揭秘“棄風限電”的真相（二）：“電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)” 構(gòu)成棄風加劇的原因嗎？

2017-10-19 16:01:47 《風能》雜志　點擊量：評論 (0)

　近幾年，棄風限電問題嚴重困擾著我國風電行業(yè)，已經(jīng)成為制約產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的最大絆腳石，也是我國兌現(xiàn)應(yīng)對氣候變化國際承諾的巨大障礙，到了非解決不可的地步。但當下，仍有一些專家通過似是而非的技術(shù)詮釋

　近幾年，棄風限電問題嚴重困擾著我國風電行業(yè)，已經(jīng)成為制約產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的最大絆腳石，也是我國兌現(xiàn)應(yīng)對氣候變化國際承諾的巨大障礙，到了非解決不可的地步。但當下，仍有一些專家通過似是而非的技術(shù)詮釋來解答棄風問題的根源，認為風電的波動性影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行；在電力需求增長放緩的背景下導(dǎo)致可再生能源限發(fā)；“三北”地區(qū)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力嚴重不足是冬季這些地區(qū)棄風問題突出的主因；跨省跨區(qū)輸電通道不足，難以實現(xiàn)在更大范圍內(nèi)消納風電……，并據(jù)此將解決措施引導(dǎo)向糾纏不清的技術(shù)泥沼，一定程度上掩蓋了棄風問題的真正原因。為了更好地理解這些問題，我們特邀專家對上述問題進行深入剖析，揭示棄風限電背后的真相，以系列文章的形式陸續(xù)推出。本期主要探討“電源和電網(wǎng)不協(xié)調(diào)”與棄風加劇的偽相關(guān)性。

　　問題

　　嚴重的棄風限電困擾了整個風電行業(yè)，而將“電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)”作為棄風原因的說法仍具有很大的市場。似乎只要存在足夠大的電網(wǎng)容量，或者基于事后的大規(guī)模風電并網(wǎng)暴露的問題，“早知如此，需要限制發(fā)展規(guī)模”就可以了——所謂的“水多了加面，面多了加水”。不清楚最初到底哪個是目標，哪個是必須不斷提升的基礎(chǔ)設(shè)施條件，現(xiàn)有的并網(wǎng)潛力是否已經(jīng)耗竭，而“協(xié)調(diào)”到底意味著什么，誰有這種能力以及意愿去做這種“協(xié)調(diào)”？這其中存在著短期與長期問題的邏輯跳躍，目標與約束的混雜。在第1 期“專欄”文章探討了“需求不旺”一說的基礎(chǔ)上，本文討論“電源和電網(wǎng)不協(xié)調(diào)”之于棄風問題的理解。

　　事實

　　波動性可再生能源（主要是風電與光伏）進入電力系統(tǒng)，具有三個明顯的系統(tǒng)效應(yīng)（必須指出，這不涉及好還是不好的價值判斷），程度隨著份額、系統(tǒng)特性的不同而不同。這包括：較低的保證容量；減少的總體系統(tǒng)利用率；過發(fā)電（可再生容量出力超過總負荷）（見圖1）。基于系統(tǒng)成本最小化的目標，隨著可再生能源電力的日益增多，未來的系統(tǒng)無疑應(yīng)該是一個更少基荷、更頻繁爬坡、更多備用的系統(tǒng)。這對未來的發(fā)電與電網(wǎng)投資具有很強的含義。除了可再生能源之外的其他電源形式，將只會擁有越來越低的利用水平，以及在更短周期與更少機會內(nèi)回收固定投資的機會，電力系統(tǒng)需要日益成為一個輕資產(chǎn)的系統(tǒng)。傳統(tǒng)煤電機組與輸電設(shè)施，“大”本身都不再是優(yōu)點，而是影響系統(tǒng)靈活性的巨大缺點。

　　（凈）基荷將越來越少，直至在波動性電源到達一定份額之后徹底消失。這跟中國傳統(tǒng)的基荷思維（運行無頻繁變化、關(guān)注電量而不是容量），以及“水多了加面，面多了加水”的行業(yè)管理方式存在本質(zhì)上的沖突。在目前的電力系統(tǒng)調(diào)度模式下，機組的完全可控，而不是承諾輸出與實際輸出的差別是一個剛性的要求。即使需求永遠不是一條直線，但似乎目前政府認為只有出力是一條直線才意味著沒有輔助服務(wù)。在某個時刻，需求負荷只有10，風電有8，火電有10，那么如果風電優(yōu)先承擔8，火電就只有承擔2 的可能性與空間。無法調(diào)到20%，或調(diào)到20% 損失的電量與增加的支出，只應(yīng)該是火電的“煩惱”，而不是風電的問題。

　　我國各省份棄風率的水平與當?shù)鼗痣姲l(fā)電小時數(shù)的關(guān)系是一個很有意思的問題。按照理論上的揭示，風電越多的地方，火電機組的利用水平應(yīng)該更低，具有更少的利用小時數(shù)（與歷史以及其他地區(qū)相比）以體現(xiàn)系統(tǒng)運行成本最小化（全社會福利最大化）的要求。但是，至少從2015 年我國各省份的火電利用小時數(shù)分布來看，這并不是事實，二者之間的關(guān)系是非常混雜的。

