可再生能源需要為出力波動付出多大程度的“代價”

張樹偉

光伏行業(yè)的競價結(jié)果之低，一再刷新人們的認知。2020年，我國補貼項目競價結(jié)果顯示1：單個項目的最低電價為0.2427元/千瓦時，加權(quán)平均電價為0.3720元/千瓦時，低于經(jīng)常作為標桿的煤電行政定價水平。國際上，在2019年突尼斯50萬千瓦光伏項目招標中，出現(xiàn)了非洲地區(qū)的最低價？ 0.024美元/千瓦時（約合人民幣0.164元/千瓦時）。

然而，一個基本的事實是，光伏設(shè)備只能在有太陽的時候發(fā)電，這對于需要隨時應(yīng)對打開電燈或者開啟生產(chǎn)線的連續(xù)電力供應(yīng)需求來說，顯然不是優(yōu)點。比如，給定光伏設(shè)備只能服務(wù)于白天的供電，意味著無論發(fā)展多大規(guī)模的光伏裝機，超過最高負荷的多少倍，也并不能解決夜晚的供電問題。

關(guān)鍵在于，對于這個特點，需要多大程度的懲罰？需要付出多大代價才是合理的？這在我國能源行業(yè)的討論中尤其重要。因為，一方面，在我國的公眾，特別是媒體討論中或多或少存在著“講個優(yōu)點，評勞模；說個缺點，重復(fù)懲罰”的不精確論證模式，往往只說性質(zhì)、不講程度；另一方面，由于缺乏短期競爭性市場，也不存在以市場定價的精確方式來顯示這種“正確”的懲罰程度作為透明的標桿，從而很難讓普通大眾感知其程度。

那么，從“懲罰”來看，至少有如下幾個程度上的“臺階”：

第一階：光伏是典型的“垃圾電”。來片云，出力就能波動80%。系統(tǒng)完全不需要這種電源，不應(yīng)該發(fā)展光伏。懲罰：停止發(fā)展。

第二階：光伏設(shè)備出力波動如此厲害，完全不聽指揮，因此，必須加裝儲能設(shè)施，讓光伏出力多少就必須出力多少。所以，儲能應(yīng)該按1：1的比例進行配置，存儲周期最好是基于月度。懲罰：每千瓦時電量+0.05元的儲放成本。

第三階：在夏季使用空調(diào)的高峰期，光伏是不是也得做點貢獻？可是太陽一落，人們紛紛回家吹空調(diào)時，光伏設(shè)備也停發(fā)了。那么，光伏是不是應(yīng)該加裝20%的儲能，弄個日存儲的儲能？懲罰：每千瓦時電量+0.01元的額外長期平均成本。

第四階：光伏設(shè)備裝了那么多，達到最高負荷的1.5倍，原來的中午高峰變成了低谷，傍晚的高峰卻更高。光伏的電力價格是不是要打個折扣？如果煤電電價是0.3元/千瓦時，光伏在中午時段所發(fā)電量的電價就只能按0.15元/千瓦時計算。這意味著，如果光伏還享受著補貼，其強度要遠高于大家之前的認知。懲罰：每千瓦時電量少收益50%，但起碼不用受到額外懲罰。

第五階：懲罰？開玩笑吧？光伏設(shè)備在夜間無法供電，出力下來了，也不能獲得相應(yīng)收入。如果夜間電價變高，光伏的平均收益就遠遠低于可控機組，這樣的懲罰還不夠嗎？懲罰：夜間沒有收入，已經(jīng)算是自動懲罰了，不需要再進行二次懲罰。

第六階：市場應(yīng)該時刻保持開放性，發(fā)展光伏的目的從來不是為了實現(xiàn)系統(tǒng)平衡，而是基于節(jié)能減排的需要，完全不應(yīng)該被懲罰，反而需要獎勵。懲罰：負的懲罰，獎勵其具有的環(huán)境減排價值。

那么，到底哪個是更合理的？本期專欄將討論這個問題。

最初上網(wǎng)的光伏發(fā)電

一般而言，大部分地區(qū)的中午時段都是相對的用電高峰期，特別是在低緯度地區(qū)，夏季的中午往往意味著巨大的空調(diào)負荷。因此，此時的光伏發(fā)電恰恰能夠彌補負荷高峰、捕捉市場的高價格。到了晚上，負荷進入低谷，光伏設(shè)備不發(fā)電，但這時的電價往往很低。因此，從平均上來看（比如1年），光伏的度電收益往往高于煤電或核電等傳統(tǒng)發(fā)電機組。

光伏裝機容量遠超最大負荷的情況

那么，如果光伏的裝機持續(xù)增長，是出于節(jié)能減排而非系統(tǒng)平衡的目的（這仍舊是必要的，因此，要不斷替代其他電源才行），就有可能出現(xiàn)光伏設(shè)備的出力超過最大負荷的情況，從而將過去的高峰變成現(xiàn)在的低谷。美國加利福尼亞州2020年8月中旬發(fā)生的炎熱天氣下的拉閘限電提供了觀察這一情況的機會。

