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聚焦 | 新型电力系统亟需与之匹配的电力现货市场
点击次数:1694次 更新时间:2023/7/21 【关闭】

2023年7月11日,中央全面深化改革委员会召开第二次会议,会议审议通过了《关于深化电力体制改革加快构建新型电力系统的指导意见》,其核心精神是“要深化电力体制改革,加快构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统,更好推动能源生产和消费革命,保障国家能源安全。”

电力体制改革体现了生产关系的变化要求,新型电力系统则反映了电力行业生产力的发展方向,能源生产与消费革命的提法明确了生产关系与生产力的变革力度。保障国家能源安全指明了最终的目标是要把“能源的饭碗端在自己手上”。

发展新能源是主线任务

会议强调:“要科学合理设计新型电力系统建设路径,在新能源安全可靠替代的基础上,有计划分步骤逐步降低传统能源比重。”新能源作为发展主线再次被明确,能源革命的中心任务就是实现新能源的大规模发展与消费。

清洁低碳的实现离不开新能源

2023年7月3日是地球上有记录以来最热的一天,这是来自美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的最新数据。国家气候中心关于今年盛夏全国气候趋势的最新预测称,华北、华中中部和南部、西南地区东北部等地可能出现阶段性高温过程。虽未进入盛夏,全国高温已明显具有“出现时间早、影响范围广、极端性显著”等特征。世界气象组织(WMO)预计今后全球大部分地区气温将进一步升高,可能在5年内出现创纪录高温。

能源活动是我国二氧化碳的主要排放源,接近总排放量的90%。为了应对不断加剧的气候变化,亟需在能源生产与消费过程中降低碳排放量。我国二氧化碳排放将力争于2030年前达峰,努力争取2060年前实现碳中和。2022年,风电、光伏发电量首次突破1万亿千瓦时,达到1.19万亿千瓦时、同比增长21%,占全社会用电量的13.8%,在未来很长一段时间内将保持高速增长态势。

安全充裕的实现有赖于新能源

随着“双碳”目标的推进,终端电气化水平持续提升,电动汽车大规模发展,预计2030、2060年,我国全社会用电量需求分别约为11万亿度、16万亿度。目前全国仅山西、陕西、内蒙古和新疆等少数省(区)的煤炭可开采储量较大,火电大规模增加发电量难以为继;天然气发电更是受气源制约,水电的开发随着西南多个电站的投运,也已经达到相当高的水平;而核电受多种因素的影响,无法大规模发展。因此,满足巨大的电量增长需求,保障国家的能源安全,近期的主要电量来源也只能是风电与太阳能发电。

按照规划,非化石能源2030年占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上;到2050年,我国风电和光伏发电累计装机将超过50亿千瓦。

新能源高比例电力系统经济运行面临重大挑战

风电与太阳能发电受天气影响大,间歇性与波动性特征明显,且可控性差,给新型电力系统的安全可靠运行带来了巨大的挑战。

新能源存在多周期发电波动

受季节变化影响,新能源发电存在明显的月度不均衡。比如在华北地区,风力发电在2021年4、5、11、12月以及2022年3月发电较多,远超其他月份;光伏发电在2021年4、5、6、7、8月比较多,不同月份的相对量变化也非常大。如果以发电偏少的月份作为参考建设新能源,那么发电多的月份就会形成弃风弃光;如果以发电偏多的月份作为发展参考,那么发电少的月份就存在缺电风险,需要通过其他手段来进行保供。

由于大风与光照经常受气象过程的影响,在一次天气过程前后,新能源发电存在明显的变化。以山西2021年4月为例,风电发电量中旬是上旬的2倍、下旬是上旬的近3倍,跳动明显;2021年10月,光伏下旬发电量也比上旬翻了一番。

受光照与风力变化影响,日内不同时刻的新能源发电波动更为明显,这也是经常为大家所注意到的重点。在很多日子里,新能源发电高峰的几个小时,可能会导致电力系统出现消纳困难;而新能源不足的晚高峰或者晚间时段,则存在如何通过多种手段保障供电可靠性、避免限电发生的问题。

