中國儲能網(wǎng)訊：近年來，我國電力低碳轉型取得了階段性成果，以風、光為代表的可再生能源發(fā)電實現(xiàn)跨越式發(fā)展，為新型電力系統(tǒng)建設打下了良好基礎。
在“雙碳”目標引領下，我國持續(xù)推進新型電力系統(tǒng)建設，但隨著可再生能源高比例并網(wǎng)及多元化資源大規(guī)模接入，系統(tǒng)性風險顯著增大；同時，全球極端氣候事件頻發(fā)，新型電力系統(tǒng)構建面臨多重壓力。
安全成為綠色低碳發(fā)展首要命題
當下，全球氣候變化不斷加劇，以季節(jié)性極端氣溫、區(qū)域性干旱洪澇為代表的極端氣候事件頻發(fā)，導致國內(nèi)外大規(guī)模停電事故屢見不鮮，極端氣候已成為誘發(fā)全球電力安全事故的主要因素之一。
聚焦國內(nèi)，電力安全保障的重要性也同樣被提升到了新高度。在極端氣候風險加劇和新型電力系統(tǒng)資源結構特性變化雙重影響下，安全成為我國電力綠色低碳發(fā)展的重中之重。
“在新能源占比越來越高的新型電力系統(tǒng)下，電力保供形勢與氣候條件的關系越來越密切。因此，開展極端氣候風險與電力保供問題研究是非常必要的?！眹译娋W(wǎng)有限公司三級顧問蔣莉萍指出。
那么應該如何深入理解氣候風險這一關鍵詞？據(jù)介紹，從廣義概念來看，氣候風險是氣候系統(tǒng)變化對自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)造成負面影響的可能性，包括極端天氣、災害性事件等。從電力系統(tǒng)視角來看，氣候風險可以界定為在某地區(qū)出現(xiàn)的歷史上較為罕見、發(fā)生概率逐漸上升、引發(fā)電力供需嚴重失衡的高溫、極寒、暴雨、干旱等極端天氣狀況。
據(jù)了解，當前，我國電力系統(tǒng)面臨多重氣候風險?？稍偕茉窗l(fā)電出力受風速、光照、溫度和水文等氣象因素的影響，呈現(xiàn)弱可靠性；終端用戶的溫控負荷對氣溫變化非常敏感，已成為抬高全年最大用電負荷的主要因素；氣候風險的不確定性影響在新型電力系統(tǒng)源、荷兩側疊加表現(xiàn)出強耦合作用的特點，進一步造成電力供需失衡。
“區(qū)域性高溫干旱、大范圍寒潮、霧霾、沙塵、臺風、暴雨等極端天氣事件通過影響可再生能源發(fā)電出力，破壞能源基礎設施，進而影響能源電力安全?！眹覛夂蛑行母毖芯繂T王陽認為，當下極為關鍵的是要通過研究提升對風、光、水等可再生能源發(fā)電規(guī)律性的認識。
“極端天氣頻發(fā)對于能源系統(tǒng)、電力系統(tǒng)影響非常顯著?！弊匀毁Y源保護協(xié)會（NRDC）清潔電力高級顧問王萬興表示，國家提出建設新型電力系統(tǒng)，要求是清潔低碳、安全高效。隨著供需發(fā)生變化，電力保供被提到了非常重要的位置，因此我們亟須對氣候風險和電力保供開展深入研究。
“在保障能源安全的前提下，逐步實現(xiàn)新能源的替代和傳統(tǒng)化石能源比重的降低，是我們面臨的重大課題。”自然資源保護協(xié)會（NRDC）北京代表處首席代表張潔清指出，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，需要打破傳統(tǒng)的能源不可能三角，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、低碳。
極端氣候對用電負荷、新能源出力產(chǎn)生綜合性影響
數(shù)據(jù)顯示，入夏以來全國日調度發(fā)電量三創(chuàng)歷史新高，最高達到301.71億千瓦時，較去年峰值高出15.11億千瓦時；全國最高用電負荷兩創(chuàng)歷史新高，最高達到13.39億千瓦，較去年峰值高出4950萬千瓦。分地區(qū)看，華北、華東、南方、西北4個區(qū)域電網(wǎng)以及浙江、福建、廣東等14個省級電網(wǎng)最高用電負荷創(chuàng)歷史新高累計達50多次。
