論壇｜電力供需協同助力能源安全保障
來源：中能傳媒研究院 時間：2024-02-29 18:29
張藝涵 劉軍會 謝安邦
能源保障和安全事關國計民生，是須臾不可忽視的“國之大者”。當前全國電力供需形勢總體緊平衡，河南作為農業大省、人口大省，荷側非工占比高、氣象依賴強、高峰時間長，源側常規電源建設趨緩、新能源超常規發展、外電引入競爭加劇，電力供需呈現“雙側概率化、平衡潮汐式”特征，高峰保供難與低谷調節難并存，缺電與棄電風險并存。為統籌做好新時期能源電力安全保供和綠色轉型，本文結合河南實際，深層次分析“安全、綠色、經濟”三者的自恰關系，總結凝練“政策補位、機制進位”促進供需協同的河南實踐，提出通過“經濟手段、市場方式”打牢保供與轉型基礎的有關建議，助力新型能源體系、新型電力系統建設向縱深推進。
一、全力做好能源電力保障，需處理好“安全、綠色、經濟”三者的自恰關系
做好能源電力保障、推進電力供需協同，要以安全充裕為基本前提、清潔低碳為核心目標、經濟高效為持續之基，探尋新的供需協同模式，統籌處理好三者的自恰關系。
（一）保障電力系統安全充裕需統籌保供和轉型
用電負荷特性發生“兩個轉變”，電力保供難度持續加大。一是高峰負荷結構由工業負荷為主向降溫負荷轉變。近年來隨著產業結構調整、電解鋁等高耗能企業產能外遷、居民降溫取暖負荷增長，用電負荷結構顯著變化。以河南為例，夏季用電高峰時段，第二產業用電負荷占比在30%上下波動，居民用電負荷占比穩定在50%左右；全省降溫負荷占同時刻用電負荷比重接近50%，其中居民降溫負荷占比超六成。二是凈負荷曲線特性由雙峰向鴨形曲線轉變。近年來分布式光伏規模化發展，尤其是山東、河南等農業農村大省，充分發揮農村地域廣闊、屋頂資源豐富的優勢，把加快屋頂光伏開發作為破解資源稟賦約束、優化能源結構的重要舉措，分布式光伏發電裝機呈現加速發展態勢，午間光伏大發導致凈負荷曲線已由雙峰曲線向鴨形曲線過渡。居民及降溫負荷占比提升疊加晚間新能源出力下降，加大晚峰保供壓力。
新能源發展存在“兩個不協同”，就地就近保供作用有限。一是時序上不協同，無法實時匹配用電需求。新能源發電具有明顯的季節特征和日內特性，夏季晴熱天氣造成風電出力整體低于其他季節、光伏出力處于全年較高水平，負荷高峰時刻新能源“發不出、頂不上”現象較為嚴重。以河南為例，夏季午高峰時段風電出力保證率1.5%、光伏30.5%，晚高峰時段風電出力保證率8.5%，夏季晚高峰新能源平均出力較午高峰低近80%，新能源反調峰特性突出。二是空間上不協同，城鄉源荷逆向分布。河南農村屋頂資源豐富，分布式光伏發展潛力巨大，在資源、資本、政策三方驅動下，2019年以來連年翻番增長，帶動新增裝機保持全國第一位、裝機總量躍升至全國第二位。分布式光伏近九成通過低壓接入，戶均裝機約25千瓦，為農村用電需求的10倍左右。受風光出力不確定性影響，疊加農村電網調節資源匱乏，時段性過剩需層層上送至城市用電負荷中心逐級消納。
（二）提升系統靈活調節能力需兼顧安全和效率
市場缺位帶來系統公平調節問題。按照現行政策，分布式光伏發電基本不參與系統調峰和輔助服務分攤，主要依靠常規電源和集中式新能源場站承擔調節任務，嚴重擠壓其生存空間、降低利用效率。以河南為例，分布式光伏發展節奏超常規，造成潮流反向重過載突出，引起千余起配電設備故障，今年春季曾上翻至特高壓電網。統調火電平均利用小時數近兩年連續保持3600小時低位，大幅低于全國平均水平。新能源消納極端困難時段，集中式光伏全停為分布式光伏發電讓路現象頻發。入豫直流春秋季小負荷期間被迫調減午間功率，省間交易受到影響。與集中式新能源場站相比，分布式光伏不承擔匯流線路、升壓變電站等設施投資，整體投資回報更高，更應與其他電源共同承擔調節義務。
