新型電力系統(tǒng)到底“新”在哪里？

●谷峰

按照全國電網(wǎng)運(yùn)行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會給出的新型電力系統(tǒng)的定義，新型電力系統(tǒng)是以承載實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和，貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局、推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求為前提，以確保能源電力安全為基本前提，以滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展電力需求為首要目標(biāo)，以最大化消納新能源為主要任務(wù)，以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺，以源網(wǎng)荷儲互動與多能互補(bǔ)為支撐，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動基本特征的電力系統(tǒng)。這個(gè)定義非常全面，提到了新型電力系統(tǒng)的基本前提、首要目標(biāo)、主要任務(wù)、實(shí)現(xiàn)手段和基本特征。這個(gè)定義雖然全面但不足也很突出，很難總結(jié)出我國要建設(shè)的新型電力系統(tǒng)到底“新”在哪里。如果我們給出的定義過于寬泛，核心要點(diǎn)過多，容易把握不住本質(zhì)的“新”，就會分散投資的方向，甚至在錯(cuò)誤的方向上付出巨大的成本，從而引發(fā)電價(jià)的不合理上漲。

電力系統(tǒng)不斷升級下的新舊相對論

回顧我國的電力系統(tǒng)發(fā)展，歷次電力系統(tǒng)升級都曾產(chǎn)生過當(dāng)時(shí)的“新型電力系統(tǒng)”。

根據(jù)電力規(guī)劃總院的相關(guān)研究成果，我國電力系統(tǒng)到目前可分為起步發(fā)展、省級電網(wǎng)互聯(lián)、區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)三個(gè)階段?；仡^看看那些被替代的電力系統(tǒng)，也曾經(jīng)是新型電力系統(tǒng)，例如省級電網(wǎng)互聯(lián)的電力系統(tǒng)相對起步發(fā)展階段的電力系統(tǒng)就可以稱為新型電力系統(tǒng)，區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的電力系統(tǒng)相對省級電網(wǎng)互聯(lián)的電力系統(tǒng)也可以稱為新型電力系統(tǒng)。

起步發(fā)展階段

此階段指從 19 世紀(jì) 80 年代我國電力起步到 1980 年左右省級電網(wǎng)初步形成的階段。起步發(fā)展階段，我國電力系統(tǒng)以小電源、單個(gè)電網(wǎng)為主。由初期孤立電廠外送直接供電，發(fā)展到多個(gè)電廠互聯(lián)和以電廠為中心向四周供電的局部電力系統(tǒng)，電力就地平衡，系統(tǒng)分散，不均衡發(fā)展；后期，隨著 220 千伏線路的建設(shè)，城市電網(wǎng)形成。至 1980 年，省級電網(wǎng)基本形成，全國有容量 10 萬千瓦以上電網(wǎng) 32 個(gè)，其中 100 萬千瓦 12 個(gè)。全國發(fā)電設(shè)備容量達(dá) 6587 萬千瓦。該階段電網(wǎng)伴隨電源建設(shè)特點(diǎn)明顯，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，自動化水平較低，電網(wǎng)頻繁出現(xiàn)穩(wěn)定問題，僅“四五”時(shí)期發(fā)生的穩(wěn)定事故就有 100 起左右。

