中國儲能網(wǎng)訊：
張柏林 吳國棟
甘肅省電力公司電力調(diào)度中心
習近平總書記在中共中央政治局第三十六次集體學習時指出，實現(xiàn)“雙碳”目標要注重處理好政府和市場的關系，要堅持兩手發(fā)力，推動有為政府和有效市場更好結(jié)合，建立健全“雙碳”工作激勵約束機制?！丁笆奈濉笨稍偕茉窗l(fā)展規(guī)劃》規(guī)定：“推動源網(wǎng)荷共擔消納責任，構(gòu)建由電網(wǎng)保障消納、市場化自主消納、分布式發(fā)電交易消納共同組成的多元并網(wǎng)消納機制。”為什么要建立這樣的多元并網(wǎng)消納機制，應該怎么樣處理好政府和市場的關系建立這樣的消納機制，本文將對此進行詳細論述。
01
新能源發(fā)展的新矛盾——保供應與保消納
新能源跨越式發(fā)展是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、實現(xiàn)“雙碳”目標的必由之路。回顧發(fā)展歷程，新能源發(fā)展的主要矛盾也由初期的并網(wǎng)技術(shù)問題，轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)?；l(fā)展后的消納問題，現(xiàn)在又即將轉(zhuǎn)化為保供應保消納及電網(wǎng)安全問題。
以甘肅為例，目前新能源裝機占比達50%，發(fā)電占比達28%，隨著新能源占比的持續(xù)提高，供需雙側(cè)與系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源均呈現(xiàn)高度不確定性，新能源平均同時率（一定時間周期內(nèi)新能源平均出力與裝機的比值）為19%，最大為62%，最小為0.37%。而晚高峰期間，平均同時率為14%，最大為46%，最小為0.37%。電力電量平衡機理將向概率化、多區(qū)域、多主體的源網(wǎng)荷儲協(xié)同的平衡模式轉(zhuǎn)變。
依靠占比不斷下降的常規(guī)電源以及有限的負荷側(cè)調(diào)節(jié)能力難以滿足日內(nèi)平衡需求。以2021年5月4日—5日為例，新能源出力最大波動達到了1338萬千瓦，是當日平均用電負荷的97%、甘肅常規(guī)機組容量的80%，開機安排難度極大。小發(fā)期間電力供應不足和大發(fā)期間消納困難的問題將頻繁交替出現(xiàn)，電力系統(tǒng)保供應和保消納的問題進一步凸顯。
02
短期應對手段——探索新能源合理利用率
對“合理利用率”的定義目前并不統(tǒng)一，尚未有國家公開提出最經(jīng)濟或合理的新能源利用率水平。2011年，丹麥等國家學者已提出新能源“經(jīng)濟棄電”概念，即避免尖峰時刻消納新能源產(chǎn)生的超額成本；2016年，德國研究機構(gòu)指出，若保障2020年完全消納，當?shù)睾Ｉ巷L電發(fā)展成本將提高30%；2019年，美國研究機構(gòu)提出，明尼蘇達州在高新能源滲透率下，適當棄電將比建設儲能節(jié)省10%以上的系統(tǒng)成本。2021年3月30日，國家能源局時任電力司司長黃學農(nóng)在新聞發(fā)布會上回應如何保障新能源消納問題時，提到“要科學制定新能源合理利用率目標”，這是官方首次明確提出“合理利用率”的說法。
總的來看，在高新能源滲透率情況下，合理棄電是經(jīng)濟且必要的。利用率管控目標將影響可接納的新能源發(fā)展規(guī)模、系統(tǒng)靈活資源需求和電力供應成本，設定過高利用率的消納目標既不經(jīng)濟，也將限制新能源發(fā)展規(guī)模。為此，應科學探索新能源合理利用率，并在實踐中加以明確。
