電能替代促清潔能源消納關(guān)鍵問(wèn)題研究

近年來(lái)我國新能源建設突飛猛進(jìn)，單純依靠傳統火電調峰壓力大，難以應對新能源發(fā)電的間歇性與波動(dòng)性，導致消納形勢嚴峻，亟需開(kāi)拓思路、創(chuàng )新解決消納新能源的困難。近年來(lái)，電能替代日益被重視，成為能源消費側革命的重要推動(dòng)力。通過(guò)電能替代，短期內能夠擴大負荷體量、提高響應負荷占比，對于解決新能源消納問(wèn)題具有重要意義。隨著(zhù)政策支持、技術(shù)進(jìn)步與機制完善，當前電能替代促進(jìn)清潔能源消納的條件越來(lái)越充分。

一、電能替代促進(jìn)新能源消納的重要意義與作用機理

電能替代是在終端能源消費環(huán)節，推廣使用電能替代散燒煤、燃油等，如電采暖、地能熱泵、工業(yè)電鍋爐(窯爐)、農業(yè)電排灌、電動(dòng)汽車(chē)、靠港船舶使用岸電、機場(chǎng)橋載設備、電蓄能調峰等。國家要求，到2020年電能占終端能源消費比重應達到約27%。根據國家電網(wǎng)公司預測，到2050年，電能在終端能源消費中的比重會(huì )超過(guò)50%。加快實(shí)施電能替代，可以顯著(zhù)提升基礎負荷資源與靈活負荷資源的數量與規模，提高負荷調節的有效性與靈活性。其中，基礎負荷資源，是通過(guò)電能對其他一次能源的廣泛替代，從總量的維度增加了整個(gè)電力系統電力與電量規模;靈活負荷資源，主要是基于各類(lèi)市場(chǎng)交易機制和價(jià)格信號而靈活調整的負荷，適合參與電網(wǎng)的調頻與調峰工作，如對電價(jià)敏感的工商業(yè)負荷，蓄冷蓄熱、電熱泵、電儲能(含電動(dòng)汽車(chē))等。靈活負荷資源可分為基于分時(shí)價(jià)格與基于經(jīng)濟激勵的負荷資源，普遍具有通斷可以被靈活控制，啟停較為可控，以及功率變化靈活、慣性小、調節范圍廣兩個(gè)特性?？偟膩?lái)說(shuō)，推廣電能替代，從宏觀(guān)層面來(lái)看，增加基礎負荷體量，拓展基礎消納能力;從微觀(guān)層面看，增加靈活負荷規模，充分挖掘靈活負荷資源潛力，利用市場(chǎng)交易機制和電價(jià)機制提高負荷資源消納新能源的積極性、靈活性。

圖1 促進(jìn)我國新能源消納的電能替代應用體系

增強負荷響應技術(shù)和機制方面相對復雜。靈活負荷資源響應能夠改變自身用電行為，通過(guò)“擬合曲線(xiàn)”，達到與供給側資源相同的效果。在實(shí)時(shí)電價(jià)機制下，基于分時(shí)價(jià)格響應，靈活負荷調整能夠處理2小時(shí)內新能源發(fā)電波動(dòng);對于基于經(jīng)濟激勵的負荷資源，在系統完善激勵補償機制、先進(jìn)電能計量技術(shù)、通訊系統技術(shù)、自動(dòng)控制設施等“軟硬件”后，能夠通過(guò)直接負荷控制、緊急需求響應、輔助服務(wù)市場(chǎng)等，適應1分鐘至5～10分鐘、2小時(shí)內新能源發(fā)電波動(dòng)對靈活性的需求。

各國針對以電能替代為核心促進(jìn)新能源消納的應用積累了豐富經(jīng)驗。通過(guò)電能替代擴大基礎負荷資源規模方面，美國、日本、歐盟等成熟國家和地區，主要通過(guò)宏觀(guān)層面國家經(jīng)濟補貼、技術(shù)研發(fā)與推廣等扶持政策，微觀(guān)層面電力企業(yè)營(yíng)銷(xiāo)引導、改善服務(wù)品質(zhì)等共同發(fā)力推進(jìn)。通過(guò)電能替代促進(jìn)靈活負荷資源有序響應方面，各國政府是為擴大靈活負荷資源創(chuàng )造實(shí)施條件的主要力量，通過(guò)構建組織管理保障體系、激勵機制，確保靈活負荷高質(zhì)量有序響應。

