張家口的風(fēng)電為啥送不進(jìn)百公里外的北京

中國風(fēng)電發(fā)展區(qū)域間嚴(yán)重不平衡，風(fēng)電密集分布的“三北”地區(qū)棄風(fēng)嚴(yán)重。令人費(fèi)解的是，為什么在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)從2009年就開始出現(xiàn)嚴(yán)重“棄風(fēng)”現(xiàn)象，但裝機(jī)規(guī)模還持續(xù)高速增加?以西北區(qū)域?yàn)槔?，風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)總量從2013年的1626萬kW增加到2016年的4329萬kW，增長了266% ;與此同時(shí)，棄風(fēng)問題也更加突出，棄風(fēng)量幾乎占全國的一半。并且，2014年后西北區(qū)域的棄風(fēng)率一直居高不下(見圖1)。

圖1 2013-2016年西北主要省份的棄風(fēng)率變化

對(duì)比國際上風(fēng)電發(fā)展大國3%以下的棄風(fēng)率，中國西北地區(qū)的棄風(fēng)率之高簡直是“觸目驚心”。

風(fēng)電的供給能力、電力需求、電網(wǎng)輸送能力與電力系統(tǒng)的靈活性以及相關(guān)市場制度和法律是影響中國西北區(qū)域風(fēng)電運(yùn)行和消納的最主要因素。限于篇幅，本文主要就電網(wǎng)輸送能力、電力系統(tǒng)的靈活性與電力需求等主要因素進(jìn)行討論。

西北區(qū)域風(fēng)電并網(wǎng)消納面臨電網(wǎng)輸送能力的限制

具體表現(xiàn)：

第一，現(xiàn)有能源體系和基礎(chǔ)設(shè)施不足以接納規(guī)?；?a href="http://msthinker.com/news/article-472.html" target="_blank">可再生能源應(yīng)用。

近幾年，中國棄風(fēng)、棄光、棄水現(xiàn)象日趨增多，可再生能源限電比例不斷增加，尤其是西北區(qū)域棄風(fēng)限電嚴(yán)重。中國尚未建立統(tǒng)一的電力能源市場，跨區(qū)域電力輸送與消納發(fā)展滯后，能源豐富地區(qū)窩電問題嚴(yán)重，缺少完整統(tǒng)一的跨區(qū)域輸電網(wǎng)規(guī)劃，可再生能源與常規(guī)能源之間的利益沖突和發(fā)展空間的矛盾，使可再生能源的市場空間受到限制。能源基礎(chǔ)設(shè)施不足是不可否認(rèn)的事實(shí)，必須正視和重視。2012年丹麥、德國、芬蘭、西班牙四國風(fēng)力發(fā)電量占全國發(fā)電量的比重均達(dá)到20%以上。2016中國風(fēng)力發(fā)電量占總發(fā)電量的比重僅為4%，而西北區(qū)域風(fēng)力發(fā)電量占地區(qū)總發(fā)電量的比重不到3%。顯然，現(xiàn)有的電力系統(tǒng)在基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)行機(jī)制和技術(shù)配置上還沒有做好接納大量風(fēng)電的準(zhǔn)備，完全不適應(yīng)可再生電源快速增加的需求。

第二，特高壓外送的預(yù)期目標(biāo)打折。

本地消納無望，外送成了西北區(qū)域解決棄風(fēng)限電的希望。

中國風(fēng)電裝機(jī)容量80%以上分布在東北、西北和華北三個(gè)區(qū)域，能源生產(chǎn)區(qū)域和能源消耗區(qū)域的逆向分布是導(dǎo)致棄風(fēng)限電的直接原因。電網(wǎng)和新能源企業(yè)一直寄望于建設(shè)跨區(qū)域大功率電力輸送通道，將風(fēng)電等新能源送到需求地來實(shí)現(xiàn)消納。2015年，國家電網(wǎng)公司開工建設(shè)蒙西-天津南、酒泉-湖南、錫盟-江蘇、上海廟-山東4個(gè)主要用于新能源輸送的跨省跨區(qū)特高壓輸電工程。此前則已建成哈密-鄭州特高壓輸電工程。由于風(fēng)電、光伏的波動(dòng)特性，特高壓并不能單獨(dú)用來輸送新能源，必須采用與煤電捆梆的方式進(jìn)行輸送，技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性決定特高壓能輸送的新能源十分有限。

