谷峰：“十四五”电源规划的“不可能妥协”

 

    在谈“十四五”可再生能源与传统电源容量比例之前，必须弄清可再生能源与传统能源为什么会产生关系？产生的关系是什么？

　　问题一：大电网和电化学储能是什么关系？

　　大电网和储能技术都能够基本解决可再生能源的波动性问题。解决的技术方案各有千秋，但是在经济性上，大电网和电化学储能技术是竞争技术（相互替代）关系，也就是俗话说的“你死我活”关系。大电网通过电力市场机制调动包含负荷侧在内的各种调节资源，抵消可再生能源间歇性和季节性波动的缺点，实现可再生能源在能源占比中的不断提高。储能，特别是电化学储能，直接通过存储电能方式，实现可再生能源电能生产的时空转移。大电网技术和电化学储能的经济性非常容易比较，只要化学电芯每公斤重量能够存储的电能超过4千瓦时，就相当于每公斤化学电芯能够承载的能量超过1200克标煤（大约2000克原煤），在经济性上大电网就没有存在的必要，燃料输送将变化为电芯的输送。

　　目前，主流电芯技术每公斤大约能存储经济性战胜大电网技术所需能量的十分之一到二十分之一左右，毫无竞争力。从另一个角度看，现有主流电化学储能技术存放一度电的成本大约为5毛钱，任何电源与之配合产生的上网价格都是我国发电综合电价的1.5倍以上，所以在可预见的时间里，电化学储能技术（电能量应用）在大电网技术的经济性面前尚不构成本质挑战。因此，可再生能源的消纳，“十四五”期间必须主要依靠大电网技术。消纳方式使可再生能源和传统电源在大电网中发生了“紧密”的联系。

　　问题二：可再生能源的大幅增长对大电网产生了什么影响？

　　目前到“十四五”期间，“上网”仍是可再生能源消纳的最主要手段，虽然分布式供电已经兴起，但是“十四五”期间仍然难以作为可再生能源发展的主要方式，即使分布式供电也大多不能单独成为一个孤立用能系统，仍然是以并网分布式为主。大型电网正常运行的首要需求是什么呢？在“N个9”可靠性的要求下，答案会变得非常简单：安全可靠、稳定供应。

　　不能连续稳定供电是可再生能源与生俱来的天赋，即使建有龙头水库的水电，也不能摆脱来水极枯造成发电出力下降的可能。当然，随着可再生能源预测技术的进步，可再生能源的预测越来越准确，这个问题能够得到一定程度的解决，但是可再生能源靠天吃饭的一次动力1注定了，在现有的技术经济条件下，可再生能源预测不可能完全准确，也不可能按照系统需要的精度和速度进行大幅调节。

　　与此同时，随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，特别是我国已经达到很高的供电可靠性，电力用户承受停电的能力和心理预期不断下降，换另一句话说，电力用户不接受频繁和长周期的意外停电。两方面的此消彼长，造成可再生能源的运行特性确实相对电力系统的稳定运行是个不友好的短板，相对电力用户高质量用电的期望也是个不友好的短板，大量接纳存在弱点的可再生能源，而不考虑其他措施，一定会引起电力系统的可靠性下降，没有煤电等传统电源，电力系统也无法运行。因此，所谓煤电等传统电源快速退出实在是“无稽之谈”，但是保持或增长煤电等传统电源并不意味着，负荷电量增长会由煤电等传统电源分享，而实际上煤电等传统电源的总发电量呈快速下降趋势。

　　问题三：传统电源为了大电网能够更多容纳可再生能源提供了什么服务？

　　以煤电为代表的传统电源，由于一次能源（主要是煤炭）可以在厂内存储，运行特点就是稳定可靠，可以随负荷变化大幅度进行波动，实际上煤电通过提供调节服务实现可再生能源出力进行时空转移方面与电化学储能的作用是一样的。我国金牌煤电机组已经可以做到数年不出现非计划停运，可靠性更是上了一层楼。因此，煤电机组为代表的传统电源非常适合大电网生产需要，不但“自己不惹事”，还能“替别人平事”，能够满足大电网运行离不开的电压支撑、负荷跟随、系统稳定等角色需要。

　　大电网消纳风电、光伏等可再生能源最为需要的是煤电等可调节机组提供的快速爬坡服务和容量备用服务，消纳水电等可再生能源最需要的是煤电等可调节机组提供的季节性容量备用2。容量备用服务容易理解，即可再生能源往往具有季节性3和波动性，在可再生能源出力不足，不能满足用电需要的时期，需要依靠煤电等传统电源提供用户所需电能。快速爬坡服务通俗的讲，是指煤电等传统电源处于热备用状态下，能够以较高的速度增加出力，用以填补可再生能源间歇性出力期间造成的用电缺口，也可以较高的速度减少出力，用以满足可再生能源的突然出力增加。国外煤电等可调节机组的灵活性改造主要方向之一，就是提升可调节机组增减出力的速度，用以冲抵可再生能源突然失去（增加）出力4对系统的影响。实际上，可再生能源穿透率达到一定水平后，每增加一个百分点，对电力系统快速爬坡能力的要求都是质的变化。在目前的技术经济条件下，依靠可调节机组提供快速爬坡服务是有一定物理限制的。

　　传统电源为可再生能源提供的快速爬坡服务有物理极限，因此，通过电力现货市场调动负荷侧响应大电网需要，成为电力市场化国家的主流努力方向，德国的“工业4.0”重要内容就是让负荷响应弥补可再生能源瞬时损失的出力，替代传统电源的快速爬坡。但是无论如何，传统电源能够提供的季节性容量备用是负荷响应无法替代的，因为用户能实现日以上能量移动的能力在经济上难以接受。

　　另外还要指出，大电网的联网理论上可以减少备用，在同等传统电源装机容量的情形下，更加充分的利用备用，实现不增加传统电源装机容量而增加大电网消纳可再生能源的目的。但是，实践中我国主要以直流线路跨区联网的方式，一方面难以灵活共享两侧备用，另一方面为了保证直流的稳定和预防直流线路失电产生的冲击，送受两端所需要的备用在一定情况下不减反增。如以交流方式联网还面临经济性和安全的讨论。因此，实践经验证明大电网扩大范围达到一定规模后，持续扩大电网覆盖范围，并不一定能够减少对传统电源容量增长的要求。

　　从以上三个问题的答案看，传统能源的发展与可再生能源的发展密切相关，在让出电量空间的前提下，是可再生能源发展最为可靠、可行的依靠力量。

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