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近几年来,欧美等越来越多发达地区提出100%清洁能源(可再生能源)发展目标。而实现这一目标非常具有挑战性。

中国青海在过去三年即有所尝试。

2017—2019年,青海省连续三年实验全清洁能源供电,三年间实现连续7日、9日和15日全清洁能源供电。让人印象深刻的是,2019年6月9日0:00至23日24:00,青海全省连续15天全部以水、光、风等清洁能源供电,实现用电零碳排放。

在中国人民大学应用经济学院召开的“清洁能源发展的中国方案”研讨会上,多位专家就中国清洁能源发展与未来实现高比例可再生能源电力体系的建设路径与政策进行研讨。中国人民大学应用经济学院院长郑新业指出,对于中国来说,发展可再生能源具有“双重红利”,不仅对促进绿色发展有重要意义,也对减贫扶贫、平稳经济运行等当前重大任务具有重要意义,如“光伏扶贫”等类似的“中国解决方案”在南亚等发展中国家已经产生了效果。

其次,综合能源系统也是中国可供世界参考的解决方案。国家电网能源研究院新能源与统计研究所所长李琼慧介绍,在中东部资源相对贫乏省份如江苏,如果要求高比例的清洁能源,其可能的解决方案就是利用当地可再生能源,如生物质能,而非仅仅发展风电、光伏,来实现能源系统的化。

“这种形式在沙特也可以推广,多油多气加之可再生能源的综合能源系统将会是国际上非常好的清洁能源方案。”

青海为什么能成功达到一定时段的100%清洁能源利用?这是否意味着中国其他地方也可以做到?又是否意味着为世界提供了可参考的“清洁能源方案”?

事实上,在我们谈论高比例可再生能源供电时,应当避开一些雷区,客观、全面地看待清洁能源100%这一发展目标。

1雷区一:与别国可再生比例简单对比

早在2011年,中国就已对高比例可再生能源在电力系统的占比展开分析。李克强副总理曾在2011年1月访问西班牙电网公司控制中心(Red Eléctrica de España),实地考察可再生能源发电情况。他在考察时了解到,由于西班牙给予新能源的补贴非常高,除国家财政为可再生能源提供直接补贴外,同时要求发电企业用政府规定的额外补贴,从IPP(独立电站)手中购买可再生能源和热电联产的发电量。据统计,补贴成本占到当时供电成本的11%。当地风电、光伏、小水电等可再生能源发展状况很好,其中,风电、光伏出力占比达到54%,而中国当时这一比例仅为1.5%,美国为3%。

根据西班牙电网公司公开的每日出力数据,国家电网能源研究院摘取其中三年的数据,观察每一天的负荷平衡后发现,“风光出力占比54%”实际上是西班牙某一天凌晨5点(即负荷点)风电、光伏的出力,仅为一个时点的值。而每日、每月、每年的负荷比值差异非常大,从年值来看,当时西班牙风光出力约10%。

在讨论清洁能源发展时,如果选取国际案例与中国对比,需要提取相同口径的数据,包括区域面积、负荷、装机等,而不能仅使用某个国家的可再生能源比例来与整个中国对比。国家电网在其提交的专报中指出,按同口径比较,蒙西电网可再生能源出力与西班牙差别不大;从区域看,德国和中国东北在负荷、装机、地域面积相近,具有一定可比性;从全国看,考虑到地域、负荷、用电量等因素,中国和美国具有一定的可比较性。

2016年,葡萄牙实现107小时100%可再生能源供电。国家电网在进行对标分析后发现,该国电网火电装机非常少,且与欧洲电网互联,可长期外送电源,并非独立电网。而国内青海的情况与葡萄牙类似。

截至2019年10月底,青海电网总装机容量为3138万千瓦,其中,水电、太阳能发电、风电、火电装机容量分别为1191、1122、431、392万千瓦,清洁能源装机容量2745万千瓦,占全省电源总装机的87.5%。新能源发电装机超过水电,占据第一大电源的位置。

从电源结构、负荷等情况来看,青海电网仅有5座火电厂,水电装机较多,长期以来形成水火互济。其东部的陕西又是煤电基地,与水火兼容的青海电网同时形成东西互济。此外,几个大水库也有调剂作用,“全清洁能源15日”期间,龙羊峡、拉西瓦、李家峡、公伯峡、积石峡等装机百万千瓦级水电站,是主力调峰调频电站,保障电网安全运行。

2雷区二:抛开区域看“孤网”

青海案例的典型意义,体现在大电网互济。

为消纳清洁能源,青海进行了大量跨区电力交易。2018年,青海电网累计完成清洁能源电量外送100.65亿千瓦时,至2019 年10月底,青海累计外送清洁能源电量超过406.26亿千瓦时。其中,2019年1月至10月外送清洁能源电量165亿千瓦时,同比增长64%。

不过,风光、水电等清洁能源具有间歇性和季节性,很难像煤电一样给一个固定的值,就能按时、按质送出,由于发电量时多时少,单向外送清洁能源并不能成为最终解决方案,而是需要电网互济。在西北电网,尤其是青海,旋转备用为零备用、负备用,即,利用整个电网作为备用。

这与丹麦类似,受天气因素影响,2019年丹麦全国总用电量中有46.9%来自风力发电,风力发电量为16TWh,比2018年增加了15%。值得注意的是,丹麦电网也并非“孤网”实现可再生发电,而是依靠北欧电力市场和挪威水电进行互联互济,实现平衡。

3雷区三:不考核可再生能源预测精准度

电网调剂能力不是无限的,电力系统对安全性要求非常高,为达到系统平衡,需要留有预量。越小的系统,预量要求越大,利用系统本身的冗余可以解决平衡问题,但要依靠规划确定边界。

李琼慧指出,大电源的电力系统规划是电源决定电网,在做电网规划的时候负荷往往取上限保证余量,如果电源不确定,就带来电网配套、系统平衡方面的问题。以德国为例,为促进可再生能源发展并解决资金问题,德国采取的是以补贴定规模,而如果发展规模不确定,补贴就是“无底洞”。

国外电力市场并非没有弃电,但以预测偏差来考察,发电厂会自觉停发;否则就会出现偏差,影响考核。“系统不怕比例高,担心的是不确定,确定了规模,调度能够做预案,不会出现很严重的弃电,如果不确定,就无法提前做预案。”李琼慧解释说。

提高新能源的消纳,势必要减少火电的出力,但火电又承担着电网的调峰功能,为了平衡火电与新能源之间的出力以及利润分配,同时平滑电网的出力曲线,就必须要对新能源进行考核。

因此,在解决弃电的问题上,西北电网对新能源发电企业的考核做了相应调整。2017年底,西北监管局发布了《关于征求“两个细则”(征求意见稿)意见建议的通知》,在“考核精度”和“罚款力度”的分值上都有不用程度的增加,既提高了西北五省的考核上限,罚款额度可达到原考核细则的10倍;又提出未来持续提高电站有功功率预测的精准度,以及加强电网对新能源的管理考核,并于2019年1月启动试考核。

本文内容整理自中国人民大学应用经济学院召开的清洁能源发展的中国方案开题研讨会,感谢宋枫老师对本文提供评审意见。