《風(fēng)能》專欄丨張樹偉： 電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力到底是什么？——從一則券商報(bào)告談起

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• ?靈活性，不僅僅包括單一煤電啟停時(shí)間、爬坡速率與最小出力的技術(shù)特性，更是一個(gè)開機(jī)組合的系統(tǒng)性問題。
  
• 諸多國內(nèi)外的相關(guān)研究均顯示，關(guān)于15% 風(fēng)光份額對應(yīng)系統(tǒng)成本大幅上升臨界點(diǎn)的提法，并無理論或?qū)嵶C依據(jù)。
• 筆者有一個(gè)傾向性的假說：我國電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足的更大原因在于開機(jī)組合，而并不是靈活性電源缺乏。

1月27日，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰儲(chǔ)能和智能化調(diào)度能力建設(shè)的指導(dǎo)意見》1，圍繞電力系統(tǒng)智能化調(diào)度能力提升，對運(yùn)行、技術(shù)、需求側(cè)等層面提出了要求。在這份3000多字的文件中，“靈活”一詞出現(xiàn)了8次，“調(diào)節(jié)”一詞更是出現(xiàn)了32次。這不可避免地涉及過去各類文章、報(bào)告中提及的所謂“電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力”的說法。

本期專欄將通過實(shí)例來解釋到底何為靈活調(diào)節(jié)能力，以及所謂“消納能力”的概念界定為何包含重大方法論缺陷。

券商報(bào)告幫助我們理解開機(jī)組合如何阻礙系統(tǒng)靈活性

2024年年初，有券商機(jī)構(gòu)在題為《如何理解電力系統(tǒng)對新能源的消納空間》的分析報(bào)告中，給出如下方法論闡述2：“新增常規(guī)電源裝機(jī)容量抬升系統(tǒng)最小技術(shù)出力，新增10GW核電/煤電/氣電最小技術(shù)出力增加10GW/3GW/2GW，壓縮消納空間?！?/span>

這著實(shí)是一種令人驚訝的方法論。新增電源了，居然同時(shí)意味著電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍下降。

然而，很不幸，這極有可能是目前電力系統(tǒng)安排運(yùn)行的范式?_巨量的（熱）備用（reserve），來應(yīng)對需求波動(dòng)及其他各種不確定性。《電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（試行）（SDJ161―85）規(guī)定系統(tǒng)總備用（包括負(fù)荷備用、事故備用與檢修備用）不低于20%。2020年發(fā)布的《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》（GB/T38969―2020）規(guī)定，系統(tǒng)（熱）備用容量為最大負(fù)荷的2%～5%，事故備用容量為最大負(fù)荷的10%，不小于系統(tǒng)一臺(tái)最大機(jī)組或饋入最大容量直流的單級容量。雖然有這個(gè)規(guī)定，但從以上的思維方式來看，現(xiàn)實(shí)中的開機(jī)組合并非保持一個(gè)必要而不浪費(fèi)的最小備用率，而是理論上所有的機(jī)組都最小出力“備著”，有需要時(shí)再提上去。也就是說，如果峰谷差是50%，高峰時(shí)刻若熱備用率是7%3，那么谷段向上的備用率則是55%。

極高的備用率，對另一個(gè)方向的調(diào)節(jié)能力不是好消息。機(jī)組都待在系統(tǒng)中，而通

常每個(gè)機(jī)組都有最小出力限制，那么遇到風(fēng)光大發(fā)時(shí)，進(jìn)一步下降的能力必然受限。

舉一個(gè)示意性的例子（圖1），如果需求量為100，可以用1臺(tái)100額度功率的機(jī)組來滿足，則進(jìn)一步上行潛力為0，下行潛力為70（最低穩(wěn)燃出力為30%）。然而，如果用2臺(tái)100額度功率的機(jī)組（每臺(tái)機(jī)組出力為50）來滿足，則上行潛力為100，下行潛力為40。如果使用4臺(tái)100額度功率的機(jī)組（每臺(tái)機(jī)組出力為25），那么開機(jī)組合將是無解的，因?yàn)闆]有機(jī)組可以將出力壓到25。

需要關(guān)注開機(jī)組合

煤電機(jī)組靈活性改造，從最小出力50%改為30%，釋放的僅是20%調(diào)節(jié)能力空間。而一臺(tái)50%最小出力水平煤電機(jī)組是在系統(tǒng)中一直“熱備用”，還是有需要再提上來，差別將是50%的容量空間。靈活性不僅僅包括單一煤電啟停時(shí)間、爬坡速率與最小出力的技術(shù)特性，更是一個(gè)開機(jī)組合的系統(tǒng)性問題。

