探索“雙碳”目標(biāo)下促進(jìn)新能源消納的電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系建設(shè)路徑

■特約撰稿陳皓勇

2021年12月8～10日，中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議在北京舉行。會(huì)議提出，傳統(tǒng)能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基礎(chǔ)上。要立足以煤為主的基本國(guó)情，抓好煤炭清潔高效利用，增加新能源消納能力，推動(dòng)煤炭和新能源優(yōu)化組合。要狠抓綠色低碳技術(shù)攻關(guān)。要科學(xué)考核，新增可再生能源和原料用能不納入能源消費(fèi)總量控制，創(chuàng)造條件盡早實(shí)現(xiàn)能耗“雙控”向碳排放總量和強(qiáng)度“雙控”轉(zhuǎn)變，加快形成減污降碳的激勵(lì)約束機(jī)制，防止簡(jiǎn)單層層分解。要確保能源供應(yīng)，大企業(yè)特別是國(guó)有企業(yè)要帶頭保供穩(wěn)價(jià)。要深入推動(dòng)能源革命，加快建設(shè)能源強(qiáng)國(guó)。中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議為今后一段時(shí)間能源產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系建設(shè)提出了要求，明確了方向。

2020 年9 月22 日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上表示，中國(guó)“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。2021 年9 月22 日，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》。2021 年10 月24 日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》。2021 年12 月28 日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》。2022 年1 月24日，習(xí)近平總書記在主持中共中央政治局第三十六次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，我們必須深入分析推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和工作面臨的形勢(shì)和任務(wù)，充分認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的緊迫性和艱巨性，扎扎實(shí)實(shí)把黨中央決策部署落到實(shí)處。這一系列重要指示和文件精神從全局和戰(zhàn)略的高度指明了我國(guó)推動(dòng)綠色低碳發(fā)展、增強(qiáng)能源安全保障的方向和路徑。

當(dāng)前全球能源危機(jī)凸顯，歐洲、美國(guó)、亞洲遭遇能源供需矛盾的沖擊，天然氣、原油、動(dòng)力煤和電力價(jià)格均大幅上漲。很多人擔(dān)心能源危機(jī)是否會(huì)引發(fā)全球性通脹或滯脹。在全球能源供需緊張、國(guó)外市場(chǎng)價(jià)格普遍大幅上漲的形勢(shì)下，黨中央統(tǒng)籌全局、科學(xué)決策，果斷部署一系列正確有效的措施。當(dāng)前，煤炭?jī)r(jià)格回歸合理區(qū)間，電廠存煤達(dá)到歷史同期最高水平，電力供應(yīng)持續(xù)平穩(wěn)，天然氣資源供應(yīng)較為充足，能源保供穩(wěn)價(jià)工作已取得階段性成效。能源安全是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性問題，對(duì)國(guó)家繁榮發(fā)展、人民生活改善、社會(huì)長(zhǎng)治久安至關(guān)重要，加強(qiáng)和完善能源產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系建設(shè)是實(shí)現(xiàn)能源安全的必由之路。面對(duì)全球能源危機(jī)和能源轉(zhuǎn)型的大背景，本文擬對(duì)促進(jìn)新能源消納的電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系建設(shè)問題展開初步探討。

