张树伟:电力需求的波动性意味着什么?

时间:2015-07-14
来源:南度度节能服务网
专家:张树伟
电力系统要保持瞬时的平衡,但是需求随时在波动,并且电力的存储目前办法不多,成本很高,而消费者也往往缺乏足够的技术手段与经济激励去改变自身的用电行为以促进系统的平衡。

电力系统要保持瞬时的平衡,但是需求随时在波动,并且电力的存储目前办法不多,成本很高,而消费者也往往缺乏足够的技术手段与经济激励去改变自身的用电行为以促进系统的平衡。因此,依靠供应侧的调整成为保持系统随时平衡的基本手段。在不同的时间尺度上,这对应于系统的调峰、调频等服务。

从消费者的角度,电是高度均一标准化的商品,这一点区别于大部分的其他商品,其消费的每一度电都是没有区别的,不可能也没有必要区分消费的到底是火电还是水电。不同来源、地区的电力,对于消费者而言是可以充分替代的。因此,电力的竞争,往往是简单价格的竞争,而不像其他商品,存在偏好、质量、习惯等方面的区别。电力的调度,也不需要像其他商品一样(比如快递),需要严格的源——目的地匹配,只需要保证生产与消费同样的数量即可。

但是,从供应侧而言,电力着实不是一个均一的商品。不同机组具有不同的长期发电成本,从最低的水电,到最贵的光伏乃至一些其他的先进技术发电(比如燃料电池),以及不同的可变与固定成本的构成。从维持系统平衡来看,没有任何一种发电类型可以完美无成本的复制负荷曲线的形状,而可控机组出力的可预测性与可再生能源的随机性也存在较大的区别。这些出力的特点与变动的需求结合,在电力的价值上具有很丰富的含义。

波动性意味着电力的时间价值不同

短期内,波动性意味着不同的时点,系统的需求与供应匹配的程度不同,电力的价值会随着需求的旺盛(负荷高峰)而提高,随着需求的低迷(负荷低谷)而下降。发现这种价值的区别是电力市场的基本功能,表现为电力价格的波动。以德国批发电力市场为例,2012年,其日前价格在-222欧元/MWh与210欧元/MWh之间,波幅是平均价格(大致40欧元/MWh)的十倍。电力市场是逐小时出清的,也没有对输电阻塞的考虑,但是每年将存在2.6万(实时价格、日内价格与日前价格×8760小时)个电力价格水平。而美国德州电力市场,是以5分钟为周期出清的,那么就意味着存在对应于不同时刻的30亿个电力价格。

波动性意味着不同特点机组的组合是长期成本最低的

从更长的时间尺度来看,这种波动性意味着系统的负荷在随时变化,必然有部分(甚至大部分)机组在较多的时间内处于低于铭牌出力的状态。从持续负荷曲线看,可以根据利用小时数离散化,分为基荷、腰荷以及峰荷,体现系统的波动程度。基荷可以有大于7000小时的利用率,适合一些低可变成本的机组(比如水电、核电),而峰荷的利用率通常只有几百小时,一些小的,单位千瓦投资低的机组就有优势了,平摊到利用小时的成本要大大低于一些巨无霸、资产密集型机组。这种机组,其能源效率将变得无关紧要。

可再生并入系统意味着波动性的加大

可再生能源通常以边际成本低的优势,以零报价上网,在压低市场价格的同时,获得市场份额,优先满足或低或高的电力需求。因此,系统中的其他电源,将面临扣除可再生能源出力之外的净负荷。这一净负荷曲线往往比原负荷曲线的波动幅度更大(主要是由于风电的出力特性),波动更加频繁(太阳能出力在秒到分钟级别的波动)。在可再生能源出力大出系统总负荷情况越来越多的情况下,净负荷低于0意味着系统的基荷完全消失了。系统更需要一些固定成本小的发电类型,而这类机组,往往是可变成本更高的。因此长期的系统成本,很可能会大大高于没有可再生能源大发展的情况。

着眼于最优系统结构的规划与投资决策

随着第三产业与居民负荷的增长,可再生能源的日益增多,未来的系统,无疑会是一个更少基荷、更频繁的爬坡、更多备用的系统。这无疑将对未来的发电与电网投资具有很强的含义。除了可再生能源之外的其他电源形式,将只会拥有越来越少的利用水平,以及在更短周期与更少机会内回收固定投资。未来的电力系统,似乎需要日益成为一个轻资产的系统。在部分区域,由于可再生能源(包括水电)的统治地位,天然气发电,往往会具有比煤电更低的长期平均发电成本。

这一系统特点的演变,必须在十三五规划以及相关的发展思路中予以显性的考虑。以回答“最优的电源结构是什么”的问题为基础,决定包括煤电、气电以及各种可再生能源的发展规模与节奏。区别于以往的“大力”、“积极”、“审慎”等抽象形容词,这一价值标准将能够更加有效地指导新的机组投资与电源结构的变化。

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