“雙碳”時代 風(fēng)光大考

在以碳中和為主題的時代舞臺上，新能源，無疑是一個最具光環(huán)、最受青睞的重磅角色。2020年12月12日，在氣候雄心峰會上，習(xí)近平主席提出到2030年，我國風(fēng)電、光伏發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。但無論是研究智庫還是資本市場，對于新能源未來10年的發(fā)展預(yù)測都遠高于這一目標。

盡管“十四五”能源電力規(guī)劃仍在制定之中，但一個顯而易見的共識是，經(jīng)歷了多年的產(chǎn)業(yè)培育后，如今新能源已走到了一個重要的歷史坐標：從替代能源轉(zhuǎn)向主體能源。

無論是裝機總量、新增規(guī)模還是產(chǎn)品制造能力，我國新能源已領(lǐng)先于世界。過去10年，我國陸上風(fēng)電度電成本下降了40%，光伏的成本下降了約80%，大部分地區(qū)新建的新能源項目已可以實現(xiàn)平價上網(wǎng)，新能源迎來發(fā)展的新高度與新紀元。這一切看似順理成章，但一條光環(huán)加持的道路，并不意味著更加好走。

更高的期望，意味著更大的責(zé)任。曾經(jīng)，在能源電力的家族中，新能源只是一個無關(guān)大局的“小透明”。如今，承載著碳中和愿景的新能源，已經(jīng)進入了與傳統(tǒng)能源競爭的時代。因此，看待新能源的視角，也不應(yīng)局限于產(chǎn)業(yè)角度，而應(yīng)將其放在能源轉(zhuǎn)型、經(jīng)濟轉(zhuǎn)型乃至社會轉(zhuǎn)型的層面，來衡量其服務(wù)經(jīng)濟社會發(fā)展的能力。很顯然，面對挑戰(zhàn)的不止是新能源，更包括全行業(yè)與全社會。

從平價上網(wǎng)到平價利用

主體能源的更新?lián)Q代，絕非簡單的此消彼長或替代競爭，而是一項牽一發(fā)而動全身的系統(tǒng)工程。

目前，我國處于煤炭與新能源的“混合能源時代”，新能源發(fā)電量占比約為10%，相對于低碳轉(zhuǎn)型的典型國家而言，這一比例并不算高，但我國地域廣闊，地區(qū)差異巨大，局部地區(qū)新能源占比已高達30~40%，在冀北、甘肅、青海等地區(qū)，新能源已成為第一大電源，電網(wǎng)安全及運行控制已受到巨大挑戰(zhàn)。

作為最復(fù)雜、最龐大的人造系統(tǒng)，過去電力系統(tǒng)中電源跟隨負荷變化調(diào)整出力，使電網(wǎng)運行保持瞬時平衡。但新能源的加入打破了電源側(cè)長久以來的運行規(guī)律，其他常規(guī)電源必須同時跟隨新能源波動調(diào)節(jié)出力。適應(yīng)高比例新能源特性的電力系統(tǒng)，在未來或許會出現(xiàn)革命性的重大技術(shù)突破，但在現(xiàn)階段，新能源與其他電源、電網(wǎng)、負荷之間的相互適應(yīng)，只能基于當(dāng)前電力系統(tǒng)的平衡理論和安全原則來開展。“在過去，新能源占比較小時，可以把平衡新能源波動視作負荷側(cè)波動來對待。但隨著新能源規(guī)模的逐漸擴大，高比例新能源電力系統(tǒng)的電力電量平衡將面臨巨大挑戰(zhàn)。”國網(wǎng)能源研究院有限公司新能源與統(tǒng)計研究所所長李瓊慧說。