從能源供應系統(tǒng)全局出發(fā)，新能源消納水平理論上存在總體最經(jīng)濟的“合理值”。新能源“合理利用率”可定義為：使全社會電力供應成本最低的利用率。新能源發(fā)展規(guī)模隨利用率控制目標降低而增加，電力供應成本則呈“U型曲線”變化，拐點即對應經(jīng)濟性最優(yōu)的新能源規(guī)模和合理利用率。
以甘肅電網(wǎng)為例，2021年甘肅新能源最大出力達到了1433萬千瓦，最小出力僅為11萬千瓦，最大出力是最小出力的130倍，新能源的尖峰出力很大，但持續(xù)時間較短。新能源電量集中在25%—35%同時率之間，如圖2所示。電網(wǎng)消納100%的電量需要1433萬千瓦的消納能力，但消納95%的電量僅需要1107萬千瓦的消納能力，最后5%的電量占用了23%的消納能力。如果追求過高的電網(wǎng)利用率，會極大提高系統(tǒng)的備用率，帶來過高的邊際消納成本，影響整個能源系統(tǒng)經(jīng)濟性。
03
長期應對手段——推進能源體系轉(zhuǎn)型
保供應和保消納是一對辯證統(tǒng)一的矛盾關系。
從矛盾表面特征看，保供應與保消納需求相反。在火電裝機規(guī)模一定的情況下，較大的開機方式或較少的外送將有利于保障電力穩(wěn)定可靠供應，但會擠占新能源發(fā)電空間，加大棄電風險；反之，要保證新能源高水平消納，就需要適當減小火電開機容量或增加外送，減弱保供應能力。
從矛盾形成原因看，保供應、保消納問題主要是由于新能源的波動性、間歇性、季節(jié)性、預測難度大等特點所致。
從矛盾演變趨勢看，新能源成為主體電源是一個由裝機主體到電量主體、再到電力主體、責任主體的演變過程。裝機主體階段特征為裝機占比超過50%，電量主體階段特征為電量占比超過50%，電力主體階段特征為可信出力占比超過50%，責任主體階段即由新能源承擔調(diào)峰調(diào)頻等一系列責任。
不同階段需要不同應對策略和評價標準。裝機主體到電量主體轉(zhuǎn)變階段，主要面對發(fā)展與消納的矛盾，應推動評價指標由利用率向發(fā)電量占比轉(zhuǎn)變；電量主體向電力主體轉(zhuǎn)變階段，主要面對發(fā)展與保供的矛盾，應著力提升系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力；電力主體向責任主體轉(zhuǎn)變階段，主要面對發(fā)展與安全的矛盾，需著力研究新能源應具備的涉網(wǎng)性能。
長期來看，保供應和保消納必將隨著配套新能源發(fā)展的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力大力提升、適應新能源運行特點的市場機制日趨完善健全而最終解決。本質(zhì)上，兩者都是新能源波動性引起的供需矛盾，供大于求引發(fā)保消納問題，供不應求引發(fā)保供應問題，兩者是一個矛盾的兩個方面，是對立統(tǒng)一的。
04
為什么要構(gòu)建多元消納機制
——有為政府+有效市場
“三北”地區(qū)風光資源豐富，發(fā)電利用小時相對高，加上發(fā)電成本的進一步降低，盈利水平相對好，即使在新能源利用率下降預期明確的情況下，業(yè)主發(fā)展新能源的積極性仍然很高。因此，亟需創(chuàng)新思路、依托市場，明確政府應擔責任和市場調(diào)節(jié)范疇，統(tǒng)籌保障性與市場性、存量與增量、整體與局部、短期目標與長期目標，先立后破，開展差異化施策、多元化消納和科學評價的創(chuàng)新實踐，有效化解新能源規(guī)模化發(fā)展的需求和暫時性消納能力不足導致的“量率”矛盾。
