电力供给需求需要时刻保持平衡,这对电力容量(kW)充足性提出了要求。即在系统负荷高峰时段(时刻),可得电力资源需要足够匹配需求水平。2020年下半年以来,电力系统若干主体以及智库,包括电网公司、中电联、电规总院等均对2021年乃至更长期的电力系统供需形势进行了预警。他们特别提及,在华中、南方以及其他地区,预计存在部分电力供应紧平衡乃至紧张问题。
2021年7月中旬,政府发改委发布了《关于做好2021年能源迎峰度夏工作的通知》(发改运行〔2021〕1058号),绸缪预期中7月底到8月中下旬高温天气下的电力尖峰需求。相比之前年份的通知(2013;2014;2019),今年的通知20次提到了煤炭相关的供应保障能力。我们对词频的数据分析显示:它构成了这些通知之间的主要区别。这显示了政府决策部门的重大关切。但是,与之前文件词频显示信息类似的是,这些通知往往都是“系统如何保持平衡”的技术性要求——特别包括“千方百计”如何扩大供应以及压缩需求(有序用电),而缺乏解决方案排序标准的考量,从而这些措施无法实现“谁先谁后”的协调性安排。
这往往意味着可持续方面的问题。必须明确的是:实现迎峰度夏时期的供给需求平衡,显然不应该是个不择手段需要满足的目标,而必须具有成本最小化的价值观。只有这样,才是长期可持续的,也往往是各利益主体激励相容的。
这是建设新型电力系统的重要内容。新型电力系统之路已经开启。我们需要足够的“脑洞”,想象一个更加安全、高效、灵活的电力系统。它需要明显地区分于旧有的粗尺度平衡、高度自由量裁调度体系,需要打破很多旧秩序,建立新秩序,不亚于一场真正的“能源革命”。
在本期报告中,我们结合项目研究结论,总结现实现状中存在的“八大逻辑谬误”来阐述可持续地避免高峰时刻停电的解决方案。
谬误之一:将系统充足性等同于某种“灵活性”
《中国能源报》文章称:现有电力系统,难以支撑新能源巨量接入。虽然纵观全文,其谈的几乎大部分(如果不是全部)都是系统在极端条件下的系统充足性问题。也就是可得电力资源要满足当时时刻的需求,而并不涉及所谓的波动相关的“灵活性”要求的提高——特别包括更低的最小出力水平、更短的启停时间,以及更快爬坡速率等问题。
电力系统的存储能力是非常有限的,因此必须保证在各个时间尺度上保持系统平衡。需要特别关注容量(kW),而不是容量的积分——电量(kWh)的平衡。就一年8760小时而言,最高负荷时刻系统容量仍保持充足,是一个基本的技术与安全要求。理论上来讲,总有那么某些时刻,“风也不刮、也没有一丝太阳”。因此,系统的可控装机必须能够基本覆盖最大负荷,这是未来电力系统运行与规划的必要约束。
发电充足性(generationadequacy)是系统负荷(load)与发电资源(generation)可得性的一个比较。这是《电力系统安全导则》的基本要求。我国《电力系统安全导则》节3.1.1.明确规定:为保证电力系统运行的稳定性,维持电力系统频率、电压的正常水平,系统应有足够的静态稳定储备和有功功率、无功功率备用容量。备用容量应分配合理,并有必要的调节手段。此为系统充足性要求。在欧美竞争性市场,这往往意味着容量巨大、电量有限的某些机组,只能拥有非常有限的小时数。
对于何为足够以及合理必要,安全导则并没有给出具体界定。《SDJ161-1985中华人民共和国水利电力部_电力系统设计技术规程》规定系统总备用(包括负荷备用、事故备用与检修备用三类)不低于20%。2020年发布的GB/T38969-2020《电力系统技术导则》规定,系统备用容量为最大负荷的2%~5%,事故备用容量为最大负荷的10%,不小于系统一台最大机组或馈入最大容量直流的单级容量。
由于我国电力行业从过去的装机严重不足迅速在2005年之后转为装机过剩,这方面的规则并没有适宜的现实条件去严格执行。在实际系统运行与规划中,往往采用经验原则,并事实上由系统运营商主导并确定。
这类似于北美可靠性委员会(NERC)确定的“ResourceAdequacy”(RA)reliabilitycriteria指标。一方面,这个标准不能过高,造成不必要的资产闲置浪费;另一方面,也不能过低,频繁备用耗尽出现拉闸限电的情况。这个选择必须明确,不选择(也就是保持现状冗余程度)也是一种选择。比如,在2020/2021年的冬季,美国PJM市场,根据50/50的负荷预测,保有48%的计划容量备用;31%的计划容量备用,对应于可能的极端峰值需求;17%的储备率,考虑到其典型的受迫停机率和极端条件下的宕机。
当然,这一系统可靠性指标,往往都不包含燃料短缺造成的风险,而这种风险往往在现实中也是存在的,特别是运输较为困难的天然气。北美的很多冬天,因为局部网络的阻塞,天然气价格可能上涨几十倍甚至上百倍;而我国更是存在巨大的天然气峰谷差,工业用气往往需要在供给紧张的时候无原则地给居民用气“让路”。这一可靠性完全不涉及所谓的“灵活性”。机组再灵活,如果总量不够,那也白搭。
谬误之二:拟人化、劳模化理解电源角色
从经济成本而言,天然气单循环机组往往是不多的满足尖峰负荷的理性选