“氣溫與電力負荷之間存在密切的相關性，尤其是高溫或嚴寒天氣會導致空調、采暖等設備用電負荷明顯上漲，且區(qū)別于正常天氣時的日間用電高峰狀況，極端氣溫期間用電高峰更加符合民生用電的習慣?！薄犊紤]氣候風險的電力系統(tǒng)保供能力提升路徑與機制研究》（以下簡稱“報告”）如是指出。
“我國電力需求增長重心由二產(chǎn)高耗能行業(yè)向三產(chǎn)和居民用電轉移，對氣溫的敏感度加強。”華北電力大學（保定）經(jīng)濟管理系講師張浩楠稱，目前用電負荷曲線呈現(xiàn)尖峰短時化、雙峰常態(tài)化、季節(jié)波動性的特點，電力系統(tǒng)平衡難度加大。
針對極端氣候帶來的負荷波動和尖峰化等問題，進行“源荷—氣候”相關性分析尤為重要，將為新型電力系統(tǒng)的建設提供科學依據(jù)，以適應極端氣候風險，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
此外，相較于煤電、氣電等傳統(tǒng)可控電源，極端氣候對“靠天吃飯”的可再生能源發(fā)電出力的影響更加顯著。
報告認為，風電機組的出力特性與風速密切相關，而風速受天氣影響很大。光伏發(fā)電機組出力主要由光照強度決定，而光照強度與天氣的陰晴和溫度有密切關系。氣候變化造成流域降水減少、蒸發(fā)增加以及冰川消退等使得徑流枯竭，直接減少水電可用的徑流資源；極端氣象氣候事件增多，加劇了徑流資源分布的不均衡，使得洪峰棄水和枯期缺水狀況嚴重，影響水電發(fā)電出力、設施安全及供電保證率。
“極端氣候對供給側的影響主要體現(xiàn)在水、風、光等可再生能源?！睆埡崎榻B，溫度、風速、光照強度和水文條件等氣候因素通常會關聯(lián)出現(xiàn)，如極高溫天氣往往伴隨少風或無風、強光照和干旱，極低溫往往伴隨低光照（陰雨或暴雪）等，對可再生能源發(fā)電會產(chǎn)生綜合性影響。
此次報告選取了以高比例可再生能源為主的電力送端大省青海，以及以火電為主的電力受端大省廣東作為典型案例。通過量化青海極寒與廣東高溫的氣候場景，模擬兩地2025年電力系統(tǒng)的安全保供運行特性，從經(jīng)濟性的角度探討了電力保供組合方案。
報告顯示，在以極寒和高溫為核心特征的氣候場景下，將出現(xiàn)用電負荷大幅上漲、電源總體供電能力下降的現(xiàn)象，超出了電力系統(tǒng)的常態(tài)化保供能力范圍。在不考慮需求側管理措施和應急調整輸電計劃的情況下，青海和廣東的電力缺口可分別達到全網(wǎng)最大負荷的40%和10%以上。
在氣候風險沖擊下，可再生能源為主的電力系統(tǒng)主要面臨長時間的資源充裕度不足和靈活性不足的問題，火電為主的電力系統(tǒng)主要面臨的是負荷尖峰時段資源充裕度不足的問題。各地區(qū)需要按照電力供需緊張形勢和資源條件制定針對性方案，把調動需求側資源、釋放可調節(jié)負荷潛力作為實現(xiàn)電力系統(tǒng)供需平衡的關鍵優(yōu)先選項。
適應氣候風險關鍵在于統(tǒng)籌源網(wǎng)荷儲多環(huán)節(jié)資源
“當前我國正處于新型電力系統(tǒng)的加速轉型期，首先要明確的是，在無法改變外部性環(huán)境特征的情況下，‘適應’而非‘對抗’氣候風險是新型電力系統(tǒng)安全保供的基本理念?！睆埡崎J為。
簡而言之，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的火電占比高，依靠自身的穩(wěn)定可靠、風險抗性高的優(yōu)勢，應對外部性氣候風險的不可抗力通常采取“抵御”的措施。相比之下，新型電力系統(tǒng)的源、荷兩側的氣候敏感性和脆弱性特征逐漸顯現(xiàn)，物理意義上的“抵御”能力明顯不足，其應對策略需轉向“適應”氣候風險。