電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系的特殊性

與其他商品顯著不同，電力商品的產(chǎn)供儲(chǔ)銷是基于電力系統(tǒng)這個(gè)世界上規(guī)模最龐大、層次最復(fù)雜、資金和技術(shù)最密集的人造工業(yè)系統(tǒng)而建立的，而且與其他能源商品緊密關(guān)聯(lián)。市場(chǎng)化后的電力系統(tǒng)成為復(fù)雜的“工程-經(jīng)濟(jì)”耦合系統(tǒng)。電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性是一體兩面，而經(jīng)濟(jì)性建立在安全性的基礎(chǔ)上，離開了安全性，電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性就無從談起。因此，為在保證安全性的前提下提高經(jīng)濟(jì)性，需要對(duì)其物理、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等特性進(jìn)行深入分析。在電力體制改革不斷深化的背景下，市場(chǎng)元素的加入使得原本就已十分復(fù)雜的電力系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，各種關(guān)系交織在一起，難以厘清，需要尋求有效的分析方法。與其他商品市場(chǎng)不同，電力與能源的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、配售、消費(fèi)往往需要通過各種類型的網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行。由于本質(zhì)上這些網(wǎng)絡(luò)傳遞的都是能量，只是表現(xiàn)形式不同，所以可以統(tǒng)稱為能量網(wǎng)絡(luò)。能量網(wǎng)絡(luò)包含不同類型能源的子網(wǎng)（電網(wǎng)、熱網(wǎng)、燃?xì)饩W(wǎng)等），而各種子網(wǎng)之間又通過能量轉(zhuǎn)換設(shè)備（比如發(fā)電機(jī)、泵、空調(diào)和熱水器等）相連。

由于信息通信技術(shù)（ICT）的飛速發(fā)展，在物理層面的能量網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，又可建立基于傳統(tǒng)自動(dòng)化、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和“云大物移智鏈”等新興技術(shù)的信息網(wǎng)絡(luò)，以對(duì)能源生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和利用設(shè)備進(jìn)行調(diào)控。而電力與能源商品的交易及價(jià)值傳遞則形成價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，它是電力與能源價(jià)格體系的基礎(chǔ)，并且受能量網(wǎng)絡(luò)的物理規(guī)律和信息網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化模型制約。電力作為二次能源，其產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系形成如圖1 所示的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這三層網(wǎng)絡(luò)是緊密耦合、相互關(guān)聯(lián)的。

電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系中流通的商品是以看不見摸不著的能量形態(tài)存在的，是一種十分特殊的商品。在電力系統(tǒng)中，電壓、電流等物理量服從電磁場(chǎng)的基本規(guī)律——麥克斯韋方程組，或在電路中簡(jiǎn)化而成的基爾霍夫定律。電網(wǎng)中能量的傳輸并非電荷物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，而是電磁波沿導(dǎo)線的傳播。各發(fā)電廠生產(chǎn)的電能一旦上網(wǎng)，在物理上就被同質(zhì)化，無法再區(qū)分開來。因此，除點(diǎn)對(duì)點(diǎn)輸電的特殊情況外（在實(shí)際電力系統(tǒng)中罕見），電力生產(chǎn)方都無法找到所生產(chǎn)電能的具體消費(fèi)方；電力消費(fèi)方也無法找到所使用電能的具體生產(chǎn)方。因此，從電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷的角度看，電力系統(tǒng)的作用類似于水池。電力市場(chǎng)中所交易的，實(shí)際上是發(fā)電權(quán)和用電權(quán)，其核心問題也是發(fā)、用電權(quán)的競(jìng)爭(zhēng)與分配和電費(fèi)如何結(jié)算的問題。此外，由于物理層面的電能在時(shí)間和空間上均有連續(xù)性，在商品交易層面上，電能商品幾乎是可以任意定義的，存在商品定義和定價(jià)機(jī)制的選擇問題。

圖1 揭示了電力系統(tǒng)與電力市場(chǎng)的復(fù)雜關(guān)系。從系統(tǒng)的視角，電力系統(tǒng)屬于物理系統(tǒng)，而電力市場(chǎng)屬于社會(huì)系統(tǒng)（經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)）。電力市場(chǎng)作為微觀經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，其影響貫穿電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，其規(guī)劃設(shè)計(jì)的難度不低于電力系統(tǒng)工程項(xiàng)目，由于涉及不同市場(chǎng)主體的利益博弈，難度甚至更大。在電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)過程中，也應(yīng)該遵循一定的科學(xué)程序和方法論，相對(duì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾娏ο到y(tǒng)設(shè)計(jì)方法也可以為后者的設(shè)計(jì)提供參考。2021 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了“對(duì)我們理解復(fù)雜系統(tǒng)作出開創(chuàng)性貢獻(xiàn)”的三個(gè)人。其中一半為表彰真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann），原因?yàn)椤坝糜诘厍驓夂虻奈锢斫?，量化變異性和可靠預(yù)測(cè)全球變暖”。另一半頒發(fā)給喬治·帕里西（Giorgio Parisi），以表彰他“發(fā)現(xiàn)從原子到行星尺度的物理系統(tǒng)紊亂和波動(dòng)的相互作用”。復(fù)雜系統(tǒng)理論正是理解電力與能源及其相關(guān)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等系統(tǒng)的鑰匙，如能加以研究和應(yīng)用，必能為電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系的建立提供全新的思路和方法。

