能源基金會(huì)-探索適合中國(guó)國(guó)情的新型電力行業(yè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑：先立后破邁向零碳電力

統(tǒng)實(shí)現(xiàn)路徑RMI機(jī)構(gòu)及創(chuàng)業(yè)者協(xié)作，推動(dòng)全球能源變革，以創(chuàng)造清潔、安全、繁榮的低碳未來(lái)。落基山研究所致力于借助經(jīng)濟(jì)可行的市場(chǎng)化手段，加速能效提升，推動(dòng)可再生能源取代化石燃料的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。落基山研究所在北京、美處。/2陳梓浩高碩李婷劉雨菁劉子屹姚遠(yuǎn)周勤李潔*彭麗楠*周鋒*作者姓名按姓氏首字母順序排列。帶*的作者來(lái)自能源基金會(huì)。究所，2022年12月，/insights/new_power_system_report/議。 研究所CaliforniaIndependentSystemOperator(CAISO)國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院(南瑞集團(tuán))張永平/3 氣候變化的切入點(diǎn) 10 都面臨的嶄新課題 12 電力系統(tǒng)亟需攻克的四大難題 18 2 /4 技術(shù)選擇 37 源的范式 41 7 /5 提供具有普遍借鑒意義的零碳電力實(shí)踐與方案是中國(guó)對(duì)人類應(yīng)對(duì)全球氣候變化的貢獻(xiàn)71參考文獻(xiàn)72/6力合作才能解決的挑戰(zhàn)。在人類活動(dòng)中，能源活動(dòng)是溫室氣體排放的最主要貢獻(xiàn)者，目前，能源轉(zhuǎn)型已成為減緩全球氣候變化的首要議題。碳中和作為全球主要經(jīng)濟(jì)體應(yīng)對(duì)氣候變化的重要戰(zhàn)略目標(biāo)，其核心是實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。而在這一轉(zhuǎn)型過(guò)程中，電力系統(tǒng)的脫碳無(wú)疑十分關(guān)鍵，電力生產(chǎn)的零碳化和終端用能的電氣化將是全球應(yīng)對(duì)氣候變化的首要切電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心任務(wù)是要安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)現(xiàn)電力的供需平衡。在過(guò)去一百多年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，以化石能源作為主要一次能源，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生產(chǎn)生活提供兼具安全性與經(jīng)濟(jì)性的支撐。在全社會(huì)碳中和的目標(biāo)下，電力系統(tǒng)需要以可再生能源作為主要一次能源，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、綠色的電力供應(yīng)。但考慮到由電力生產(chǎn)、輸送與消費(fèi)共同構(gòu)成的電力系統(tǒng)的復(fù)雜性，實(shí)現(xiàn)零碳電力絕非是以可再生能源替代化石能可再生能源(特別是非水可再生能源)發(fā)電技術(shù)與化石能源發(fā)電技術(shù)截然不同，前者的供應(yīng)表現(xiàn)出高度的波動(dòng)性與不確定性，而后者則可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供應(yīng)和靈活調(diào)節(jié)。此外，可再生能源發(fā)電依靠大量的電力電子設(shè)備，這將明顯改變以同步發(fā)電機(jī)為主體的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的元件構(gòu)成與運(yùn)行特性。因此，構(gòu)建與“雙高”特性(高比例可再生能源、高比例電力電子設(shè)備)相適應(yīng)的新型電力系統(tǒng)勢(shì)在必行?；谏鲜龆床?，本報(bào)告旨在探索如何構(gòu)建適合中國(guó)國(guó)情的新型電力系統(tǒng)，以期實(shí)現(xiàn)“先立后破，邁向零碳電構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的起點(diǎn)在于建立起對(duì)中國(guó)電力現(xiàn)狀的充分認(rèn)識(shí)。目前，電力供需現(xiàn)狀表現(xiàn)為：持續(xù)增長(zhǎng)的用電需求，以化石能源為主的發(fā)電量結(jié)構(gòu)，由于資源稟賦原因形成的“西電東送”“北電南供”的長(zhǎng)距離送電格力系統(tǒng)將面臨如何確?？