新能源與電力系統(tǒng)的“交手”，是技術(shù)問題，也是經(jīng)濟問題。

為保證用戶的穩(wěn)定可靠供電，大規(guī)模的新能源入網(wǎng)，需要整個系統(tǒng)提升其他的輔助性投資。有研究顯示，一個獨立的電力系統(tǒng)中，在新能源電量占比小于10%時，電力系統(tǒng)本身的裕度尚可調(diào)節(jié)新能源帶來的波動。一旦新能源的電量占比超過了10%，其系統(tǒng)成本就開始顯現(xiàn)；新能源電量占比超過20%，系統(tǒng)成本大約將占據(jù)新能源本體成本的1/3~1/2；如果新能源電量占比達到40%，其系統(tǒng)成本將與發(fā)電成本基本相當(dāng)。這一結(jié)論基于不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)會有一些偏差，但也大致為我們厘清了高比例新能源電力系統(tǒng)中所對應(yīng)的消納成本比重。

在新能源提速發(fā)展的當(dāng)下和未來，系統(tǒng)成本的顯著提升已難以避免。近期，國家能源局下發(fā)《關(guān)于征求2021年可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重和2022-2030年預(yù)期目標建議的函》，要求非化石能源消費比重2021年按16.6%考慮，2030年按26%考慮。2030年全國統(tǒng)一可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重為40%，其中非水電電力消納責(zé)任權(quán)重為25.9%。按照以上的研究推論，到2030年，我國電力系統(tǒng)為承載新能源的發(fā)展將面臨成本走高的壓力，未來制約新能源發(fā)展的是大規(guī)模利用的經(jīng)濟可負擔(dān)性。

“未來高比例新能源電力系統(tǒng)最理想的運行狀態(tài)是什么？即在滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運用和電力可靠供應(yīng)的前提下，通過技術(shù)的進步，促使以新能源為主的系統(tǒng)供電成本和當(dāng)前供電成本大致持平甚至更低，這一天我們的能源革命就實現(xiàn)了。”李瓊慧說，“因此，新能源發(fā)展到了一定階段以后，能源經(jīng)濟學(xué)顯得特別重要，尤其是在‘雙碳’目標倒逼下，一定要從能源經(jīng)濟學(xué)的角度來研究新能源發(fā)展。”

供電成本的拉平，有賴于新能源發(fā)電成本和系統(tǒng)成本的下降。在發(fā)電成本方面，中國可再生能源學(xué)會常務(wù)理事秦海巖表示，新能源發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟水平在短期內(nèi)依然未到天花板，風(fēng)電度電成本的下降最主要的貢獻來自于發(fā)電能力和效率的提升，而不僅是造價的下降。“依托于先進控制技術(shù)和材料科學(xué)的進步，過去十年風(fēng)電機組的風(fēng)輪直徑不斷突破，增加到原來的2倍，同樣風(fēng)況條件下發(fā)電量增加到3倍左右，即使在風(fēng)電場單位千瓦造價下降不多的情況下，度電成本也可以下降到原來的50%。西北部風(fēng)能資源好的地區(qū)，5年后度電成本有望降到0.15元/千瓦時，中東南部5年內(nèi)度電成本有望降到0.2元/千瓦時，近海風(fēng)電在5年內(nèi)成本有望降到0.4~0.5元/千瓦時，遠海風(fēng)電在8年左右有望降到0.4~0.5元/千瓦時。這還沒有包括風(fēng)電機組可靠性和基于大數(shù)據(jù)人工智能的全生命周期管理等技術(shù)應(yīng)用帶來的疊加提升效應(yīng)。”秦海巖說。

