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国际智库报告 | 借鉴美国经验优化中国风电弃风限电

国际新能源网  来源:澎湃研究所  作者:齐晔、芦佳琪、朱梦曳  日期:2018-03-06
  随着清洁能源的高速发展,中国成功培育了世界上规模最大的可再生能源装备制造业,并成为可再生能源装机总量最多的国家。作为国家战略中应对气候变化和空气污染的重要组成部分,可再生能源正在加速替代煤炭这一碳密集和污染密集型燃料:截至2016年,中国可再生能源投资占全球可再生能源投资的三分之一,投资总额比2005年增长近100倍。二十多年来,随着投资的持续增长,中国可再生能源消费占能源消耗总量的比重稳步上升,2016年约为11%。
 
 
  然而,可再生能源的限电现象正成为"新常态"的一部分。2010年至2016年,弃风限电总量达到1.5亿MWh,弃风率高达16%。而在此六年间中国电力行业因弃风现象所造成机会成本高达12亿美元,相当于额外消耗原煤4800万吨,额外排放二氧化碳1.34亿吨,相当于2016年中国总排放量的1.5%,或相当于阿尔及利亚整个国家的碳排放量。
 
  图1: 中国的风能装机总量及逐年增长情况。

 
  来源: Wang Zhaobin, "Report on China's Wind Curtailment" July 2014; Wind Industry Monitoring (2011 - 2016), NEA.
 
  我国弃风限电的原因随着时间的推移而变化,不同省份弃风限电的成因也存在差异。从全国范围来开,弃风的历史可以分成两个阶段。2010到2012年,也就是第一阶段,弃风限电的主要原因是风能装机的高速增长和早期电网建设的滞后。所以,由此造成的弃风问题已经通过加大电网的建设而得到缓解。在第二阶段,也就是2014年以后,由于经济增速放缓,国内的电力需求下降。电力供给的过剩使得弃风限电现象再次加剧。
 
  "绿色调度"和"优先调度"是优先考虑可再生能源的分配,逐步淘汰煤电以及排放较高的电厂。电力需求放缓事实上可以转变为可再生能源替代的绝佳机遇。然而,在碎片化、以省为单位的电力领域,上述目标并未实现。新技术与旧电力管理体制正是弃风限电现象背后的原因。电力和能源管理中的碎片化严重妨碍了电力系统整体规划。在国家层面,多头管理导致综合调配和综合电力规划难以展开。缺少权威机构带头进行整体规划使整个电力系统的效率下降,成本大幅上升;由于可再生能源的间歇性特征,电力系统的整体规划尤为重要。在地方层面,各省的保护主义和以省为单位的发展历程决定了电力调度的边界。调度范围小,省际调度不足,降低了电网安全调度间歇性电源的能力,降低了系统的安全性,增加了运营成本。
 
  通过借鉴美国的成功经验,我们发现协调综合规划、重视电力系统灵活性、完善的电力市场和审慎的市场设计、扩大调度范围、改善风力预测是普及可再生能源的关键因素。以下表格总结了中国和美国的电力领域的五个特点。
 
  表1: 中美电力部门管理的差异对比。

 
  从而,我们提出了三个针对中国弃风限电问题的政策建议。我们希望未来的电力改革能够:
 
  1)建立区域电力市场试点方案,打破省际壁垒。扩大调度范围可以允许电网调度中心控制更多的电源,输电线路和需求,从而增加电源多样性,提高系统安全性,提升电网容错能力,降低基荷和调度成本。中国已经在2017年启动了一些省级电力市场试点,现在的重点应该是打破省际壁垒,打造一个有效的省际市场。政府应该考虑进一步将现有试点项目扩大至区域层面,从而扩大电力调度范围。
 
  2)谨慎设计一个能够平衡各方"市场力"的区域电力市场。正如我们从2003年东北市场试点项目中所学到的,市场力失衡可能会导致严重的经济、乃至政治纠纷。美国电力改革的经验所表明,更加精细和审慎的市场设计可以维持电力市场的平衡。我们建议电力市场的设计把"市场力"平衡放在首位,由此可以尽量减少潜在的冲突和纠纷,保证电力市场改革的可持续性。诸如长期/短期合约和期货等市场机制可以帮助缓解市场波动和失衡。
 
  3)改善风力预测并根据预测进行调度操作。截至2017年,中国的风电运营很少使用到先进的天气和风力预测系统。以甘肃为例,风电场往往没有风力预测设备,风电场和电网公司对谁来承担该项成本时有争议。落后的风力预报限制了电网管理调度的能力,从而增加了电网系统的负担和成本。我们建议风电开发商可与电网公司以及气象研究机构合作,改善预测技术,各自采取多种预测方法来提高风力预测精度。电网公司应将先进的预测技术广泛地应用到日前和实时调度、市场运营以及其它调度实践中。
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