省級電網(wǎng)互聯(lián)階段

此階段指 1980 年到 1995 年的區(qū)域電力系統(tǒng)形成時(shí)期。改革開放以來，集資辦電等一系列政策的實(shí)施，極大地促進(jìn)了電力建設(shè)，帶動我國電力系統(tǒng)快速發(fā)展。該階段是市場經(jīng)濟(jì)體制的確立與探索時(shí)期，加快適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展仍然是該時(shí)期電力工業(yè)建設(shè)的主要任務(wù)。電力行業(yè)管理體制實(shí)現(xiàn)政企分開。這個(gè)階段電力系統(tǒng)的“新”體現(xiàn)在電網(wǎng)用于互濟(jì)與互聯(lián)功能顯著提高，超高壓電網(wǎng)高速發(fā)展，區(qū)域電網(wǎng)初步形成。本階段電力工業(yè)進(jìn)入超高壓時(shí)期，電力系統(tǒng)建設(shè)一方面適應(yīng)大容量機(jī)組遠(yuǎn)距離外送，另一方面滿足電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；以區(qū)域內(nèi)資源配置為主，立足省內(nèi)平衡，輔以省間互濟(jì)，圍繞省內(nèi)負(fù)荷中心重視省網(wǎng)建設(shè)。除臺灣、香港等地區(qū)外，全國形成了東北、華北、西北、華中、華東5 個(gè)區(qū)域電網(wǎng)、南方聯(lián)營電網(wǎng)和 10 個(gè)獨(dú)立省區(qū)電網(wǎng)的電力系統(tǒng)格局。

全國電網(wǎng)互聯(lián)階段

1996 年以來，電力工業(yè)在社會主義市場經(jīng)濟(jì)的大背景下飛速發(fā)展，大型梯級水電站和煤電基地相繼投產(chǎn)，嚴(yán)重缺電局面開始扭轉(zhuǎn)。進(jìn)入新世紀(jì)，我國啟動電力體制改革，實(shí)施政企分開、廠網(wǎng)分離。與此同時(shí)，國家實(shí)施西部大開發(fā)和“西電東送”戰(zhàn)略，大電源基地、大電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。相對于第二階段，本階段電力系統(tǒng)的“新”體現(xiàn)在西電東送與區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)。電力系統(tǒng)以區(qū)域電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以超高壓、特高壓交直流電網(wǎng)為載體，發(fā)展跨省跨區(qū)的大規(guī)模電力資源配置，電網(wǎng)大范圍資源配置能力顯著增強(qiáng)。在滿足電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，預(yù)防事故發(fā)生的前提下，立足在能源基本格局下實(shí)現(xiàn)區(qū)域平衡，優(yōu)化主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。截至 2020 年底，除臺灣外，我國各省級電網(wǎng)全部實(shí)現(xiàn)交直流聯(lián)網(wǎng)，基本形成全國聯(lián)網(wǎng)格局，跨省跨區(qū)特高壓輸電通道22 回，建成了全世界規(guī)模最大的多區(qū)域互聯(lián)、交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)。

從我國電力系統(tǒng)發(fā)展史來看，實(shí)際上“新”是與“老和舊”相對的，是個(gè)描述事物比較狀態(tài)的形容詞，今天我們建設(shè)的新型電力系統(tǒng)，也許20年后就會被更新型的電力系統(tǒng)所替代。上述三個(gè)階段電力系統(tǒng)的演進(jìn)是以?。ǔ鞘校╇娋W(wǎng)—區(qū)域電網(wǎng)—區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)為主要標(biāo)志進(jìn)行的，其間電源側(cè)也經(jīng)歷了燃煤機(jī)組從幾千千瓦到百萬等級、水電機(jī)組從幾百到七十萬等級、核電從無到有、可再生能源成為重要組成部分的巨大進(jìn)步。但是電源側(cè)的變化并沒有成為階段劃分的標(biāo)志，并沒有出現(xiàn)跨越式的、本質(zhì)的變化。

新型電力系統(tǒng)

有其內(nèi)在核心的“新”