《國家能源局關于2021年風電、光伏發(fā)電開發(fā)建設有關事項的通知（國能發(fā)新【2021】25號）》要求各省按完成年度非水權(quán)重所必須的新增并網(wǎng)項目，由電網(wǎng)企業(yè)實行保障性并網(wǎng)，保障性并網(wǎng)范圍外仍有意愿并網(wǎng)的項目，可通過自建、合建共享或購買服務等市場化方式落實并網(wǎng)條件后，由電網(wǎng)企業(yè)予以并網(wǎng)。
從權(quán)責一致看，保障性項目發(fā)電量由政府保障性收購，占用省內(nèi)用電空間，承擔非水可再生能源消納責任權(quán)重的責任，理應由政府和電網(wǎng)公司實現(xiàn)保障性消納；市場化項目自主落實消納條件，業(yè)主更多關注項目的盈利水平而非利用率，這也正是市場機制發(fā)揮調(diào)節(jié)能力的范疇。
舉例來說，按照《關于2021年度全國可再生能源電力發(fā)展監(jiān)測評價結(jié)果的通知》（國能發(fā)新能【2022】82號）：2021年河北風電利用小時為1995小時（利用率95.4%），甘肅酒泉風電利用小時為2153小時（利用率95.4%）。這意味著即使酒泉利用率下降至88%，風電利用小時數(shù)仍然與河北95%利用率下的利用小時持平。2021年利用小時最高的中核玉門平價風電場（利用小時為4173小時），即使利用率降至48%，其利用小時數(shù)也與河北95%利用率下的利用小時持平。
另外，自主落實的消納資源是否能達到預期效果、是否覆蓋項目全生命周期很大程度上由市場主體自我決定，政府或電網(wǎng)公司難以實施有效管控，這些因素導致的利用率下降不應該影響到全省利用率考核。
從橫向比較看，新型電力系統(tǒng)推進過程中，承擔保供職責的火電面臨著發(fā)電量下降的情況，但不存在火電利用率下降的說法。美國加州獨立系統(tǒng)運營商在月度公報中明確將棄電分為經(jīng)濟棄電、阻塞棄電、調(diào)峰棄電三大類分別統(tǒng)計，其中，“經(jīng)濟棄電”不作為電網(wǎng)規(guī)劃的約束條件。同理，市場化新能源項目利用率下降是客觀且必要的，只有經(jīng)過“裝機增加——利用率下降——技術(shù)突破——利用率上升——裝機增加”的螺旋式過程，才能實現(xiàn)新能源由裝機主體向發(fā)電主體的跨越，助力“雙碳”目標實現(xiàn)。
適度棄電還可以促進電化學儲能的規(guī)模化應用。2022年11月8日中電聯(lián)發(fā)布《新能源配儲能運行情況調(diào)研報告》，報告顯示全國新能源配儲利用系數(shù)[1]為6.1%，華北、西北高于其他區(qū)域。儲能利用水平較低的本質(zhì)原因在于全國新能源利用率達到97%，僅3%的棄電可供儲能充電，儲能的利用程度當然提不上去。相對而言，華北、西北棄電較多，儲能利用也較為充分。適度棄電有利于促進儲能的規(guī)?；l(fā)展，進而通過規(guī)模化效應實現(xiàn)儲能成本的下降，形成儲能發(fā)展的良性循環(huán)，這也是螺旋式過程中技術(shù)突破環(huán)節(jié)實現(xiàn)的機理。當然這個機理應該靠市場機制而不是靠行政指令去實現(xiàn)，行政指令不能精準的跟蹤成本、收益等市場因素的變化，選擇新能源利用水平低一點還是儲能利用水平低一點都不合適，但兩者呈蹺蹺板關系，總有一項是低的。
故為進一步落實習總書記的講話和國家的有關要求，促進新能源的高質(zhì)量發(fā)展，應明確政府和市場分工，由政府負責保障性項目的并網(wǎng)消納，市場自主調(diào)節(jié)市場化項目的發(fā)展方向，建立有為政府和有效市場相結(jié)合的多元消納機制。