機制堵點造成調節能力建設滯后。新型儲能是電力系統靈活性調節的重要來源，然而由于儲能價格機制不完善、輔助服務市場補償低、容量共享租賃無市場等多方面因素，建成投運規模遠低于規劃預期。經調研發現，盡管獨立儲能項目按照政策要求的火電機組第一檔調峰輔助服務交易價格優先出清，調峰補償價格報價上限0.3元/千瓦時，但實際結算價格不足報價上限一半，部分月份低至四折。新能源大發時段可能出現輔助服務市場全天開啟、充電后長時間不能放出、高價差調用次數無法保障且站內損耗增加的情況。此外，由于獨立儲能容量租賃價格與自建相比不具優勢，存在“租不如建”的情況，儲能電站投資方存在觀望情緒。
（三）實現清潔能源量率協同需考慮消納和經濟性
新能源自身成本下降難以抵償系統消納成本。一方面，新能源具有近零邊際發電成本、設備造價已完成商業迭代下降的優勢，但受“大裝機、小電量、出力隨機”影響，其基建投資規模數倍于傳統電源，調節設施大量增加額外成本，近中期終端電價上揚壓力大，遠期隨著調節設施商業成本的迭代下降，終端電價有望回落。以德國為例，其電力市場規模與國內省級規模相當，從2006年至2019年，隨著風光新能源占比快速攀升，其電價從1.4元/千瓦時攀升至2.3元/千瓦時。另一方面，新能源直供電、分布式市場化交易、源網荷儲一體化等新興業態模式，因缺乏長時儲能支撐決定了其不具備自平衡能力，時刻需要大電網提供調峰、調頻、備用等支撐，加重了電網為滿足其接入、潮流上翻的建設改造成本。
新能源高滲透率情景下合理棄電經濟且必要。從全球范圍看，新能源發電滲透率提高與棄電率上升并存已成為客觀規律。有國際學者認為，新能源電量滲透率臨界點大致在30%~40%之間，臨界值之內棄電率普遍不高，超過臨界值棄電率將顯著提升。為避免尖峰時刻消納新能源產生的超額成本，多國已開展“經濟棄電”，比如美國加州2023年3月份棄光率高達22.3%，幾乎全部為經濟棄電。從河南實際看，新能源發展初期通過占用火電機組調節能力實現快速發展，但隨著裝機進一步增加，火電機組可調空間耗盡，新能源棄電難以避免。自2020年首次出現新能源棄電以來，河南全省新能源利用率持續下降，按此態勢發展，新能源95%利用率難以保障。新能源高滲透率情景下，新能源利用率的提升需要付出巨大消納成本，制約新能源發展規模，合理棄電將有利于使全社會電力供應成本保持低位。
二、政策引導“一降一增一補”，增強電力系統保供剛性及調節柔性
面對分布式光伏發展快、調節能力增長慢、保供機制待完善的新形勢，破解高峰保供難與低谷調節難、缺電與棄電的矛盾困境，河南從“降源側波動、增供給彈性、補機制空缺”三方面，加強政策引導，推進供需雙側協同。
（一）以需定建，降低源側出力波動
隨著分布式光伏規模逐步擴大，主流開發模式責任主體不清晰、權責利不對等、開發節奏與消納能力不匹配等問題日益突出，影響行業健康可持續發展。立足用戶和系統需求，規范建管模式、引導開發節奏、提升調控能力，降低系統電源側出力波動。
立足用戶需求，推動規范發展。一是規范戶用光伏開發建設模式。為破解當前農戶與開發企業、經銷商權責不匹配的問題，對于新建項目，明確要求按照“誰投資、誰收益、誰備案”原則，規范項目備案主體；對于存量項目，年底前完成項目摸排，明確房屋產權人和設備所有人，推動后者落實項目運維和安全責任。二是確保不同電網間利益公平分配。積極探索微電網、源網荷儲一體化等電力電量自平衡模式，研究解決大電網為新興電網形態提供調峰和系統備用的問題。通過新型電力系統建設做好綠電高頻消納、供給充裕的加法，通過綜合能源服務做好高效用能、降低成本的減法，通過綠證綠電等市場機制做好新能源增效、出口產業賦能的乘法，通過探索創新碳市場做好控制轉型成本、低碳發展的除法。
