摘要：電化學(xué)儲能的技術(shù)進(jìn)步是電力系統(tǒng)和新能源發(fā)展的利好，可在電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷三方面同步應(yīng)用的技術(shù)，也是有可能改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行的一項重要技術(shù)。

傳統(tǒng)化石能源日漸枯竭，氣候變化和環(huán)保問題日益突出，催生了以風(fēng)電和光伏發(fā)電為代表的新型清潔能源突飛猛進(jìn)，但由于其波動性、間歇性特征，伴隨著大規(guī)模新能源并網(wǎng)而來首當(dāng)其沖的是消納矛盾—棄風(fēng)棄光始終難以徹底解決。

對于消納問題，各利益方站在不同的立場，從資源稟賦、規(guī)劃、政策和制度多個方面提出了很多建議，但效果并不理想。新能源消納是一個系統(tǒng)工程，與電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)互聯(lián)程度、負(fù)荷特性休戚相關(guān)，需要政府、電網(wǎng)、發(fā)電企業(yè)和用戶共同努力 。

01

新能源為什么會有消納問題？

宏觀上看，新能源消納既有新能源發(fā)電本身友好性不高的問題，也有電力系統(tǒng)自身調(diào)峰能力不足的問題，源網(wǎng)友好性是新能源消納問題的主要癥結(jié)。

電力系統(tǒng)由負(fù)荷、電源、電網(wǎng)三部分組成，其具有供需動態(tài)平衡特征，即電力商品的發(fā)輸配用全環(huán)節(jié)必須同時完成，且電力不易大規(guī)模存儲。這一特征，決定了新能源電力消納是電力（功率）的瞬時平衡，而發(fā)電量只是消納結(jié)果的體現(xiàn)，不能作為衡量消納好壞、橫向比較的指標(biāo)。長期以來，由于對電源結(jié)構(gòu)規(guī)劃的重視不夠，沒有充分認(rèn)識“基荷、腰荷、峰荷電源結(jié)構(gòu)”這一概念，導(dǎo)致電源裝機(jī)容量雖然富裕了，但系統(tǒng)調(diào)峰問題卻更加突出。發(fā)達(dá)國家十分重視合理的電源結(jié)構(gòu)，使基荷、腰荷、峰荷電源保持最佳比例。如果要用國外一些國家的消納水平與中國作比較，那么首先要從電源結(jié)構(gòu)這一主要“硬件”比起。


電力負(fù)荷曲線示意圖

新能源（如風(fēng)、光）能量密度低、穩(wěn)定性較差，其發(fā)電具有波動性、間歇性，反調(diào)峰特性、極熱無風(fēng)、極寒無光等特征，即系統(tǒng)需要電力時新能源發(fā)電少甚至沒有、系統(tǒng)要減少發(fā)電出力時往往又是新能源大發(fā)時段，這會讓系統(tǒng)調(diào)峰矛盾雪上加霜，也就形成了所謂的“棄電”時段。負(fù)荷低谷期，日內(nèi)是夜間、年內(nèi)是冬春兩季，負(fù)荷水平接近常規(guī)機(jī)組的最小技術(shù)出力，這時系統(tǒng)接納新能源的空間較小，但恰恰是風(fēng)電大發(fā)時段；負(fù)荷高峰期，如夏季大負(fù)荷期，需要電源發(fā)電，但又屬于小風(fēng)季節(jié)。光伏發(fā)電與風(fēng)電雖有一定的互補(bǔ)性，但整體上并沒有改變新能源的出力特性。


新能源消納理論示意圖

因此，當(dāng)新能源發(fā)展初期，規(guī)模較小，全額收購是有保障的；但當(dāng)新能源處于高速發(fā)展期，大規(guī)模新能源并網(wǎng)，足以改變地區(qū)電源結(jié)構(gòu)和發(fā)電特性，消納問題會逐步加重；如今，我國新能源（風(fēng)、光）裝機(jī)容量占全國裝機(jī)的比重超過20%，局部地區(qū)超過50%，電力系統(tǒng)特性正在發(fā)生變化，新能源消納問題將會成為電力系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行的一個重要課題，也從單純的技術(shù)問題更延伸至“利益之爭”。

02新能源消納的“利益之爭”

理論上，風(fēng)電、光伏發(fā)電具有零邊際成本的經(jīng)濟(jì)效益和零邊際排放的環(huán)保效益，但其利用小時數(shù)偏低，風(fēng)電大多不超過3000小時，光伏發(fā)電大多不超過2000小時，大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行將會拉低電力系統(tǒng)整體利用率，需要從系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性的角度去衡量新能源發(fā)展規(guī)模的上限。

