提升電力系統(tǒng)靈活性的舉措與保障措施

隨著能源結(jié)構(gòu)清潔化轉(zhuǎn)型的持續(xù)推進，負(fù)荷側(cè)隨機性波動的增加，電力系統(tǒng)的平衡特征和方式正在發(fā)生深刻變化，維持系統(tǒng)平衡的難度不斷加大，靈活性調(diào)節(jié)資源缺乏的問題日益凸顯。“十三五”期間，我國新能源裝機規(guī)模保持快速增長，截至2019年底，全國風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機4.15億千瓦，超出規(guī)劃目標(biāo)近1億千瓦。相較而言，電力系統(tǒng)的靈活性建設(shè)相對滯后，源-網(wǎng)-荷各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)能力仍有待進一步提升。

一、電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力建設(shè)情況及問題分析

（一）電源側(cè)調(diào)節(jié)能力建設(shè)進度緩慢

煤電靈活性改造方面，截至2019年底，“三北”地區(qū)完成靈活性改造機組約5800萬千瓦，不到規(guī)劃目標(biāo)的30%。現(xiàn)行體制機制下，煤電機組靈活性改造后的調(diào)峰收益全部來源于發(fā)電側(cè)分?jǐn)傎M用，而不是從整個電力系統(tǒng)的效益提升中獲得。此外，煤電發(fā)電空間壓縮，火電企業(yè)普遍面臨虧損，不愿意主動參與調(diào)峰，阻礙了煤電靈活性改造的進度。

天然氣發(fā)電方面，截至2019年底，我國氣電裝機規(guī)模達9000萬千瓦，占電源總裝機僅4.5%，比規(guī)劃目標(biāo)低2000萬千瓦。現(xiàn)有天然氣發(fā)電機組中，超過90%的裝機分布于華東、華北、南方等清潔能源消納壓力較小的地區(qū)。“十三五”以來，我國天然氣供應(yīng)緊張，天然氣發(fā)電增長緩慢，新增燃?xì)怆娬局饕季衷趦r格承受能力較強的北京、上海、江蘇、浙江和廣東等地區(qū)。

抽水蓄能方面，截至2019年底，我國抽水蓄能裝機規(guī)模達3029萬千瓦，占電源總裝機1.5%，比規(guī)劃目標(biāo)低900萬千瓦。根據(jù)新的輸配電定價成本監(jiān)審辦法，抽水蓄能不計入電網(wǎng)有效資產(chǎn)，若無法疏導(dǎo)，容量電費或由省級電網(wǎng)（或區(qū)域電網(wǎng)）公司墊付，或由抽水蓄能電站自負(fù)，將對抽水蓄能電站經(jīng)營產(chǎn)生較大影響。

（二）電網(wǎng)側(cè)資源配置平臺作用尚未充分發(fā)揮

“十三五”是電網(wǎng)跨省區(qū)送電通道建設(shè)高峰期，截至2019年底，全國跨省區(qū)輸電能力達到2.6億千瓦，預(yù)計2020年達到2.8億千瓦，基本實現(xiàn)國家規(guī)劃目標(biāo)。我國現(xiàn)行電力市場交易主要以送受端政府間“網(wǎng)對網(wǎng)”框架協(xié)議為基礎(chǔ)，送受雙方清潔能源消納責(zé)任不明確，地區(qū)間和不同市場主體間利益難以有效平衡，跨省區(qū)清潔能源消納普遍面臨著受端市場對外來電曲線和價格的高要求，關(guān)于調(diào)峰需求長期難以達成一致，跨省區(qū)通道運行曲線存在較大優(yōu)化空間。