在系統(tǒng)成本方面，由于風(fēng)光發(fā)電有效容量低，需要常規(guī)電源提供足夠的有效容量實現(xiàn)功率平衡，滿足電力平衡要求，從系統(tǒng)層面的角度通常需要考慮到增加相應(yīng)的備用電源容量投資、靈活性電源的投資、接網(wǎng)和配網(wǎng)投資，以及其他運行管理等系統(tǒng)資源，新能源從平價上網(wǎng)到平價利用仍有一段距離。因此，在“十四五”、“十五五”期間，新能源度電利用成本較之傳統(tǒng)能源并沒有顯著優(yōu)勢。“隨著發(fā)展規(guī)模的擴大，對于新能源的運行管理要求，即便不能與常規(guī)電源完全等同視之，也需要在一定程度上對新能源的出力穩(wěn)定提出要求。”李瓊慧說，“另外，從系統(tǒng)綜合成本的角度來考量，應(yīng)允許適當(dāng)放寬對新能源利用率的考核。目前國家對新能源消納率的要求為95%，我們之前一度達到了96~98%。但據(jù)國網(wǎng)能源研究院的研究，在‘十四五’期間，如果消納率從96%降到93.5%，可以多接納新能源一億千瓦以上。因此，需要更加理性地看待消納率和棄電率。”

李瓊慧表示，科學(xué)謀劃新能源發(fā)展，是一個宏觀與微觀統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的過程，需要在項目可盈利、行業(yè)成本最小化、社會經(jīng)濟可承受三方面之中尋求平衡。如今，新能源已從政策驅(qū)動走向市場驅(qū)動，新能源未來的市場規(guī)模，從微觀層面來說取決于新能源開發(fā)企業(yè)的項目盈利狀況，從宏觀層面來說取決于社會在轉(zhuǎn)型代價與綠色收益之間的權(quán)衡。電力行業(yè)需要承擔(dān)的，就是以技術(shù)創(chuàng)新、系統(tǒng)優(yōu)化和管理提升，讓轉(zhuǎn)型代價最小化，使轉(zhuǎn)型成本可承受、可負擔(dān)。

 

釋放靈活資源需要靈活機制

在系統(tǒng)的消納成本組成中，靈活性資源是支撐新能源大規(guī)模入網(wǎng)的重要部分。新能源接入電網(wǎng)規(guī)模越大，對于靈活性電源的需求就越高。系統(tǒng)靈活性資源的充裕程度，在某種程度上決定了新能源發(fā)展的空間，進而影響到我國低碳轉(zhuǎn)型的速度與進程。歐美很多發(fā)達國家的能源轉(zhuǎn)型是以大量靈活電源作為基礎(chǔ)支撐的：西班牙、德國、美國的靈活電源占比分別為34%、18%、49%，而我國靈活電源占比不到6%。在現(xiàn)階段，離開靈活電源談新能源，無異于在沙地起高樓。

秦海巖認為，當(dāng)前我國電力系統(tǒng)的靈活性資源仍有巨大的挖潛空間，阻礙靈活性資源進一步增長的深層次“堵點”在于缺乏調(diào)動這些靈活性資源的市場機制與合理的價格傳導(dǎo)機制。市場機制的缺失，使得為電力系統(tǒng)提供靈活性服務(wù)的企業(yè)難以獲得與其成本投入相匹配的回報，難以激勵廣大市場主體為新能源消納提供必要的調(diào)峰、調(diào)頻和備用，導(dǎo)致資源優(yōu)化配置的效應(yīng)無法釋放。

德國是能源轉(zhuǎn)型最成功的國家之一，但德國自2000年以前以來，工業(yè)電價提高了1.96倍，居民電價提高了1.3倍。從國外能源轉(zhuǎn)型與電力市場的典型國家來看，新能源比例升高后，終端電價會有明顯的上漲。“在我國，電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型成本仍然阻塞在行業(yè)內(nèi)部，這樣的機制只能暫時維持，無法持續(xù)發(fā)展，零和游戲的最終結(jié)局，是無人提供服務(wù)。”李瓊慧說。

一套適應(yīng)新能源大規(guī)模發(fā)展的電力市場體系，需要充分將電能產(chǎn)生的時間和空間因素納入價格機制之中，從而更有效地釋放靈活性資源。在時間上，需加快建立優(yōu)化資源配置最直接、最高效的現(xiàn)貨市場，擴大峰谷電價差，不斷縮短交易周期，為市場主體提供反映市場供需和生產(chǎn)成本的價格信號，充分發(fā)揮風(fēng)電、光伏邊際發(fā)電成本低的優(yōu)勢，同時激勵風(fēng)光發(fā)電根據(jù)市場價格信號提升自身調(diào)節(jié)能力，減輕系統(tǒng)運行壓力?，F(xiàn)貨市場的價格激勵既可作用于發(fā)電側(cè)，亦可作用于用戶側(cè)，將系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力適當(dāng)傳導(dǎo)至用戶側(cè)，可挖潛用戶側(cè)的調(diào)節(jié)空間。