二、目前電能替代促進(jìn)清潔能源消納面臨的困難

西北地區是國家新能源重點(diǎn)規劃和發(fā)展區域，棄風(fēng)棄光矛盾最為尖銳，主要問(wèn)題體現在統調負荷容量遠小于電源總裝機容量，絕對消納能力不足;電源裝機增速高于負荷增速，遏制了負荷消納能力提升;自備電廠(chǎng)問(wèn)題突出，負荷固定，不參與調峰，擠占了新能源消納空間。

(一)擴大基礎負荷資源規模存在的問(wèn)題近年來(lái)，國內外油氣價(jià)格處于低位，導致電能在終端能源市場(chǎng)中競爭力不強。此外，各地區電能替代的補貼政策較少、環(huán)保政策執行不嚴，導致企業(yè)實(shí)施電能替代意愿不強。一是各地區優(yōu)惠政策配套不足，制約了電能替代推廣力度。例如，2016～2017年間，青海、陜西、新疆發(fā)布的推進(jìn)電能替代相關(guān)政策，僅明確了重點(diǎn)技術(shù)、重點(diǎn)領(lǐng)域，未配套發(fā)布具體優(yōu)惠財稅、補貼政策等。二是未充分利用電價(jià)優(yōu)勢，電能替代項目運行成本高。從2018年直接交易成交電價(jià)(較燃煤標桿上網(wǎng)電價(jià)降幅)來(lái)看，新疆、青海、陜西、甘肅降幅分別為84、52、44、32元/千千瓦時(shí)，與其他省份相比較為可觀(guān)。但是受售電公司準入不足、用戶(hù)放開(kāi)選擇權門(mén)檻相對較高等因素影響，電能替代項目開(kāi)展直接交易規模不高。

圖2 2018年各省交易電價(jià)較標桿電價(jià)降幅排序(單位：元/千千瓦時(shí))

三是配電網(wǎng)建設薄弱，滿(mǎn)足電能替代需要的配套投資壓力大。為了推進(jìn)電能替代工作，2018～2020年陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆配套電網(wǎng)投資需分別達到147、54、43、32及240億元。

(二)促進(jìn)靈活負荷資源響應存在的問(wèn)題

一是靈活負荷響應市場(chǎng)基礎相對薄弱。2018年，陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆五省直接交易電量占全社會(huì )用電量比例不高，售電公司數量偏少。從市場(chǎng)意識、市場(chǎng)空間等要素來(lái)看，實(shí)施條件較為薄弱。

二是價(jià)格及補償機制起步較晚，部分省份峰谷價(jià)差水平不夠高，對用戶(hù)激勵不足?？芍袛嚯妰r(jià)探索較少，各地普遍在2018年之后才完善工商業(yè)峰谷電價(jià)。例如，陜西、甘肅的峰谷電價(jià)比，大工業(yè)用戶(hù)分別約為3.7、1.5，一般工商業(yè)分別約為2.7、2.9，導致靈活資源主動(dòng)參與系統調節的意愿不高。

三、利用電能替代促進(jìn)新能源消納的運作機制

(一)近期以電能替代擴大基礎負荷資源規模的運作機制1.通過(guò)行政手段擴大電能替代重點(diǎn)措施制定具有針對性的電能替代價(jià)格優(yōu)惠機制。電能替代項目減免城市公用事業(yè)附加費，并可享受一定折扣電價(jià)。對分散電采暖、電鍋爐、電窯爐、熱泵等重點(diǎn)項目實(shí)施資金支持。推進(jìn)重點(diǎn)地區、重點(diǎn)領(lǐng)域電能替代項目。利用供給側結構性改革的機遇，因地制宜，針對用熱量較大的化學(xué)化工、電子制造、有色金屬行業(yè)推廣蓄熱式工業(yè)電鍋爐、電蓄冷空調;針對水泥、陶瓷行業(yè)推廣電熱隧道窯、中頻爐等電窯爐技術(shù);加強機場(chǎng)、公共交通領(lǐng)域車(chē)輛“油改電”。強化環(huán)境監管力度，完善相關(guān)能效和設備標準。地方政府主導逐步建立工業(yè)企業(yè)能效等級標準、工業(yè)企業(yè)排放等級標準和用能設備質(zhì)量管理標準，對于未達標或未完成的企業(yè)采取懲罰性措施，以成本約束的方式敦促其推進(jìn)電能替代。2.通過(guò)市場(chǎng)機制降低電能替代項目運行成本以中長(cháng)期交易、月度競價(jià)交易、低谷時(shí)段棄風(fēng)棄光電量的準現貨交易為主要方式，按照雙邊協(xié)商、掛牌、集中競價(jià)等市場(chǎng)方式確定購售電價(jià)。根據售電側放開(kāi)的進(jìn)度，由電網(wǎng)企業(yè)或售電公司打包代理參與直接交易。需對政府部門(mén)、電網(wǎng)企業(yè)確認的電能替代項目實(shí)現“零門(mén)檻準入”。

