揭秘“棄風限電”的真相（四）：風火發電為什么要“打捆”外送？

2017-10-19 16:04:20 《風能》雜志　點擊量：評論 (0)

近幾年，棄風限電問題嚴重困擾著我國風電行業，已經成為制約產業健康持續發展的最大絆腳石，也是我國兌現應對氣候變化國際承諾的巨大障礙，到了非解決不可的地步。但當下，仍有一些專家通過似是而非的技術詮釋來

近幾年，棄風限電問題嚴重困擾著我國風電行業，已經成為制約產業健康持續發展的最大絆腳石，也是我國兌現應對氣候變化國際承諾的巨大障礙，到了非解決不可的地步。但當下，仍有一些專家通過似是而非的技術詮釋來解答棄風問題的根源，認為風電的波動性影響電網的安全穩定運行；在電力需求增長放緩的背景下導致可再生能源限發；“三北”地區電力系統調峰能力嚴重不足是冬季這些地區棄風問題突出的主因；跨省跨區輸電通道不足，難以實現在更大范圍內消納風電……，并據此將解決措施引導向糾纏不清的技術泥沼，一定程度上掩蓋了棄風問題的真正原因。為了更好地理解這些問題，我們特邀專家對上述問題進行深入剖析，揭示棄風限電背后的真相，以系列文章的形式陸續推出。本期主要探討風火打捆外送的問題。

　　問題

　　在前幾期的專欄文章中，我們提及了解決棄風問題需要公開透明的調度運行數據；需要在證明現存的本地系統潛力（更精細的開機組合計劃與短期預測、煤電最小出力達到極限）已經耗竭的基礎上才有必要考慮新擴建傳輸能力；而這種新擴建往往意味著巨大的額外成本，其是否合理也同樣需要成本效益分析。我國有些地區存在巨大的風力發電（以及光伏）存量，往往超過其本地最大負荷，甚至數倍于本地負荷。從直覺上來說，在相當多的時間里，將這些地區的風電傳輸到更遠、電力價值更大的地區（類似水從高處流向低處）應該是符合總體經濟效率原則的。

　　要實現更遠距離的輸送與消納，物理的電網基礎設施不可少。同時，由于風電出力的間歇性、隨機性特點，導致它具有非同步的電氣特性，其傳輸具有相比可控電源更大的技術挑戰。在過去的幾年，通過把風電與火電“捆綁”，來實現更穩定傳輸的想法被提了出來。本期我們來談談這一所謂的“風火打捆”問題。這同樣是一個在國外找不到，而格外具有中國特色的概念與范式。

　　事實

　　風火之所以要“打捆”外送，從新聞材料看，主要有宣稱的如下好處：

　　1. 避免長距離線路上功率頻繁變化，有利于系統電壓穩定，平穩運行；

　　2. 提高線路利用率，降低輸電成本，從而降低到網電價。

　　這一打捆的比例問題，存在著各種價值標準并不明確的選擇。可再生能源的比重越高，往往集合的出力波動越大，損失的系統（包括煤電與電網）利用率越大；而可再生能源比重低了，又有違解決可再生能源消納困難的初衷，屬于“跑題式”的解決方案，搭配的火電還有新增投資收益率下降與本地排放污染的額外問題，是整個系統帶給全社會的非內部化的額外損失。

　　相應電網傳輸容量的配套，仍舊遵循成本為基礎的測算，其中存在優化選擇的空間。電網傳輸容量過小，打捆后容易出現網絡阻塞，限電損失就大；而電網傳輸容量過大（比如與風電以及煤電加總的容量可比），電網本身的投資就顯得過多。這其中存在著一個不大不小的最優容量問題。

　　這種遠距離傳輸，往往不參與本地的電力供需平衡，以點對點、點對網的方式進行；由于要提高線路利用率，因此，很大程度上也是作為負荷地區的基荷，也不隨受端地區的電力供需形勢靈活變化。既不參與本地平衡，也不參與受電端波動。

　　在目前的實際操作中，這種長距離輸電線路的運行（特別是直流線路），往往在一年時間內只具有有限的出力調整，比如冬夏兩種方式、白天黑夜兩種方式。相比于可再生能源與需求的波動程度，這種有限的調整顯然是不能夠及時體現送、受兩端供需的頻繁變化的。

　　目前，我國電力系統存在著嚴重的系統冗余（以最大負荷與裝機總量計，整體超過30%，東部地區可能超過50%），并且系統中長期存在著煤電過多、而靈活性發電過少的問題。解決這些問題需要減少對價格信號的扭曲。基于現實的存量資產，可能存在一定的優化空間與“打捆”外送的可能，其判斷的價值標準應該是形成的電價的競爭力。

　　邏輯

　　從本源上來看，一個緊密聯系的互聯電力系統，其中存在各種類型的發電機組，從煤電、水電、氣電到風電、光伏等。這些電源共同在網絡上匯集，形成電力潮流，滿足各個地方的負荷需求。“打捆”是自然存在的、集中式電力系統的默認形態，不需要也往往無法在直觀上區分這種打捆具體來自于何種類型。