8月14日，加利福尼亞州電力系統(tǒng)因為系統(tǒng)充足性不足，進行了三級切除負荷響應(yīng)，而同期的市場電價超過1美元/千瓦時（見圖1）。但是很顯然，光伏捕捉不到這樣的高價機會，因為它的出力在這個時候是越來越低的。因此，從平均上來看，其市場價值會跌落至其他機組的80%、50%，乃至更低（但不會無限降低）。

為何出現(xiàn)系統(tǒng)充足性不足？除了風電與天然氣發(fā)電機組的意外停機，加利福尼亞州的半計劃、半市場電力體制也是重要的原因。政府監(jiān)管部門仍舊使用方法論陳舊、不能考慮完整不確定性的“綜合資源規(guī)劃”（IRP）確定未來的裝機節(jié)奏，是一個重要的體制性原因。

2019年，加利福尼亞州監(jiān)管機構(gòu)預(yù)測2020年的電力需求只有4500萬千瓦左右。但事實上，因高溫天氣，其需求一度超過4700萬千瓦，使得系統(tǒng)備用率下降到5%？ 一個不可接受的低水平。

加裝儲能設(shè)施會改變什么

從以上的兩個極端來看，光伏具有“自我毀滅”的性質(zhì)，最初其單位發(fā)電價值往往高于其他可控電源，但越過一定階段，在將剩余凈負荷的峰值轉(zhuǎn)移到傍晚之后，其價值通常會迅速跌落。這意味著，基于平準化度電成本（LCOE）比較各種電源的競爭力，已經(jīng)很難有比較確切的含義。當然，這種情況與我國的現(xiàn)狀存在很大差異，并且它只是一個特點，并非缺點，很多事物都有這個特點。

那么，光伏加裝儲能設(shè)施后，會有何種變化？

儲能在市場中無疑扮演著“套利”的角色，在低谷低價時段，作為用電者；在高峰高價時段，作為發(fā)電者。類似地，它必然也具有“自我毀滅”的性質(zhì)，其實現(xiàn)收益的過程就是消滅電價波動的過程（圖2顯示的日存儲情況）。若電價沒有了足夠的波動，新增的儲能設(shè)施自然就不存在盈利的空間。

因此，如果沒有足夠的未來預(yù)見能力，“可再生能源+儲能”的系統(tǒng)，可能會經(jīng)歷與資本主義經(jīng)濟危機類似的“繁榮―蕭條”周期。

最初，接近零成本的光伏加上廉價的儲能，在此刻的電源結(jié)構(gòu)下盈利頗豐，吸引了大量的投資與新設(shè)施的建設(shè)。隨著它們進入系統(tǒng)，電價變得越來越低，峰谷差也在縮小。很快，最終電價的差別下降到這些“光儲系統(tǒng)”的經(jīng)濟平衡點，促使泡沫最終破裂，很多建成的資產(chǎn)成為“擱置資產(chǎn)”。

泡沫破裂后，建成的儲能設(shè)施只能勉強維持運轉(zhuǎn)。高峰電價不夠高，從而無法吸引新的儲能設(shè)施建設(shè)；平均電價水平又太低，無法吸引獨立的光伏以及任何其他新的電源。直到有一天，人們開始在部分時段缺電（比如傍晚），電價突然上漲，從而進入新一輪的循環(huán)。

可以想象，這其中必然包含各種投資的錯配危機以及反周期政策的干預(yù)，并不會出現(xiàn)線性發(fā)展。市場似乎永遠無法解決系統(tǒng)的容量充足性與周期性波動問題。

當然，如果電力價格仍舊沒有一個高的時間分辨率，那么，以上的發(fā)展變化只能是“暗流涌動”。唯一表現(xiàn)出來的只是各種裝機的過剩、某些時段的平衡困難以及某些機組的嚴重限電。類似于我國風電裝機規(guī)模自2005年快速增長后，在2010―2015年間出現(xiàn)的嚴重棄風限電問題。

所以，到底是光伏的發(fā)展改變電力系統(tǒng)的平衡方式，還是電力系統(tǒng)的平衡范式將光伏“改造”得與傳統(tǒng)能源一樣？ 這往往意味著減排目的將大打折扣，系于我國的政治經(jīng)濟學(xué)。對于二者的互動與相互適應(yīng)如何隨著時間進化，本專欄將持續(xù)關(guān)注。

小結(jié)

過去，我國曾長期處于缺電狀態(tài)，并且可再生能源所占的份額小。因此，系統(tǒng)在“電力價值”上的區(qū)分與否誤差不大，煤電的行政定價水平成為標桿。未來，隨著系統(tǒng)的容量過剩問題（特別是煤電過剩）愈發(fā)突出，以及可再生能源所占的份額不斷增加，各種電源的系統(tǒng)價值會更加分化。

通過行政手段確定的電力價格、自由量裁而非交易決定的粗尺度調(diào)度方式，已經(jīng)到了非改不可的地步。否則，系統(tǒng)的電能質(zhì)量與安全保障都可能隨著系統(tǒng)的復(fù)雜化，“灰犀?！憋L險將日益增加。