新能源消納的“利益之爭”
發布者:lzx | 來源:能源理論與實踐 | 0評論 | 643查看 | 2020-02-25 11:42:37    

傳統化石能源日漸枯竭,氣候變化和環保問題日益突出,催生了以風電和光伏發電為代表的新型清潔能源突飛猛進,但由于其波動性、間歇性特征,伴隨著大規模新能源并網而來首當其沖的是消納矛盾—棄風棄光始終難以徹底解決。對于消納問題,各利益方站在不同的立場,從資源稟賦、規劃、政策和制度多個方面提出了很多建議,但效果并不理想。


新能源消納是一個系統工程,與電源結構、電網互聯程度、負荷特性休戚相關,需要政府、電網、發電企業和用戶共同努力。


新能源為什么會有消納問題?


宏觀上看,新能源消納既有新能源發電本身友好性不高的問題,也有電力系統自身調峰能力不足的問題,源網友好性是新能源消納問題的主要癥結。


電力系統由負荷、電源、電網三部分組成,其具有供需動態平衡特征,即電力商品的發輸配用全環節必須同時完成,且電力不易大規模存儲。這一特征,決定了新能源電力消納是電力(功率)的瞬時平衡,而發電量只是消納結果的體現,不能作為衡量消納好壞、橫向比較的指標。


長期以來,由于對電源結構規劃的重視不夠,沒有充分認識“基荷、腰荷、峰荷電源結構”這一概念,導致電源裝機容量雖然富裕了,但系統調峰問題卻更加突出。發達國家十分重視合理的電源結構,使基荷、腰荷、峰荷電源保持最佳比例。如果要用國外一些國家的消納水平與中國作比較,那么首先要從電源結構這一主要“硬件”比起。


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圖:電力負荷曲線示意圖


新能源(如風、光)能量密度低、穩定性較差,其發電具有波動性、間歇性,反調峰特性、極熱無風、極寒無光等特征,即系統需要電力時新能源發電少甚至沒有、系統要減少發電出力時往往又是新能源大發時段,這會讓系統調峰矛盾雪上加霜,也就形成了所謂的“棄電”時段。


負荷低谷期,日內是夜間、年內是冬春兩季,負荷水平接近常規機組的最小技術出力,這時系統接納新能源的空間較小,但恰恰是風電大發時段;負荷高峰期,如夏季大負荷期,需要電源發電,但又屬于小風季節。光伏發電與風電雖有一定的互補性,但整體上并沒有改變新能源的出力特性。


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新能源消納理論示意圖


因此,當新能源發展初期,規模較小,全額收購是有保障的;但當新能源處于高速發展期,大規模新能源并網,足以改變地區電源結構和發電特性,消納問題會逐步加重;如今,我國新能源(風、光)裝機容量占全國裝機的比重超過20%,局部地區超過50%,電力系統特性正在發生變化,新能源消納問題將會成為電力系統規劃運行的一個重要課題,也從單純的技術問題更延伸至“利益之爭”。


新能源消納的“利益之爭”


理論上,風電、光伏發電具有零邊際成本的經濟效益和零邊際排放的環保效益,但其利用小時數偏低,風電大多不超過3000小時,光伏發電大多不超過2000小時,大規模并網運行將會拉低電力系統整體利用率,需要從系統整體經濟性的角度去衡量新能源發展規模的上限。


新能源在電力系統中的地位。沒有新能源接入時,系統備用只需要考慮負荷波動;有新能源接入時,系統備用需要考慮負荷和新能源兩者的波動,增加了系統運行成本。當前,我國風電、光伏發電裝機占比20.6%,消納市場已經捉襟見肘,但全年風光發電量僅占8.6%。2017年,德國風電和光伏發電裝機占比46.6%,全年風光發電量占17.8%。新能源要成為所謂的“主力電源”任重道遠。


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圖:全國電源結構演進(2005-2019年)


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圖:全國發電量結構演進(2005-2019年)


新能源與其他電源。為保障全額消納新能源電力,負荷低谷、新能源大發時段,其他電源若深度調峰,要付出高昂的調峰成本。新能源出力變化快,當以煤電機組為主的常規電源深度調峰,導致制粉、除灰、油、汽、水等系統頻繁調整,電廠設備磨損大、煤耗高,不安全、不經濟運行,迫使部分低碳機組高碳運行。


隨著大規模新能源并網,如果過分強調新能源全額收購,新能源發展只片面強調成本需求,而不注重系統友好性的提升,則其大規模發展會讓其他電源背上沉重的調峰負擔,也限制了新能源發展的空間。