稍偕茉吹目沙掷m(xù)發(fā)展，如何化解煤電占比減少與系統(tǒng)靈活性需求日益增加的矛盾，如何提升電網(wǎng)大規(guī)模消納可再生能源的能力，以及如何賦能需求側(cè)彈性以實(shí)現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、綠色低碳破解構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的四大難題需要有的放矢地協(xié)調(diào)利用政策、市場(chǎng)、技術(shù)等多方面工具。本報(bào)告從電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)各相關(guān)方的差異化視角和訴求入手，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以解決方案為目標(biāo)，從全局性的視角相應(yīng)的行動(dòng)建議與目標(biāo)(圖表ES1)。/7/8/8或競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的長(zhǎng)期 大綠電交升西電東送能力靠近負(fù)荷側(cè)的零碳電的綠色屬性認(rèn)證目標(biāo)的省級(jí)輔完善以電壓穩(wěn)定為目標(biāo)的本地化輔助服務(wù)價(jià)格機(jī)制近海海上風(fēng)電全面實(shí)現(xiàn)平價(jià)布式交易域輔化應(yīng)用建設(shè)跨地域的區(qū)域務(wù)市場(chǎng)由分級(jí)出清向聯(lián)合出清轉(zhuǎn)型于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)級(jí)以在短期內(nèi)加速挖和輔助服務(wù)等價(jià)加快培育成熟的需求側(cè)市場(chǎng)主體用推動(dòng)微電網(wǎng)作為低零碳技術(shù)廣泛應(yīng)用求側(cè)參上風(fēng)電源成為供給側(cè)種市場(chǎng)成熟邊界能源手模式活性資段與應(yīng)用才供市場(chǎng)主能彈性衡的行動(dòng)目標(biāo)/9/9展望未來(lái)，電力脫碳的成功離不開(kāi)政策、市場(chǎng)與技術(shù)三大驅(qū)動(dòng)力。精準(zhǔn)的政策扶持、完善的市場(chǎng)化機(jī)制、大膽?政策層面：過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)，可再生能源的可持續(xù)發(fā)展、新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建都離不開(kāi)國(guó)家相關(guān)政策的引導(dǎo)與扶持，應(yīng)在國(guó)家與省級(jí)地方政府層面繼續(xù)提供精準(zhǔn)而又有差異化的政策扶持與激勵(lì)措施，特別是針展與應(yīng)用。?市場(chǎng)層面：在今后的五至十年內(nèi)，加快和深化電力市場(chǎng)改革對(duì)優(yōu)化電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和確保可再生能源的高效利用至關(guān)重要。具體行動(dòng)方向包括全面建設(shè)省級(jí)電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)與輔助服務(wù)市場(chǎng)，拓展多年尺度長(zhǎng)期電能量交易，盡快試點(diǎn)建立區(qū)域電力市場(chǎng)，落實(shí)跨省輸電電價(jià)機(jī)制優(yōu)化和保證條件成熟的用戶全?技術(shù)層面：中國(guó)的電網(wǎng)已經(jīng)儲(chǔ)備了較為成熟的大規(guī)模消納可再生能源的技術(shù)能力及解決方案。在已經(jīng)廣泛應(yīng)用的特高壓交直流輸電技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)推動(dòng)柔性直流電網(wǎng)技術(shù)、風(fēng)光儲(chǔ)輸一體化系統(tǒng)調(diào)度技術(shù)、多元化儲(chǔ)能技術(shù)、數(shù)智技術(shù)、基于模塊化理念的多能互補(bǔ)型微電網(wǎng)與虛擬電廠技術(shù)等已經(jīng)進(jìn)行試點(diǎn)和示范的項(xiàng)希望本報(bào)告的研究成果，能夠?yàn)槿蚋鲊?guó)電力脫碳的利益攸關(guān)者洞察零碳電力的政策走向、市場(chǎng)規(guī)律與技術(shù)趨勢(shì)，設(shè)計(jì)電力系統(tǒng)脫碳最佳路線圖，提供有價(jià)值的思路與可借鑒的方案，從而支撐全社會(huì)乃至全球更好地完成應(yīng)對(duì)日益加劇的氣候變化是各國(guó)共同關(guān)心的全球性問(wèn)題，也是人類社會(huì)必須協(xié)力合作才能解決的挑戰(zhàn)。自工業(yè)化以來(lái)，與人類活動(dòng)相關(guān)的溫室氣體排放已經(jīng)將全球平均氣溫提高了超過(guò)1攝氏度。近年來(lái)，全球氣候變化引發(fā)的極端天氣事件(高溫?zé)崂?、暴雨洪水、干旱?頻發(fā)，強(qiáng)度也越發(fā)猛烈，直接影響到人們的生產(chǎn)生活和生命安全。海平面上升、海水升溫、冰川融化和海水酸化等變化，正深刻影響著陸地與海洋的生態(tài)系統(tǒng)和大氣環(huán)流。