在空間上，需打破省間電力交易壁壘，推進跨省區(qū)發(fā)電權(quán)置換交易，確保省間清潔能源電力送電協(xié)議的執(zhí)行，加速構(gòu)建跨區(qū)、跨省的全國大范圍電力市場。近年來，丹麥風(fēng)力發(fā)電量占比連創(chuàng)新高，引起業(yè)界高度關(guān)注，但這一成就的背后是歐洲電網(wǎng)強大跨國電力交換能力的支撐所取得的，換言之，是鄰國水火調(diào)峰電源保障了丹麥綠色電力的大規(guī)模發(fā)電。我國西部、北部地區(qū)擁有80%以上的陸地風(fēng)能、60%以上的太陽能，而全國70%的負荷集中在中、東部地區(qū)，新能源資源遠離負荷中心，因此，必須借助大電網(wǎng)，構(gòu)建大市場，從而在全國范圍內(nèi)消納新能源。我國擁有全球最大規(guī)模的大電網(wǎng)系統(tǒng)，具備大范圍電源互濟、負荷互補的基礎(chǔ)條件，因此，更需要在市場化交易方面提升組織效率，將綠色電能送出去、賣出去。

在采訪中，多位業(yè)內(nèi)專家表示，“十四五”期間，我國能源供應(yīng)方面要實現(xiàn)系統(tǒng)整體優(yōu)化、多種能源互補的供應(yīng)模式，大力改善各種能源單獨供應(yīng)、互補水平低的現(xiàn)象。近日，國家發(fā)改委、能源局出臺《關(guān)于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導(dǎo)意見》，旨在通過源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動，形成完整的互動響應(yīng)市場體系，解決新能源消納瓶頸問題，這不僅需要發(fā)電側(cè)釋放靈活潛能，更需要市場側(cè)釋放靈活機制。

“沒有一個完美的市場制度可以解決一切矛盾，只能在特定的發(fā)展時期，抓住主要矛盾。美國經(jīng)歷了三輪電改，每一輪都有其重點任務(wù)和目標。第三輪電改以綠色轉(zhuǎn)型為主要任務(wù)，圍繞轉(zhuǎn)型進行市場設(shè)計，并為新能源高比例入網(wǎng)推出調(diào)頻服務(wù)、初級備用服務(wù)、黑啟動、無功電壓控制和不平衡電量等市場產(chǎn)品。在市場的發(fā)展中，主要矛盾會變化，市場運行制度也會不斷調(diào)整，但任何時候，市場建設(shè)都要認準第一目標。”李瓊慧說。

問題導(dǎo)向倒逼創(chuàng)新發(fā)展

時至今日，新能源規(guī)劃與布局的底層邏輯已經(jīng)發(fā)生改變。過去，科學(xué)控制新能源的“產(chǎn)”與“消”，以消納定發(fā)展，是基于產(chǎn)業(yè)扶持、電價補貼下的發(fā)展模式。但在新的形勢下，消納的角色定位已發(fā)生轉(zhuǎn)變，新能源的發(fā)展需要以“雙碳”目標倒推，綜合各地資源條件、電網(wǎng)條件、負荷水平等因素，合理規(guī)劃新能源項目開發(fā)的建設(shè)規(guī)模、裝機布局和開發(fā)時序，從而確定可再生能源短期以及中長期戰(zhàn)略目標。

