電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型現(xiàn)狀2018：先進電廠的靈活性

電力系統(tǒng)正在快速轉(zhuǎn)型

電力系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)正在加速轉(zhuǎn)型，推動這一轉(zhuǎn)變的主要有3個因素。首先是因為出現(xiàn)了資源豐富且低成本的風能和太陽能資源。其次是分布式能源的發(fā)展，包括屋頂光伏電站和智能運輸工具（例如電動車和智能應(yīng)用設(shè)備等）。最后是數(shù)字化的普及，從發(fā)電到用戶貫穿整個發(fā)電系統(tǒng)，從而帶來了降低成本和提高性能的新機會。

這些變化正在推動電力系統(tǒng)最佳規(guī)劃和運行方式的結(jié)構(gòu)性轉(zhuǎn)型。它們還具有確保能源安全，特別是電力供應(yīng)安全的系統(tǒng)性含義。因此它們要求電力部門的政策制定者和相關(guān)管理者采用協(xié)調(diào)一致的積極應(yīng)對措施，具體體現(xiàn)在電力系統(tǒng)改造上。電力系統(tǒng)改造的任務(wù)是創(chuàng)造適當?shù)臋C會、市場和監(jiān)管環(huán)境以應(yīng)對變化的影響，同時實現(xiàn)電力系統(tǒng)運行和規(guī)劃實踐的升級。電力系統(tǒng)改造有利于加速投資、創(chuàng)新和使用智能、高效、靈活和環(huán)保的技術(shù)。電力系統(tǒng)改造是保證現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。

電力系統(tǒng)靈活性已經(jīng)成為全球優(yōu)先發(fā)展事項

加強電力系統(tǒng)靈活性通常是電力系統(tǒng)改造的重要項目。本報告將電力系統(tǒng)靈活性定義為電力系統(tǒng)的相關(guān)特性，這些特性有助于對供需雙方的可變性和不確定性進行可靠和成本效益管理。在許多情況下，電力系統(tǒng)的靈活性是政策制定者和系統(tǒng)規(guī)劃人員需要考慮的一個日益重要的話題，這是由日常運營中間歇性可再生能源（VRE）的整合以及高影響事件的強度和頻率不斷增加所驅(qū)動的。缺乏系統(tǒng)靈活性會降低電力系統(tǒng)的靈活性，或由于可變可再生能源的減少導致大量清潔電力的損失。

我們把關(guān)注點放在時間尺度上（從瞬間到幾年）持續(xù)平衡供需，在這些時間尺度上考慮靈活性是有用的。為了幫助理解不同的靈活性需求以及滿足這些需求的不同機制，本報告根據(jù)時間尺度對靈活性需求進行分組，從短期（亞秒到小時）到中期（小時到天）和長期（天到年） （Table ES．1）。

重要的是，電力系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)可以實現(xiàn)靈活性帶來的可變性和不確定性進行管理。在歷史上，這是特別需要的，以滿足多變的電力需求或一個大型發(fā)電機或輸電線的突發(fā)事件。隨著時間的推移，特別是隨著間歇性可再生能源份額的增加，對電力系統(tǒng)靈活性的要求可能會增加和改變。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)的靈活性對于管理斷電和極端天氣事件、提高靈活性和其他重要目的也是非常重要的。為了提高現(xiàn)代電力系統(tǒng)的靈活性，可以進行許多不同的投資、業(yè)務(wù)和政策調(diào)整，靈活性可以使電力系統(tǒng)更清潔、更安全、更有彈性、更廉價。

表1．電力系統(tǒng)靈活性問題的時間尺度

關(guān)鍵點：系統(tǒng)靈活性解決了一系列從秒到年的跨越時間范圍的問題。

電廠在加強系統(tǒng)靈活性方面起著關(guān)鍵作用

基于大量的實際案例研究和數(shù)據(jù)，這份報告全面回顧了電廠如何提高電力系統(tǒng)靈活性的，提高電力安全的情況。它總結(jié)了參與清潔能源部長級會議（CEM）的先進電廠運營中靈活性情況的研究成果。清潔能源部長級會議的工作旨在建立政府和工業(yè)界的之間較強的契機和承諾，以實施使發(fā)電更加靈活的解決方案。本研究與業(yè)界相關(guān)人士緊密合作提出了解決方案，包括制造商、專家顧問、系統(tǒng)運營人員和電廠運營人員。