此外，2015年以來，全社會(huì)用電增速放緩，煤電面臨嚴(yán)重過剩，國家層面對(duì)煤電新建項(xiàng)目進(jìn)行限批、限建。這使得特高壓輸送風(fēng)電面臨新的變數(shù)。并且，通過特高壓遠(yuǎn)距輸電到目標(biāo)輸出地，地方之間利益矛盾仍然存在，這也為風(fēng)電對(duì)外輸送埋下后患。實(shí)際數(shù)據(jù)表明，由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等原因，特高壓外送新能源沒有達(dá)到預(yù)期效果。2016年，非水可再生能源輸電量僅占上述5條特高壓線路輸電量的14.5%;如甘肅敦煌-酒泉-河西-武勝750千伏的輸電線路，其實(shí)際輸電能力為320-420萬千瓦，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于本省西部可再生能源裝機(jī)1600萬千瓦外送的要求。

電力系統(tǒng)靈活性不足和挑戰(zhàn)

中國西北區(qū)域電源結(jié)構(gòu)多以傳統(tǒng)燃煤電為主，有調(diào)節(jié)性能的水電、抽水蓄能和燃?xì)怆娬镜褥`活電源比重不足1%，特別是在冬季，由于供熱機(jī)組比重大，按照傳統(tǒng)技術(shù)方案和運(yùn)行方式的調(diào)峰能力十分有限。歐美等國快速跟蹤負(fù)荷的燃?xì)怆娬炯俺樗钅鼙壤?，美國靈活電源的比重接近50%，西班牙也達(dá)到35%。更重要的是，中國大規(guī)?；痣?煤電)仍然保持基荷電源的運(yùn)行方式，火電機(jī)組(特別是熱電機(jī)組)的靈活性沒有釋放，實(shí)際調(diào)峰服務(wù)遠(yuǎn)低于國際水平。中國近10 年火電機(jī)組的技術(shù)水平顯著上升，新建機(jī)組煤耗等指標(biāo)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。但到目前為止，中國還是沿用上世紀(jì)80 年代初基于煤電系統(tǒng)的火電調(diào)節(jié)指標(biāo)進(jìn)行運(yùn)行考核，大中小型火電機(jī)組、西北區(qū)域熱電機(jī)組仍舊采用傳統(tǒng)技術(shù)方案和運(yùn)行方式，沒有針對(duì)靈活性需求進(jìn)行改造升級(jí)和運(yùn)行方式調(diào)整。由此，電力系統(tǒng)不可調(diào)節(jié)容量，占據(jù)了有限的電力需求空間，成為制約西北區(qū)域風(fēng)電出力的主要因素。

大量的自備電廠影響系統(tǒng)調(diào)峰

受現(xiàn)行價(jià)格政策和管理體制影響，中國自備電廠和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組基本不參與系統(tǒng)調(diào)峰，這直接限制了熱電機(jī)組釋放靈活性。

自備電廠的運(yùn)行方式更是限制了火電機(jī)組的靈活性。近幾年來，西北區(qū)域自備電廠快速增長。2015年，西北區(qū)域自備電廠裝機(jī)容量大約為25180MW。尤其突出的是，新疆自備電廠裝機(jī)容量16300MW，占電力總裝機(jī)的29%，占火電裝機(jī)的45%。累計(jì)發(fā)電量已超過公用火電機(jī)組，累計(jì)發(fā)電利用小時(shí)數(shù)4886小時(shí)，遠(yuǎn)高于公用火電廠利用小時(shí)數(shù)2874小時(shí)。

在目前執(zhí)行政府定價(jià)，缺乏現(xiàn)貨電力市場、輔助服務(wù)和容量市場機(jī)制情況下，火電作為主力電源也沒有動(dòng)力釋放和提高靈活性，造成了電力系統(tǒng)難以接納可再生能源。

電力需求及風(fēng)電消納能力

第一，西北區(qū)域用電需求增長放緩，市場消納空間不足。

從2013年開始，西北主要省份的社會(huì)用電量增長出現(xiàn)明顯下降和波動(dòng)(見表1)，新疆社會(huì)用電量波動(dòng)最大，從2013、2014年的31%下降到2016年的12%，降幅近20個(gè)百分點(diǎn)。寧夏、青海到2016年變成了負(fù)增長。只有甘肅從2013年的2.0%上升到2016年的5.0%，電力需求增速與全國平均持平。而東部、中部用電量同比分別增長5.9%、5.4%，是全國用電增長的主要拉動(dòng)力。

