馬睿，程碩

（1.湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430040；2.中國(guó)電建集團(tuán)湖北工程有限公司，武漢 430040）

1 引言

我國(guó)提出了打造以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，使得我國(guó)新型電力系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。然而新能源在提供充足電力的同時(shí)，引起了發(fā)電側(cè)調(diào)節(jié)的靈活度顯著下降的現(xiàn)象，系統(tǒng)平衡面臨著巨大的壓力。

2 構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

在我國(guó)的新型電力系統(tǒng)之中，新能源已經(jīng)逐漸成為主導(dǎo)能源。由于新能源在生產(chǎn)過(guò)程中有著諸多不確定的因素，且其設(shè)備的抗干擾能力不強(qiáng)，在一定程度上存在安全隱患。為了解除安全隱患，就需要持續(xù)對(duì)新型電力系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)及投入，而這也會(huì)讓其運(yùn)行成本不斷上升，造成了經(jīng)濟(jì)上的壓力。為了合理地保持環(huán)境、經(jīng)濟(jì)以及安全3方面的平衡，需要在電價(jià)市場(chǎng)把控、運(yùn)行機(jī)制調(diào)控以及相關(guān)政策方面進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化[1-2]。

2.1 充裕性挑戰(zhàn)

我國(guó)新能源的總體利用時(shí)長(zhǎng)不足，到2020年年底，我國(guó)新能源的總體利用小時(shí)數(shù)遠(yuǎn)低于其負(fù)荷，而要讓新能源占比持續(xù)增加，就需要讓其裝機(jī)的容量得到擴(kuò)充。而目前我國(guó)各地區(qū)新能源的日平均出力仍然處在一個(gè)較低的水平，難以保障持續(xù)供電，需要和大電網(wǎng)等配合來(lái)保障供電，也就需要對(duì)其進(jìn)行再次投資。同時(shí)，新能源因自身的特點(diǎn)，導(dǎo)致其產(chǎn)出量具有波動(dòng)性，且波動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)。在出力低的時(shí)間段內(nèi)，電力系統(tǒng)需要啟用常規(guī)電源來(lái)維持平衡，而在持續(xù)高出力的時(shí)段會(huì)給電力儲(chǔ)存、安全等帶來(lái)一定的壓力。新能源的每日功率也有較大的波動(dòng)，在15 min之內(nèi)，最大功率的波動(dòng)可以高達(dá)峰荷的10%，而常規(guī)電源難以補(bǔ)足這種波動(dòng)，需要大規(guī)模儲(chǔ)能來(lái)協(xié)調(diào)解決。季節(jié)特征也會(huì)給新能源出力帶來(lái)一定程度的影響，這也會(huì)讓新能源在來(lái)源上會(huì)有一定程度的不穩(wěn)定性。例如，在利用風(fēng)能來(lái)進(jìn)行發(fā)電的新能源類(lèi)型中，發(fā)電時(shí)間主要集中在春季和冬季，而這種不確定性會(huì)對(duì)新能源總體容量造成負(fù)面影響，增加總體規(guī)劃的難度。其次，新能源在功率的預(yù)測(cè)上會(huì)存在一定程度的誤差。由于我國(guó)不同地區(qū)地形有區(qū)別，各地的氣候類(lèi)型也各不相同，有著較強(qiáng)的波動(dòng)性，難以進(jìn)行精準(zhǔn)的功率預(yù)測(cè)。

2.2 安全性挑戰(zhàn)