面對(duì)氣候變化這一共同的挑戰(zhàn)，自上世紀(jì)90年代開(kāi)始，全球各國(guó)在政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)和聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約(UNFCCC)下開(kāi)展了一系列合作，并達(dá)成了《京都議定書(shū)》《巴黎協(xié)定》等具有里自《巴黎協(xié)定》簽署以來(lái)，碳中和逐漸成為全球各主要經(jīng)濟(jì)體的重要目標(biāo)。2015年，全球各國(guó)代表在巴黎氣候大會(huì)上通過(guò)《巴黎協(xié)定》，提出將本世紀(jì)全球氣溫升幅i限制在2℃以內(nèi)，同時(shí)尋求將氣溫升幅進(jìn)一步限制在1.5℃以內(nèi)的措施。2018年，歐盟委員會(huì)提出了“建立繁榮、現(xiàn)代、有競(jìng)爭(zhēng)力且氣候中和的歐盟經(jīng)濟(jì)體長(zhǎng)期戰(zhàn)略愿景”，提出到2050年實(shí)現(xiàn)氣候中和，成為首個(gè)提出碳中和目標(biāo)的發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體。2020年，中國(guó)作為全球最大的發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體，提出2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，成為全球氣候行動(dòng)的重要支撐。包括美國(guó)(2050年)、印度 (2070年)等在內(nèi)的主要發(fā)達(dá)和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體，也陸續(xù)提出各自的碳中和目標(biāo)，支持全球共同的氣候行動(dòng)。在人類活動(dòng)中，能源活動(dòng)是溫室氣體排放的最主要貢獻(xiàn)者，能源轉(zhuǎn)型是減緩全球氣候變化的首要議題。IPCC第六次評(píng)估報(bào)告1顯示，自工業(yè)化以來(lái)，全球溫室氣體(二氧化碳、甲烷等)排放幾乎都來(lái)自于化石燃料燃燒和土地利用變化。在過(guò)去十年，約86%的二氧化碳排放來(lái)自于化石燃料燃燒。能源活動(dòng)在溫室氣體排放中的壓倒性占比，使得擺脫化石燃料依賴成為氣候變化行動(dòng)的重中之重。第六次評(píng)估報(bào)告指出，降低溫室氣體排放需要能源全行業(yè)實(shí)現(xiàn)重大轉(zhuǎn)型?？上驳氖?，能源轉(zhuǎn)型正在如火如荼的快速推進(jìn)，能效技術(shù)、可再生能源電力、電動(dòng)汽車、氫能汽車、氫冶金等技術(shù)的發(fā)展與推廣為能源轉(zhuǎn)型提供了技術(shù)選項(xiàng)，全球非化石能源一次能源消費(fèi)量從但能源轉(zhuǎn)型也同樣存在難點(diǎn)。歷史上，還沒(méi)有任何經(jīng)濟(jì)體依托非化石能源實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化。作為全球最大的發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體，中國(guó)需要回答如何在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的情況下實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型這一極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，施方案。氣化電力行業(yè)二氧化碳排放占全球能源活動(dòng)二氧化碳排放的約40%，它在能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中占有舉足輕重的地位。同時(shí)，相比于工業(yè)(重化工業(yè)等)、交通(航運(yùn)、航空、公路貨運(yùn)等)、建筑(大規(guī)模供暖等)等行業(yè)，電力也是現(xiàn)有能源轉(zhuǎn)型解決方案規(guī)?；l(fā)展較為成熟的行業(yè)。電力行業(yè)在能源轉(zhuǎn)型中的角色可以用兩個(gè)要點(diǎn)來(lái)概括，即電力供給側(cè)的生產(chǎn)零碳化和電力消費(fèi)側(cè)的終端電氣化。在中國(guó)，從碳達(dá)峰到碳中和，電力生產(chǎn)零碳化和終端i指21世紀(jì)末相對(duì)前工業(yè)化時(shí)期的全球氣溫變化。/10/11/11電力行業(yè)在能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中的首要任務(wù)是電力生產(chǎn)的零碳化，即通過(guò)大規(guī)模發(fā)展零碳排放的可再生能源發(fā)電技術(shù)，替代傳統(tǒng)的高碳排放的化石能源發(fā)電技術(shù)，從而最終實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的零碳化。