在西北主要省份的電力需求增長波動(dòng)和放緩的情況下，包括新能源在內(nèi)的各類電源裝機(jī)保持較快增長。

甘肅省2010年以來，其電源裝機(jī)容量快速增長，電力嚴(yán)重過剩。2010-2015年，甘肅電源裝機(jī)容量平均增長率22.2%，而同期用電消費(fèi)平均增長僅4.8%。新疆自治區(qū)自2010年以來，電力裝機(jī)呈現(xiàn)高速增長，從2010-2015年平均增長68%;而同期社會(huì)用電量平均增長14.0%。在消費(fèi)電力市場總量不足的情況下，寧夏自治區(qū)增加大用戶直購火電電量，進(jìn)一步擠占新能源市場空間。2015年初，寧夏自治區(qū)安排區(qū)內(nèi)公用火電廠與大用戶直接交易電量120億千瓦時(shí)，9月又補(bǔ)充安排50億千瓦時(shí)的四季度火電大用戶直接交易電量，大幅抬升冬季大風(fēng)期間的火電機(jī)組利用率，造成寧夏10月棄風(fēng)激增，棄風(fēng)比例達(dá)到32.7%，同比增長32.5個(gè)百分點(diǎn)。

根據(jù)我們的研究，隨著第三產(chǎn)業(yè)及居民用電占比提高，電力系統(tǒng)的負(fù)荷率總體呈下降趨勢，因此最大負(fù)荷增長會(huì)快于電量增長。據(jù)此估算出西北各省2020 年的用電量及最大負(fù)荷(見表2)。

 

綜上分析，從2017至2020年期間，除新疆用電量的增長率為10.4%外，西北區(qū)域其他省份用電量的增長率都在6%以下。保守估計(jì)，即使2017-2020年西北區(qū)域風(fēng)力發(fā)電量的增長速度保持在10%以內(nèi)，也可以斷定，幾乎無可能通過西北區(qū)域用電需求增長來消納風(fēng)電。

此外，如果按照2016年風(fēng)電裝機(jī)容量發(fā)展平均速度測算，2020年甘肅省風(fēng)電裝機(jī)容量與其最大負(fù)荷的比例為1.26，寧夏的比例為0.93，這也從另一個(gè)方面證明，甘肅和寧夏2020年解決棄風(fēng)問題無望。新疆的情況是，盡管2020年風(fēng)電裝機(jī)容量與最大負(fù)荷的比例為0.55，由于存在大量的自備電廠(大約50%的自備電廠都是高耗能企業(yè)，不參與電力系統(tǒng)調(diào)峰)，減去這一部分負(fù)荷，其比例也超過1.00。 因此，新疆的形勢也不樂觀，2020年棄風(fēng)問題難以破解。

第二，跨區(qū)外送電量減少，火電和風(fēng)電跨區(qū)外送受到地區(qū)分割和市場封鎖的阻礙。

從理論上講，風(fēng)電的需求除受制于本地電力消費(fèi)需求及消納能力之外，還受到外送目的地電力需求及其對(duì)風(fēng)電的消納能力的影響。盡管中國確立了清潔能源優(yōu)先發(fā)展的原則，但中國目前電力消納以省內(nèi)消納為主，只有省內(nèi)電力不足時(shí)，電力消費(fèi)大省才會(huì)考慮調(diào)用外省的新能源電力。

在電力增長緩慢，全國各地紛紛呈現(xiàn)電力供大于求的情況下，地方政府普遍對(duì)省間交易進(jìn)行行政干預(yù)，省間壁壘依然存在;此外，目前中國還沒有建立輔助服務(wù)的市場化機(jī)制，導(dǎo)致火電企業(yè)缺乏輔助服務(wù)和調(diào)峰的積極性。

2016年，西北區(qū)域通過電力交易中心跨區(qū)外送電量851億千瓦時(shí)，比2015年的895億千瓦時(shí)減少41億千瓦時(shí);從跨區(qū)外送電量占全部發(fā)電量的比例看，2016年為11.8%，而2015年為13.2%。可見，西北區(qū)域的跨區(qū)外送電量及其占全部發(fā)電量的比例不僅沒有上升，反而下降。這大大低于我們對(duì)跨區(qū)電力市場的期待。

為了盡快解決西北區(qū)域大量棄風(fēng)的問題，開展跨區(qū)域的可再生能源增量現(xiàn)貨交易被寄予厚望。但是，這種愿望能如愿嗎?根據(jù)西北能源監(jiān)管局的研究，2020年西北各省新能源消納水平，距離實(shí)現(xiàn)新能源全額消納的目標(biāo)，仍然還有很長的路要走。其中，甘肅和新疆即使考慮了新建直流工程的外送消納能力，棄風(fēng)棄光率預(yù)計(jì)仍將超過20%，消納壓力較大;寧夏、青海整體棄新能源率在10%左右，還存在部分消納的壓力。