“雙碳”目標(biāo)下電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系的新特征

“雙碳”目標(biāo)下電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系以新型電力系統(tǒng)為依托，光伏、風(fēng)電等可再生能源將成為主要能源，同時(shí)有大量的分布式能源與靈活性資源直接接入用戶側(cè)。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)將發(fā)生較大的變化。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，大容量發(fā)電機(jī)組往往建在一次能源資源富集的地區(qū)，并通過超/特高壓遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)輸送到負(fù)荷中心。在新型電力系統(tǒng)中，風(fēng)、光等可再生能源處處存在，因此電源將遍布于整個(gè)電力系統(tǒng)。有學(xué)者提出分層分群電網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，即“將系統(tǒng)分解為群集（clusters）的層次結(jié)構(gòu)和全局協(xié)調(diào)”及“每個(gè)集群（cluster）都保持自己的凈功率平衡和局部自優(yōu)化”。

電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系也要適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性變革，其主要特征可分為三個(gè)層面：

在發(fā)電側(cè)，形成以新能源為主體的電力生產(chǎn)體系

各類電源的定位作用發(fā)生轉(zhuǎn)變。在新能源安全可靠替代的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)能源的逐步退出。新能源從提供電量補(bǔ)充逐步成為提供電量支撐的主體電源。水電和核電仍然是保障電力電量供應(yīng)的基礎(chǔ)性清潔電源。煤電將轉(zhuǎn)為以提供電力為主、電量為輔的備用保障電源。氣電主要作為調(diào)節(jié)性和保安電源。抽水蓄能仍保持削峰填谷、緊急事故備用作用。

高比例可再生能源接入。新能源裝機(jī)占比、發(fā)電量占比將大幅提升。風(fēng)電、光伏等可再生能源將以集中式與分布式相結(jié)合的形式接入電網(wǎng)。集中式如甘肅酒泉風(fēng)電基地等，采取大規(guī)模風(fēng)電集中式遠(yuǎn)距離傳輸?shù)燃夹g(shù)手段，把電能傳遞到負(fù)荷集中區(qū)；分布式如屋頂光伏等，通過接入本地配電網(wǎng)的方式就地消納。

規(guī)?；瘍?chǔ)能與分布式儲(chǔ)能并行。儲(chǔ)能在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)同步發(fā)展、共同作用，提供可信容量，平抑新能源隨機(jī)性、間歇性，減少棄風(fēng)棄光，同時(shí)快速響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)峰需求，保障新型電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。未來智能電網(wǎng)的儲(chǔ)能接入將會(huì)以規(guī)?；惺叫滦蛢?chǔ)能與分布式小型儲(chǔ)能并重的方式，通過智能終端根據(jù)儲(chǔ)能參與電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻的需求進(jìn)行智能化管理。

在電網(wǎng)側(cè)，形成以新型電力系統(tǒng)為依托的電力供銷體系

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加多樣復(fù)雜。伴隨著可再生能源與可調(diào)節(jié)靈活性資源的分布式接入，新型電力系統(tǒng)催生電網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐步向“主干電網(wǎng)+中小型電網(wǎng)及微型電網(wǎng)”柔性互聯(lián)形態(tài)發(fā)展。主網(wǎng)架向“合理分區(qū)、柔性互聯(lián)、安全可控、開放互濟(jì)”的形態(tài)轉(zhuǎn)變，并保持相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)區(qū)域電網(wǎng)，以及區(qū)域電網(wǎng)通過直流輸電或柔性背靠背互聯(lián)的大格局。配網(wǎng)向“交直流混合柔性電網(wǎng)+智能微電網(wǎng)”等多種形式協(xié)同發(fā)展，促進(jìn)分布式新能源高效就地消納。

