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新型电力系统高质量发展需要解决的关键问题
日期:2023-07-17   [复制链接]
责任编辑:sy_oumingzhu 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
高质量发展是建设社会主义现代化强国的必然要求与第一要务,是每一个领域必须全力以赴达成的目标。新型电力系统对高质量发展具有更强烈的要求和紧迫感,这是因为新型电力系统是新型能源体系建设的主要内容,没有新型电力系统的高质量发展,新型能源体系的建设是不可想象的。新型电力系统面临新能源波动性、随机性的挑战,如何辨证处理好“能源三角”关系,做到既安全可靠供电,又合理有效控制成本,同时快速提高新能源渗透率,是新型电力系统高质量发展面对的主要课题。

为推动新型电力系统高质量发展,需要做的工作很多。本文主要从战略层面提出了几个应当解决的关键问题,供政府有关部门参考。

准确把握新型电力系统的发展趋势


结合我国的实际情况,对于新型电力系统的发展趋势,应从以下三个层面进行把握:
  
一是电网基本形态。“以分布式智能电网为方向的新型配电系统形态逐步成熟,就地就近消纳新能源,形成‘分布式’与‘大电网’兼容并存的电网格局”,这种表述看似没有问题,其实存在一定程度的模糊性和矛盾性。
  
分布式智能电网是以分布式新能源为基础、源网荷储一体化、具有一定自平衡能力、高度智能化的主动配电网,它代表配电网的发展方向。与此相适应,输配电网的关系将由传统的主从依附关系,变为双向互动、相辅相成的关系,以及一种类似平台与用户的关系。能否深刻认识输配电网关系发生的质变,是能否科学把握新型电力系统发展趋势的关键所在。
  
什么是大电网?对于传统电力系统而言,就是输配一体、包括所有电压等级且具有相当规模的电网。对于新型电力系统而言,它实际上仅指具有相当规模的输电网,并不包括有源配电网。如果新型电力系统的形态被认为是互联输电网和传统配电网一体化的“大电网”,与一部分新建分布式智能电网(有源配电网)的兼容并存,显然否定了配电网的发展方向,表明有源化不包括已有的配电网,使原来形成的正确认识在逻辑上陷入混乱。
  
电网的基本形态由电网的本质特征决定,新型电力系统最基本、居于“第一性地位”的特征是新能源为主体和配电网有源化,由此形成的新型电力系统的基本形态是:“平台型柔性化输电网+分布式智能电网(有源配电网)”。这里的电网概念是广义的,前者主要包含传统的非化石电源和集中式新能源电源,后者涵盖所有分布式清洁电源与小规模的集中式新能源电源。
  
二是区域电力平衡格局。与传统能源“西多东少”的情况完全不同,我国新能源资源分布广泛。中国工程院院士杜祥琬一直呼吁要实事求是评估我国的新能源资源禀赋,提高东部地区电力的自给能力。我国东部沿海地区拥有较丰富的风光资源,包括可观的海上风能资源。据有关报道,我国海上风电累计装机容量到2025年、2030年和2050年预计将分别达1亿千瓦、2亿千瓦和10亿千瓦以上。此外,沿海各省份都具备建设核电的条件。在我国,相对缺少能源资源的是中部地区。从长远来看,跨区域输电格局将会从现在的“西电东送”,逐渐演变为东西部同时向中部输电的新格局。
  
这样的新格局是否符合实际情况,其转折点会在何时出现?只要坚持实事求是原则,按照“自下而上”的思路,以各地区新能源优先就近利用为前提进行全国新型电力系统规划研究,就不难得出科学的结论。
  
三是农村能源电力供给方式。据农业农村部估算,全国农村地区可再生能源理论上每年可获得相当于73亿吨标准煤的能量,约为目前全国农村能源总量的12倍,比2022年全国能源消费总量多约35%。农村地区不仅新能源资源丰富,还有土地、空间等必要的开发条件,开展能源革命,争取农村能源电力自给有余,是我国实现碳达峰、碳中和目标的重要途径。
  
河南省兰考县是农村能源革命的试点县,尽管其新能源资源禀赋一般,但经过近5年的努力,到2022年该县新能源发电量占比和秸秆资源化利用率均超过90%,能源电力已接近自平衡。兰考的经验表明,未来农村的能源电力将从主要依靠传统大电网和外地供给的方式,转变为基本依靠本地新能源资源的自平衡方式,形成以分布式智能电网为核心、多种能源互济互补的能源电力供给模式。
  
农村分布式智能电网是新型电力系统的重要组成部分,国家能源转型规划应提出农村能源电力自给的阶段性目标。建议争取到2030年全国农村能源电力平均自给率达25%,到2045年达到100%,到2060年突破130%。即从总体上看,到2045年农村能源电力达到自平衡,到2060年有超过30%的富余量可供给城市。新能源这种“农村包围城市”的态势并非幻想,而是能源转型革命带来的一个可以实现也应当实现的美好理想。

