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建立“动态”能源与“静态”能源的优化关系

发布日期:2022-08-31   信息来源:电联新媒   字号:[ ]

四川是我国清洁电力西电东送的主要贡献地,对保障东中部地区用电具有重要作用。今年7、8月间,四川缺电严重,引起广泛关注。四川这次缺电的直接诱因主要有两个:一是全省降水量较常年减少较多,省内主要江河来水减少导致水电发电能力不足(不足常年水电日发电量的五成);二是长时高温导致用电需求猛增,用电最高负荷创新高,同比增长25%。多篇文章对此进行了不同角度的分析,提出了有价值的建议。笔者也有一些体会,与各位读者分享探讨。

(来源:微信公众号“电联新媒”作者:尹明)

四川“西电东送”供给能力已进入平台期

四川电源结构以水电为主。2014~2021年,水电装机从6295万千瓦增长到8887万千瓦,水电装机占比从80%降至78%左右;水电发电量从2578亿千瓦时增长到3724亿千瓦时,水电发电量占比一直保持在82%以上(最高达到2016年88.7%左右)。在此阶段,火电发电装机从1547万千瓦增长到1825万千瓦,装机占比从19.6%下降到16%,发电量占比从17.5%下降到14.5%;风光新能源发电装机从35万千瓦增长到723万千瓦,装机占比从0.5%增长到6.3%,发电量占比从不足0.1%增长到3%。由此可见,四川发电量结构清洁化主要体现在风光新能源对火电的替代上,水电的绝对支柱地位没有变化(见图1、2、3)。

近几年,四川电力消费形势发生了重要变化。随着大量多晶硅、动力电池等高载能行业移入四川,本地用电需求快速增加。四川年用电量与年发电量之比,从2017年的61.8%增加到2021年的72.5%,年均增加2.7个百分点。自2017年以来,四川用电量年增速超过发电装机增速和发电量增速。2018~2021年,发电装机增速落后于用电需求增速10.4、6.2、6.9和1.1个百分点;发电量增速落后于用电需求增速6.2、3.4、1.9和5.9个百分点。这种发电能力与用电需求增长滞后的问题,需要通过提高发电利用小时数加以解决(见图4)。从2017~2021年,四川火电利用小时数从2123小时增长到3954小时,增长了86%;水电利用小时数从4220小时增长到4574小时,增长了8个百分点,达到近十年新高。可见,水电对新增发电量贡献率处于高位,而火电贡献率也呈现增长趋势(见图5)。近年来,四川省内用电需求增长快,“丰余枯缺”的供需形势正在发生改变,未来将大概率呈现“丰枯双缺”。

在电力外送方面,2017~2021年,四川外送电量规模(在此用发用电量差表示,未包括省外购入电量)从1364亿千瓦时下降至1244亿千瓦时,降低了9个百分点。一方面与2014~2021年四川没有再投运新的外送通道有关,另一方面也与本地用电量加快增加紧密相关。由此可见,外送电量规模减少,对于确保近年四川省用电较快增长也发挥了较大作用。当前,四川有五条±800千伏特高压直流跨区外送电力,外送总功率达到3760万千瓦,包括:向家坝-上海(复奉线,2010年)、锦屏-苏南(锦苏线,2012年)、溪洛渡左岸-浙江金华(宾金线,2014年)、雅中-江西(雅湖线,2021年)以及今年7月投运的白鹤滩-江苏线。四川作为全国重要的清洁能源基地,其向中东部地区的清洁电力供给能力已经达到了一个平台期。随着雅湖直流、溪洛渡-江苏直流先后建成,东中部地区对四川电力外送的需求依然较旺盛。

发展可再生能源 需要正视自然因素的客观性

此次四川缺电现象给笔者带来的最大启示是:大力发展可再生能源,是重新认识和重新建立人与自然关系的过程。开发利用好可再生能源要建立在对自然现象、对自然规律认识的不断深化、认可和尊重的基础上,坚持系统观念,通过加强技术创新、部门协同和地方协调得以实现。