（三）需求側(cè)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的潛力有待進一步挖掘

“十三五”期間我國需求響應(yīng)取得了較大進展，但由于多種條件所限，我國需求響應(yīng)實施在技術(shù)、機制等方面還存在一些問題和障礙，特別是在需求響應(yīng)作為互動資源系統(tǒng)運行方面與發(fā)達國家還存在一定差距。目前需求側(cè)響應(yīng)主要以“削峰”為主，集中在迎峰度夏、迎峰度冬等特定時段，轉(zhuǎn)移負(fù)荷“填谷”能力不足。實時電價機制尚未建立，現(xiàn)行峰谷電價存在價差和峰谷時段劃分調(diào)整不及時等問題，難以充分引導(dǎo)用電行為。

二、“十四五”面臨的發(fā)展形勢

（一）經(jīng)濟社會發(fā)展需要提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力

一方面，我國電力需求和電源規(guī)模將持續(xù)增加，根據(jù)國際經(jīng)驗，需要配置更多靈活調(diào)節(jié)電源。隨著我國城鎮(zhèn)化水平、工業(yè)化水平、電能替代水平的提升，我國電力需求將持續(xù)增加，預(yù)計2025年全社會用電量需求將達到9.8萬億千瓦時，“十四五”期間電源建設(shè)仍有較大需求。目前，我國電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，靈活調(diào)節(jié)電源比重僅為6%，而美國、德國、西班牙等國家靈活調(diào)節(jié)電源比重分別為47%、19%和31%，這意味著“十四五”電源建設(shè)需要重點考慮靈活調(diào)節(jié)電源的配置。另一方面，我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)已逐步由中低端向中高端轉(zhuǎn)換，負(fù)荷峰谷差將隨之?dāng)U大，要求建設(shè)更多的靈活調(diào)節(jié)電源。考慮“十四五”是我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，以及美、日、歐等發(fā)達國家經(jīng)驗，我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由中低端向中高端提升是長期趨勢，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整導(dǎo)致第三產(chǎn)業(yè)和城鄉(xiāng)居民用電量占比持續(xù)增加，其用電特性決定了負(fù)荷曲線峰谷差率明顯高于第二產(chǎn)業(yè)，我國用電側(cè)峰谷差率有走高趨勢，調(diào)節(jié)性電源建設(shè)需求持續(xù)增加。

（二）能源電力發(fā)展對電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提出迫切需求

“十四五”是清潔能源轉(zhuǎn)變成為主力能源的關(guān)鍵時期，需要電力系統(tǒng)提供與之相匹配的靈活調(diào)節(jié)能力。新能源發(fā)電具有隨機性和波動性，多呈現(xiàn)“反調(diào)峰特性”，將給電網(wǎng)帶來15%～30%反調(diào)峰壓力。此外，新能源機組大規(guī)模替代常規(guī)發(fā)電使系統(tǒng)總體慣量不斷減小，抗擾動能力下降，容易誘發(fā)全網(wǎng)頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定問題。

美國、英國和阿根廷等國家發(fā)生的大面積停電事故，給我國電網(wǎng)安全運行帶來警示。當(dāng)電網(wǎng)運行發(fā)生大功率瞬時缺失后，有功潮流大范圍轉(zhuǎn)移，可能造成主要斷面或局部設(shè)備過載，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)功角失穩(wěn)，有功控制壓力激增，需要大型靈活性電源提供快速功率備用。以2019年8月19日英國大停電事件為例，英國國家電網(wǎng)緊急調(diào)用抽水蓄能電站以平衡系統(tǒng)功率缺額，防止了事故進一步擴散。

（三）全面深化改革為靈活調(diào)節(jié)電源發(fā)展提供良好環(huán)境

一方面，電力市場化改革有利于體現(xiàn)靈活性資源的價值。還原能源和電力的商品屬性是電力市場化改革的核心要義，“十四五”期間電力市場化改革的重點之一，就是充分反映電力商品的特殊屬性，讓傳統(tǒng)能源和可再生能源發(fā)揮各自所長，公平公正地維護市場體系中各個主體的市場利益，促進靈活性資源的效益在電力系統(tǒng)中得到充分體現(xiàn)和利用。