新能源在電力系統(tǒng)中的地位。沒有新能源接入時，系統(tǒng)備用只需要考慮負(fù)荷波動；有新能源接入時，系統(tǒng)備用需要考慮負(fù)荷和新能源兩者的波動，增加了系統(tǒng)運(yùn)行成本。當(dāng)前，我國風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)占比20.6%，消納市場已經(jīng)捉襟見肘，但全年風(fēng)光發(fā)電量僅占8.6%。2017年，德國風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)占比46.6%，全年風(fēng)光發(fā)電量占17.8%。新能源要成為所謂的“主力電源”任重道遠(yuǎn)。


全國電源結(jié)構(gòu)演進(jìn)（2005-2019年）

數(shù)據(jù)來源：中電聯(lián)統(tǒng)計數(shù)據(jù)整理


全國發(fā)電量結(jié)構(gòu)演進(jìn)（2005-2019年）

數(shù)據(jù)來源：中電聯(lián)統(tǒng)計數(shù)據(jù)整理

新能源與其他電源。為保障全額消納新能源電力，負(fù)荷低谷、新能源大發(fā)時段，其他電源若深度調(diào)峰，要付出高昂的調(diào)峰成本。新能源出力變化快，當(dāng)以煤電機(jī)組為主的常規(guī)電源深度調(diào)峰，導(dǎo)致制粉、除灰、油、汽、水等系統(tǒng)頻繁調(diào)整，電廠設(shè)備磨損大、煤耗高，不安全、不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，迫使部分低碳機(jī)組高碳運(yùn)行。隨著大規(guī)模新能源并網(wǎng)，如果過分強(qiáng)調(diào)新能源全額收購，新能源發(fā)展只片面強(qiáng)調(diào)成本需求，而不注重系統(tǒng)友好性的提升，則其大規(guī)模發(fā)展會讓其他電源背上沉重的調(diào)峰負(fù)擔(dān)，也限制了新能源發(fā)展的空間。

新能源與電網(wǎng)建設(shè)。2018年，國家能源局印發(fā)《關(guān)于減輕可再生能源領(lǐng)域企業(yè)負(fù)擔(dān)有關(guān)事項的通知》（國能發(fā)新能〔2018〕34號），其中有一條是“電網(wǎng)企業(yè)負(fù)責(zé)投資建設(shè)接網(wǎng)工程”，由此可以看出，新能源配套接網(wǎng)工程最起碼是低效投資。大規(guī)模新能源接網(wǎng)和外送工程建設(shè)，由于其利用率低（即使按風(fēng)電年利用小時數(shù)3000小時計算，電網(wǎng)工程超過60%的時間處于閑置狀況），雖可納入電網(wǎng)輸配電價，但在現(xiàn)行核價規(guī)則下，其投資仍難以取得合理回報，這給新能源富集區(qū)域的電網(wǎng)企業(yè)背上了沉重的負(fù)擔(dān)，又會變相地形成了區(qū)域間的“交叉補(bǔ)貼”。

03提升新能源消納能力和整體經(jīng)濟(jì)性

新能源發(fā)電是多學(xué)科技術(shù)成果應(yīng)用的結(jié)果，其發(fā)展仍需要技術(shù)進(jìn)步支撐。新能源消納是系統(tǒng)工程，要用系統(tǒng)思維破解消納矛盾。

新能源發(fā)電不能只追求成本下降，也要主動加強(qiáng)功率預(yù)測、控制技術(shù)和故障穿越等技術(shù)創(chuàng)新，增強(qiáng)新能源發(fā)電的可預(yù)見性和可控性，這是打開新能源更大規(guī)模發(fā)展空間的主要技術(shù)手段。

電源發(fā)展要按照“基荷、腰荷、峰荷電源結(jié)構(gòu)”這一概念，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，避免被迫新增大量電源但利用率持續(xù)下降的現(xiàn)象，提升系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性，為新能源消納創(chuàng)造條件。

電網(wǎng)發(fā)展要充分應(yīng)用智能電網(wǎng)技術(shù)，研究建立與新能源發(fā)電相適應(yīng)的規(guī)劃、運(yùn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)揮新能源接網(wǎng)工程和外送通道的效率效益，減輕大規(guī)模新能源接網(wǎng)和外送的投資壓力。

用戶側(cè)應(yīng)建立適應(yīng)新能源電力特征的價格機(jī)制，推動實現(xiàn)源網(wǎng)荷互動的透明電力市場，讓使用清潔電成為全社會的共識，共同推動新能源電力消納。