電網(wǎng)高度智能化。面對(duì)未來電力系統(tǒng)具有的源荷雙重不確定性特征，電網(wǎng)的數(shù)字化與智能化將成為保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行的重要手段。數(shù)字電網(wǎng)發(fā)展即應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)進(jìn)行數(shù)字化改造，發(fā)揮數(shù)據(jù)的生產(chǎn)要素作用，以數(shù)據(jù)流引領(lǐng)和優(yōu)化能量流、業(yè)務(wù)流，增強(qiáng)靈活性、開放性、交互性、經(jīng)濟(jì)性、共享性等，使電網(wǎng)更加智能、安全、可靠、高效。

在負(fù)荷側(cè)，以電能為核心的綜合能源消費(fèi)體系逐步建立

海量靈活性資源分布式配置。隨著電力電子技術(shù)與控制技術(shù)不斷進(jìn)步，需求側(cè)響應(yīng)、虛擬電廠等可操作的靈活性資源參與電網(wǎng)運(yùn)行的手段也得以迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行模式將由以往的“源隨荷動(dòng)”逐漸向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變。靈活性資源參與需求側(cè)響應(yīng)可以保障電力系統(tǒng)在消納新能源時(shí)的穩(wěn)定性與可調(diào)節(jié)性。

終端設(shè)備多元化與綜合化。隨著如電動(dòng)汽車等的傳統(tǒng)煤炭、石油用能設(shè)備的電氣化轉(zhuǎn)變，終端用能設(shè)備的電氣化比例持續(xù)上升，智能家居、屋頂光伏與家用儲(chǔ)能等終端將促進(jìn)多元化的消費(fèi)者主體市場(chǎng)形成，從單一供用電模式向電熱冷氣綜合能源模式轉(zhuǎn)變。電網(wǎng)也將與天然氣、交通等多種基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)高度融合。

促進(jìn)新能源消納電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷體系建設(shè)路徑

習(xí)近平總書記在中共中央政治局第三十六次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一場(chǎng)廣泛而深刻的變革，不是輕輕松松就能實(shí)現(xiàn)的。我們要提高戰(zhàn)略思維能力，把系統(tǒng)觀念貫穿“雙碳”工作全過程，注重處理好四對(duì)關(guān)系：一是發(fā)展和減排的關(guān)系；二是整體和局部的關(guān)系；三是長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)和短期目標(biāo)的關(guān)系；四是政府和市場(chǎng)的關(guān)系。習(xí)近平總書記指出，推進(jìn)“雙碳”工作，必須堅(jiān)持全國(guó)統(tǒng)籌、節(jié)約優(yōu)先、雙輪驅(qū)動(dòng)、內(nèi)外暢通、防范風(fēng)險(xiǎn)的原則，更好發(fā)揮我國(guó)制度優(yōu)勢(shì)、資源條件、技術(shù)潛力、市場(chǎng)活力，加快形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生活方式、空間格局。具體舉措包括：第一，加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)；第二，推動(dòng)能源革命；第三，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)；第四，加快綠色低碳科技革命；第五，完善綠色低碳政策體系；第六，積極參與和引領(lǐng)全球氣候治理。習(xí)近平總書記的講話為“雙碳”目標(biāo)下電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷的體制機(jī)制建設(shè)指明了方向。

由于新型電力系統(tǒng)包括高比例的風(fēng)電、光伏等在內(nèi)的多種可再生能源，出力具有很強(qiáng)的不確定性，在進(jìn)行電源投資規(guī)劃決策時(shí)要確保系統(tǒng)的發(fā)電資源能適應(yīng)各種風(fēng)力、光伏出力場(chǎng)景。此外，還應(yīng)維持系統(tǒng)備用、調(diào)頻能力、慣性水平、安全穩(wěn)定裕度等，以確保安全可靠運(yùn)行，并且具有足夠的靈活性資源為新型電力系統(tǒng)提供各種輔助服務(wù)。