(二)近期提高靈活負荷資源響應能力的運作機制

1.靈活負荷資源與新能源發(fā)電定向交易靈活負荷資源參與新能源發(fā)電中長(cháng)期交易機制：清潔能源可與電力用戶(hù)直接、或打捆開(kāi)展月度、周度等交易。按照歷史運行、預測出力情況，對不同發(fā)電類(lèi)型設置不同出力曲線(xiàn)，作為交易標的，電力用戶(hù)按照自身負荷可控情況選擇不同曲線(xiàn)產(chǎn)品，與發(fā)電側開(kāi)展帶曲線(xiàn)的中長(cháng)期交易。交易中心疊加計劃曲線(xiàn)，按月對用戶(hù)實(shí)際用電曲線(xiàn)進(jìn)行偏差計量并實(shí)施考核。靈活負荷資源參與省內新能源棄電時(shí)段交易：以月度為周期，制定下發(fā)新能源最大發(fā)電出力曲線(xiàn)。確定新能源在滿(mǎn)足發(fā)電曲線(xiàn)考核約束的同時(shí)，實(shí)現最大發(fā)電收益的需求、用戶(hù)低成本用電需求，及確定有意參加交易的市場(chǎng)主體名單。調度、新能源發(fā)電企業(yè)確定棄電時(shí)段，并計算棄電電量作為交易標的，在交易中心掛牌電量和電價(jià)，由用戶(hù)根據實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)情況摘牌，也可通過(guò)雙邊協(xié)商方式達成。

2.新能源電力綠色證書(shū)交易可實(shí)行綠色證書(shū)自愿認購機制。蘋(píng)果公司、寶潔公司等企業(yè)為實(shí)現其產(chǎn)品在中國全產(chǎn)業(yè)鏈零排放，主動(dòng)認購新能源的需求較大?？砂凑諛藯U電價(jià)或與新能源發(fā)電企業(yè)協(xié)商等方式，直接購買(mǎi)新能源。非水可再生能源配額制配額總量目標設置及分配方面，以國家可再生能源發(fā)展的總量目標為依據，按種類(lèi)、分區域制定具體的發(fā)展目標，保持逐年穩定的增長(cháng)。要求發(fā)電企業(yè)提供的電量中必須有規定的數量來(lái)自于可再生能源發(fā)電。配額制初期，主要開(kāi)展物理量的電能交易。在考核期滿(mǎn)時(shí)，對責任主體的配額完成情況進(jìn)行考核?？己吮O督、監理處罰機制方面，初期應該制定一個(gè)較高的懲罰標準，未來(lái)逐步降低標準。

3.靈活負荷資源參與輔助服務(wù)交易電力市場(chǎng)輔助服務(wù)設計中加入靈活負荷響應設計，包括蓄熱、電鍋爐、自備電廠(chǎng)、儲能等直接控制用戶(hù)，以及售電公司或負荷集中控制機構(如車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺)打捆聚合的負荷等。要求交易主體，原則上調控能力在1MW以上。以日前、日內交易為主，以調節成本最小為原則，按照價(jià)格從低到高對資源進(jìn)行調用。達成交易后提前1~2小時(shí)通知用戶(hù)，按照交易結果調度靈活負荷資源，并根據輔助服務(wù)市場(chǎng)規則進(jìn)行結算?？煽紤]將可中斷/削減負荷的購買(mǎi)費用納入發(fā)電企業(yè)輔助服務(wù)的考核基金，由發(fā)電企業(yè)來(lái)承擔相關(guān)費用。