另一方面，混合所有制改革為靈活調(diào)節(jié)資源發(fā)展注入投資活力。“十四五”期間，電力企業(yè)不再是電力系統(tǒng)靈活性資源投資的唯一主體，煤電靈活性改造、抽水蓄能等靈活性資源將吸引更多社會資本和各類市場主體投資，共同參與電力系統(tǒng)建設(shè)和價值挖掘。

（四）科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新為電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提供多元化發(fā)展路徑

從電源側(cè)來看，實現(xiàn)與電網(wǎng)友好型發(fā)展為新能源技術(shù)發(fā)展趨勢。一方面，新能源發(fā)電功率預(yù)測正向高精度、高分辨率、中長期時間尺度方向發(fā)展，將降低新能源出力預(yù)測不確定性對電網(wǎng)運行帶來的風(fēng)險；另一方面，虛擬同步機技術(shù)能夠模擬同步發(fā)電機的有功調(diào)頻以及無功調(diào)壓等特性，增加系統(tǒng)慣性，提升風(fēng)電、光伏發(fā)電上網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性，防止脫網(wǎng)。

從電網(wǎng)側(cè)來看，柔性技術(shù)、調(diào)度控制技術(shù)等將進一步提升電網(wǎng)資源配置能力。柔性直流輸電技術(shù)等電網(wǎng)柔性技術(shù)，能夠提升對電網(wǎng)的柔性控制能力，實現(xiàn)電力系統(tǒng)功率快速、靈活調(diào)節(jié)，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，解決送端電壓波動、受端頻率系數(shù)降低和換相失敗等問題；大電網(wǎng)調(diào)度控制技術(shù)將提高系統(tǒng)運行信息的全面型、快速性和準(zhǔn)確性，有助于挖掘負(fù)荷響應(yīng)潛力，提高新能源全網(wǎng)統(tǒng)一消納水平。

從需求側(cè)來看，數(shù)字技術(shù)將助力需求側(cè)管理轉(zhuǎn)型升級。數(shù)字技術(shù)與需求側(cè)管理深度融合，一方面可以優(yōu)化存量資源，通過改變傳統(tǒng)“以下達指令”為主的調(diào)控模式，提升需求側(cè)響應(yīng)的質(zhì)量；另一方面可以挖掘增量資源，通過聚合用戶側(cè)電動汽車以及分布式儲能并實施有序管理，使海量分散式資源也能參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

儲能方面，多種技術(shù)路徑將滿足不同應(yīng)用場景需求。儲能應(yīng)用場景的復(fù)雜性決定了單一儲能技術(shù)無法滿足電力系統(tǒng)需求的多樣性，因此針對特定場景選擇合適的儲能技術(shù)進行開發(fā)將是未來儲能技術(shù)發(fā)展的主旋律。超導(dǎo)儲能、飛輪儲能、超級電容器以及鈦酸鋰電池屬于功率型儲能技術(shù)，適合毫秒至分鐘級別的應(yīng)用場景，可以瞬間吸收或釋放能量，提供快速的有功支撐，避免系統(tǒng)失穩(wěn)。抽水蓄能、鋰離子電池、鈉硫電池、壓縮空氣以及氫儲能屬于能量型儲能技術(shù)，適合小時級別以上的應(yīng)用場景，可以減小系統(tǒng)峰谷差，延緩新的發(fā)電機組投資以及輸配電改造升級。

三、關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的重點舉措

（一）電源側(cè)重點舉措

1.提高煤電機組靈活調(diào)節(jié)能力。對于存量機組，持續(xù)推進靈活性改造，“十四五”期間，推進“十三五”規(guī)劃明確的、尚未完成改造的煤電機組（約1.6億千瓦）加快改造，其他煤電機組能改盡改。對于新建機組，要求其具備深度調(diào)節(jié)能力，技術(shù)出力達15%～25%。

2.加快開發(fā)抽水蓄能電站。重點推動目前已開工的抽水蓄能項目實現(xiàn)投產(chǎn)運行，盡早發(fā)揮系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用；考慮對有條件的水電站進行改造，建成混合式抽蓄電站，可成為常規(guī)抽水蓄能電站的有益補充。