考慮系統承載，推動有序發展。一是以分布式光伏承載力為邊界，定期公布鄉鎮級和設備級可新增分布式電源容量和“紅、黃、綠”評估結果，確定地區差異化可開發規模。明確各級電網主變接入光伏容量不應超過設備額定容量80%，制定各電壓等級典型接網方案和儲能推薦場景，為分布式光伏開發建設提供有效依據。二是以分布式光伏“三可”能力提升為目標，建成分布式源網荷儲協同控制系統，通過在線監測分析電網運行情況，按需自動下發控制指令，柔性調節分布式光伏發電出力，推動實現省域分布式光伏全量柔性可控。
（二）增儲擴容，增強系統供給彈性
為應對源荷雙側不確定性，各類調節資源將在電力保供中發揮重要作用。當前煤電正逐步向可調節性電源轉型，處于增容減量發展階段，可調節資源的增量在于抽蓄和新型儲能。
推動抽蓄納規發展，擴充系統調節硬資源。目前抽蓄電站運營與成本回收機制較為健全，國家明確自2023年起執行兩部制電價，抽蓄建設成本可通過容量費用回收。河南大力發展抽蓄，依憑太行山、伏牛山、桐柏山，在全省范圍內勘查選址，推動多個項目納入國家抽水蓄能中長期發展規劃。當前河南抽蓄核準在建裝機880萬千瓦，遠期將形成約3000萬千瓦可調節能力。
完善儲能發展體系，提升系統調節軟支撐。目前新型儲能正處于利用政策引導、推動商業化運營的時期。河南通過政策體系與示范項目雙驅動，鼓勵新型儲能發展。一是形成“1+3”政策體系，規劃2025年新型儲能規模達到600萬千瓦，明確了儲能的電價政策，配套的儲能參與調峰規則、調度管理指導意見、容量市場化交易方案使得儲能項目在實際運行中有章可循，可實施性、可操作性進一步增強。二是開展獨立儲能項目示范，在全省16個地市布局38個獨立儲能電站示范項目，探索抽水壓縮空氣復合儲能技術、磷酸鐵鋰技術、全釩液流等技術路線的適應性，推動新型儲能提供日內調節能力。
（三）機制補缺，完善保供支撐體系
機制保障是夯實保供基礎的重要環節。在電源側，聚焦保障煤電合理收益，通過補全相關機制促進煤電容量充裕與可持續發展。在用戶側，健全分時電價動態優化調整機制，發揮用戶側保供實效。
落實發電側容量電價機制。煤電是當前保供的主力電源，遠期將發展成為主要的調節性資源，確保煤電獲得合理收益是保障中長期有效容量充裕的關鍵。河南以煤電起步，建立煤電容量電價機制，兼顧當前和長遠合理確定容量電價水平，明確納入系統運行費由工商業用戶逐月分攤。同時，結合中長期電能量市場、輔助服務市場收益與機組固定成本、動態成本的變動關系，提出遠期容量補償標準優化建議。
持續完善工商業分時電價機制。2022年底河南進一步完善分時電價機制，調整了時段劃分、拉大了峰谷價差、建立了季節性電價機制、恢復了尖峰電價機制，工商業用戶錯峰用電效果明顯，全省用電負荷特性顯著優化，有力促進了電力安全保供。隨著新型電力系統的不斷發展，電源結構、用電負荷發生顯著變化，電力供需出現了新的矛盾與問題，當前正積極研究制定優化方案，破解“保供應、促消納”雙重壓力。
三、市場驅動供需匹配，建立統籌電力系統多維價值的市場體系
市場是推動商品流動的無形之手，只有充分發揮市場在資源優化配置中的決定性作用，才能推動電力系統配置效率最優。面對能源電力系統矛盾三角，把握當前供需發展新特性和以省為主體的電力市場建設格局，必須還原電力商品屬性，統籌電量、容量、綠色等多維度價值，加快構建適應省情的電力市場體系，釋放源荷儲各側高效配置和靈活互動能力，為新型電力系統建設注入市場活力。
（一）建立適應分布式電源快速發展的市場模式，釋放就近就地利用價值