為了在“有需要”時(shí)能夠提上來，基于預(yù)測及明確的價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)來平衡系統(tǒng)，決定哪臺(tái)機(jī)組上，哪臺(tái)機(jī)組下，就成為一個(gè)不可回避的問題。如果系統(tǒng)調(diào)度不使用風(fēng)電預(yù)測信息，很容易導(dǎo)致火電機(jī)組超規(guī)模開機(jī)計(jì)劃。2024年2月7日，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于建立健全電力輔助服務(wù)市場價(jià)格機(jī)制的通知》4強(qiáng)調(diào)，電網(wǎng)企業(yè)要加強(qiáng)精細(xì)化管理，提高經(jīng)濟(jì)調(diào)度水平。我們認(rèn)為此語所指，既包括實(shí)時(shí)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，也必須包含之前更早時(shí)間的開機(jī)組合計(jì)劃。

無稽之談：15%風(fēng)光份額對應(yīng)系統(tǒng)成本大幅上升的臨界點(diǎn)，但15%的確有含義

另一個(gè)重要的數(shù)字是15%，對應(yīng)于部分行業(yè)利益群體聲稱的“風(fēng)光接入電網(wǎng)成本快速上升”的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也對應(yīng)于2024/2025年風(fēng)光實(shí)現(xiàn)的比例。

有文章5曾指出：“國內(nèi)外研究表明，新能源電量滲透率超過10%~15%以后，系統(tǒng)成本將進(jìn)入快速增長的臨界點(diǎn)，未來新能源場站成本下降很難完全對沖消納新能源所付出的系統(tǒng)成本上升?！?/span>

諸多國內(nèi)外研究均顯示，這一界限并無理論或?qū)嵶C依據(jù)。我們的全國尺度模擬顯示，平均來看，風(fēng)光比重上升到32%，才是出現(xiàn)“凈”系統(tǒng)增量成本的臨界點(diǎn)，之前都是經(jīng)濟(jì)理性的選擇，且之后的系統(tǒng)層面增加也是逐漸的，而不是缺乏精確界定的“快速上升”。

即使是10多年前對“波動(dòng)性電源接入能力”的研究?_那時(shí)的風(fēng)光成本及系統(tǒng)自動(dòng)化水平都不及當(dāng)前，也遠(yuǎn)比15%更樂觀。比如，2011年（已經(jīng)是13年前了）的聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）特別報(bào)告總結(jié)的主要經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）成員國的風(fēng)電發(fā)展與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明6，在20%發(fā)電份額以內(nèi)，風(fēng)電并網(wǎng)帶給系統(tǒng)的技術(shù)挑戰(zhàn)并非不可逾越，成本的增加同樣是可管理的。當(dāng)前，一方面，可再生能源長期度電成本已經(jīng)低于煤炭等傳統(tǒng)化石能源，其差別在總成本的30%~50%。這一成本優(yōu)勢足夠抵消各種系統(tǒng)成本的增加因素，比如，可再生能源的波動(dòng)性引發(fā)其他機(jī)組利用率下降（profile cost），以及不確定性帶來備用與運(yùn)行往復(fù)成本的略微增加（reserve cost）。

不過，15%的數(shù)字顯然是“計(jì)算”過的。目前，水電和核電合計(jì)占20%左右，天然氣占5%，剩下的空間是煤電的。除了中午光伏大發(fā)的時(shí)刻，（全部）煤電在60%~90%出力變化，基本可以滿足一天所有時(shí)刻的要求。這一水平下，備用過多不至于挑戰(zhàn)物理最小出力限制，系統(tǒng)運(yùn)行仍保持既有范式的可行性。

因此，我國關(guān)于電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力的討論，必須格外關(guān)注系統(tǒng)層面，而非單一機(jī)組的技術(shù)性指標(biāo)。調(diào)度應(yīng)改變系統(tǒng)平衡模式，從“指揮官”的角色變成一個(gè)平等的市場參與者，利用預(yù)測與精確的開機(jī)組合，而非巨量的備用來平衡系統(tǒng)。

回到基本定義：靈活性不僅是關(guān)于技術(shù)的

就基本定義而言，電力系統(tǒng)靈活性往往是指在廣泛的條件下維持電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的能力。而可再生能源的波動(dòng)性和不確定性要求電力系統(tǒng)具備更高的靈活性。相信讀者會(huì)在過去15~20年的大量國內(nèi)外文獻(xiàn)中找到這兩個(gè)宣稱或陳述（claim/argument），它們屬于標(biāo)準(zhǔn)化、概括性的政策文件、報(bào)告乃至期刊文章的語言，也對應(yīng)于諸多的政策建議、活動(dòng)及集體性倡議。比如，2017年，第八屆清潔能源部長級會(huì)議（CEM8）將“發(fā)電廠靈活性”作為核心議題進(jìn)行運(yùn)動(dòng)式推廣。