未來(lái)30年，全球主要經(jīng)濟(jì)體的零碳電源(風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電、水電等)裝機(jī)容量將普遍上升至80%以上，從而大幅降低電力系統(tǒng)的碳排放水平(圖表1.1)。1.120501.12050年零碳電源裝機(jī)占比情景模擬0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%在電力碳排放下降的基礎(chǔ)上，大幅改變終端能源消費(fèi)模式，實(shí)現(xiàn)用能電氣化則是能源轉(zhuǎn)型另一個(gè)重要的風(fēng)向標(biāo)。在工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域，終端用能電氣化都是各自領(lǐng)域減排的關(guān)鍵手段。目前，全球終端能源電氣化率僅為19.6%6，主要經(jīng)濟(jì)體的終端能源電氣化率普遍處于20%-25%的區(qū)間7。隨著未來(lái)終端用能電氣化的迅速提高，電力系統(tǒng)將承接更高比例的工業(yè)、建筑、交通等領(lǐng)域轉(zhuǎn)移的能源消費(fèi)。到本世紀(jì)中葉，中國(guó)等主要經(jīng)濟(jì)體的終端電氣化水平將上升到50%左右(圖表1.2)。結(jié)合屆時(shí)的高比例零碳化電力生產(chǎn)水平，整個(gè)能源系統(tǒng)的終端能源電氣化率情景模擬50%40%30%%203020402050巴西美國(guó)歐盟加拿大/12/12電力系統(tǒng)運(yùn)行的核心任務(wù)是要安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效地滿足電力的供需平衡。過(guò)去一百多年發(fā)展起來(lái)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)，以化石能源作為主要一次能源，安全、經(jīng)濟(jì)地支撐了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生產(chǎn)生活。在全社會(huì)碳中和的目標(biāo)下，電力系統(tǒng)需要以可再生能源作為主要一次能源，實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)、綠色的電力供應(yīng)。但電力的生產(chǎn)、輸送能源發(fā)電即可實(shí)現(xiàn)?？稍偕茉窗l(fā)電技術(shù)(特別是非水可再生能源)與化石能源發(fā)電技術(shù)截然不同，前者的供應(yīng)表現(xiàn)出高度的波動(dòng)性與不確定性，而后者則可以穩(wěn)定供應(yīng)和靈活調(diào)節(jié)。此外，可再生能源發(fā)電依靠大量的電力電子設(shè)備，將明顯改變以同步發(fā)電機(jī)為主體的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的系統(tǒng)元件的構(gòu)成與系統(tǒng)的運(yùn)行特性。例如，高比例的采用電力電子技術(shù)的發(fā)電設(shè)備將降低電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)的占比，使得電力系統(tǒng)整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少，這將影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，高比例可再生能源電源與高比例的電力電子設(shè)備的這種“雙高”特性，意味著與其相適應(yīng)建新型電力系統(tǒng)勢(shì)在必行。新型電力系統(tǒng)將以可再生能源等非化石能源作為主要一次能源，提供安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、綠色低碳的電力供、穩(wěn)定的綠色電力；?在電網(wǎng)側(cè)，堅(jiān)強(qiáng)而高效的特高壓與高壓電網(wǎng)，依托電力電子、規(guī)?；瘍?chǔ)能、數(shù)智技術(shù)等前沿技術(shù)而堅(jiān)韌智；?在需求側(cè)，分布式可再生能源與儲(chǔ)能、微電網(wǎng)、虛擬電廠，以及需求側(cè)響應(yīng)的應(yīng)用，將構(gòu)建可觀、可控的課題到目前為止，全球單位發(fā)電量碳排放強(qiáng)度仍處于高位的狀態(tài)。設(shè)立近中期電力系統(tǒng)目標(biāo)，推動(dòng)電力行業(yè)向低碳和零碳方向轉(zhuǎn)型，是各經(jīng)濟(jì)體實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要一步(圖表1.3)。部分經(jīng)濟(jì)體碳中和以及電力系統(tǒng)目標(biāo)標(biāo)年力系統(tǒng)目標(biāo)經(jīng)濟(jì)體數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)國(guó)務(wù)院新聞辦公室，TheEconomicTimes,MinistériodeMinaseEnergiadoBrasil,TheWhiteHouse,EuropeanrnmentofC/13/13設(shè)立明確的零碳電力目標(biāo)無(wú)疑是良好的開(kāi)端，但選擇什么樣的路徑、采取什么樣的技術(shù)路線與行動(dòng)方案以實(shí)現(xiàn)數(shù)國(guó)家的可再生能源發(fā)電量比例均在30%或更低的水平，其中非水可再生能源發(fā)電量的占比則更低(圖表1.4)。