　　從經濟價值而言，電力一旦上了網，就具有同樣的價值，不需要也不應該在經濟價值上區分來源到底是風電，還是煤電。現實中，存在一些對這些來源的追蹤，以及“優先輸送可再生能源”的提法，給各種電源出力“劃成分”，區分一般意義上的好壞，這是不符合市場有效率配置資源的一般規律的。市場是為經濟配置效率而生的，而不是某種特定的電源形式（注1）。

　　我國出現這種打捆的概念，跟其服務于特定的遠距離輸送目的高度相關。對于可再生能源而言，本地在某些時段消納不了，就需要外送。而單獨外送可再生能源，技術挑戰與線路利用率低的問題都很難解決。因此，有了搭配火電，實現平穩輸出、提高利用率的目的。風火打捆的出現，是隨著問題的展開一步一步“路徑依賴”（俗稱“釣魚”）形成的。可再生能源形成大量裝機、系統外送存在技術性穩定問題、新建線路、配套煤電電源，每一個局部改動都可能是當時的唯一可行選擇，甚至是局部最優，但是整體上的發展越來越偏離系統最優的軌道。

　　受電地區存在著諸多的本地電源，包括零成本與低可變成本的電源（比如核電）。在負荷低谷階段，放著這些電源不用，而用存在可觀輸電成本的外來電（一般超過1500 千米，即使滿負荷運行，輸電成本也要0.1 元/ 千瓦時以上），就是一種整體經濟損失，意味著整個受電區的系統成本不是最小化的。從經濟價值的角度考慮，這種送出完全沒有實時反映出電力應有的價值（避免的成本），也就是隨著負荷的波動而輸送靈活可變的電力。在受電端需求高峰的時候價值大，輸送多；在需求低谷的時候完全缺乏價值，輸送少，甚至是零。

　　可再生能源的日益增多，未來的系統無疑會是一個更少基荷、更頻繁爬坡，更多備用的系統，需要日益成為一個輕資產的靈活系統。大容量的輸電線路，利用率上去了，將是受電地區運行不靈活的主要障礙；而利用率上不去（包括打捆后煤電利用率的下降），其形成的電價水平也很難有明顯的競爭力。要保證其如“設想”的那樣一條直線實施（注2），往往需要成為“特權線路”，成為保證高負荷率的“政治工程”。在可再生能源越來越多的背景下，系統的凈負荷（總負荷減去可再生能源）已經非常有限，并且隨著時間波動更加劇烈，“一條直線運行”以及有限的運行方式調整，已經距離有效率的資源配置相差太遠。

　　含義

　　電力的傳輸需要貫徹價值（避免的成本）最大化的基本經濟原則，靈活使用交流以及直流線路（后者需要額外的技術設計）。煤電與風電上了網，提供的將是相同均一的電力服務（一千瓦時風電與一千瓦時火電，如果電能質量相同，對于消費者無區別<注3>），理應具有相同的經濟價值，因為其來源的物理區別就“劃成分”是不符合基本價值邏輯的。

　　受電地區不需要遠距離基荷送電，而僅需要高峰電力。進口電量，因為輸電成本的客觀存在，距離遠到一定程度，肯定不如本地發。“打捆”的確可以提高線路的利用率，但是這是以送受端系統的更加不靈活，不體現供需變化為代價的，在整體上是得不償失的。

　　這種所謂的打捆，需要具有更明確的價值觀，也就是判斷好壞的全局性的標準，特別是考慮需求側的電力價值變化，而不僅僅是技術可行性或者“電線”利用率標準。

　　電力的上網與消納需要貫徹盡量本地化的基本原則，以“網對網”的方式，更精細的調度尺度實現可再生能源更大范圍、更有效率的消納與利用，包括省際與網際間的電力線路使用（類似歐洲跨國線路使用的調度協作安排），從而形成不斷擴大的統一的調度平衡控制區（balancearea）。比如，要基于本地平衡基礎上的逐小時計劃與地區間協調，而不是像現在這樣——先定不靈活的網間傳輸量（年度計劃），然后再計劃本地平衡。這完全反過來了，省與地區間的輸電反而成了“特權安排”。

　　這種不同時間尺度調度計劃的優先級方式，需要盡快同消除“能源基地”“點對網”“點對點”送電一樣，在電力系統的規劃、運行、政策設計中確定替代方案，以促進系統運行的效率提升，提高可再生能源的接納能力，這很大程度上涉及對現有調度體系的效率與可靠問題的更好理解。更多與更透明的討論將有助于理清改變的方向與方式，這將是很有現實意義與價值的工作。

　　1：必須指出的是，對于已經建成的線路，其存在“不用也是浪費”的問題，邏輯上與“新建線路”存在本質不同。對于這些已建成的線路，更多地輸送可再生能源，具有減少本地排放污染的額外收益，對整體的經濟效率具有意義。這是全社會視角下“多輸送可再生能源”的理由。但是，這一理由不在于可再生電力的本身屬性。

　　2：全年一條直線明顯已經不現實，不受受電地區歡迎。現實執行中往往存在冬夏、白天黑夜的區別。但是這種變動相對于風電與需求的波動程度，仍舊是有限的。

　　3：必須指出的是，通過賦予可再生能源消費額外的標簽，比如可再生能源證書、綠色電力市場等，可再生電力與傳統電力也可能在消費端成為兩種有區分的產品。