本輪電力系統(tǒng)發(fā)展要建設(shè)的新型電力系統(tǒng)，就其本身而言，核心本質(zhì)就是發(fā)電側(cè)要大規(guī)模、高比例使用可再生能源。其他諸如堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)、網(wǎng)源荷儲互動與多能互補(bǔ)、清潔高效煤電這些特征，其實(shí)在我國電網(wǎng)發(fā)展的第二三階段都有提及，甚至部分技術(shù)在百年前已經(jīng)面世，并非是本輪新型電力系統(tǒng)建設(shè)的核心特征，而應(yīng)當(dāng)定位其為順應(yīng)發(fā)電側(cè)大規(guī)模、高比例使用可再生能源需要采用的可能手段?？稍偕茉吹陌l(fā)電特性是間歇性、不連續(xù)性，這與用戶側(cè)要求的連續(xù)穩(wěn)定供電相矛盾，也與電力系統(tǒng)安全、連續(xù)、穩(wěn)定供電的基本要求相矛盾，即使是本輪的新型電力系統(tǒng)，也未改變用戶側(cè)的需求和電力系統(tǒng)本身的需要，那么就要采用其他手段對沖可再生能源不符合用戶側(cè)和電力系統(tǒng)要求的發(fā)電特性。當(dāng)然，技術(shù)在不停進(jìn)步，20年的時(shí)間仍然很長，何時(shí)出現(xiàn)新的技術(shù)、何時(shí)舊有技術(shù)經(jīng)濟(jì)性取得突破都無法預(yù)計(jì)，2040年的新型電力系統(tǒng)可能會使用我們暫時(shí)還沒有發(fā)現(xiàn)的技術(shù)路徑和技術(shù)組合。我們現(xiàn)在的分析，是在考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下，基于現(xiàn)有技術(shù)組合和技術(shù)路徑可行性進(jìn)行的論證。

為什么要使用堅(jiān)強(qiáng)智能的電網(wǎng)？

將可再生能源的間歇性與不連續(xù)性轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩魝?cè)所需要的連續(xù)穩(wěn)定供電，有兩種方式供選擇，一種方式是通過儲能（含制氫），使可再生能源生產(chǎn)的電能“離線”形成庫存，并在用戶側(cè)需要時(shí)平穩(wěn)釋放；另一種方式是通過電網(wǎng)形成平臺，由其他能源（主要是傳統(tǒng)能源）生產(chǎn)的電能，對可再生能源間歇性與不連續(xù)性“在線”進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)服務(wù)。本輪新型電力系統(tǒng)的建設(shè)之所以選擇后一種方式，主要還是考慮經(jīng)濟(jì)性因素。由于我國在歷年正常氣候下，均有3~7日風(fēng)光出力極小，部分地區(qū)甚至可達(dá)無風(fēng)無光的程度，在此情況下如果僅依靠儲能，我國電價(jià)的水平會上漲到經(jīng)濟(jì)無法承受的程度。因此，在目前的技術(shù)水平之下，堅(jiān)強(qiáng)智能的電網(wǎng)是承載大規(guī)模、高比例可再生能源的唯一經(jīng)濟(jì)性選項(xiàng)。

為什么仍然要發(fā)展清潔高效的煤電？

所有以電網(wǎng)為平臺的電力系統(tǒng)，都需要三種商品，一是電能量，二是調(diào)節(jié)能力，三是有效容量（可靠性）。電能量無需過多解釋。調(diào)節(jié)能力是指跟隨負(fù)荷變化或應(yīng)對電源側(cè)事故保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力。有效容量是指在極端天氣或負(fù)荷尖峰時(shí)刻能夠保證出力、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定供電的容量。傳統(tǒng)電源一般來說既能提供電能量，又能提供調(diào)節(jié)能力，還能提供有效容量，因此在本輪新型電力系統(tǒng)建設(shè)之前，電源為系統(tǒng)提供的商品是同一主體身兼數(shù)職的，經(jīng)濟(jì)性較好?？稍偕茉从捎谝淮蝿恿Α翱刺斐燥垺?，從事電能量生產(chǎn)是沒有問題的，但是在不加裝“外設(shè)”的前提下，很難提供調(diào)節(jié)能力，甚至由于一次動力的間歇和不連續(xù)，還要大幅增加系統(tǒng)對調(diào)節(jié)能力的需求。同時(shí)，可再生能源出力受天氣限制，我國目前負(fù)荷高峰的發(fā)展趨勢是冬季逐步逼近夏季或超過夏季高峰，晚高峰大于日高峰。系統(tǒng)尖峰大概率出現(xiàn)在氣候較為極端的時(shí)間，該時(shí)段往往是可再生能源出力很低、甚至完全沒有出力的時(shí)段。因此，未來新型電力系統(tǒng)需要可再生能源生產(chǎn)電量以減少碳排放，需要傳統(tǒng)電源提供調(diào)節(jié)能力和有效容量。換言之在保證電力系統(tǒng)可靠性的要求下，未來的尖峰負(fù)荷有多大，就應(yīng)當(dāng)保留多少容量的傳統(tǒng)電源。此外，由于我國缺油少氣，水電資源剩余可開發(fā)量不大（且冬季水電往往處于小出力的枯水期），將來支撐新型電力系統(tǒng)有效容量的電源類型只能是清潔的煤電，并將由其提供系統(tǒng)需要的主要調(diào)節(jié)能力。