在“雙碳”目標(biāo)下，現(xiàn)代電力系統(tǒng)正逐步向高比例可再生能源和高比例電力電子設(shè)備（“雙高”）的趨勢(shì)發(fā)展。由于風(fēng)、光等新能源具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，給電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行帶來諸多困難，如何提高電力系統(tǒng)靈活性已成為各方關(guān)注的焦點(diǎn)。由于新能源發(fā)電設(shè)備一般通過電力電子裝置接入大電網(wǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為發(fā)生深刻變化，引發(fā)了一系列新型穩(wěn)定性問題。在這樣的背景下，電能作為商品，其價(jià)值相對(duì)于以傳統(tǒng)化石能源發(fā)電和沒有需求側(cè)響應(yīng)的電力系統(tǒng)更加多樣化。在新能源大規(guī)模接入的背景下，電力除了電量?jī)r(jià)值、容量?jī)r(jià)值，還具有靈活性、安全性和彈性價(jià)值等多種不同的價(jià)值，對(duì)其開展分析和研究，需要建立在對(duì)新型電力系統(tǒng)運(yùn)行特性深入認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，并緊密結(jié)合相關(guān)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論。電力定價(jià)和電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)以對(duì)電能價(jià)值規(guī)律的深入分析為基礎(chǔ)。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)模式下，最理想的電價(jià)水平應(yīng)等于電能的真實(shí)價(jià)值；在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)模式下，市場(chǎng)電價(jià)應(yīng)圍繞電能真實(shí)價(jià)值上下波動(dòng)。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由大型集中式電廠生產(chǎn)電能，并經(jīng)由多級(jí)升壓和降壓的輸配電網(wǎng)到達(dá)電力用戶，相應(yīng)的集中式電力市場(chǎng)機(jī)制也形成電能商品從發(fā)電側(cè)批發(fā)市場(chǎng)經(jīng)大電網(wǎng)至用電側(cè)零售市場(chǎng)的產(chǎn)供銷體系。而在新型電力系統(tǒng)中分布式電源處處存在，不同層級(jí)的聚合商們也將參與到面向電力批發(fā)市場(chǎng)或本地電力零售市場(chǎng)的電能交易，并且出現(xiàn)“產(chǎn)銷者”（即電力生產(chǎn)者同時(shí)也是電力消費(fèi)者）的新角色。包括分布式發(fā)電、儲(chǔ)能和柔性負(fù)荷在內(nèi)的分布式資源，一方面將削弱大型發(fā)電企業(yè)對(duì)電能供應(yīng)的壟斷地位，提供靈活調(diào)節(jié)資源，另一方面所引發(fā)的復(fù)雜時(shí)變潮流也將給不同層級(jí)電網(wǎng)的規(guī)劃、運(yùn)行和保護(hù)帶來新的挑戰(zhàn)，并且催生全新的交易機(jī)制和商業(yè)模式。

在新型電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電力單一的“源隨荷動(dòng)”（即根據(jù)負(fù)荷變動(dòng)情況調(diào)節(jié)發(fā)電功率）調(diào)度運(yùn)行模式將轉(zhuǎn)變?yōu)椤霸春苫?dòng)”的友好互動(dòng)模式，柔性負(fù)荷、虛擬電廠等新技術(shù)和商業(yè)模式也受到廣泛關(guān)注，正成為電力系統(tǒng)靈活性的重要來源，還可對(duì)保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行起到關(guān)鍵作用，為新能源的大規(guī)模并網(wǎng)消納提供有力支撐。除電力產(chǎn)供儲(chǔ)銷的體制機(jī)制外，還應(yīng)完善碳排放權(quán)定價(jià)機(jī)制，并加強(qiáng)碳排放權(quán)、綠色電力證書、用能權(quán)和電力交易等的有效銜接。這些改革內(nèi)容在2022 年1 月18日國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系的指導(dǎo)意見》中已有所體現(xiàn)?！?/p>