传统手段难以经济有效地应对供需波动

除了新能源之外,电动汽车用电负荷也存在较大的波动,受气候变化因素影响,终端负荷与水力发电的分月、分日与分时波动也在进一步加强。可以预见,新型电力系统面临的供需波动比传统时期要大得多,如何经济高效地平衡供需成为巨大挑战。

利用储能设施调节新能源月度之间的波动,一年之内只能实现两充两放,很明显没有经济性。若通过储能对新能源分日波动进行调节的话,根据天气过程来看,每月充放电循环也就是3次左右,折算到全年不超过50次,不管是化学储能还是抽水蓄能,均无法回本。另外,可能也根本无法提供如此多的储能容量。

如果采用传统手段包括调价、调度指令、调峰、拉闸限电等手段,能否解决问题呢?由于新能源发电的波动性与长中短期预测的难度,一是很难准确地调价,二是更难每月、每日去调价,因此价格与实际供需经常会打架,乃至进一步恶化供需。

在缺乏有效价格信号指引的情况下,即使调度工作做得再准,发用侧的市场主体如果感受不到经济上的刺激,或者像调峰市场一样仅有少量补偿,它们没有动力积极主动参与调度调整,或者即使参与了反而会带来损失,因此就更加难以为继。而拉闸限电带来的停电损失巨大,无法作为电力系统运行的常规调控手段。

电力现货市场建设是电力体制改革的核心

会议指出:“要健全适应新型电力系统的体制机制,推动加强电力技术创新,市场机制创新,商业模式创新。”市场机制创新的重点是建立以现货为核心的交易体系,并以此为基础发展新型商业模式。

现货市场自动引导供需协同

相比在所有的路口都设置一个有人值守的交通指挥岗,现有的红绿灯信号系统很明显更加经济、更加有效,所有城市交通得以井然有序。现货市场也是类似于一种交通信号灯的机制,当新能源发电多的时候,现货价格低,此时火电越发越亏,而用户用电成本极低,乃至为0,因此火电会主动少发、用户多用;当新能源发电少的时候,现货价格高,有时超过1000元/兆瓦时,此时火电发电能获得超额回报,而用户用电成本极高,因此火电会主动多发、抢发,用户会主动少用。

通过价格信号与新能源发电匹配,发用两侧,包含火电、自备电厂、部分水电厂与可调负荷,均可积极响应价格信号,以此实现发用两侧运行与新能源发电之间的高效协同。

借助现货市场这个支点,在保障新型能源系统安全可靠运行的前提下,整个调度管理工作量将极大降低,只需要执行传统的发电计划与发电调度程序即可;另外,现货市场也通过经济联系实现电网与发电、用户之间的高效协同,在实现资源优化配置的同时,有效地保障了新能源消纳与电力保供要求的落实。

现货市场激发技术与模式创新

在现货市场价格信号的引导下,发电侧可以通过深调改造、配置储能、优化运行等方面的探索创新,提供更多的发电侧灵活性;随着电力现货市场的常态化运行,负荷侧生产工艺改造与优化运行、综合能源系统发展、分布式与自备电源投资,也将得到激发,负荷集成商与虚拟电厂等新的商业模式也会不断出现,推动负荷侧可调资源与发电侧实现源荷互动。

总之,为了国家能源安全与应对气候变化,需要建设新能源高占比的新型电力系统。但新能源、气候变化、电动汽车等新型负荷的变化会引发复杂的供需不平衡问题;为了控制平衡管理成本,保障长中短期的电力供应与新能源消纳,建立电力现货市场成为必然。以现货市场为基础,多种新的商业模式将得到有效发展,从而更好地创新多种类型的能源管理与交易服务,实现电价向用户侧的传导,激发更多的资源参与到电力平衡过程中来。

来源: 电联新媒