電力的生產(chǎn)、輸送及消費(fèi)在很大程度上仍是沿襲傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式。而要實(shí)現(xiàn)各國(guó)所設(shè)定的高比例可再G20成員國(guó)2021年可再生能源發(fā)電量占發(fā)電總量的比例比發(fā)電占比%1%斯伯以美國(guó)為例，美國(guó)在《中美關(guān)于在21世紀(jì)20年代強(qiáng)化氣候行動(dòng)的格拉斯哥聯(lián)合宣言》宣布了2035年實(shí)現(xiàn)零碳電力這一非常雄心勃勃的目標(biāo)，比美國(guó)政府之前宣布的2050年零碳電力目標(biāo)提前了15年。但主流媒體、研究機(jī)構(gòu)、行業(yè)組織普遍質(zhì)疑這一目標(biāo)的可能性和可行性，相當(dāng)一部分觀點(diǎn)認(rèn)為白宮公布的信息缺乏具體的落實(shí)計(jì)劃，所設(shè)立的零碳目標(biāo)在現(xiàn)有的政策與電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀條件下難以實(shí)現(xiàn)。例如，在系統(tǒng)靈活性方面，在2035實(shí)現(xiàn)零碳電力的目標(biāo)下，太陽(yáng)能加風(fēng)電的發(fā)電量需要在短短15年間從10%提升至74%，如此高比例的間歇性可再生能源發(fā)電勢(shì)必形成對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)運(yùn)行與調(diào)度靈活性的巨大挑戰(zhàn)。同時(shí)，與中國(guó)類似，美國(guó)可再生能源電源與負(fù)荷中心的地理分布同樣需要大規(guī)模、長(zhǎng)距離輸送可再生能源，這亟需對(duì)現(xiàn)有的輸電系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)代化升級(jí)改造，預(yù)期將累計(jì)花費(fèi)超過(guò)一萬(wàn)億美元17。但是，如何保障有足夠資金實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)現(xiàn)代化，又如何在缺乏儲(chǔ)能等系統(tǒng)靈確可行的解決方案。/14/14目前，包括阿爾巴尼亞、冰島、巴拉圭、哥斯達(dá)黎加、塔吉克斯坦、挪威、烏拉圭等十余個(gè)國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可再生能源在電力中占比超過(guò)90%，甚至達(dá)到100%。但是，這些國(guó)家的電力系統(tǒng)中水電的占比極高，因此難以被定義為新型電力系統(tǒng)：在這些國(guó)家中，水電占比最低的國(guó)家也達(dá)到了六成，阿爾巴尼亞、巴拉圭、塔吉克斯坦、挪威等國(guó)占比甚至達(dá)到或接近100%。同時(shí)，一些得天獨(dú)厚的資源條件也是這些國(guó)家實(shí)現(xiàn)零碳的主要支撐：由于優(yōu)越的地?zé)豳Y源，冰島和哥斯達(dá)黎加的電力供應(yīng)體系中地?zé)岚l(fā)電占比10%-30%，與水電互為有效補(bǔ)充，支撐零碳電力系統(tǒng)運(yùn)行。這些零碳電力系統(tǒng)的建設(shè)與運(yùn)行實(shí)踐與經(jīng)驗(yàn)固然有利于電力和能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，但借鑒意義。國(guó)際實(shí)踐與爭(zhēng)論給我們的有益提示是，如何在電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型進(jìn)程中遵循電力運(yùn)行和市場(chǎng)規(guī)律，順應(yīng)低碳技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，推動(dòng)形成適合各國(guó)資源稟賦和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求、具備高比例新能源消納能力的新型電力系統(tǒng)，將全球各國(guó)的電力系統(tǒng)的運(yùn)行都遵循同樣的物理規(guī)律，擔(dān)負(fù)著為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活提供安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、綠色低碳的電力供應(yīng)這一共同的核心的任務(wù)。但是，每個(gè)電力系統(tǒng)因其電源的類型與組合比例、電網(wǎng)的結(jié)其自身的特點(diǎn)。