分布式光伏憑借其不新增占地、并網速度快、建設周期短等優勢，已成為我國新能源新增主力，在用地緊張的華東華中省份尤為突出。為有效應對供需不平衡、權責不匹配、網源不協同等問題，需盡快建立適應分布式電源規模化發展的市場化機制，公平疏導各類建設運營成本，推動分布式電源就近就地消納。一是完善分布式光伏成本疏導機制。按照“誰受益、誰承擔”原則，合理確定系統調節成本、備用成本以及政策性交叉補貼等分配方式，推動“自發自用”比例進一步提升，減輕對大電網影響。二是有序推動富余電量上網交易。初期可考慮以聚合方式參與電力市場，相關機制參照集中式新能源模式，待明確分布式交易“過網費”測算標準后，科學設定分布式交易實施條件與執行方式，選取典型區域開展分布式交易試點并逐步推廣。三是加快推進分布式綠電交易市場建設。隨著綠證逐步全覆蓋，可借鑒國外PPA等模式研究分布式綠電交易機制，推動國內綠證與國際接軌，加快建立綠色電力認證消費體系，提高用戶側綠電消費積極性。
（二）建立電力商品多維價值協同的市場體系，激活各類資源調節能力
電力系統運行需要多種可調節資源協同發展，完善的市場體系需合理反映資源多元價值。隨著新能源快速發展和儲能等新型主體不斷涌現，對電力系統實時平衡、動態調節、安全充裕等提出了更高要求，亟須完善配套市場化機制，充分發揮各類調節資源價值，保障電力系統安全平穩運行。一是加快推動各類調節資源進入現貨市場。保障符合要求的獨立儲能商業化運行后及時參與現貨市場，新能源配套儲能以電源側主體身份參與市場，探索抽蓄電站參與現貨市場的方式，完善煤電現貨市場限價標準，推動上述主體有效響應價格信號變化，發揮削峰填谷作用。在新型儲能進入現貨市場前應明確通過中長期或調度指令調用的價格機制，保障其充放電合理收益。二是推動構建與電能量市場協同的容量市場機制。新能源大量進入現貨市場，將拉低系統邊際出清價格，現貨收入難以彌補機組成本，需加快建立面向新型電力系統的可靠性評估方法，在市場初期通過測算有效容量建立適用于不同電源的容量補償機制，待市場成熟后推動建立與現貨市場協同的容量市場，引導各類電源科學規劃布局，提高系統可靠性。三是推動輔助服務從固定補償向市場化調用轉變。推動煤電、抽蓄、新型儲能等公平參與省間、省內調峰市場，具備條件后推動調峰與現貨市場融合開展，跟蹤新版“兩個細則”體系下考核和補償情況，按照“成熟一個、建立一個”的方式推動調頻、爬坡、備用等市場逐步建立，綜合考慮與現貨市場銜接方式，保障調節能力充分釋放，并推動相關費用在受益主體間合理疏導。
（三）建立適應新能源供給新業態的市場機制，提高負荷側主動響應能力
隨著“雙碳”戰略深入實施，適應園區、工廠、樓宇、村莊等不同類型用戶主體的電力產消一體化模式不斷涌現，微電網、綜合能源系統、源網荷儲一體化等示范項目加快布局，亟須充分發揮負荷側靈活響應能力，提高各類新業態電力自給水平，建立供需協同的市場化消納機制。一是推動可調負荷資源參與電力調峰輔助服務或需求響應市場。結合蘭考試點運行情況，逐步擴大試點范圍，在填谷基礎上豐富削峰交易類別，完善靈活資源聚合參與市場交易規則，通過市場化交易的方式形成靈活資源參與系統調節響應的價格，與當前固定價格補償的需求響應機制互為補充，形成“市場手段優先，需求響應激勵，行政手段保底”的負荷側靈活調節資源多層次、多維度調用機制。二是完善大電網與微電網協同運行與利益分配機制。充分落實新版國家標準《電網運行準則》，明確微電網與大電網的交互要求，科學設定交互曲線及偏差機制，保障大電網備用、調節成本有效回收，促進新能源內部消納，推動降低產業園區、工業聚集區等用能成本。三是不斷擴大參與市場主體范圍。按照穩中求進、以進促穩原則，逐步推動負荷聚合商、微電網、電動汽車充電樁、虛擬電廠等各類新型靈活資源聚合參與電網調節，引導建立配套市場調用機制和商業模式，充分挖掘負荷側資源平衡能力，助力安全保供和清潔消納。
（作者單位系國網河南省電力公司經濟技術研究院）
責任編輯：楊娜