05
怎樣構(gòu)建多元消納機制——四個階段
解決保供應和保消納問題，是一個在不斷解決舊矛盾、出現(xiàn)新矛盾的循環(huán)中實現(xiàn)量變到質(zhì)變發(fā)展的過程，具有長期性、復雜性、系統(tǒng)性特點，需要堅持發(fā)展的、全面的、系統(tǒng)的原則，構(gòu)建安全高效新能源消納供給體系解決兩方面問題、促進高質(zhì)量發(fā)展。
裝機主體階段，推進傳統(tǒng)能源與新能源動態(tài)優(yōu)化組合。此階段的關鍵是穩(wěn)步推進新能源安全、可靠、經(jīng)濟地替代化石能源。按照“煤炭保能源安全、煤電保電力安全、常規(guī)電源保供應、新能源調(diào)結(jié)構(gòu)”的要求，推動傳統(tǒng)能源與新能源優(yōu)化組合，實現(xiàn)火電更靈活、新能源更優(yōu)質(zhì)，逐步奠定新能源高質(zhì)量發(fā)展的基礎。
新能源的發(fā)電占比不斷提升是實現(xiàn)“雙碳”目標的必由之路，保量才能保發(fā)展，保率才能高質(zhì)量發(fā)展，基于“量率一體”原則設定合理消納目標，建議在總的利用率目標下對分省新能源利用率目標按裝機占比進行差異化分檔管理：裝機占比在25%的設定為100%；裝機在25%-30%之間的設定為99%；裝機在30%-40%的裝機占比每增加一個百分點，設定利用率在99%的基礎上下降0.5個百分點，最低不得低于95%；裝機超過40%的，設定利用率在95%的基礎上，裝機占比每增加1個百分點，利用率下降1個百分點；裝機占比超過50%的，以發(fā)電占比替代利用率指標。
電量主體階段，統(tǒng)籌考慮新能源裝機規(guī)劃與消納目標。應統(tǒng)籌考慮新能源裝機布局、時序、消納，明確新能源發(fā)展的保障性規(guī)模及對應的保障性利用率，政府和電網(wǎng)公司僅負責保障性消納，確保保障性項目利用率達95%以上，在此基礎上最大化消納市場性項目，棄電不納入全網(wǎng)統(tǒng)計，加大市場化方式的消納力度，通過盈利水平等市場因素影響市場主體的選擇，實現(xiàn)裝機時序和布局的優(yōu)化。按照“2030年非化石能源消費比重達到25%”的目標，引導新能源大規(guī)模、高質(zhì)量、跨越式發(fā)展，推動以更能體現(xiàn)“雙碳”目標、更能體現(xiàn)新能源發(fā)展成績、更能表現(xiàn)新能源發(fā)展水平的新能源發(fā)電占比指標替代具有發(fā)展階段性屬性的新能源利用率指標。
電力主體階段，通過市場機制引導電源充裕性及靈活性提升。通過容量市場引導調(diào)峰電源建設，加強火電靈活性改造，鼓勵發(fā)展大規(guī)模、長周期、易調(diào)度的大型儲能電站，保持能源供應適度寬裕。加大獎優(yōu)懲劣力度，引導功率預測準確性提升。完善需求側(cè)市場，培育多元主體，鼓勵負荷聚合商、電車充電樁聚合商參與市場，建立峰谷價差與電力峰谷差高度關聯(lián)的市場體系。
責任主體階段，依托全社會協(xié)同發(fā)力共建新型電力系統(tǒng)。由新能源承擔解決矛盾的主體責任，即由作為主體電源的新能源（含儲能）承擔原常規(guī)電源承擔的調(diào)峰、調(diào)頻、轉(zhuǎn)動慣量等責任；全社會因使用綠電享受環(huán)境改善福利，應承擔一定的消納成本，或提升用電彈性適應新能源波動，做到“成本共擔，利益共享”。
注釋
[1]儲能利用系數(shù)算法的科學性是值得商榷的。按目前儲能利用系數(shù)的算法，儲能一年利用8760小時才能達到100%，對2小時的儲能而言，即使一年365天每天都充放一次，儲能利用系數(shù)也才是17%。