新能源持續(xù)介入，會(huì)對(duì)常規(guī)機(jī)組的空間持續(xù)占據(jù)，且占據(jù)的比例不斷增加，導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)的調(diào)頻能力持續(xù)下滑，最終導(dǎo)致調(diào)頻持續(xù)增多，波動(dòng)的幅度持續(xù)增大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)頻率偏差也會(huì)不斷擴(kuò)大，整個(gè)系統(tǒng)面臨的越限風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)擴(kuò)增。新能源的加入可以讓整個(gè)體系中的穩(wěn)態(tài)偏差下降，但是由于整個(gè)系統(tǒng)的慣量并未得到相關(guān)的改善，低慣量體系依舊有越限的潛在風(fēng)險(xiǎn)存在。新能源機(jī)動(dòng)組態(tài)的無(wú)功支撐能力比常規(guī)電源的差，并且新能源發(fā)電的過(guò)程需要經(jīng)過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的增壓來(lái)最終接入電網(wǎng)內(nèi)，其與主網(wǎng)之間的距離跨度大，達(dá)到了常規(guī)機(jī)組2～3倍。隨著我國(guó)新能源在整個(gè)行業(yè)中占比的急速增大，在整個(gè)系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)儲(chǔ)存的總體含量及支撐這個(gè)含量的能力不斷走低，導(dǎo)致整個(gè)體系的電壓難以維持穩(wěn)定。在新能源產(chǎn)能較高的地區(qū)，新能源以各種方式持續(xù)不斷地接入電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)短路且系統(tǒng)的整體容量縮小，電壓的支持能力也會(huì)隨之減小，這就讓暫態(tài)過(guò)電壓的情況十分突出，可能超出設(shè)備的承載能力，造成一部分設(shè)備地?fù)p壞，帶來(lái)經(jīng)濟(jì)上的損失。

在新能源產(chǎn)能的具體過(guò)程中，其控制最終儲(chǔ)存能量的方法、故障解決的具體方式和在電網(wǎng)中接入的具體位置都可能會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)造成一定的影響，同時(shí)還可能會(huì)因其慣量不斷下降最終導(dǎo)致穩(wěn)定問(wèn)題發(fā)生所需的時(shí)間減少，暫態(tài)的過(guò)程不斷加速。由于新能源的加入受到介入位置等因素的影響，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性會(huì)造成一定的負(fù)面影響，同時(shí)還可能會(huì)導(dǎo)致新型穩(wěn)定內(nèi)涵的出現(xiàn)；暫態(tài)的環(huán)節(jié)加快也會(huì)持續(xù)增加失配的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性造成影響。在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，有電力電子裝置，讓新能源系統(tǒng)能夠進(jìn)行快速的響應(yīng)，而在傳統(tǒng)電網(wǎng)中有穩(wěn)定性問(wèn)題。

2.3 新型電力系統(tǒng)面臨的機(jī)制挑戰(zhàn)

新能源體系與傳統(tǒng)的常規(guī)發(fā)電機(jī)組在設(shè)備、建設(shè)及運(yùn)行成本、設(shè)備的特性等方面都有著較大的差異。新能源系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)用到燃料，只需要支出人工成本、系統(tǒng)的維護(hù)成本以及建造材料的費(fèi)用。相對(duì)于傳統(tǒng)的火電能源來(lái)說(shuō)，其運(yùn)行的成本非常低，這就讓新能源具備了非常低的邊際成本，在充分利用新能源發(fā)電，讓其發(fā)電十分充足的情況下，甚至可能在交易市場(chǎng)中出現(xiàn)負(fù)電價(jià)。而就新能源體系的特點(diǎn)來(lái)看，其具備了清潔綠色的特點(diǎn)，同時(shí)輔助服務(wù)需求較高，讓市場(chǎng)機(jī)制的設(shè)計(jì)面臨一系列挑戰(zhàn)。

隨著行業(yè)中新能源所占比例越來(lái)越大，在整個(gè)市場(chǎng)中的利益主體量也飛速增加，且平均體量隨之下降。利益的主體部分同時(shí)具有了供方的特點(diǎn)和需求方的特征，各個(gè)主體部分之間的動(dòng)態(tài)平衡也面臨著隨時(shí)變化的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，各個(gè)部分之間相互交織，對(duì)于能源的市場(chǎng)交易、生產(chǎn)體系管理機(jī)制以及體系的設(shè)計(jì)及優(yōu)化都提出了新的要求。