坚持新能源开发的正确方针

一、新能源开发方针的内涵和意义
  
关于新能源开发方针,人们的认识并不一致,主要有两种观点:一是“集中式与分布式开发并举,就地利用与远距离外送并举”;另一种是“集中式与分布式开发相结合,就近开发优先”。两种观点看似雷同,其实存在很大差异。第一种观点忽视甚至掩盖了“两者并举”对电网带来的不同影响,会导致规划建设中的随意性。第二种观点从电网的技术经济规律出发统筹开发顺序,具有很强的指导性和操作性。“就近开发优先”不仅指分布式,也包括集中式,因为不同的集中式电源与负荷中心的距离是不一样的。“电从远方来”与“电从身边来”相比较,其实前者是一种无奈,后者则是一种智慧。
  
事实上,《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》(发改能源〔2022〕206号),已经对新能源开发方针作出明确诠释:“各地区应当统筹考虑本地区能源需求及可开发资源量等,按就近原则优先开发利用本地清洁低碳能源资源,根据需要积极引入区域外的清洁低碳能源,形成优先通过清洁低碳能源满足新增用能需求并逐渐替代存量化石能源的能源生产消费格局。鼓励各地区建设多能互补、就近平衡、以清洁低碳能源为主体的新能源系统。”
  
“就近开发优先”方针,除有利于控制新型电力系统构建成本外,还有以下意义:一是积极推动配电网有源化并向分布式智能电网转变,二是加快农村实现能源电力自平衡的步伐,三是促使新型电力系统规划按照“自下而上”的思路进行科学编制。
  
二、风光电基地与火电及特高压的关系
  
“加大力度规划建设以大型风电光伏基地为基础、以其周边清洁高效先进节能的煤电为支撑、以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体的新能源开发利用体系。”相关文件提出的“新能源开发利用体系”建设的思路和原则,存在值得商榷之处。
  
关于煤电的支撑作用问题。以煤电支撑风光电基地远距离外送,即风光火打捆外送,可以提高输电线路利用率,但不利于能源的低碳或零碳化发展。煤电远距离输送,特别是采用空冷方式的煤电,存在较高的发电煤耗和输电损耗,与“高效先进节能”的要求相矛盾。中国工程院院士余贻鑫团队的研究结果表明,采用该输电模式,不仅增加新能源消纳的社会成本,且压缩受端系统可调节容量。一般情况下,会降低近3%的新能源渗透率,与就地开发利用方式相比,全社会单位电能供电成本高出38%~60%。
  
最需要煤电支撑作用的是受端。在负荷中心建设或保留适当容量煤电,既可以发挥保底功能,又能够为电网提供短路容量、调峰调频、系统惯量和电压支撑,以及系统备用等,在保证电网安全稳定运行的同时,可有效提高新能源渗透率。
  
送端的短路容量,若采用柔性直流输电,不存在煤电支撑问题。
  
关于特高压输电问题。我国西北部地区的大型风光电基地与中东部负荷中心的距离并不相同,不一定都需要特高压输电。究竟采用何种电压等级,应当通过具体项目的工程可行性研究确定,没有必要也不应当预先笼统作出规定。此外,“以稳定安全可靠的特高压输变电线路为载体”的提法含义不明确,“稳定安全可靠”一般是针对整个电网而言,它需要从规划建设到调度运行全过程采取一系列措施来保证。特高压输变电工程(所谓的“特高压输变电线路”),尽管由于建设标准较高,物理可靠性高于其他电压等级工程,但其原有的电气脆弱性不会消失,因此,不宜脱离电网单独对电力载体的稳定安全可靠性作出评判。

新型电力系统高质量发展需要体制保障

一、输配分开是新型电力系统高质量发展的客观要求
  
2022年12月召开的中央经济工作会议,明确提出“谋划新一轮全面深化改革”,这是落实党的二十大报告提出的“以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴”的关键举措。新一轮全面深化改革,无疑也包括电力体制的深化改革。
  
新型电力系统代表能源电力领域新的生产力,其发展过程中出现的各种新趋势、新业态、新模式,都与现有的输配合一体制不协调、不同频,甚至产生尖锐矛盾,新型电力系统发展已明显受到现有电网体制的严重制约。
  
电力体制深化改革的重点是电网体制改革,而电网体制改革的核心任务是输配分开。在市场化环境下,企业主要分为三类:政府财政支撑的公益性企业、政府控制收益的自然垄断型企业、竞争性企业。任何一家企业只能拥有一种身份,各行其道,否则必然造成市场混乱和不公。实行输配分开,将高度垄断性的输电业务和特殊竞争性的配电业务分离,建立与新型电力系统基本形态和新的输配关系相适应的电网体制,是保障新型电力系统高质量发展的客观要求,本质上是生产关系适应生产力发展规律的体现,而非人的主观意志使然。
  
新型电力系统实行输配分开后,“管住中间、放开两头”的电力体制架构,由于“两头”均有电源且都与输电网分开,形成基本对称格局,显得更加清晰合理;作为“中间”的输电网,其枢纽型、平台型、服务型特征也因此显得更加突出明确。
  
改革就是革命,仅仅“推进垄断行业竞争性环节进行市场条件下的适应性调整”,不符合“四个能源革命”中关于“能源体制革命”的要求,改良式的修修补补只会制造更多的矛盾,而不能从根本上解决问题。
  
