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借鑒美國經(jīng)驗優(yōu)化中國風(fēng)電棄風(fēng)限電
2019-11-27 00:00中國正經(jīng)歷史無前例的能源轉(zhuǎn)型。隨著煤炭消費已于2013年達峰，中國正致力于發(fā)展清潔能源、逐步替代煤炭，并以低碳能源推動未來發(fā)展。
清華－布魯金斯公共政策研究中心發(fā)布“中國能源轉(zhuǎn)型”系列，旨在深入探討電力改革的政治經(jīng)濟前景、燃料選擇、能源與氣候政策以及其它在轉(zhuǎn)型過程中所面臨的挑戰(zhàn)。
系列報告第一篇討論了中國風(fēng)電行業(yè)棄風(fēng)限電現(xiàn)象以及美國的可借鑒經(jīng)驗。2016和2017年，研究人員在北京與專家、投資者、電網(wǎng)運營商、政府官員和其他有關(guān)方面面談，并在甘肅省進行了訪問。
結(jié)合中美電力部門管理的差異，研究人員對中國棄風(fēng)限電提出三個政策建議：
1）建立區(qū)域電力市場試點方案，打破省際壁壘。
2）謹慎設(shè)計一個能夠平衡各方“市場力”的區(qū)域電力市場。
3）改善風(fēng)力預(yù)測并根據(jù)預(yù)測進行調(diào)度操作。
澎湃研究所經(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載報告摘要，報告全文已于3月2日發(fā)布。
隨著清潔能源的高速發(fā)展，中國成功培育了世界上規(guī)模最大的可再生能源裝備制造業(yè)，并成為可再生能源裝機總量最多的國家。作為國家戰(zhàn)略中應(yīng)對氣候變化和空氣污染的重要組成部分，可再生能源正在加速替代煤炭這一碳密集和污染密集型燃料：截至2016年，中國可再生能源投資占全球可再生能源投資的三分之一，投資總額比2005年增長近100倍。二十多年來，隨著投資的持續(xù)增長，中國可再生能源消費占能源消耗總量的比重穩(wěn)步上升，2016年約為11％。
然而，可再生能源的限電現(xiàn)象正成為"新常態(tài)"的一部分。2010年至2016年，棄風(fēng)限電總量達到1.5億MWh，棄風(fēng)率高達16％。而在此六年間中國電力行業(yè)因棄風(fēng)現(xiàn)象所造成機會成本高達12億美元，相當于額外消耗原煤4800萬噸，額外排放二氧化碳1.34億噸，相當于2016年中國總排放量的1.5％，或相當于阿爾及利亞整個國家的碳排放量。
圖1: 中國的風(fēng)能裝機總量及逐年增長情況。
來源: Wang Zhaobin, "Report on China's Wind Curtailment" July 2014; Wind Industry Monitoring (2011 - 2016), NEA.
我國棄風(fēng)限電的原因隨著時間的推移而變化，不同省份棄風(fēng)限電的成因也存在差異。從全國范圍來開，棄風(fēng)的歷史可以分成兩個階段。2010到2012年，也就是第一階段，棄風(fēng)限電的主要原因是風(fēng)能裝機的高速增長和早期電網(wǎng)建設(shè)的滯后。所以，由此造成的棄風(fēng)問題已經(jīng)通過加大電網(wǎng)的建設(shè)而得到緩解。在第二階段，也就是2014年以后，由于經(jīng)濟增速放緩，國內(nèi)的電力需求下降。電力供給的過剩使得棄風(fēng)限電現(xiàn)象再次加劇。?
"綠色調(diào)度"和"優(yōu)先調(diào)度"是優(yōu)先考慮可再生能源的分配，逐步淘汰煤電以及排放較高的電廠。電力需求放緩事實上可以轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕茉刺娲慕^佳機遇。然而，在碎片化、以省為單位的電力領(lǐng)域，上述目標并未實現(xiàn)。新技術(shù)與舊電力管理體制正是棄風(fēng)限電現(xiàn)象背后的原因。電力和能源管理中的碎片化嚴重妨礙了電力系統(tǒng)整體規(guī)劃。在國家層面，多頭管理導(dǎo)致綜合調(diào)配和綜合電力規(guī)劃難以展開。缺少權(quán)威機構(gòu)帶頭進行整體規(guī)劃使整個電力系統(tǒng)的效率下降，成本大幅上升；由于可再生能源的間歇性特征，電力系統(tǒng)的整體規(guī)劃尤為重要。在地方層面，各省的保護主義和以省為單位的發(fā)展歷程決定了電力調(diào)度的邊界。調(diào)度范圍小，省際調(diào)度不足，降低了電網(wǎng)安全調(diào)度間歇性電源的能力，降低了系統(tǒng)的安全性，增加了運營成本。
通過借鑒美國的成功經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)協(xié)調(diào)綜合規(guī)劃、重視電力系統(tǒng)靈活性、完善的電力市場和審慎的市場設(shè)計、擴大調(diào)度范圍、改善風(fēng)力預(yù)測是普及可再生能源的關(guān)鍵因素。以下表格總結(jié)了中國和美國的電力領(lǐng)域的五個特點。
表1: 中美電力部門管理的差異對比。
從而，我們提出了三個針對中國棄風(fēng)限電問題的政策建議。我們希望未來的電力改革能夠：
1）建立區(qū)域電力市場試點方案，打破省際壁壘。擴大調(diào)度范圍可以允許電網(wǎng)調(diào)度中心控制更多的電源，輸電線路和需求，從而增加電源多樣性，提高系統(tǒng)安全性，提升電網(wǎng)容錯能力，降低基荷和調(diào)度成本。中國已經(jīng)在2017年啟動了一些省級電力市場試點，現(xiàn)在的重點應(yīng)該是打破省際壁壘，打造一個有效的省際市場。政府應(yīng)該考慮進一步將現(xiàn)有試點項目擴大至區(qū)域?qū)用妫瑥亩鴶U大電力調(diào)度范圍。
2）謹慎設(shè)計一個能夠平衡各方"市場力"的區(qū)域電力市場。正如我們從2003年東北市場試點項目中所學(xué)到的，市場力失衡可能會導(dǎo)致嚴重的經(jīng)濟、乃至政治糾紛。美國電力改革的經(jīng)驗所表明，更加精細和審慎的市場設(shè)計可以維持電力市場的平衡。我們建議電力市場的設(shè)計把"市場力"平衡放在首位，由此可以盡量減少潛在的沖突和糾紛，保證電力市場改革的可持續(xù)性。諸如長期/短期合約和期貨等市場機制可以幫助緩解市場波動和失衡。
3）改善風(fēng)力預(yù)測并根據(jù)預(yù)測進行調(diào)度操作。截至2017年，中國的風(fēng)電運營很少使用到先進的天氣和風(fēng)力預(yù)測系統(tǒng)。以甘肅為例，風(fēng)電場往往沒有風(fēng)力預(yù)測設(shè)備，風(fēng)電場和電網(wǎng)公司對誰來承擔(dān)該項成本時有爭議。落后的風(fēng)力預(yù)報限制了電網(wǎng)管理調(diào)度的能力，從而增加了電網(wǎng)系統(tǒng)的負擔(dān)和成本。我們建議風(fēng)電開發(fā)商可與電網(wǎng)公司以及氣象研究機構(gòu)合作，改善預(yù)測技術(shù)，各自采取多種預(yù)測方法來提高風(fēng)力預(yù)測精度。電網(wǎng)公司應(yīng)將先進的預(yù)測技術(shù)廣泛地應(yīng)用到日前和實時調(diào)度、市場運營以及其它調(diào)度實踐中。