在能源行業(yè)持續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，在對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)、系統(tǒng)升級(jí)的安全性以及最終的經(jīng)濟(jì)收益之間都存在難以協(xié)同的問(wèn)題。各主體之間目標(biāo)的多樣性、能源穩(wěn)定性上的需求以及新能源供應(yīng)過(guò)程中的不確定性之間存在一定的矛盾，各個(gè)利益主體有著多重屬性，這就讓制度設(shè)計(jì)的難度顯著增加，對(duì)于具體的目標(biāo)可控性難以達(dá)標(biāo)，體制機(jī)制的設(shè)計(jì)難度非常高。

在整體體系當(dāng)中，整體技術(shù)體系以及基礎(chǔ)的理論部分都需要持續(xù)優(yōu)化。電力體系整體構(gòu)建的具體條件也隨著新能源的飛速發(fā)展而產(chǎn)生了諸多的變動(dòng)，在整個(gè)交易市場(chǎng)當(dāng)中，能源種類(lèi)繁多，而對(duì)其進(jìn)行建模的技術(shù)還有待提升，市場(chǎng)建模的能力以及新型電力的開(kāi)發(fā)建設(shè)以及實(shí)踐運(yùn)營(yíng)之間存在的相互影響還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出科學(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制。目前的技術(shù)還不足以為市場(chǎng)建模以及運(yùn)營(yíng)機(jī)制的設(shè)計(jì)提供足夠的技術(shù)支持，這就給機(jī)制體制的遠(yuǎn)期規(guī)劃以及同一性設(shè)計(jì)帶來(lái)一定程度的挑戰(zhàn)。

3 政策市場(chǎng)中機(jī)制的思考

3.1 完善電價(jià)市場(chǎng)機(jī)制

由于新能源發(fā)電的過(guò)程中可以有效降低邊際成本，同時(shí)還存在著不確定性，在新能源占比較高的條件下，電力的儲(chǔ)備量和時(shí)空之間的不平衡時(shí)常產(chǎn)生巨大矛盾。因此，就需要迅速建成新能源消耗的市場(chǎng)機(jī)制。而在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)知識(shí)，需要對(duì)新能源及常規(guī)能源之間的用戶(hù)進(jìn)行配合，協(xié)調(diào)其中的多利益主體，充分實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。

3.2 建設(shè)輔助服務(wù)市場(chǎng)

在新能源占比較多的并網(wǎng)過(guò)程中，對(duì)整個(gè)電力體系服務(wù)的需求較高，需要構(gòu)建容量市場(chǎng)，加大新能源使用的宣傳力度，提高電源生產(chǎn)過(guò)程中的調(diào)整靈活度，對(duì)負(fù)荷側(cè)的相應(yīng)做出一定程度的補(bǔ)償。另外，在整個(gè)市場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)其輔助服務(wù)的需求進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算，明確新能源的服務(wù)意義，并在規(guī)劃中就需要對(duì)此進(jìn)行考慮。

3.3 構(gòu)建新能源利用成本傳導(dǎo)的機(jī)制

新能源的裝機(jī)及其電量占比持續(xù)提升已經(jīng)成了目前的發(fā)展趨勢(shì)，需要對(duì)此進(jìn)行詳盡的研究并科學(xué)地構(gòu)建新能源利用的成本機(jī)制，對(duì)新能源參與到整個(gè)消費(fèi)市場(chǎng)中的權(quán)益和義務(wù)進(jìn)行明確，對(duì)體系中新能源占比較高的整體成本進(jìn)行評(píng)估，利用市場(chǎng)化的手段來(lái)推動(dòng)其輔助服務(wù)，讓用電終端對(duì)新能源電能進(jìn)行消化，引導(dǎo)新能源的持續(xù)發(fā)展并不斷對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