二、输电网企业在新型电力系统发展中的地位和作用
  
输电网企业是由政府调控收益、具有高度自然垄断性质的公共事业型企业。输电网的枢纽型、平台型、服务型特征,决定了输电网企业在新型电力系统发展中至少扮演以下五种重要角色:
  
一是政府不可缺少的专业技术顾问。新型电力系统构建是对传统电力系统近乎颠覆性的变革,是一项专业性、实践性、创新性极强的系统工程。政府作为主导者,需要有一个高水平、合格的专业技术顾问或参谋,以确保决策的科学性和客观性。能够扮演这个角色的只有输电网企业,因为它不仅对电网的专业技术、客观实际有深刻了解,也是新型电力系统建设的主要参与者,这是社会上其他任何咨询机构无法替代的(在输配一体化体制下,受“屁股指挥脑袋”规律的影响,电网企业的意见可能并不符合新型电力系统的发展趋势和市场化改革的要求)。
  
二是新型电力系统安全稳定的守护者。输电网是电力系统的枢纽,而调度是电网运行的指挥中心。输电网企业掌握调度公权力,从法理上负有维护电网安全稳定的责任。由于摆脱了利益羁绊,没有利润考核指标,输电网企业可以集中精力研究和应对新型电力系统面临的各种挑战,诸如新能源的波动性、系统转动惯量和短路容量降低、潮流频繁反转等一系列问题,遵循新型电力系统的客观规律,制定策略、预案,协调和指导发配电企业落实有关措施,同时创新技术手段和治理模式,确保整个电力系统的适时平衡和安全运行。
  
三是控制新型电力系统成本的主导者。尽管新能源发电成本不断下降,但新型电力系统单位电能的系统供电成本却不可避免地在升高,原因是为提高新能源渗透率并确保电网安全稳定运行,系统需要采取相应措施和购买必要的辅助服务,从而使投资和运行费用增加。
  
控制系统性的成本增加,需要增强系统思维意识和提高统筹全局的能力,以科学的规划和顶层设计为引领。比如,新型储能装置建设,若不深入进行全网布局、建设规模、投产时序等方面的优化研究,根据电网不同发展阶段的实际需求,从系统效益最大化出发,提出具有科学性的指导意见和建设方案,而是任其无序发展,凭想当然强行配置,必然出现如目前暴露出来的利用率极其低下的问题。改变这种状况,离开输电网企业的参与和主导是不可想象的。
  
此外,由于配电网有源化和分布式智能电网的发展,输电网的利用率将出现降低的趋势,导致输电成本增加。如何统筹近期与远期输电网的规划和建设,也只有输电网企业站在全局立场上,充分发挥聪明才智,才可能争取到最佳结果,避免将来发生推倒重来的不利情况。
  
四是电力市场公平公正的维护者。输配分开将彻底改变电网企业“既当裁判员又当运动员”的状况,为电力市场的公平公正竞争提供体制保障,这样电力市场进行的短期和实时交易,调度的裁量权将基本不会再受到质疑。
  
我国原来的调度原则和《电网调度管理条例》与今天的新型电力系统建设和市场化改革要求不相适应,需要进行修改。对于是否需要将“统一调度、分级管理”八字原则,修改为“统一指挥、分级管理、协议调度、协同控制、服务市场”二十字原则,作为政府专业技术顾问的输电网企业,最有资格提出切合实际且具有战略眼光的见解。
  
五是新理论研究和法律法规体系修订的贡献者。新型电力系统的高质量发展,对基础理论和运行机理的创新研究、相关规程规范的制定,以及有关法律法规的修订提出了迫切要求。输电网企业将以专业人才众多、实践经验丰富,以及立场客观公正的优势,为此作出重要贡献。
  
三、输配分开后新型电力系统的安全保障问题
  
关于这个问题,主要存在三方面的担忧:一是担心影响电网的统一性,二是担心削弱配电网企业的技术水平,三是担心无法充分发挥抗灾抢险能力。这些担心,其实都没有必要。
  
无论管理模式如何变化,电力系统的发、输、配环节在物理和技术上始终是一个不可分离的整体,“厂网分开”没有影响到这种统一性,“输配分开”同样不会对此造成影响。无论输配是否分开,电网调度中心都要按照国家法律法规组织电网的生产运行,发电、配电企业必须按规定服从指挥,不存在各自为政的问题。不同的是,调度方式需要与时俱进地进行必要改革。
  
输电与配电是电力系统专业的两个分支,各有自己的专业力量,分开后的配电网将主要以国有控股集团模式运营,技术力量不会受到削弱。至于发生严重自然灾害时的抢险,每个相关企业都负有不可推卸的责任,包括各电力设计院和施工单位等,必须服从政府或调度中心代表政府的统一指挥,完成自己职责和专业内的抢险任务。“统一指挥,各方配合”的抢险原则和传统,不会因为输配分开而失灵。

原标题:新型电力系统高质量发展需要解决的关键问题
 
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来源:《风能》杂志
 
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