4.電網(wǎng)側儲能虛擬電廠(chǎng)交易根據測算，對于建設成本200萬(wàn)元/MWh的常規電網(wǎng)側儲能項目，度電峰谷價(jià)拉大到0.9元后，內部收益率可提升至6%。當前現行峰谷電價(jià)水平下，新增電網(wǎng)側儲能項目難有投資吸引力。根據仿真結果，對于13MW的風(fēng)電場(chǎng)，打捆4166輛電動(dòng)汽車(chē)，采用虛擬電廠(chǎng)比單純風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電盈利高出20%。具體實(shí)施過(guò)程中，可打捆風(fēng)電場(chǎng)與電動(dòng)汽車(chē)、或利用車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺聚合電動(dòng)汽車(chē)組成虛擬電廠(chǎng)，基于次日風(fēng)電出力、各時(shí)段電動(dòng)汽車(chē)可用容量情況，作為單一市場(chǎng)主體參與日前交易;同時(shí)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化決策參與日內實(shí)時(shí)市場(chǎng)，為了彌補對電動(dòng)汽車(chē)電池損耗、折抵租賃費，對電動(dòng)汽車(chē)無(wú)償充電。車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺作為負荷聚合商，結合平臺設備數據分析，基于價(jià)格機制和設備產(chǎn)權方用戶(hù)簽約，調控平臺集合的電動(dòng)汽車(chē)充電樁、分布式儲能等可控負荷參與響應。

5.分布式微網(wǎng)園區綜合能源響應涵蓋熱電聯(lián)產(chǎn)、電鍋爐等多能源站的分布式微網(wǎng)，通過(guò)協(xié)調運行可以充分利用多能源優(yōu)勢互補的特性，能夠顯著(zhù)提高系統靈活性，提高風(fēng)、光電消納率，有效降低配電網(wǎng)網(wǎng)損及區域能源站運行費用約15%。通過(guò)設計合理的利益共享機制，分布式微網(wǎng)可由售電公司或電網(wǎng)公司代理，通過(guò)加裝相應監測、自動(dòng)控制系統，將園區供電、供熱整體作為單一市場(chǎng)主體，參與靈活負荷資源的各類(lèi)市場(chǎng)化交易。

6.可中斷電價(jià)優(yōu)化可中斷負荷要適應隨機性強、高頻、短時(shí)的切負荷需求，積極開(kāi)拓中小用戶(hù)市場(chǎng)。為增強實(shí)施效果，原則上負荷削減最小規模不低于1MW，可由售電公司聚合放開(kāi)選擇權的用戶(hù)來(lái)實(shí)現，并提前確定可中斷負荷執行次序、補償水平等。在明確因消納能力不足、導致新能源出力即將跌落達到某一閾值(如2%~5%)時(shí)，按照提前確定的通知時(shí)間，以最小切負荷為原則，要求用戶(hù)按照協(xié)議范圍內的時(shí)間和規模中斷負荷。與傳統切負荷相比，可中斷切負荷給用戶(hù)帶來(lái)的損失更大，因此需多途徑解決可中斷電價(jià)資金來(lái)源。除了通過(guò)傳統高可靠性電價(jià)收益補償、籌集資金補償等方式外，可按照“誰(shuí)受益誰(shuí)補償”的原則，探索切負荷時(shí)段并網(wǎng)新能源出讓部分收益彌補用戶(hù)損失的方法。

7.峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化強化峰谷分時(shí)電價(jià)削峰填谷功能，擴大風(fēng)電大發(fā)時(shí)段的基礎負荷消納能力。各省應因地制宜，依據新能源出力曲線(xiàn)特點(diǎn)與峰谷電價(jià)補償資金規模，調整峰谷價(jià)差和時(shí)段，實(shí)現對負荷的精細化引導，將更多的高峰時(shí)段負荷吸引到風(fēng)電大發(fā)時(shí)段。對于能夠妥善解決補償資源來(lái)源的省份，可適度拉大峰谷價(jià)差。對于峰谷電價(jià)補償，可通過(guò)行政手段，把電網(wǎng)企業(yè)的損失納入靈活負荷資源響應資金進(jìn)行補償;或是探索通過(guò)市場(chǎng)手段疏解矛盾，在低谷時(shí)段針對新能源實(shí)行競價(jià)上網(wǎng)、最高限價(jià)，對用戶(hù)實(shí)行價(jià)格聯(lián)動(dòng)，保障電網(wǎng)企業(yè)輸配電費收入的同時(shí)，實(shí)現新能源發(fā)電和用戶(hù)的合理利益分配與補償。

