在中期尺度上,存在著可能的一種變化,那就是通過對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的更新改造或者關(guān)停(比如未達(dá)到技術(shù)壽命的發(fā)電機(jī)組)來加快系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化與資產(chǎn)更新。這方面值得探討的是:在中短期,是否需要提前退役嚴(yán)重影響系統(tǒng)靈活性的大容量輸電線路以及大容量的煤電機(jī)組。
這些廣泛存在的措施的最終目標(biāo),在于以經(jīng)濟(jì)有效的方式,保證電力系統(tǒng)在任意地點(diǎn)與時(shí)間上的供需平衡。在目前的系統(tǒng)中,通常電網(wǎng)平衡與安全負(fù)責(zé)的機(jī)構(gòu)(比如調(diào)度或者電網(wǎng))都擁有一定的平衡資源,而發(fā)電廠商也在一定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)有參與系統(tǒng)服務(wù)的義務(wù)。超過這些范圍,電力市場(chǎng)也存在著平衡市場(chǎng),去實(shí)現(xiàn)額外的平衡需求的購(gòu)買與供應(yīng)服務(wù)。在美國(guó)的部分電力市場(chǎng),這一平衡市場(chǎng)還能夠與能量市場(chǎng)聯(lián)合優(yōu)化出清,促進(jìn)整個(gè)電力系統(tǒng)的最優(yōu)化。
風(fēng)電出力預(yù)測(cè)的誤差(fore error)總是存在,相比傳統(tǒng)的可控能源形式,風(fēng)電往往意味著更多的系統(tǒng)平衡與備用資源。這一平衡的需求,是針對(duì)風(fēng)電預(yù)測(cè)的誤差,而不是風(fēng)電的全部。這一增加的程度,從若干歐洲風(fēng)電大國(guó)的經(jīng)歷來看,是非常有限的。短期來看,風(fēng)電存在一定程度的保證容量(與地點(diǎn)與負(fù)荷特性高度相關(guān),在5%-40%左右),而我國(guó)電力系統(tǒng)也存在著較大的冗余。不考慮系統(tǒng)的爬坡速率問題,筆者團(tuán)隊(duì)的初步研究表明,即使目前的電力系統(tǒng)完全不改造,接納年(發(fā)電量)10%風(fēng)電與5%太陽能以上份額在技術(shù)上是可行的。目前的可再生能源比例距此還存在相當(dāng)?shù)木嚯x,仍具有快速發(fā)展的現(xiàn)有系統(tǒng)可行性條件,關(guān)鍵在于其他問題的解決。
風(fēng)電并網(wǎng)的成本視角——超越發(fā)電成本(LCOE)的系統(tǒng)成本
從一般的角度而言,由于電力的需求是波動(dòng)的,并且不方便儲(chǔ)存,因此不同的時(shí)間上具有不同的價(jià)值,在電力需求高的時(shí)候價(jià)值大,需求低的時(shí)候價(jià)值小。相對(duì)于單一的發(fā)電技術(shù),不同特點(diǎn)技術(shù)的組合是成本更低的選擇。比如基荷選擇低燃料成本機(jī)組(比如核電),尖峰選擇低投資成本(比如天然氣)的是最有效率的。
從不同電源類型的出力特性來看,沒有任何一種電源類型可以完美無縫隙的滿足波動(dòng)的需求(完全可調(diào)節(jié)的天然氣機(jī)組也存在機(jī)組故障風(fēng)險(xiǎn))。從經(jīng)濟(jì)學(xué)價(jià)值的角度,我們可以定義一個(gè)假想的“電源”類型,具有與需求完全一致的出力特性,也就不需要任何除發(fā)電外的成本。那么,其他電源類型,包括傳統(tǒng)的煤電、氣電,也包括風(fēng)電、太陽能等可再生能源,與這一理想電源的差別,就是這些電源除了本身發(fā)電成本之外的“系統(tǒng)成本”。因?yàn)?,作為波?dòng)性的電源,風(fēng)電要提供充分滿足需求特性的電力,還將存在相比傳統(tǒng)電源更大的系統(tǒng)成本。
以完美跟蹤需求變化的發(fā)電技術(shù)為參照,系統(tǒng)成本主要將包括三個(gè)方面:
1、出力特性與需求特性的差別。風(fēng)電的保證容量較低,因此風(fēng)電進(jìn)入系統(tǒng)并不能等效地降低其他機(jī)組的投入,它會(huì)減少其他機(jī)組的利用時(shí)間,增加系統(tǒng)過多冗余的必要性,甚至在某些時(shí)刻大過總負(fù)荷,這在目前的技術(shù)條件下可能導(dǎo)致負(fù)的電力價(jià)格。這導(dǎo)致系統(tǒng)成本相比不發(fā)展可再生能源而增加。可稱之為特性成本(Profile cost)。
2、出力的誤差平衡。風(fēng)電的出力是波動(dòng)并具有不確定性的,預(yù)測(cè)總是有誤差的,因此預(yù)測(cè)的誤差就需要系統(tǒng)提供額外的容量來平衡。這就需要平衡成本(Balance cost)。
3、風(fēng)電出力的地域限制與傳輸限制。這一成本也存在于其他的電源當(dāng)中,也就是電網(wǎng)的傳輸容量限制,或者缺乏,必須為了風(fēng)電能夠充分上網(wǎng)而投資或者擴(kuò)建。這就對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)成本(Grid cost)。
以上的三項(xiàng)成本,基本隨著可再生能源的份額增加而增加,但是其具體的大小仍取決于電力系統(tǒng)的特點(diǎn),取決于系統(tǒng)中各項(xiàng)技術(shù)的互動(dòng)。一般而言,特性成本往往是三項(xiàng)成本中最大的。從程度上,可再生能源的隨機(jī)性與間歇性,也決定了它們的系統(tǒng)成本,往往要大于傳統(tǒng)的可控化石能源機(jī)組,特別是具有良好調(diào)節(jié)性能的機(jī)組。
必須指出的是,這些成本是客觀存在的,但是這是系統(tǒng)特點(diǎn)與風(fēng)電出力的特點(diǎn)所決定的,并不是市場(chǎng)失靈,不需要任何的政府政策干預(yù)。在起作用的電力市場(chǎng)中,這種成本自然會(huì)顯現(xiàn)并由相應(yīng)的承擔(dān)主體。比如由于風(fēng)電出力的時(shí)候市場(chǎng)價(jià)格低,而風(fēng)電不出力的時(shí)候市場(chǎng)價(jià)格高,那么平均來看,風(fēng)電的單位發(fā)電收益水平就比不上具有靈活調(diào)節(jié)性能的天然氣;風(fēng)電出力預(yù)測(cè)有誤差,其業(yè)主就必然需要在平衡市場(chǎng)購(gòu)買相應(yīng)的平衡服務(wù),以實(shí)現(xiàn)自己此前向市場(chǎng)的發(fā)電承諾;系統(tǒng)需要為大規(guī)模的風(fēng)電出力波動(dòng)提供更高水平的旋轉(zhuǎn)備用等資源,這一系統(tǒng)服務(wù)也必然會(huì)以某種形式(比如分?jǐn)偟捷斉涑杀?、風(fēng)電自身承擔(dān)、調(diào)度收費(fèi))得以消化。