該報告展示了一些技術(shù)選擇，以及對現(xiàn)有電廠進行靈活性改造的成功案例。它為如何分析發(fā)電廠對整個系統(tǒng)靈活性的貢獻提供了指導。研究報告還提供了一些政策、市場和監(jiān)管工具的例子，從而開拓發(fā)電廠的靈活性。研究結(jié)果表明，包括燃煤和天然氣發(fā)電機組在內(nèi)的傳統(tǒng)發(fā)電廠能夠快速采取清潔能源技術(shù)，并加速電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。根據(jù)具體的系統(tǒng)環(huán)境，可以采取一些低成本的措施，以可靠和符合成本效益的方式彌補風力和太陽能發(fā)電量波動的問題。

電廠在電力系統(tǒng)中的作用正在改變

從歷史經(jīng)驗上看，基本負荷、中間負荷和峰值負荷電站通過提供適當?shù)哪茉春腿萘炕旌希辽儆兄跐M足特定的電力要求。從技術(shù)角度來講，這些電廠的設(shè)計考慮了這些具體的操作條件。從經(jīng)濟學的觀點來看，這些電廠的資金是按照一定的營業(yè)時數(shù)提供的。如今，隨著具有獨特成本結(jié)構(gòu)和技術(shù)特征的新一代技術(shù)大規(guī)模進入電力市場，許多現(xiàn)有發(fā)電廠需要更加靈活地運行，在某種意義上還可以減少運行時間。

例如，為了解決中國部分地區(qū)間歇性可再生能源棄風（棄光、棄水）問題，國家能源局要求電力規(guī)劃設(shè)計總院（EPPEI）研究“十三五”期間提高的電力系統(tǒng)靈活性的方案。研究發(fā)現(xiàn)，近220吉瓦（GW）火力發(fā)電廠可以通過更換舊設(shè)備或者改進運營方式等方法提高靈活性并顯著降低可再生能源的棄風（棄光、棄水）問題。中國《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中要求對這220GW裝機容量的電廠中的部分或者全部進行改造。類似地，最近一項針對印度的研究顯示，一個以煤電為主的大型電力系統(tǒng)可以消納20％以上的風電和光伏發(fā)電量。降低煤電的最低發(fā)電水平可以顯著降低間歇性可再生能源的棄風（棄光、棄水）問題。通過其他運營方面的改變，印度電力系統(tǒng)運營能夠?qū)崿F(xiàn)更多的靈活性，從而以更低的運營成本實現(xiàn)更大的可再生能能源利用。

多種多樣的戰(zhàn)略可以使現(xiàn)有的電廠更加靈活

這份報告討論了使現(xiàn)有電廠更加靈活的多種策略，包括如何在現(xiàn)有電廠的運營中，增加新的機組而提供附加的、適合電力系統(tǒng)的靈活性能力。這些策略包括：

現(xiàn)有電廠運營實踐變化。為了更靈活地操作發(fā)電廠，并不一定需要大量的新資本投資。某些電廠通常通過改變數(shù)據(jù)收集和實時監(jiān)控方式來實現(xiàn)電廠運營實踐的改變，從而可以很好地提高現(xiàn)有電廠的潛在的靈活性。例如，更好的監(jiān)測和控制設(shè)備可以允許電廠在維持穩(wěn)定性的同時，更快地啟動和停止。

現(xiàn)有設(shè)備的靈活性改造投資。根據(jù)電廠技術(shù)，可以提供一系列的改造方式來改進發(fā)電廠的各種靈活性參數(shù)（例如，斜坡率、啟動時間、最低經(jīng)濟或技術(shù)發(fā)電水平）。這份報告詳細介紹了各種發(fā)電技術(shù)的具體改造方式，包括煤炭、聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機聯(lián)合發(fā)電、碳捕獲和儲存、核能、生物能和水力發(fā)電等。