“電力系統(tǒng)在應對災害性氣候方面應加強事后重建能力，而在應對極端氣候方面需要調整電力行業(yè)的生產(chǎn)方式，提升系統(tǒng)的適應能力，發(fā)展可再生能源，并開發(fā)調節(jié)性資源?！敝须娐?lián)計劃財務部計劃處處長張衛(wèi)東認為，電力系統(tǒng)非常復雜，從某些角度看是非常脆弱的系統(tǒng)。在“雙碳”目標背景下，電力系統(tǒng)將成為能源系統(tǒng)的基礎和樞紐。
據(jù)介紹，新型電力系統(tǒng)適應氣候風險的關鍵基礎是統(tǒng)籌源網(wǎng)荷儲多環(huán)節(jié)資源，發(fā)揮各自長處、補足相應短板、形成氣候場景保供合力，兼顧低碳減排和安全保供需求，探索符合新型電力系統(tǒng)發(fā)展理念的氣候風險適應性轉型路徑，經(jīng)濟合理地調動電力系統(tǒng)供需兩側資源的保供能力，在社會經(jīng)濟可承受范圍內(nèi)解決時段性、區(qū)域性的供需失衡問題。
“在我國可再生能源將成為主體電源的背景下，建立氣候韌性的電力系統(tǒng)，需要在規(guī)劃建設新型能源體系的總體架構下，依靠源網(wǎng)荷儲縱向協(xié)同以及與其他用能系統(tǒng)的橫向協(xié)同?！笔Y莉萍表示。
報告認為，重視多類型調節(jié)資源的組合發(fā)展，通過靈活火電、儲能、虛擬電廠等的協(xié)同部署，低成本、高效率地提升新型電力系統(tǒng)保供能力。加快建設分鐘級快速響應資源、小時級深度可控資源和長時級備用供應資源三個服務時長區(qū)間等級的保供調節(jié)資源架構。氣候風險沖擊下，保障電力安全的分鐘級快速響應可以由抽水蓄能、電化學儲能、自動發(fā)電控制（AGC）機組等來滿足，小時級深度可控的響應資源包括靈活火電、可調節(jié)水電、光熱、跨省跨區(qū)電力、虛擬電廠、需求響應中的非必需用電（如大工業(yè)用戶停產(chǎn)限產(chǎn)）等，而長時的應急備用資源的可選項主要有備用火電、氫氣儲能、跨區(qū)電力（從未受極端天氣影響的地區(qū)輸送的電力）等。
極端氣候場景下，可再生能源有效出力被大幅削減，電力系統(tǒng)普遍面臨結構性缺電挑戰(zhàn)。這種情況下，可再生能源如何在新型電力系統(tǒng)建設中發(fā)揮電力保供的主體責任？
蔣莉萍指出，就提升可再生能源發(fā)電的保供能力而言，一是需要提升其發(fā)電出力的可預測性和可調度性；二是要加強對項目發(fā)展與建設的科學合理布局；三是要結合氣候方面的研究，更準確地把握各種時間尺度下的風光出力特性、規(guī)律，并納入國家預警預報體系，通過建立更好的協(xié)同機制，發(fā)揮可再生能源的保供作用。
“在電源側，通過風光水儲一體化提升可再生能源的保供能力，提供較為穩(wěn)定的出力曲線；在需求側，挖掘多樣化的用能主體在冷熱電一體化方面的潛力，平緩負荷曲線并提升靈活調節(jié)能力?！弊匀毁Y源保護協(xié)會（NRDC）清潔電力項目副主任劉明明認為，此外，源網(wǎng)荷儲一體化、擴大資源配置范圍、實現(xiàn)跨區(qū)域協(xié)同等手段，都是待挖掘和實踐的有效保供路徑。
對此，報告建議，在西部地區(qū)，以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點的大型風光基地仍將是新能源開發(fā)的主要形式，需完善配套清潔高效煤電和特高壓輸變電線路建設，提升新能源外送消納能力，強化區(qū)域電力互濟的能力。同時要提升新能源發(fā)電的可調性和可控性，通過提高預測精度、配置儲能、聯(lián)合調度運行等手段，輸出較為穩(wěn)定的電力流，提升新能源的“等效”可靠性。在東部南部沿海地區(qū)，推進海上新能源和分布式電源發(fā)展，實現(xiàn)“發(fā)電于民”“藏電于民”，以提高負荷側自身發(fā)用電韌性的方式，形成點狀支撐網(wǎng)絡來提升電力可靠供應能力。作為電力主體之一，分布式電源要承擔相應的系統(tǒng)平衡責任，完善配電網(wǎng)建設付費大電網(wǎng)平衡服務，建設配套儲能抵消對電網(wǎng)調度壓力的弊端、同時反向貢獻系統(tǒng)調節(jié)服務，塑造雙贏格局。