為什么要網(wǎng)源荷儲互動與多能互補(bǔ)？

從國際經(jīng)驗(yàn)來看，可再生能源就地平衡的經(jīng)濟(jì)性最好，同時(shí)在能源供給側(cè)，采用不同能源種類聯(lián)動會產(chǎn)生互補(bǔ)效益。實(shí)際上，隨著可再生能源比重增加，僅僅依靠傳統(tǒng)電源提供調(diào)節(jié)和有效容量成本巨大。這好比傳統(tǒng)電源同時(shí)提供電能量、調(diào)節(jié)和有效容量模式，像“一個(gè)和尚挑水吃”，可再生能源生產(chǎn)電能量，傳統(tǒng)電源提供有效容量和調(diào)節(jié)能力，像“一個(gè)和尚（可再生能源）挑水吃，一個(gè)和尚（傳統(tǒng)電源）等著幫忙抬水吃”，自然而然成本就上升了。通過粗略估算，就能看到可再生能源自身投資成本的下降，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法抵消消納成本的上升，要想辦法減少“幫忙抬水和尚”的數(shù)量。因此，具有一定調(diào)節(jié)能力和中斷用電能力的用戶側(cè)必須要參加調(diào)節(jié)和提供有效容量。原來用戶側(cè)參與調(diào)節(jié)和提供有效容量的情況很少，主要原因是缺乏有吸引力的價(jià)格。而現(xiàn)在由于高比例可再生能源的大規(guī)模接入，推動了電價(jià)一定程度的上漲，形成了具有一定吸引力的價(jià)格。當(dāng)然，用戶側(cè)參與調(diào)節(jié)和提供有效容量，以單個(gè)用戶為主體既不可靠、也不具有經(jīng)濟(jì)性，利用用戶側(cè)資源的方式應(yīng)當(dāng)是“網(wǎng)源荷儲”一體化和多能互補(bǔ)，這既可以為新型電力系統(tǒng)需要的調(diào)節(jié)能力和有效容量提供較為廉價(jià)的補(bǔ)充，又可以對提高可再生能源就地消納有一定的促進(jìn)作用。

新型電力系統(tǒng)的“新”并未止于其本身

實(shí)際上，與電力系統(tǒng)前三個(gè)發(fā)展階段相比，本輪新型電力系統(tǒng)的外部環(huán)境發(fā)生了根本性的變化。電力系統(tǒng)發(fā)展的前三個(gè)階段，由政府主管部門審批投資、核定電價(jià)并分配發(fā)電計(jì)劃，電網(wǎng)企業(yè)按照核定電價(jià)和政府確定的發(fā)電計(jì)劃，統(tǒng)購統(tǒng)銷電量，這實(shí)質(zhì)上是一個(gè)“管生又管養(yǎng)”的過程，電源投資沒有風(fēng)險(xiǎn)，這也是過去發(fā)電企業(yè)“跑馬圈地”的原因之一。但是本輪新型電力系統(tǒng)建設(shè)所處的外部環(huán)境是電力市場化，也就是電源項(xiàng)目未來不再是政府“管生又管養(yǎng)”的機(jī)制，而是變成了“政府準(zhǔn)生、市場謀生”的模式。這恐怕是新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中與其他階段電力系統(tǒng)發(fā)展外部條件相比最大的“新”。