新的靈活性發(fā)電方式。許多最先進的柔性電廠技術(shù)可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)；正如在本報告中所描述的幾種方式。良好的長期規(guī)劃實踐可以確保新的靈活的發(fā)電廠投資能夠經(jīng)受住風險的考驗。

像丹麥、德國和意大利等國，以及最近的中國和印度等國，已實施了一些戰(zhàn)略來提高靈活性，特別是在燃煤和普遍使用的聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機電廠中。例如，德國的火電廠為了達到更高的靈活性要求和大幅度提高其運行性能，40多年前建成的、最初設(shè)計為24小時運轉(zhuǎn)的發(fā)電廠已升級為每天啟動和停止兩次，同時還為該系統(tǒng)提供了一系列附加服務(wù)。

全國范圍延伸的選擇

電力系統(tǒng)的靈活性取決于可用的硬件和基礎(chǔ)設(shè)施（“什么”）、政策、監(jiān)管和市場框架（“如何”）以及提供靈活性的實體（“誰”）的體制角色和責任。這三個方面必須協(xié)同工作才能提高系統(tǒng)的靈活性（圖ES．1）。

圖1 ES．1 解開系統(tǒng)靈活性的相關(guān)系數(shù)

因此，不僅技術(shù)因素將決定系統(tǒng)的靈活性。例如，泰國電力系統(tǒng)包括從技術(shù)角度改變系統(tǒng)的靈活性，高壓輸電網(wǎng)和相當高的水電和聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機發(fā)電份額。然而，從經(jīng)濟角度來看，根據(jù)接受或付費電力購買協(xié)議和燃料供應(yīng)協(xié)議運行可以看出許多發(fā)電機系統(tǒng)都是不靈活的。最近的一項分析發(fā)現(xiàn)，如果天然氣采購安排和電力采購合同在長期內(nèi)變得更加靈活，那么，放寬取付合同可以合理地削減業(yè)務(wù)成本。

在系統(tǒng)層面，制定適當?shù)撵`活性策略以推行系統(tǒng)的各種靈活性措施，不僅需要考慮當前和未來的系統(tǒng)需要，同時要考慮現(xiàn)有的發(fā)電機組、市場情況、輸電網(wǎng)絡(luò)的狀況，以及創(chuàng)新靈活性解決方案的潛力。

提高整個系統(tǒng)的靈活性

加強全系統(tǒng)的靈活性可以減少發(fā)電廠提供額外靈活性的需要。例如，改善相鄰平衡區(qū)域之間的溝通和協(xié)調(diào)，可以消除對新電廠靈活性措施的需求。對于輸電網(wǎng)絡(luò)，控制和監(jiān)測的創(chuàng)新方法——例如動態(tài)線路額定值和對高壓輸電線路和設(shè)備的針對性投資——可以減少因電網(wǎng)擁塞而產(chǎn)生的額外靈活性的需求。

解鎖現(xiàn)有電廠的靈活性

利用現(xiàn)有的發(fā)電資產(chǎn)可能具有成本效益，但可能需要對監(jiān)管進行調(diào)整和采取某些經(jīng)濟鼓勵措施。管制方法包括允許可再生能源參與儲備撥備、審查對現(xiàn)有發(fā)電廠的必須運行條件、加快調(diào)度和分派間隔以及某些基于績效的管制方法。在經(jīng)濟激勵方面，需要制定政策審查缺乏靈活性的政策并獎勵具有靈活性的政策，可以鼓勵電廠管理層采用更靈活地運營。