3.氣價承受能力強、煤電建設(shè)受控的負(fù)荷中心持續(xù)增加氣電建設(shè)。華北、華東地區(qū)在滿足電力需求增長和用熱需求的基礎(chǔ)上，提供一定的調(diào)峰支援。

（二）電網(wǎng)側(cè)重點舉措

當(dāng)前跨區(qū)輸電主要呈現(xiàn)送端為受端提供調(diào)節(jié)能力的特點，給西北等送端地區(qū)帶來調(diào)節(jié)壓力。“十四五”期間應(yīng)加強電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，促進靈活性資源在全國范圍內(nèi)實現(xiàn)優(yōu)化配置，在送端地區(qū)調(diào)節(jié)能力不足時，及時優(yōu)化調(diào)整送電曲線。

（三）需求側(cè)重點舉措

東北和西北區(qū)域需求側(cè)響應(yīng)的重點是高載能產(chǎn)業(yè)，高載能負(fù)荷電價敏感度高，具備較大靈活運行的能力。“三華”地區(qū)需求側(cè)響應(yīng)重點是電動汽車等分布式能源，合理的價格信號可以吸引海量的分布式用戶參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

四、關(guān)于提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的保障措施

“十四五”期間，一方面需要在源-網(wǎng)-荷-儲協(xié)同發(fā)展層面開展布局優(yōu)化與市場建設(shè)，保障各環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)能力建設(shè)有序開展，確保靈活性資源的利用效益增大；另一方面需要深化靈活性資源效益形成機制研究，在源-網(wǎng)-荷-儲各環(huán)節(jié)制定針對性政策保障措施。

1.各利益相關(guān)方共同承擔(dān)系統(tǒng)為滿足新能源高效利用所增加的系統(tǒng)成本。雖然新能源電站投資成本逐年降低，但是為配合新能源波動而附加的靈活性資源成本正顯著上升，建議根據(jù)“誰受益，誰承擔(dān)”原則，合理分?jǐn)傂履茉唇尤牒笏黾拥南到y(tǒng)成本。

2.建立煤電靈活性改造的配套機制。因地制宜推廣成熟改造技術(shù)，建立適應(yīng)市場化進程的煤電機組調(diào)峰補償機制和調(diào)峰輔助服務(wù)成本分?jǐn)倷C制。

3.完善跨省區(qū)調(diào)峰輔助服務(wù)市場機制。建立健全對資源優(yōu)化配置發(fā)揮決定性作用的電力市場體系，持續(xù)推動跨省區(qū)調(diào)峰輔助服務(wù)市場機制建設(shè)，打破省間壁壘，促進跨區(qū)通道基本反映新能源出力波動特征，更好地發(fā)揮“大電網(wǎng)、大市場”作用。

4.引導(dǎo)用戶側(cè)資源參與調(diào)節(jié)。明確政府、電力企業(yè)、用戶責(zé)任，形成用戶側(cè)資源利用的頂層設(shè)計和規(guī)范要求，完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升用戶側(cè)資源管理水平；加大對實時需求響應(yīng)支持力度，鼓勵引導(dǎo)大工業(yè)用戶參與實時需求響應(yīng)改造。

5.鞏固完善抽水蓄能電站“兩部制”價格形成機制。將容量電費納入電力市場輔助服務(wù)費用向用戶側(cè)疏導(dǎo)，將電量電費通過電能量市場回收。

6.數(shù)字化技術(shù)推動源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)運行。統(tǒng)籌加強源網(wǎng)荷儲大數(shù)據(jù)建設(shè)，基于統(tǒng)一平臺實現(xiàn)源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)與數(shù)字化技術(shù)廣泛共享，通過虛擬電廠、基于車聯(lián)網(wǎng)的綠電交易等激發(fā)電力用戶在調(diào)峰等方面的潛力，進一步推動源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)調(diào)度控制，提高電力系統(tǒng)資源利用效率，推動各方共同提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。

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