2022年，國際水電協(xié)會(huì)（International Hydropower Association，IHA）發(fā)起主題為“水電成就未來”（We can, with hydropower）系列活動(dòng)，繼續(xù)以靈活性為賣點(diǎn)。2023年，英國國家電網(wǎng)召集了超過百萬戶家庭和企業(yè)報(bào)名參與，測算需求側(cè)靈活性。2024年3月，德國和法國同意根據(jù)氣候中和目標(biāo)，共同研究其靈活性政策的要素，包括需求側(cè)響應(yīng)、電池存儲(chǔ)和可調(diào)度容量能力及電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。在我國，2021年國網(wǎng)電動(dòng)汽車服務(wù)有限公司在15個(gè)?。ㄊ校┙ㄔO(shè)了42個(gè)車網(wǎng)互動(dòng)（V2G）項(xiàng)目、609個(gè)V2G終端，共有近4000臺(tái)電動(dòng)車參與過車網(wǎng)互動(dòng)試驗(yàn)，為電力系統(tǒng)提供靈活性。

它們適用于各種情況與場合，是一概而論的，筆者并非不同意這些說法。然而，由于它們?nèi)狈_的時(shí)間、空間與參照系界定，所謂的“靈活性”是與什么相比，意味著多大需求，而供給面臨何種激勵(lì)與約束，卻必然缺乏細(xì)節(jié)與現(xiàn)實(shí)相關(guān)性，從而淪為一種“無錨”（unanchored）的討論。關(guān)于靈活性的討論需要超越技術(shù)視角，進(jìn)入系統(tǒng)方法論與視角。

現(xiàn)實(shí)中的悖論：投資外溢效應(yīng)往往重于運(yùn)營外溢

現(xiàn)實(shí)的悖論與困境是，投資往往都是大家樂見的，只要有投資，產(chǎn)業(yè)鏈上下游就會(huì)受益。要求享受投資外溢效應(yīng)影響的群體，如前文提及的券商考慮運(yùn)營的可持續(xù)性，以及運(yùn)營的外溢影響，尤其是對轉(zhuǎn)型、環(huán)境、地方經(jīng)濟(jì)乃至就業(yè)的影響，無疑是一廂情愿。

如何設(shè)計(jì)機(jī)制，讓運(yùn)營問題得到更大程度的關(guān)注與聚焦？這考驗(yàn)我國新型電力系統(tǒng)與新型能源體系的設(shè)計(jì)與推進(jìn)。畢竟，對于整個(gè)社會(huì)而言，不僅僅投資有意義，投資后的資產(chǎn)如何運(yùn)營才是關(guān)系到長久生產(chǎn)性能與生活質(zhì)量的關(guān)鍵。

小結(jié)

“電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力”的表達(dá)，是一種將復(fù)雜細(xì)節(jié)問題概括化的方式，具有語義上的必要性。然而，這種概括也將一個(gè)綜合性的問題簡單化、模糊化與技術(shù)化。筆者有一個(gè)傾向性的假說：我國電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足的更大原因在于開機(jī)組合，而非靈活性電源缺乏。對于這一假說的精確定量檢驗(yàn)，我們留待今后進(jìn)行。

2月6日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布指導(dǎo)意見，瞄準(zhǔn)配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展7。指導(dǎo)意見特別明確了2025年的工作目標(biāo)：配電網(wǎng)承載力和靈活性顯著提升，具備5億千瓦左右分布式新能源、1200萬臺(tái)左右充電樁接入能力。

2月29日，習(xí)近平總書記在中共中央政治局第十二次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)8：“要適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型需要，進(jìn)一步建設(shè)好新能源基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，推進(jìn)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化改造和智能微電網(wǎng)建設(shè)，提高電網(wǎng)對清潔能源的接納、配置和調(diào)控能力?！边@對我國下一步能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)/約束、基礎(chǔ)設(shè)施保障，以及可再生能源并網(wǎng)目標(biāo)提出了明確的要求。

短期內(nèi)，我們?nèi)匀黄诖嚓P(guān)政策與監(jiān)管措施的盡快完善。筆者認(rèn)為這無疑吹響了一場真正能源革命的“號角”。讓我們共同期待、見證、參與接下來的偉大歷史。?