激勵額外的電廠靈活性投資

管制的和基于市場的電力系統(tǒng)都可以確定具體的靈活性服務(wù)的價值，并確保對這些服務(wù)的公平補償，從而確保對額外發(fā)電廠靈活性措施的適當投資。在以市場為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)中，這可以通過改進能源定價辦法來實現(xiàn)，特別是在接近交貨時刻（當天市場）和供應(yīng)不足的時候。實施設(shè)計良好的市場機制，準確地獎勵具有靈活性的系統(tǒng)價值的創(chuàng)建者，也可以激勵增加的靈活性。這些獎勵機制可能圍繞著增加產(chǎn)能或啟動時間等特定的服務(wù)開展，并且可以為系統(tǒng)所必需的發(fā)電廠提供額外的收入來源，但是由于利用率降低，這些發(fā)電廠無法維持常規(guī)業(yè)務(wù)的盈利能力。在受管制的情況下，發(fā)電廠的靈活性投資可以通過允許靈活性改造的成本以及為開發(fā)人員利用高度靈活的技術(shù)組件提供財政激勵來實現(xiàn)。

長期彈性規(guī)劃的政策方法

即使系統(tǒng)并未嚴重缺乏靈活性，適應(yīng)未來靈活性需求的政策行動也將是有益的。準備該系統(tǒng)的措施包括電力系統(tǒng)技術(shù)靈活性的定期充分性評價，以便于建立電力系統(tǒng)靈活性清單，在長期規(guī)劃工作中考慮運營靈活性，并在長期規(guī)劃工作中要求使用最先進的決策方法。

先進電廠靈活性政策指南

所采用的策略和所制定的優(yōu)先次序標準在很大程度上取決于當?shù)仉娏ο到y(tǒng)的狀況；然而，可以確定一套通用的政策指導方針，從而確保足夠的系統(tǒng)靈活性和維護電力安全。政策制定者應(yīng)該遵循下面的規(guī)則：

評估——委員會評估全系統(tǒng)的靈活性要求、機會和挑戰(zhàn)，包括發(fā)電廠靈活性的作用，并定期更新這些評估，以告知近期和長期的決策和規(guī)劃過程。

參與——與相關(guān)團體進行合作從而加強技術(shù)、政策和制度能力，以增強電力系統(tǒng)和發(fā)電廠的靈活性，并與國際社會合作來分享最佳做法。

加強——通過在系統(tǒng)層面上適應(yīng)一系列的市場、監(jiān)管和操作最佳方案，增強可用電力系統(tǒng)靈活性的使用。

開拓——更新管理電力系統(tǒng)運行的法規(guī)、政策和實踐，以開拓潛在的靈活性。這些選擇包括與獨立電力生產(chǎn)商簽訂更靈活的電力購買協(xié)議，以及與熱電廠簽訂燃料供應(yīng)合同。

激勵——透過改變政策、規(guī)劃及市場架構(gòu)，為所有可為電力系統(tǒng)提供靈活性的人才提供公平及適當薪酬的機會。

路線——加強規(guī)劃程序以細化系統(tǒng)靈活性需求的未來期望；確保考慮所有可能的靈活性選項，以減輕電力系統(tǒng)改造的長期成本和運行影響。

下一步工作

在清潔能源部長會議的報告中，國際能源署和《21世紀電力伙伴關(guān)系倡議》通過電力系統(tǒng)靈活性加強電力安全的工作將繼續(xù)進行。值得注意的是，清潔能源部長活動將在第9屆清潔能源部長會議上重新啟動，其范圍將擴大到電力系統(tǒng)靈活性活動，涵蓋未來12個月發(fā)電廠、電網(wǎng)、需求方資源和存儲方面的概念和經(jīng)驗。這一重新啟動的行動將補充清潔能源部長21世紀可持續(xù)發(fā)展伙伴計劃的努力，該計劃將繼續(xù)推進最先進的解決方案，并為深入能力建設(shè)提供平臺，與所有相關(guān)的可持續(xù)發(fā)展伙伴計劃和互補倡議密切合作。這一重新啟動的運動將進一步加強清潔能源部長《21世紀電力伙伴關(guān)系倡議》的工作，該倡議將繼續(xù)推進最先進的解決方案，并為深入能力建設(shè)提供平臺，與所有相關(guān)的清潔能源部長活動和補充倡議密切合作。

在向各國政府提供的分析和建議中，國際能源署繼續(xù)優(yōu)先考慮電力系統(tǒng)改造及其在加強能源安全方面的作用。

翻譯：一路朝陽＠ERR能研微訊