市場機制是電力安全保供不可或缺的一環(huán)
談及電力安全保供，市場機制同樣是不可或缺的關鍵一環(huán)。
“電力市場發(fā)揮保供作用的核心是‘價格’體系，依靠經(jīng)濟激勵來調動源網(wǎng)荷儲資源的保供積極性?！睆埡崎硎?。
記者了解到，目前我國電力市場保供體系是圍繞價格展開的“雙層四極”架構，其中，現(xiàn)貨電能量市場的分時電價是體系的基礎和核心，實現(xiàn)第一層級的保供工作；從輔助服務、容量、需求側和省間互濟4個角度進行機制延伸和完善，在第二層級補足現(xiàn)貨價格在引導保供資源方面的短板，發(fā)揮市場價格工具和兜底保供電價在氣候風險沖擊下的資源引導作用。
報告顯示，新型電力系統(tǒng)安全保供市場機制設計要以電能量市場為基礎，逐步完善輔助服務市場、容量市場、需求側市場和省間電力交易市場的價格機制、保供服務品種、市場范圍等內(nèi)容，從短期平衡、長期充裕度、保供壓力削減、應急資源調度4個方面，以經(jīng)濟可行的方式提升電力系統(tǒng)在氣候風險場景下的快速響應、容量備用、分級切負荷、外來支援電力等保供能力。
張浩楠認為，現(xiàn)貨電能量市場、輔助服務市場、容量機制、需求響應機制、省間應急電力交易機制的銜接與協(xié)同，對各類電力資源供需平衡貢獻進行有效定位和合理定價，發(fā)揮市場價格工具和兜底保供電價在極端氣候風險沖擊下的資源引導作用。
根據(jù)我國電力市場架構內(nèi)在邏輯，不難看出，從短期視角來看，“能漲能跌”的現(xiàn)貨電能量價格是引導電力資源調節(jié)供需狀況的首要工具，可以實現(xiàn)電力保供的第一階段工作。
此外，記者了解到，在現(xiàn)貨市場價格信號變化的過程中，輔助服務市場的合理定價要能夠反映電力供需狀況發(fā)生巨大變化時為維持大電網(wǎng)穩(wěn)定而提供的靈活調節(jié)服務的價值，引導存量資源提升靈活性、激勵靈活性增量資源進入市場，使得電力系統(tǒng)能夠順利過渡到新的供需平衡階段；容量機制則是作為反映電力資源可靠性價值的有效工具，可以彌補短期內(nèi)現(xiàn)貨市場邊際價格出清不能覆蓋機組固定成本的缺陷，激勵可靠電力資源在供需緊張時提供有效容量支撐；負荷分級響應價格補償機制是在現(xiàn)貨市場分時電價達到上限、仍有電力缺口的情況下發(fā)揮保供激勵作用；在開發(fā)本地保供資源之外，可以發(fā)揮我國能源電力網(wǎng)絡的大范圍配置資源的優(yōu)勢，利用省間電力交易的價格信號尋求電力支援，其關鍵在于送受兩端保供資源的匹配度和電價差水平。
對此報告建議，協(xié)調電力保供的配套政策與多元機制體系，形成適配新型電力系統(tǒng)運行特性的規(guī)劃—市場—應急協(xié)同機制。以提升新型電力系統(tǒng)氣候適應性為導向，加快輔助服務機制完善，激發(fā)電力資源的靈活調節(jié)潛力和多元化部署規(guī)模；出臺專門的氣候風險電力保供短期補貼扶持和貸款支持政策，結合容量補償、需求響應激勵、省間應急電力交易等市場化手段，引導電力資源的保供積極性；完善分布式發(fā)電市場化機制，鼓勵負荷側資源“自給自足、分擔風險”；按照“市場調動、行政保底”的策略，完善事前、事中和事后的快速響應、應急搶險、恢復重建等全方位處置方案。
解讀國家最新發(fā)布的《關于深化電力體制改革加快構建新型電力系統(tǒng)的指導意見》，蔣莉萍認為，當前深化電力體制改革的關鍵點聚焦在4個方面：構建技術中性、多元、充分體現(xiàn)價值貢獻的電力市場機制；形成廣泛參與、充分競爭的市場格局；建立市場行為受嚴格監(jiān)管的電力市場環(huán)境；明確主體保供責任，并通過行業(yè)管理規(guī)則進行規(guī)范。