　　幾個棄風重災(zāi)區(qū)（棄風率高于30%），甘肅的火電利用小時數(shù)為3800 小時，遼寧為4300 小時，新疆為4700 小時，內(nèi)蒙古接近5000 小時。在可再生能源負荷在最大負荷中的占比超過50%，甚至100% 的背景下，傳統(tǒng)火電還能有如此高的利用率，在最小化成本調(diào)度的體系中，這是無法想象的。這意味著，還遠遠不到討論電源與電網(wǎng)是否協(xié)調(diào)（更確切地說，是否短期存在嚴重的網(wǎng)絡(luò)阻塞，長期需要擴容）的地步。系統(tǒng)仍然存在相當程度未耗竭的可再生能源發(fā)電增長空間，需要的僅僅是系統(tǒng)調(diào)度方式的改變。

　　在具體項目接入層面，電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)是可能存在的。項目沒有足夠分散的接入系統(tǒng)，造成部分變電站與線路超容，造成配電網(wǎng)絡(luò)阻塞，是部分地區(qū)風電項目建設(shè)與布局的問題，特別是在4.95 萬千瓦項目廣泛存在的時期。過于集中也會對系統(tǒng)運行提出更高的要求，阻礙機組不同出力特性“平滑”效應(yīng)的發(fā)揮（圖3 給出了不同接入方式的集合出力特性）。

　　審批權(quán)下放措施極大地釋放了中國可再生能源發(fā)展的潛力，屬于基于錯誤的理由，做了正確的事情，否則我們無法想象2015 年中國只有500萬千瓦—1000萬千瓦的風電裝機到底對整個產(chǎn)業(yè)意味著什么。但是需要配套政策的跟上，比如提供更詳細的電網(wǎng)線路、變電站容量、傳輸線容量等公共信息，類似澳大利亞AREMI（Australian Renewable Energy MappingInfrastructure）項目（https://nationalmap.gov.au/renewables/）集成的信息。

　　目前，中國的大部分風電項目都是業(yè)主新建變電站接入高電壓等級的地區(qū)電網(wǎng)，或者提前與電網(wǎng)一同確認變電站與線路的容量問題。接入端的配網(wǎng)阻塞問題造成的部分時段棄風可能存在，但這絕不是全國普遍的情況。這個問題在很大程度上已經(jīng)解決，也無法解釋如此高的棄風程度。

　　邏輯

　　協(xié)調(diào)與否需要明確的定義與參考系。“協(xié)調(diào)”這個詞缺乏明確的參考系，含義是不明確的。1000 萬千瓦的風電，與何種特點、容量的電力系統(tǒng)是協(xié)調(diào)的？從系統(tǒng)調(diào)度平衡備用容量的角度，1000萬千瓦肯定沒有必要，因為可能90% 的情況下，風電出力都是大幅低于這一水平的，在500 萬千瓦以下（取決于風資源特性以及風電機組的布局），并且風電存在一定程度的保證容量。因此，目前還缺乏明確的參考系，去事先判斷是否協(xié)調(diào)。

　　電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)的話，需要后果（consequence），這是最為關(guān)鍵的，否則無法形成對未來避免這一問題的機制與政策。給定問題的存在，問題需要也必將產(chǎn)生一系列的后果，以暴露問題或者減少問題的損失，對未來的社會群體選擇提供清晰的信號。大幅下降的電價水平就是過裝機、網(wǎng)絡(luò)阻塞地區(qū)的后果之一，發(fā)出了“裝機過剩”的信號。而這種信號，在我國是缺乏的。

　　是否需要從網(wǎng)絡(luò)阻塞的角度解決問題需要價值標準。這個問題如果存在，若解決它的成本大于了相應(yīng)的收益，那就不如不解決。造一個足夠大的電力系統(tǒng)“池子”，擴容電網(wǎng)傳輸能力，的確可以消納任意量級的風電，但是這已經(jīng)脫離了現(xiàn)實的資金、時間，甚至土地等約束，是充分而非必要的安排。如果有成本更低的解決方案（比如本地火電深度調(diào)峰，大幅跌落的價格導(dǎo)致擴大的本地電力需求等，這是系統(tǒng)成本最小化調(diào)度的必然結(jié)果），那么也不能排除經(jīng)濟性的比較。作為“解決方案”，需要以最小成本的方式解決問題，這是基本的價值觀。

　　現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施體系風電接納潛力是否已經(jīng)耗竭，這是需要首先回答的問題。而這一問題，由于調(diào)度數(shù)據(jù)的不公開透明，是一項遠遠沒有達成一致的問題。

　　含義

　　“電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)”的歸因說法著實是一個中國特色與中國特有的概念。它是極其模糊、不完整，并且缺乏確切含義的。就短期而言（比如系統(tǒng)運行），似乎與“網(wǎng)絡(luò)阻塞”意義相關(guān)或者相同。網(wǎng)絡(luò)阻塞是有可能存在的，特別是在一些可再生能源布局集中、項目接入不夠分散的地區(qū)。但在現(xiàn)實的討論中，這往往又是一個長期的概念（更多地涉及電源電網(wǎng)容量充足性與新增建設(shè)問題，而不是運行問題）。不協(xié)調(diào)要在系統(tǒng)與經(jīng)濟意義上存在，在短期，需要明確的后果（比如阻塞地區(qū)供給嚴重過剩、電價大幅跌落）。而在長期，解決這一“不協(xié)調(diào)”的電網(wǎng)容量問題需要明確的成本效益，或者成本有效性為價值標準的分析比較，以導(dǎo)出最優(yōu)的解決方案。籠統(tǒng)的“加強協(xié)調(diào)”說法，更像是“馬后炮”式地對存在問題的另外一種描述，無法提供具體行動方案。