從規(guī)模和時序來看，中電聯(lián)對于新能源發(fā)展規(guī)模的預(yù)計是，2025年達到9億千瓦，年均增加約8000萬千瓦；2025年以后每年新增規(guī)模超過1億千瓦（“十五五”1.2億、“十六五”1.6億），新增規(guī)模呈現(xiàn)前低后高趨勢的原因主要在于短期內(nèi)的消納挑戰(zhàn)巨大，盡管近年來在一系列措施的保障下，新能源棄電矛盾得到了有效緩解，但同時還要看到，新疆、甘肅等新能源發(fā)電量占比較高的省份（20%、27%），棄風(fēng)率還處于10.3%、6.4%的水平。預(yù)計2025年，全國新能源發(fā)電量占比將從目前的9.7%上升到16.7%，消納瓶頸應(yīng)引起高度重視，因此，“十四五”期間需要合理調(diào)控新能源開發(fā)規(guī)模。

從布局來看，考慮到新能源資源的差異性，需對風(fēng)能、太陽能等新能源資源進行深度勘查和評估，確保資源高效利用；充分利用風(fēng)、光資源自身互補性，在全國范圍優(yōu)化布局新能源，因地制宜地制定各地區(qū)年度規(guī)劃。

受西部地區(qū)新能源消納困難影響，新能源裝機持續(xù)向消納形勢較好的中東部轉(zhuǎn)移。東部地區(qū)電價高，近負荷，分散式風(fēng)電和分布式光伏將成為新能源規(guī)?；l(fā)展的一個重要陣地。但東部新能源面臨著復(fù)雜的開發(fā)環(huán)境，新能源大規(guī)模開發(fā)與現(xiàn)有土地使用和生態(tài)環(huán)境保護政策之間存在矛盾。風(fēng)電、光伏發(fā)電對土地的需求量非常大，中東部地區(qū)許多地方都存在生態(tài)紅線。在中東部地區(qū)，分散式低風(fēng)速風(fēng)能資源在100米高度上大約可達到10億千瓦，但在具體的項目開發(fā)中，仍然會受到眾多因素的制約。“對于這一點，業(yè)界也提出了土地恢復(fù)等技術(shù)方案，但事實上，是否能夠通過技術(shù)手段平衡生態(tài)限制，還需要成熟的鑒定意見才能實施，目前，土地生態(tài)紅線仍然是制約新能源發(fā)展的一大因素。所以新能源的發(fā)展在中東部，我們認為天上的資源是夠的，但能不能落地，還有待研究。”李瓊慧說。

在風(fēng)光資源和土地資源優(yōu)勢明顯的“三北”地區(qū)，新能源開發(fā)潛力巨大，但未來仍存在消納隱患。開發(fā)與消納并舉，尤其是提高消納能力，將是決定“三北”地區(qū)能否持續(xù)大規(guī)模開發(fā)的關(guān)鍵。秦海巖表示，提升消納能力，一是要加大跨省區(qū)的聯(lián)絡(luò)線路建設(shè)，提高跨省區(qū)的電力交換交易能力，增強系統(tǒng)的靈活性。二是要提高可再生能源電力就地消納的規(guī)模和比例，“三北”地區(qū)政府部門應(yīng)推動低價、零碳電力需求量大的產(chǎn)業(yè)向“三北”轉(zhuǎn)移，使其成為支撐西部經(jīng)濟發(fā)展的新引擎。

處于后工業(yè)時代的中國正同時面臨調(diào)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)增長的壓力，但轉(zhuǎn)型的進程不以人為意志為轉(zhuǎn)移，發(fā)展中的問題要在發(fā)展中解決。新能源帶給電力行業(yè)的那些愛痛交織的深刻體驗，正是倒逼體制創(chuàng)新與技術(shù)革新的起點，今天我們設(shè)想的諸多可能性，或?qū)⒊蔀槊魈斓谋厝恍?。新能源的未來，正是這樣一個充滿無限可能的故事。這樣一個故事，或許便是碳中和的序章，講好這個故事，將讓我們擁有更多起筆碳中和的底氣與信心。