第三，調(diào)峰能力不足導(dǎo)致西北區(qū)域棄風(fēng)棄光嚴(yán)重。

西北區(qū)域棄風(fēng)棄光的兩大主要因素是系統(tǒng)調(diào)峰能力不足和傳輸容量受限。隨著西北區(qū)域電源電網(wǎng)的發(fā)展，兩大因素對(duì)棄風(fēng)棄光的影響程度正在發(fā)生變化。2015年調(diào)峰能力不足已是西北電網(wǎng)棄風(fēng)棄光的主導(dǎo)因素，但新能源傳輸容量受限問題依然不容忽視。2020年對(duì)于西北大部分省份來說，傳輸容量受限導(dǎo)致棄風(fēng)棄光占比已經(jīng)很小，而調(diào)峰能力不足問題將會(huì)越來越嚴(yán)重。

西北區(qū)域風(fēng)電高比例接入電力系統(tǒng),其出力嚴(yán)重超出系統(tǒng)調(diào)節(jié)范圍。一方面，地方政府和開發(fā)商的博弈推動(dòng)了風(fēng)電大基地發(fā)展。另一方面電力增長緩慢，全國各地紛紛呈現(xiàn)電力供大于求的局面;西北區(qū)域風(fēng)電并網(wǎng)消納不僅面臨電網(wǎng)輸送能力的限制，而且受到電力系統(tǒng)靈活性不足嚴(yán)重的約束;目前中國還沒有建立調(diào)峰與輔助服務(wù)的市場化機(jī)制和補(bǔ)貼機(jī)制，使得火電企業(yè)缺乏主動(dòng)調(diào)峰的積極性，地區(qū)分割、市場封鎖和調(diào)峰問題也構(gòu)成了風(fēng)電外送的障礙。

西北高棄風(fēng)的背后，折射出了一系列盤根復(fù)雜的電力體制機(jī)制問題。首先，世界上主要的發(fā)達(dá)國家兼可再生能源大國均實(shí)現(xiàn)了在電力需求增長停滯甚至下降的情況下可再生能源高效消納。而在我國，當(dāng)電力需求保持快速增長時(shí)，把增量的市場空間讓渡一部分給可再生能源對(duì)火電而言并未觸及利益根本，因此消納尚不構(gòu)成難題;但當(dāng)電力需求增長放緩，可再生能源消納問題隨即凸顯。如此，可再生能源優(yōu)先原則在現(xiàn)實(shí)中如何落實(shí)?當(dāng)經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下電力消費(fèi)步入新常態(tài)后，傳統(tǒng)火電與可再生能源是否注定難以結(jié)伴同行?因此，新常態(tài)下可再生能源發(fā)展的質(zhì)量，才是真正考驗(yàn)相關(guān)部門是否擁有踐行能源革命的決心與智慧的試金石。

其次，在棄風(fēng)嚴(yán)重的三北地區(qū)，為什么主管部門接二連三的投資預(yù)警都難以澆滅地方大上項(xiàng)目的熱情?以棄風(fēng)最為嚴(yán)重且“十三五”期間難以有根本改觀的甘肅為例，在其能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃中卻提出了要“適時(shí)啟動(dòng)酒泉千萬千瓦風(fēng)電基地二期項(xiàng)目”。國家層面能源電力規(guī)劃與地方能源電力規(guī)劃如何銜接，國家層面的規(guī)劃如何真正指導(dǎo)地方的規(guī)劃與項(xiàng)目核準(zhǔn)?風(fēng)光的資源特性決定了全球開發(fā)可再生能源的模式都是以分散化、就地消納為主。“風(fēng)電三峽”“光伏三峽”這樣的提法到底是全球首創(chuàng)，還是中國特色呢?另一個(gè)相關(guān)的問題是，為什么發(fā)電企業(yè)起初都樂于在資源條件好的三北地區(qū)大干快上項(xiàng)目，而較少在消納條件好、市場價(jià)值高的東部地區(qū)投資可再生能源?“風(fēng)車一響，黃金萬兩”，西部發(fā)展嚴(yán)重落后于東部，希望把無限且看似無成本的風(fēng)光資源變成財(cái)富本身無可厚非。因此，我們不能簡單地批評(píng)地方政府變風(fēng)光資源為財(cái)富的發(fā)展熱情。而且，如果沒有棄風(fēng)問題，現(xiàn)行標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策下三北地區(qū)的風(fēng)電項(xiàng)目投資收益是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于東部地區(qū)的。而無論是西部的地方政府還是風(fēng)電投資業(yè)主，當(dāng)初核準(zhǔn)與投資時(shí)都既沒有預(yù)見到如此之高、且持續(xù)如此之久的棄風(fēng)問題，也想當(dāng)然地把接入和消納問題推給了電網(wǎng)公司和主管部門。因此，電力消費(fèi)與供應(yīng)的錯(cuò)配，電力規(guī)劃與實(shí)際需求的錯(cuò)配，發(fā)展規(guī)劃與項(xiàng)目核準(zhǔn)建設(shè)的脫節(jié)，加上標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策對(duì)項(xiàng)目地區(qū)間配置的內(nèi)生激勵(lì)，怕是造成這一中國特色的體制原因。