四、結論及建議

從國外研究及實(shí)踐經(jīng)驗來(lái)看，電力比價(jià)優(yōu)勢、環(huán)保政策約束、技術(shù)經(jīng)濟可行性等因素決定了電能替代空間。靈活負荷資源響應對技術(shù)、體制機制要求較復雜，需系統制定基于市場(chǎng)信號的負荷響應機制。應積極發(fā)揮市場(chǎng)機制降低電能替代項目運行成本的積極作用，促進(jìn)電能替代項目推廣。近期著(zhù)重采用“行政+市場(chǎng)”的方式激發(fā)需求側資源靈活性，通過(guò)構建交易機制、優(yōu)化電價(jià)機制等措施，使得各類(lèi)負荷資源促進(jìn)新能源消納，未來(lái)隨著(zhù)現貨市場(chǎng)、信息技術(shù)等完善發(fā)揮實(shí)時(shí)電價(jià)作用。對于新能源消納矛盾突出的西北等地區，采用“電能替代+跨區跨省”消納雙管齊下，如單憑區域內電能替代增量負荷無(wú)法有效扭轉新能源消納矛盾，跨區跨省負荷消納是短期內的根本有效手段。為了高質(zhì)量推進(jìn)電能替代項目、靈活負荷資源促進(jìn)新能源消納，建議做好以下幾方面工作：一是加快售電公司準入頻次、符合條件用戶(hù)選擇權放開(kāi)，優(yōu)化需求側資源應用市場(chǎng)條件。發(fā)揮售電公司精準營(yíng)銷(xiāo)、創(chuàng )新服務(wù)潛力，促進(jìn)高效聚合電能替代項目、靈活負荷資源參與各類(lèi)市場(chǎng)交易，降低電能替代項目運行成本、激發(fā)靈活負荷響應能力。二是完善新能源與負荷資源的交易品種、交易機制等，創(chuàng )造良好、寬松市場(chǎng)環(huán)境。設立低谷時(shí)段棄風(fēng)棄光電量與電能替代項目定向交易、需求側資源與新能源發(fā)電專(zhuān)場(chǎng)交易、需求側資源參與輔助服務(wù)交易等品種，在偏差電量考核等方面制定寬松、有針對性扶持措施。三是優(yōu)化峰谷分時(shí)電價(jià)、可中斷電價(jià)，增強對負荷主動(dòng)消納新能源的引導能力和吸引力。優(yōu)化可中斷電價(jià)執行范圍，明確中斷的前提、提前通知時(shí)間、負荷中斷持續時(shí)間、可中斷補償等，優(yōu)化峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化執行范圍、峰谷價(jià)差及執行時(shí)段、峰谷電價(jià)補償機制，通過(guò)納入需求側管理基金、受益方出讓部分收益等方式，多途徑籌集補償資金來(lái)源。四是加強行政干預能力，推動(dòng)電能替代項目實(shí)施。配套出臺優(yōu)惠價(jià)格、市場(chǎng)準入機制等，科學(xué)擴大電能替代規模。統籌收取專(zhuān)項基金、環(huán)保處罰資金、未替代落后產(chǎn)能企業(yè)分攤等政策實(shí)施，多途徑籌集支持資金，鼓勵電能替代。強化環(huán)境監管力度，完善相關(guān)能效和設備標準。地方政府主導逐步建立工業(yè)企業(yè)能效等級標準、工業(yè)企業(yè)排放等級標準和用能設備質(zhì)量管理標準。

五是構建需求側資源促進(jìn)新能源消納保障機制，動(dòng)態(tài)診斷識別、優(yōu)化實(shí)施薄弱環(huán)節。構建需求側資源促進(jìn)新能源消納效果科學(xué)評估方法，明確各類(lèi)需求側資源通過(guò)各類(lèi)機制消納新能源水平，診斷分析薄弱環(huán)節，對于資源不足、機制缺陷進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現動(dòng)態(tài)、閉環(huán)、持續優(yōu)化提升需求側資源促進(jìn)新能源消納能力。

原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2019年8月16日第31期