碳中和與低電價，二者能兼得嗎？

文章來源:中國科學報微信公眾號李清波2023-08-17 08:10

電價和碳減排不可兼得

儲能是電網里的大型“充電寶”，風電、光伏等新能源都是“看天吃飯”，發(fā)電量具有波動性、間歇性，而有了這個“充電寶”，就可以在電量豐足時吸收余電、在電量虧欠時放電補能。為了減少波動，當風電、光伏裝機量大踏步前進時，很多國家的儲能設施也在同步興建。

儲能稍微改變了一些電力市場的游戲規(guī)則，但是誰也無法精確測算出它的影響有多大。

徐博倫在美國麻省理工學院做博士后時研發(fā)出一套用于儲能參與電力市場競價的算法，運算速度非常快。以此為基礎，他想把儲能的市場定價模型、市場出清模型和電力系統(tǒng)市場運行模擬平臺結合到一起，預測儲能增加后的定價盈利模式，以及它在電力系統(tǒng)中的表現(xiàn)。

在更龐大復雜的系統(tǒng)里增加了關鍵變量，模擬結果定然超乎想象。

儲能在市場中就像個投機商，每天要和火力機組競爭比價，把電賣給電網。今天從新能源風電、太陽能那里進點貨，明天再高價賣出賺差價。左右儲能報價的是一只“看不見的手”——系統(tǒng)成本、碳排放需求、儲能競價、發(fā)電機競價、負荷需求和可再生能源份額等多種因素疊加，市場瞬息萬變。

徐博倫在模擬中發(fā)現(xiàn)，當儲能作出自認為“準確”的形勢預判后，給終端用戶報出一個看似合理的價格，當這個價格高于競爭對手火力機組，儲能就會基于自身利益，把市場拱手相讓，任由火力機組去發(fā)電，完全不顧減少火力機組、使用低碳能源的初衷。

儲能不僅肩負保持電網穩(wěn)定的職責，還有降低用電成本、減少碳排放兩大任務。前者是技術問題，后者本質上是市場機制問題。

徐博倫說，儲能參與電力市場存在飽和效應，即到了一個極限值，增加儲能容量可能會加大運行成本和碳排放。這就意味著，不僅用戶電費上漲，電網也不“脫碳”了。

更多的儲能需要調動額外的資源去抵消波動，最后的成本壓力都會轉嫁到用戶身上。如果市場機制不調整，便宜電價和清潔能源坐上了蹺蹺板，美國將面臨保用電成本和保碳中和目標二選一的艱難抉擇。

因為新能源發(fā)電量攀升勢頭太猛，徐博倫的結論揭示了原本幾年后才會發(fā)生的現(xiàn)象。這是全世界電力市場領域第一篇直接表達“儲能在市場參與中會對電力系統(tǒng)起反作用”觀點的學術論文。

摸著石頭過河

在電力行業(yè)專家眼里，這篇論文像經濟學論文；而在經濟學家眼里，該論文又具有電力行業(yè)的烙印。這篇另類文風的論文，放在綜合性期刊中也是別具一格。

隨著研究的深入，研究人員拋棄滿篇的數(shù)據和公式，將全文內容重新替換了好幾遍，使文章讀起來通俗易懂。淺顯的文字背后則是來之不易的數(shù)據以及對電力市場深邃的洞察力。

徐博倫經常與美國各州的電網公司打交道，一方面與企業(yè)探討新能源儲能給電力市場設計帶來的新挑戰(zhàn)，一方面幫助產業(yè)界解決實際問題。他還參與了數(shù)個州電網和電力公司的科研項目。

據他觀察，美國的電力自由市場像是諸侯爭霸，各有特色，而我國的電力市場早已實現(xiàn)了大一統(tǒng)。徐博倫收集了已公開的美國得克薩斯州、加利福尼亞州和新英格蘭地區(qū)，以及澳大利亞和德國等國家的拓撲數(shù)據，作為研究的切入點。

濃縮簡化后的拓撲數(shù)據既能反映市場整體面貌，又不會暴露安全和隱私問題。拓撲數(shù)據相當于燃油車，新能源發(fā)電和用電數(shù)據相當于汽油，有車沒油、有油沒車都跑不動。完整的數(shù)據集對市場研究非常關鍵。

儲能在復雜模型下展示出的趨勢，讓徐博倫開始思考如何在市場機制方面作出調整，這項極為煩瑣的工作只能通過論文貢獻一些思路，更多是要通過政策激勵引導儲能合理參與電力市場。

具體怎么改？美國曾經用過兩個辦法：一個是給儲能補貼，鼓勵同時興建新能源和儲能設備；另一個是通過法律和政策推進改革，但是阻力極大。

徐博倫表示，如果未來有碳交易市場或碳稅等機制，儲能的盈利手段就會更多，也會更容易權衡經濟和環(huán)境效益。還有一種手段是儲能因為幫助接納新能源而獲得補貼，不過這樣做的前提是在一個大電力系統(tǒng)中量化某一個儲能系統(tǒng)的貢獻，這在技術上還無法實現(xiàn)，因為我們無法記錄自己用的每一度電是來自風電還是光伏。

由于各個國家和地區(qū)的實際情況差異較大，徐博倫暫時無法給每個國家提出更具體的指導建議，但是推演的結論具有普適性，并且還有更廣闊的研究空間。

太原理工大學副校長孫宏斌認為，我國正處于電力市場建設的早期，儲能和電力市場設計的關系是一個需要及早考慮且挑戰(zhàn)重重的課題。“我們擁有后發(fā)優(yōu)勢，一定可以設計出更合理、更靈活的電力市場，既能用上便宜的新能源，又能加快實現(xiàn)碳中和。”