在自然与人的新关系中,与自然本身特性(温度、降水、日照、风吹、湿度等)紧密相关的“不确定性”或“变动性”将直接影响人们获取和使用能源。水电直接与降水紧密相关,风电和太阳能发电直接受到气候和天气、昼夜影响。哪怕是这次数十年一遇的四川高温与降水减少,也都是自然现象。我们应该承认和接受自然现象的影响。

碳基能源(特别是煤炭、石油、天然气等)是“高可靠性”“高确定性”的资源,开采出来后,可以通过管道输送到其他地方,不用了,又可以储存起来。这些“高可靠性”和“高确定性”资源,是自然界亿万年演变而来,是“静态”自然界的产物(可称为“静态”能源),能够带给人们可预见性和安全感。风能、太阳能、水能等可再生能源,是“动态”自然界的产物(可称为“动态”能源),需要昼夜变化、风起风落和降水才能产生。自然界的运动变化具有较大的“不确定性”或“变动性”。因此,大力发展可再生能源,就是要提高“动态”能源占比,建立“静态”能源与“动态”能源新的优化关系。如何适应大自然的“不确定性”或“变动性”,将是构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统所要解决的核心问题。

一是通过提高“可预测性”,降低大自然“不确定性”的影响。这些自然现象是客观存在的,有一个孕育演化的过程,是有先兆的、可以预测的。因此,应该加强技术创新,采取先进技术、综合分析、跨部门研判,提升预测能力和预测精度。在新型电力系统中,气候和天气、水文的影响将越来越大,能源电力部门应加强与气象、水利部门的深度协同,特别是在不同时间尺度的电力系统调控和中长期电力供需平衡等方面。

二是促进能源来源“多元化”,降低“单一”自然因素的影响。有限地理空间内(如某省、某市等)的电力供给体系,如果其电源结构单一,或仅是某类电源(特别是可再生能源发电)占绝对主力地位,那“单一”自然因素(包括来水降低、多日无风、多日阴雨等)的影响将会对电力供给产生严重的影响。这就是电源结构的“脆弱性”。在新型电力系统中,有限地理空间的电力供给体系应该尽可能“多元化”,应该包含一定比例的、与自然因素弱相关的常规电源作为高可靠性电源。同时,还应该尽可能加强具有电源差异、特性互补的不同电力供给体系的互联互供,降低“单一”自然因素的影响。

三是通过加强负荷的“灵活性”,减少供给压力,提高消纳能力。需求决定供给是普遍适用的经济规律,电力系统供需平衡也不例外。随着新能源比例逐渐提高,自然因素影响对电力供给侧影响也不断提高。相比传统电力系统,新型电力系统的基本平衡逻辑发生了根本变化,出现了“量力分化”(即因为风光发电的变动性和随机性,系统的电量平衡与电力平衡不能通过仅仅调节新能源发电来实现)。电力平衡需要供需两侧加强协同,双向调节才可实现。因此,负荷的“灵活性”或“弹性”“可调节性”将成为一类高价值调节资源,一方面可以在自然因素恶化、新能源出力减少时,减少电源的保供压力,另一方面,也可以根据市场价格信号引导,提高消纳低价新能源电力的能力。因此,建设适应新能源占比逐渐提高的电力消纳体系的核心就是不断挖掘和发展用户侧灵活性资源价值。

完善“西电东送”战略 适应构建新型电力系统的需要

除此之外,此次四川缺电现象也提醒我们需要思考构建新型电力系统对西电东送国家战略的影响。笔者认为,至少有以下几方面的影响:

一是随着传统电源输出省份电力供需形势的变化,特别是自用电量增加,需要处理好外送与自用的关系。这一点对于受自然因素影响较大的省份(特别是具有电源结构“脆弱性”的省份)十分重要。应该建立起一种新的风险分摊与利益共享机制。

二是加快发展东部当地电源,提高本地电力供给能力,降低西部自然因素的“外溢”效应。积极安全发展东部沿海核电,加快发展东部分布式可再生能源。

三是加快发展东部负荷密集区域的灵活性资源和需求侧资源,提高负荷弹性,降低最高负荷增长速度,优化负荷特性,合理月度电量分布,降低整个电力供给消纳体系运行压力,增强新能源消纳能力。





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