電化學(xué)儲能的技術(shù)進(jìn)步是電力系統(tǒng)和新能源發(fā)展的利好，可在電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷三方面同步應(yīng)用的技術(shù)，也是有可能改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)規(guī)劃運(yùn)行的一項重要技術(shù)。

04風(fēng)光發(fā)展的尾聲？元年？

1986年4月，我國第一個風(fēng)電場在山東榮成并網(wǎng)發(fā)電，裝機(jī)容量165千瓦，年發(fā)電量33萬千瓦時。到2019年底，我國風(fēng)電裝機(jī)容量2.1億千瓦，年發(fā)電量4057億千瓦時；光伏發(fā)電裝機(jī)容量2億千瓦，年發(fā)電量2238億千瓦時。當(dāng)前，我國風(fēng)電和光伏發(fā)電裝機(jī)容量超過4億千瓦，95%的利用率目標(biāo)使得發(fā)展與消納矛盾更加突出，上網(wǎng)電價已處于全面平價時代的“前夜”。今年，要應(yīng)對的一個重要問題是“搶裝潮”，大規(guī)模風(fēng)電和光伏發(fā)電項目集中并網(wǎng)，對產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)的產(chǎn)能都是重大的考驗，狂歡之后是大幅回落還是開啟高質(zhì)量發(fā)展，這是一個值得思考的問題。如德國，補(bǔ)貼方式改變后，2019年風(fēng)電裝機(jī)增速大幅下滑。


2005-2019年全國風(fēng)光裝機(jī)增速與占比

新能源發(fā)展的原動力沒有變?！栋屠鑵f(xié)定》主要目標(biāo)是將本世紀(jì)全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以內(nèi)，并將全球氣溫上升控制在前工業(yè)化時期水平之上1.5攝氏度以內(nèi)。國家電網(wǎng)公司提出了到2050年實現(xiàn)“兩個50%”的重要判斷，即“2050年我國能源清潔化率（非化石能源占一次能源的比重）達(dá)到50%和終端電氣化率（電能占終端能源消費(fèi)的比重）達(dá)到50%”。從技術(shù)和商業(yè)開發(fā)成熟度上看，風(fēng)電和光伏發(fā)電仍是近階段新能源發(fā)展的主力，實現(xiàn)平價上網(wǎng)后，風(fēng)光發(fā)展不再需要國家補(bǔ)貼，具備了基本的競爭力，進(jìn)入了新的發(fā)展階段，仍會保持一定的發(fā)展規(guī)模和速度。

新能源發(fā)展的基礎(chǔ)沒有變。風(fēng)光發(fā)電成本仍呈下降態(tài)勢，單機(jī)容量不斷增大，發(fā)電效率進(jìn)一步提升，可保證新能源項目保持一定盈利能力。根據(jù)國際可再生能源署（IRENA）在《未來風(fēng)能》報告預(yù)測，陸上風(fēng)電應(yīng)用的渦輪機(jī)單機(jī)容量將從2018年的平均2.6兆瓦（葉輪直徑110米）增加到2025年的5.8兆瓦（葉輪直徑170米）。2020年1月27日，美國國家可再生能源實驗室（NREL）最新發(fā)布了全球太陽能電池實驗室最高效率圖：單結(jié)鈣鈦礦-硅疊層太陽能電池的最新效率為29.15％，這是由德國海姆霍茲柏林材料所(HZB)創(chuàng)造的；NREL刷新了雙結(jié)砷化鎵薄膜太陽能電池的效率，并獲得了32.9%效率。

系統(tǒng)解決新能源消納問題的共識已經(jīng)形成。國家發(fā)展改革委安排新能源項目，要求以落實消納條件為前提。2019年，關(guān)于檢查《中華人民共和國可再生能源法》實施情況的報告全文發(fā)布，提出針對可再生能源發(fā)展的新形勢、新問題，適時啟動修訂可再生能源法，統(tǒng)籌解決消納問題。“棄電率并非越低越好”、“以合理利用率引導(dǎo)新能源高質(zhì)量發(fā)展”等研究成果引起關(guān)注，對于新能源發(fā)展客觀規(guī)律的認(rèn)識愈發(fā)清晰，這必將促進(jìn)各方更客觀地認(rèn)識新能源發(fā)展與消納，有助于形成合力。

2020年，是風(fēng)電和光伏發(fā)電“平價上網(wǎng)”的前夜，我們有理由相信這是新能源發(fā)展的元年，由此進(jìn)入高質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展階段。