3.4 建設(shè)綠證市場(chǎng)以及碳市場(chǎng)

碳排放權(quán)的交易市場(chǎng)是用溫室氣體的排放總量或者其減排的信用作為衡量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行交易的市場(chǎng)，屬于新型的工具。其最大側(cè)創(chuàng)新點(diǎn)是利用市場(chǎng)來(lái)解決環(huán)境面臨的具體問(wèn)題，在整個(gè)交易過(guò)程中能夠形成科學(xué)、合理的碳價(jià)，最終使落后的產(chǎn)能逐漸淘汰。同時(shí)，需要依據(jù)新型電力系統(tǒng)的特征，構(gòu)建低碳評(píng)價(jià)的體系，具體方式如圖1所示。

圖1 低碳評(píng)價(jià)體系設(shè)計(jì)方法

3.5 協(xié)調(diào)電力安全屬性以及商品屬性

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，電力在整個(gè)能源中占據(jù)的比例持續(xù)上升，而為了保障電力的安全性，就需要讓電力系統(tǒng)覆蓋面增加，但這會(huì)讓其成本顯著上升，因此，急需在政策法規(guī)的引導(dǎo)下對(duì)電力安全的屬性進(jìn)行劃定。一方面由于電力本身具有商品屬性，可以采取市場(chǎng)化手段來(lái)開(kāi)發(fā)出綜合能源中的潛在價(jià)值，另一方面需要持續(xù)建設(shè)電力基地以保障整個(gè)電力系統(tǒng)的安全底線，保障供電的安全。

4 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)全球的氣候變化，為了實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)的持續(xù)性發(fā)展，滿(mǎn)足人們對(duì)美好生活的向往，保障能源供應(yīng)的安全性，就需要正視電力安全的問(wèn)題，需要多行業(yè)、多能源協(xié)同合作來(lái)保障能源的安全，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和非技術(shù)手段來(lái)解決我國(guó)電力供應(yīng)的安全性。就體制機(jī)制設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，需要持續(xù)關(guān)注電力作為基礎(chǔ)能源的作用，通過(guò)合理配置常規(guī)電力工藝以及安全機(jī)制來(lái)抑制不科學(xué)的消費(fèi)。同時(shí)，對(duì)于市場(chǎng)機(jī)制方面的設(shè)計(jì)，需要持續(xù)關(guān)注定量評(píng)估與市場(chǎng)交易。

從電力發(fā)展的角度來(lái)看，我國(guó)電力發(fā)展已經(jīng)到了能源轉(zhuǎn)型的階段，其任務(wù)是從法規(guī)、市場(chǎng)以及技術(shù)方面來(lái)進(jìn)行全方位研發(fā)。中期則是新型電力體系的形成階段，需要進(jìn)一步完善政策和法律法規(guī)以及消費(fèi)市場(chǎng)中的電價(jià)機(jī)制，搭建新型的電力體系并解決其運(yùn)行中的安全問(wèn)題。遠(yuǎn)期目標(biāo)則是全面形成新一代的能源體系，徹底解決能源排放無(wú)污染以及電力能源的安全性問(wèn)題，全面打造以新能源為主體的電力體系。

電力體系是一個(gè)復(fù)雜的工程體系，需要各地區(qū)和多行業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃及合作，需要兼顧經(jīng)濟(jì)效益、安全性以及對(duì)環(huán)境的影響。因此，需要對(duì)相關(guān)政策法規(guī)進(jìn)行合理的改革創(chuàng)新，對(duì)市場(chǎng)電價(jià)進(jìn)行管理，同時(shí)持續(xù)開(kāi)發(fā)新技術(shù)和手段，培養(yǎng)人們的節(jié)能減排意識(shí)，提高人們的積極性，平穩(wěn)有序地實(shí)現(xiàn)電力體系的全面發(fā)展。