灵活电力系统的缺失阻碍风电发挥更大作用

电力系统是电力需求和供应构成的一个实时平衡动态系统,供电负荷根据电力需求的波动而随时波动。在传统电力系统中,需求侧负荷随时变化,而供应侧一般不存在波动特点。而风电受制于自然资源的起伏特点,具有“波动性”。这其实相当于把波动性的特点扩展到了供应侧,增加了系统平衡的难度。风电这一特点被人诟病,但是在本身就充满波动性特点的电力系统中,供电侧的波动性可以在很大程度上被系统所化解,前提是这一电力系统需要有较充分的灵活性。

电力系统的灵活性指在快速和巨大的电力供需变化过程中,系统能够快速响应并提供不间断电力服务的能力。传统意义上的电力系统灵活性是指电力供应侧发电设备的爬坡速度,爬坡时间和设备启停时间等。然而,在可再生能源高比例接入的未来电力系统中,灵活性被赋予了新的内涵,从对供电侧发电设备的要求转变为对整个电力系统全系统的要求,这也成为未来电力系统的重要特征之一。

电力系统的灵活性体现在以下几个方面: 电力需求侧(管理)、电源构成、电网覆盖面积和网架间联络、电力系统的调度及运营模式和储能设备的使用。中国风电所面临的严重的弃风限电问题,究其原因是电力系统在结构、机制和硬件方面缺乏系统灵活性所致。

 

在电源结构方面

具有灵活性的电力系统需要有丰富的电源构成,这种丰富性不仅表现在所有不同特点的电源应该占有相当的市场份额,也表现在没有某种能源形式在系统中“一枝独大”,特别是快速响应能力较差的电源(如煤电)不能占据过大的市场份额。而在中国的电源系统中,快速反应的天然气装机所占比例为4.3%,反应速度较慢的燃煤发电装机占比59%,风电装机占比例近9%。[1]

此外,中国燃煤机组自身调节的灵活性也较低。煤电机组常年在一个稳定的发电小时数上运行,即电厂按照政府预先给出的所谓的“(年/月)平均上网小时数”运行,而并非根据电力供需情况调整运行效率。这就导致供应侧缺乏灵活变化空间,供应侧的系统常年在一个稳定水平上运行。在丹麦,出于对风电等可再生能源发展的高度重视,电力企业甚至通过技术手段使煤电项目(热电联产发电站)的机组最低运转率更低来支持风电。如果系统需要,有些燃煤热电联产机组甚至可以降至铭牌容量(Nameplate Capacity)的10%运行,让出更多的发电空间满足风电的接入需要。

在电网方面

具备较高灵活性的电网要满足两个条件:

1.网络覆盖的范围越广越好

特别是如果能在区域(国家)间形成电网联络,扩大跨网输送范围,就可以在更大的需求负荷区域中消纳多余的电量。在此方面,中国电网的建设存在分区化特点,网间连接不足。国家电网公司投入巨资建设的特高压工程,扩大了可再生能源丰富的中西部地区的电网与东部需求负荷中心的连接,提供了一定的电力外送通道。然而,加强现有区域网架之间的联络、使之更多提供电力在网间的交易是比建设特高压电线更经济的解决办法。丹麦之所以能够实现高比例的风电,其中一个重要原因就是因为丹麦的电网是与北欧电力交易池相联,北欧(瑞典、丹麦、挪威)和德国电力系统的联接,拓展了电网的覆盖面积,风电的波动性在一个更大的需求/供应系统中更容易被系统吸纳和平衡。

2.网内管理和调度方式是否是市场化的

中国的电网调度体系基本没有市场,鲜有跨区域的电力交易。跨省的电量输送不是通过市场、按照需求调节,而是以年度用电计划的方式通过行政手段调配。

其他可以增加电力系统灵活性的方法在目前的电力系统中的使用范围也十分有限。例如需求侧响应在我国目前依然处于发展的初级阶段,虽然部分区域有峰谷电价引导需求侧的管理,但相对于中国巨大的需求侧体量,依然是杯水车薪;近几年新能源汽车的发展被认为可以成为一种介于需求侧管理和储能设备之间的增进系统灵活性的手段,但其发展水平尚不足以带来巨大影响。其他储能手段,如抽水蓄能电站、风电供热等方法,尚未达到大规模使用以增加电网灵活性的程度。

在所有增强电力系统灵活性的手段中,最根本性的改变是引入电力市场机制。电力市场化的建设需要耐心,目前重启的电力系统改革给可再生能源发展进一步发展带来契机。新的电改一方面致力于厘清中国输配电电价,另一方面也在一些试点城市推进市场化售电竞争或直供电,这些都是迈向电力市场化的必经之路。此次电力改革的成效究竟如何,笔者认为“十三五”后期会初见分晓。

 

尾注:
[1]根据中国电力企业联合会发布的《2015年电力统计基本数据一览表》计算。

 

作者:乔黎明

 

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