谷峰：“十四五”电源规划的“不可能妥协”

 

   确定“十四五”可再生能源与传统电源容量比例，需要分地区进行可再生能源并网及常规电源配套研究，关键要考虑可再生能源时序的连续功率特性以及常规电源的协调运行，包括分钟级、小时级、日内、日间、季节间等。原有规划方法中，传统的以夏大、冬大的大方式的分析方法（潮流计算、静态安全分析等），难以捕捉可再生能源的运行特性，更无法分析其对电力系统各个环节的影响，也不能够考虑电价水平的约束限制。稳态条件下，针对可再生能源与传统电源容量占比确定及各类影响分析，在电力市场环境下，最合理工具是基于电力现货市场的电力系统时序生产模拟，也称为市场规划仿真，英文通常叫做Production Cost Simulation。

  市场规划仿真是通过离线计算的手段模拟电力市场在一段时间（短至一天，长至一年）的连续运行情况。例如，仿真系统可以模拟某年某省的电力系统运行，如果以1小时为最小运行模拟间隔，则仿真系统会优化计算每个小时每台发电机组开机状态、出力，并进行潮流计算，自动地滚动模拟全年365天/8760小时的电力系统运行。市场规划仿真输入数据包括电源数据、电网数据、负荷数据、燃料价格等。市场规划仿真算法的核心为发电调度优化和潮流计算，以全系统发电成本最小为目标，根据负荷曲线调整机组出力，满足负荷平衡约束、机组运行约束和电网安全约束，以实现最优的发电调度。市场规划仿真输出数据包括各类电源的开机状态、出力水平、发电成本及收入状况等。最后系统将计算规划人员所关注的物理和经济方面的各项统计指标。上述介绍可以看出市场规划仿真和电力现货市场的仿真有很多相似的地方。

  在现货市场中，市场规划仿真与传统生产模拟的主要差异包括：一是市场规划仿真严格执行市场流程，采用考虑电网安全约束的机组组合（SCUC）决定日前开机，采用考虑电网安全约束的经济调度（SCED）决定日内机组出力；二是生产模拟对经济性考虑较少，市场规划仿真会计算系统出清电价，特别是节点电价体系的电力市场，需要计算每个电网节点的电价，以用于各个市场主体的经济性评估；三是生产模拟通常仅考虑网源平衡，市场仿真更加重视输电网运行约束的建模，包括单个输电设备（线路和变压器）热稳约束、输电断面约束以及其他调度机构考虑的安全约束。

  可再生能源与传统电源容量占比相关的分析，应采用市场规划仿真计算的内容包括：合理运行备用需求量化分析、调节需求量化分析、弃风弃光（即可再生能源消纳量量化分析）、常规机组发电量影响量化分析、现货市场价格影响量化分析、排放量及碳交易影响量化分析、系统供电可靠性（计算LOLE、EENS等）影响量化分析、传统电源的最优规划。

  根据分析需求和基本思路，使用国产某市场规划仿真系统，以山东省可再生能源与传统电源容量占比情况分析过程举例：根据2019年山东电力系统主要数据为基础，省内负荷峰值约8400万千瓦，省内总装机14044万千瓦，煤电10029万千瓦，其中直调煤电5805万千瓦，光伏装机约1600万千瓦，风电装机约1400万千瓦，外来电送电功率峰值约2000万千瓦。对未来消纳情况、现货市场电价影响以及对电力系统供电可靠性影响三个方面基于市场规划仿真进行量化分析。

  仿真结果显示，山东省只在春节低谷负荷有少量弃电，全年弃电率为0.002%，与实际执行情况相同（侧面证明了市场规划仿真程序的准确性）。在不增加火电容量及其调节能力的情况下，构建增加风光装机量50%、80%和100%三个场景，市场规划仿真系统计算得出以下结论。

  消纳情况方面：仿真计算得出弃电率分别为1.12%、3.19%和5.01%，可见山东在不增加火电容量及其调节能力的情况下，弃电率增速明显高于风光装机容量增速。

  在现货价格方面：仿真计算出2019年山东5月现货市场，日均价格为265元/兆瓦时，同时，仿真计算获得的三种增加风光装机量场景下，5月现货日均价格分别为235元/兆瓦时、215元/兆瓦时和203元/兆瓦时。随风光装机量增加现货日均价格下降较为明显，受价格影响煤电总体发电量下降。

  在供电可靠性方面：2019年基础算例可靠性指标LOLE（失负荷期望）仿真值为14.9小时，高于99%。在不增加火电容量情况下，假设负荷峰值和风光同时增加800万千瓦，仿真系统显示系统可靠性下降至LOLE为1788.9小时（造成失负荷明显增多的原因包括，负荷高峰时段风光出力不足、风光出力波动大同时火电爬坡速率不足、风光日前预测值高于日内实际出力导致日前开机不足）。可见山东在不增加火电容量及其调节能力的情况下，电力系统供电可靠性“断崖式”下跌。

  得出上述结论后，模拟配套风光的增长增加火电容量，构建增加200万、400万和600万千瓦煤电机组场景，仿真获得可靠性LOLE指标分别为860.3小时、283.6小时和63.2小时。即在增加至少600万千瓦煤机情况下，才能保证供电可靠性高于99%。可以看出，风光的置信容量很小（通常为5%~20%），在负荷增长的情况下，需通过增加常规发电机组（视资源禀赋，比选煤机、燃机、水电等）确保系统整体的发电容量充裕度以及供电可靠性。必须要指出的是，算例中600万煤电机组的容量电价将大幅抵消现货价格由于风光参与市场带来的价格下降。

  通过市场规划仿真可以得出结论6，假如山东省“十四五”期间，风光各增加800万千瓦，在负荷增加800万千瓦的情况下，相应必须增加煤电容量600万千瓦以上。如投资电化学储能，也能达到相应效果，但是考虑到在连续输出能量约束下，电化学储能的造价远远高于煤电机组，投放煤电机组仍是最为经济的手段。风光装机的增加能够有效降低现货价格，但是新增煤电机组的容量电价会抵消现货价格降低幅度，用户的感受则是电价呈上升态势。