新能源與電網建設。2018年,國家能源局印發《關于減輕可再生能源領域企業負擔有關事項的通知》(國能發新能〔2018〕34號),其中有一條是“電網企業負責投資建設接網工程”,由此可以看出,新能源配套接網工程最起碼是低效投資。


大規模新能源接網和外送工程建設,由于其利用率低(即使按風電年利用小時數3000小時計算,電網工程超過60%的時間處于閑置狀況),雖可納入電網輸配電價,但在現行核價規則下,其投資仍難以取得合理回報,這給新能源富集區域的電網企業背上了沉重的負擔,又會變相地形成了區域間的“交叉補貼”。


提升新能源消納能力和整體經濟性


新能源發電是多學科技術成果應用的結果,其發展仍需要技術進步支撐。新能源消納是系統工程,要用系統思維破解消納矛盾。


新能源發電不能只追求成本下降,也要主動加強功率預測、控制技術和故障穿越等技術創新,增強新能源發電的可預見性和可控性,這是打開新能源更大規模發展空間的主要技術手段。


電源發展要按照“基荷、腰荷、峰荷電源結構”這一概念,增強電力系統的調節能力,避免被迫新增大量電源但利用率持續下降的現象,提升系統整體經濟性,為新能源消納創造條件。


電網發展要充分應用智能電網技術,研究建立與新能源發電相適應的規劃、運行技術標準,充分發揮新能源接網工程和外送通道的效率效益,減輕大規模新能源接網和外送的投資壓力。


用戶側應建立適應新能源電力特征的價格機制,推動實現源網荷互動的透明電力市場,讓使用清潔電成為全社會的共識,共同推動新能源電力消納。


電化學儲能的技術進步是電力系統和新能源發展的利好,可在電力系統源網荷三方面同步應用的技術,也是有可能改變傳統電力系統規劃運行的一項重要技術。


風光發展的尾聲?元年?


1986年4月,我國第一個風電場在山東榮成并網發電,裝機容量165千瓦,年發電量33萬千瓦時。到2019年底,我國風電裝機容量2.1億千瓦,年發電量4057億千瓦時;光伏發電裝機容量2億千瓦,年發電量2238億千瓦時。當前,我國風電和光伏發電裝機容量超過4億千瓦,95%的利用率目標使得發展與消納矛盾更加突出,上網電價已處于全面平價時代的“前夜”。


今年,要應對的一個重要問題是“搶裝潮”,大規模風電和光伏發電項目集中并網,對產業鏈上各環節的產能都是重大的考驗,狂歡之后是大幅回落還是開啟高質量發展,這是一個值得思考的問題。如德國,補貼方式改變后,2019年風電裝機增速大幅下滑。


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圖:2005-2019年全國風光裝機增速與占比


新能源發展的原動力沒有變。《巴黎協定》主要目標是將本世紀全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內,并將全球氣溫上升控制在前工業化時期水平之上1.5攝氏度以內。國家電網公司提出了到2050年實現“兩個50%”的重要判斷,即“2050年我國能源清潔化率(非化石能源占一次能源的比重)達到50%和終端電氣化率(電能占終端能源消費的比重)達到50%”。


從技術和商業開發成熟度上看,風電和光伏發電仍是近階段新能源發展的主力,實現平價上網后,風光發展不再需要國家補貼,具備了基本的競爭力,進入了新的發展階段,仍會保持一定的發展規模和速度。


新能源發展的基礎沒有變。風光發電成本仍呈下降態勢,單機容量不斷增大,發電效率進一步提升,可保證新能源項目保持一定盈利能力。根據國際可再生能源署(IRENA)在《未來風能》報告預測,陸上風電應用的渦輪機單機容量將從2018年的平均2.6兆瓦(葉輪直徑110米)增加到2025年的5.8兆瓦(葉輪直徑170米)。


2020年1月27日,美國國家可再生能源實驗室(NREL)最新發布了全球太陽能電池實驗室最高效率圖:單結鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池的最新效率為29.15%,這是由德國海姆霍茲柏林材料所(HZB)創造的;NREL刷新了雙結砷化鎵薄膜太陽能電池的效率,并獲得了32.9%效率。


系統解決新能源消納問題的共識已經形成。國家發展改革委安排新能源項目,要求以落實消納條件為前提。2019年,關于檢查《中華人民共和國可再生能源法》實施情況的報告全文發布,提出針對可再生能源發展的新形勢、新問題,適時啟動修訂可再生能源法,統籌解決消納問題。


“棄電率并非越低越好”、“以合理利用率引導新能源高質量發展”等研究成果引起關注,對于新能源發展客觀規律的認識愈發清晰,這必將促進各方更客觀地認識新能源發展與消納,有助于形成合力。

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