場(chǎng)有效率配置資源的一般規(guī)律的。市場(chǎng)是為經(jīng)濟(jì)配置效率而生的，而不是某種特定的電源形式（注1）。

　　我國(guó)出現(xiàn)這種打捆的概念，跟其服務(wù)于特定的遠(yuǎn)距離輸送目的高度相關(guān)。對(duì)于可再生能源而言，本地在某些時(shí)段消納不了，就需要外送。而單獨(dú)外送可再生能源，技術(shù)挑戰(zhàn)與線路利用率低的問(wèn)題都很難解決。因此，有了搭配火電，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)輸出、提高利用率的目的。風(fēng)火打捆的出現(xiàn)，是隨著問(wèn)題的展開一步一步“路徑依賴”（俗稱“釣魚”）形成的。可再生能源形成大量裝機(jī)、系統(tǒng)外送存在技術(shù)性穩(wěn)定問(wèn)題、新建線路、配套煤電電源，每一個(gè)局部改動(dòng)都可能是當(dāng)時(shí)的唯一可行選擇，甚至是局部最優(yōu)，但是整體上的發(fā)展越來(lái)越偏離系統(tǒng)最優(yōu)的軌道。

　　受電地區(qū)存在著諸多的本地電源，包括零成本與低可變成本的電源（比如核電）。在負(fù)荷低谷階段，放著這些電源不用，而用存在可觀輸電成本的外來(lái)電（一般超過(guò)1500 千米，即使?jié)M負(fù)荷運(yùn)行，輸電成本也要0.1 元/ 千瓦時(shí)以上），就是一種整體經(jīng)濟(jì)損失，意味著整個(gè)受電區(qū)的系統(tǒng)成本不是最小化的。從經(jīng)濟(jì)價(jià)值的角度考慮，這種送出完全沒(méi)有實(shí)時(shí)反映出電力應(yīng)有的價(jià)值（避免的成本），也就是隨著負(fù)荷的波動(dòng)而輸送靈活可變的電力。在受電端需求高峰的時(shí)候價(jià)值大，輸送多；在需求低谷的時(shí)候完全缺乏價(jià)值，輸送少，甚至是零。

　　可再生能源的日益增多，未來(lái)的系統(tǒng)無(wú)疑會(huì)是一個(gè)更少基荷、更頻繁爬坡，更多備用的系統(tǒng)，需要日益成為一個(gè)輕資產(chǎn)的靈活系統(tǒng)。大容量的輸電線路，利用率上去了，將是受電地區(qū)運(yùn)行不靈活的主要障礙；而利用率上不去（包括打捆后煤電利用率的下降），其形成的電價(jià)水平也很難有明顯的競(jìng)爭(zhēng)力。要保證其如“設(shè)想”的那樣一條直線實(shí)施（注2），往往需要成為“特權(quán)線路”，成為保證高負(fù)荷率的“政治工程”。在可再生能源越來(lái)越多的背景下，系統(tǒng)的凈負(fù)荷（總負(fù)荷減去可再生能源）已經(jīng)非常有限，并且隨著時(shí)間波動(dòng)更加劇烈，“一條直線運(yùn)行”以及有限的運(yùn)行方式調(diào)整，已經(jīng)距離有效率的資源配置相差太遠(yuǎn)。

　　含義

　　電力的傳輸需要貫徹價(jià)值（避免的成本）最大化的基本經(jīng)濟(jì)原則，靈活使用交流以及直流線路（后者需要額外的技術(shù)設(shè)計(jì)）。煤電與風(fēng)電上了網(wǎng)，提供的將是相同均一的電力服務(wù)（一千瓦時(shí)風(fēng)電與一千瓦時(shí)火電，如果電能質(zhì)量相同，對(duì)于消費(fèi)者無(wú)區(qū)別<注3>），理應(yīng)具有相同的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因?yàn)槠鋪?lái)源的物理區(qū)別就“劃成分”是不符合基本價(jià)值邏輯的。

　　受電地區(qū)不需要遠(yuǎn)距離基荷送電，而僅需要高峰電力。進(jìn)口電量，因?yàn)檩旊姵杀镜目陀^存在，距離遠(yuǎn)到一定程度，肯定不如本地發(fā)。“打捆”的確可以提高線路的利用率，但是這是以送受端系統(tǒng)的更加不靈活，不體現(xiàn)供需變化為代價(jià)的，在整體上是得不償失的。

　　這種所謂的打捆，需要具有更明確的價(jià)值觀，也就是判斷好壞的全局性的標(biāo)準(zhǔn)，特別是考慮需求側(cè)的電力價(jià)值變化，而不僅僅是技術(shù)可行性或者“電線”利用率標(biāo)準(zhǔn)。

　　電力的上網(wǎng)與消納需要貫徹盡量本地化的基本原則，以“網(wǎng)對(duì)網(wǎng)”的方式，更精細(xì)的調(diào)度尺度實(shí)現(xiàn)可再生能源更大范圍、更有效率的消納與利用，包括省際與網(wǎng)際間的電力線路使用（類似歐洲跨國(guó)線路使用的調(diào)度協(xié)作安排），從而形成不斷擴(kuò)大的統(tǒng)一的調(diào)度平衡控制區(qū)（balancearea）。比如，要基于本地平衡基礎(chǔ)上的逐小時(shí)計(jì)劃與地區(qū)間協(xié)調(diào)，而不是像現(xiàn)在這樣——先定不靈活的網(wǎng)間傳輸量（年度計(jì)劃），然后再計(jì)劃本地平衡。這完全反過(guò)來(lái)了，省與地區(qū)間的輸電反而成了“特權(quán)安排”。

　　這種不同時(shí)間尺度調(diào)度計(jì)劃的優(yōu)先級(jí)方式，需要盡快同消除“能源基地”“點(diǎn)對(duì)網(wǎng)”“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”送電一樣，在電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行、政策設(shè)計(jì)中確定替代方案，以促進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行的效率提升，提高可再生能源的接納能力，這很大程度上涉及對(duì)現(xiàn)有調(diào)度體系的效率與可靠問(wèn)題的更好理解。更多與更透明的討論將有助于理清改變的方向與方式，這將是很有現(xiàn)實(shí)意義與價(jià)值的工作。

　　1：必須指出的是，對(duì)于已經(jīng)建成的線路，其存在“不用也是浪費(fèi)”的問(wèn)題，邏輯上與“新建線路”存在本質(zhì)不同。對(duì)于這些已建成的線路，更多地輸送可再生能源，具有減少本地排放污染的額外收益，對(duì)整體的經(jīng)濟(jì)效率具有意義。這是全社會(huì)視角下“多輸送可再生能源”的理由。但是，這一理由不在于可再生電力的本身屬性。

　　2：全年一條直線明顯已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)，不受受電地區(qū)歡迎。現(xiàn)實(shí)執(zhí)行中往往存在冬夏、白天黑夜的區(qū)別。但是這種變動(dòng)相對(duì)于風(fēng)電與需求的波動(dòng)程度，仍舊是有限的。

　　3：必須指出的是，通過(guò)賦予可再生能源消費(fèi)額外的標(biāo)簽，比如可再生能源證書、綠色電力市場(chǎng)等，可再生電力與傳統(tǒng)電力也可能在消費(fèi)端成為兩種有區(qū)分的產(chǎn)品。

責(zé)任編輯：lixin

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