再次，可再生能源裝機(jī)比例最高的三北地區(qū)，從電源結(jié)構(gòu)上看也應(yīng)該是靈活性電源比例最高的地方;而現(xiàn)實(shí)中卻恰是電源結(jié)構(gòu)最不合理的地區(qū)。三北地區(qū)幾乎沒有抽蓄電站，天然氣調(diào)峰電源更是東部地區(qū)的奢侈品。雪上加霜的是，打著保障民生供熱的旗號(hào)，三北地區(qū)的煤電幾乎都被改造成了抽凝式熱電機(jī)組，更是加重了冬季供熱季電力系統(tǒng)的靈活性障礙。東北、西北和華北部分省份煤電本已嚴(yán)重過剩。在此背景下，煤電靈活性改造成為了煤電自救和改善可再生能源消納的“不二良藥”。需要深思的是，只有“靈活性”煤電和變動(dòng)的可再生能源構(gòu)成的電力系統(tǒng)，能真正實(shí)現(xiàn)所謂的高比例可再生能源嗎?當(dāng)熱電在保障供熱的最小出力下運(yùn)行已超過系統(tǒng)最小負(fù)荷甚至平均負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，這時(shí)的煤電靈活性只怕是僅擺設(shè)而已。再設(shè)想一個(gè)極端的情景，即便三北地區(qū)所有的煤電都經(jīng)過了靈活性改造，現(xiàn)行深度調(diào)峰機(jī)制能保障可再生能源高效消納的輔助服務(wù)需求嗎?不從規(guī)劃角度去研究高比例可再生能源系統(tǒng)必須的合理電源結(jié)構(gòu)問題，不從利益機(jī)制上去研究如何激勵(lì)投資新建靈活性電源，棄風(fēng)問題恐無根治的可能性。

最后，中國當(dāng)前的特高壓電網(wǎng)技術(shù)全球領(lǐng)先，中國也建成了世界上等級(jí)最高、規(guī)模最大、分布最廣的互聯(lián)電力系統(tǒng)。但是，為什么全球最先進(jìn)的電力系統(tǒng)，卻有著全球最高的棄風(fēng)水平?張家口的風(fēng)電白白棄掉，也送不進(jìn)100公里外的北京?酒湖特高壓建成，甘肅的風(fēng)電還是送不進(jìn)湖南湖北?大規(guī)模風(fēng)電接入與遠(yuǎn)距離輸送，除了從技術(shù)層面考驗(yàn)互聯(lián)電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的運(yùn)行規(guī)程，更考驗(yàn)省間電力電量交易的規(guī)則與利益機(jī)制。互聯(lián)電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線功率須保持相對(duì)穩(wěn)定，這是以自我平衡且可控電源為主的時(shí)期確定的互聯(lián)電力系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)則。但是，如果調(diào)入省份的靈活可控電源也能通過聯(lián)絡(luò)線為調(diào)入省份提供輔助服務(wù)時(shí)，為什么這一運(yùn)行規(guī)程就不能因系統(tǒng)環(huán)境與現(xiàn)實(shí)需求的變化而改變呢?當(dāng)省間交易的對(duì)象由可控的煤電、水電變成波動(dòng)的風(fēng)電、光電時(shí)，當(dāng)前基于省間中長期協(xié)議的電量計(jì)劃難以操作，跨省可再生能源消納必須引入實(shí)時(shí)交易并配套輔助服務(wù)機(jī)制。換言之，要從根本上解決棄風(fēng)問題，必須突破現(xiàn)行體制，更多地運(yùn)用市場的思維和機(jī)制，而必須打破“省為實(shí)體、自我平衡”的現(xiàn)行模式，構(gòu)建更大范圍的統(tǒng)一電力市場。

羅國亮為華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院教授, 袁家海為華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院教授，北京市新能源電力與低碳發(fā)展智庫(重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)副主任。