“市場謀生”的機(jī)制對新型電力系統(tǒng)的建設(shè)有著重大的意義，因?yàn)槲覀冃枰男滦碗娏ο到y(tǒng)，是為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)的，是不能超越社會經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展所需電價(jià)水平的。電力系統(tǒng)發(fā)展的任何階段，能源“不可能三角”都在持續(xù)發(fā)揮作用，可靠（安全）、綠色、經(jīng)濟(jì)永遠(yuǎn)不可能同時(shí)達(dá)到。目前技術(shù)條件下，在必須安全，且大規(guī)模使用綠色電力的前提下，電價(jià)上漲是必然的。雖然上漲無法避免，但是上漲的幅度是可以通過精準(zhǔn)控制實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的。這個(gè)精準(zhǔn)控制的辦法就是市場機(jī)制。本輪新型電力系統(tǒng)建設(shè)，由于引入了用戶側(cè)調(diào)節(jié)做補(bǔ)充，可采用的技術(shù)和商業(yè)模式很多，發(fā)電側(cè)在電價(jià)上升的預(yù)期下，也有很多可以使用的技術(shù)，各方主體難免出現(xiàn)“王婆賣瓜”，讓決策者難以決定產(chǎn)業(yè)政策重點(diǎn)支持的技術(shù)。但是通過市場機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)“登臺唱戲、同臺競爭”的局面，最好、最有發(fā)展前途的技術(shù)一定是規(guī)模化之后可以經(jīng)受住殘酷市場競爭后被篩選出的技術(shù)。通過市場競爭篩選出大規(guī)模、高比例可再生能源消納所需要的技術(shù)，才是最有經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)，才能確保實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)成本最小化的目的。

當(dāng)然，“市場謀生”還需要堅(jiān)持技術(shù)中立原則的市場設(shè)計(jì)。既然新型電力系統(tǒng)將電力商品分為了電能量、調(diào)節(jié)和有效容量三種，那么就要相應(yīng)設(shè)計(jì)對應(yīng)的市場。首先，通過現(xiàn)貨市場，準(zhǔn)確計(jì)算可再生能源的消納成本，以便精準(zhǔn)設(shè)計(jì)場外的政府授權(quán)合約和配額制度，以避免過度激勵(lì)，同時(shí)通過發(fā)用雙方承擔(dān)平衡責(zé)任體現(xiàn)電能量商品的特殊性。其次，通過現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場設(shè)計(jì)，體現(xiàn)電力調(diào)節(jié)商品的價(jià)值。再次，通過容量市場的設(shè)計(jì)體現(xiàn)有效容量商品的價(jià)值。

總結(jié)上述內(nèi)容，可以明確新型電力系統(tǒng)的“新”來自于兩個(gè)方面，內(nèi)在的“新”源于發(fā)電側(cè)要大規(guī)模、高比例使用可再生能源生產(chǎn)電能量，外在的“新”則是指新型電力系統(tǒng)的投資回報(bào)需要在市場競爭中獲得。掌握了這兩個(gè)“新”，就能夠獲得“慧眼”，穿透技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的“迷霧”，確定工作努力的方向。

“雙碳”目標(biāo)下，呼喚新型的電力系統(tǒng)。把握了新型電力系統(tǒng)核心的“新”，就能分清哪些是目的、哪些是手段，哪些是“道”、哪些是“術(shù)”。只有深刻認(rèn)識新型電力系統(tǒng)內(nèi)在和外在的“新”，才能明確要用什么方法去規(guī)劃投資和評估收益，以及檢驗(yàn)不同技術(shù)的可行性。

大道至簡，衍化至繁，致遠(yuǎn)方可行穩(wěn)！