中國(guó)的國(guó)情使得中國(guó)的電力系統(tǒng)“海納百川”，包含了全球許多國(guó)家電力系統(tǒng)具備的不同的特點(diǎn)。中國(guó)廣闊的地域與經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展使得其不同地區(qū)的電力系統(tǒng)呈多元化的特征：在電源側(cè)，從西北部的大型風(fēng)電、光伏、光熱基地，到西南部的大型水電站，再到東部海域的海上風(fēng)電場(chǎng)，以及部分農(nóng)村地區(qū)的生物質(zhì)發(fā)電，中國(guó)的可再生能源發(fā)電資源品種豐富多樣；在電網(wǎng)側(cè)，由于電源與負(fù)荷中心的地理逆向分布，中國(guó)的電網(wǎng)呈現(xiàn)出多種形式(交直流)的系統(tǒng)互聯(lián)以支撐電力長(zhǎng)距離輸送的形態(tài)；在需求側(cè)，高比例的工業(yè)負(fù)荷、快速的城鎮(zhèn)化及分布因此，中國(guó)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的探索與實(shí)踐，特別是在可再生能源的可持續(xù)開(kāi)發(fā)、長(zhǎng)距離輸送與消納、高比例煤電順利轉(zhuǎn)型、大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)的智能化演進(jìn)、需求側(cè)彈性參與電力平衡等領(lǐng)域給出的中國(guó)方案，將對(duì)世界各/15/15系統(tǒng)的現(xiàn)狀。中國(guó)電力系統(tǒng)具備以下四個(gè)主要的特征。一是持續(xù)增長(zhǎng)的用電需求：預(yù)期到2030年，電力需求約達(dá)到11萬(wàn)億千瓦時(shí)，年均增長(zhǎng)率約4%(圖表2.1)。二是“富煤，貧油，少氣”的能源資源稟賦和以煤電為主的發(fā)電資中國(guó)的煤電、水電、風(fēng)電與太陽(yáng)能發(fā)電資源主要集中在西北部地區(qū)，而負(fù)荷中心則集中在東南部沿海地區(qū)(圖表2.2-2.3)，東南部地區(qū)占全國(guó)用電量的85%以上，人口占94%以上，GDP占95%以上。四是任重道遠(yuǎn)的電力市場(chǎng)化改革進(jìn)程：過(guò)去二十年中國(guó)的電力行業(yè)在市場(chǎng)化方向上進(jìn)行了許多有益的嘗試，積累了大量寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也取得了顯著的成果，但同時(shí)也還面臨許多的困難和挑戰(zhàn)，集中體現(xiàn)在“體系不完整、功能不完善、交易規(guī)則不統(tǒng)一、跨省跨區(qū)交易存在市場(chǎng)壁壘等問(wèn)題”。同時(shí)，與發(fā)達(dá)國(guó)家所經(jīng)歷的先完成電力市場(chǎng)化改革、后進(jìn)。圖表2.2中國(guó)內(nèi)地電力需求地理分布4%復(fù)合年均增長(zhǎng)率6%復(fù)合年均增長(zhǎng)率2%2000201020202030(預(yù)計(jì))數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)，落基山研究所ii胡煥庸線是中國(guó)經(jīng)濟(jì)地理重要分界線，是北起黑龍江黑河，南至云南騰沖的地理連線。/16/16中國(guó)風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電資源地理分布能太陽(yáng)能中心/17/17實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，電力的零碳化是必然選擇?！蛾P(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見(jiàn)》提出到2060年，非化石能源在能源消費(fèi)中的占比至少達(dá)到80%。考慮到電力脫碳在全社會(huì)低碳發(fā)展中的角色，電力消費(fèi)中非化石能源占比可能更高。到2060年，可再生能源，特別是非水可再生能源，將是電力系統(tǒng)電源的主力軍。但可再生能源發(fā)電的大規(guī)模發(fā)展將給電力系統(tǒng)增添一個(gè)新的“特色”，即非水可再生能源輸出的波動(dòng)與不確定性給電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度帶來(lái)額外挑戰(zhàn)。此外，以風(fēng)電與太陽(yáng)能發(fā)電為代表的綠色電力供應(yīng)曲線與電力需求曲線在日內(nèi)乃至季節(jié)之間的變化上往往失配，這意味著“要時(shí)沒(méi)電、不要時(shí)太多”場(chǎng)景的出現(xiàn)，將在多個(gè)時(shí)間尺度上給電力系統(tǒng)的核心任務(wù)，即保障安全可靠的電力與電量平衡，提出重大的難題。因此，電力系統(tǒng)需從當(dāng)前主要以化石能源為一次能源的電力系統(tǒng)，向適應(yīng)大規(guī)模高比例可再生能源的新型電力系統(tǒng)方向盡管電力相關(guān)領(lǐng)域的專家和機(jī)構(gòu)對(duì)新型電力系統(tǒng)理念展開(kāi)了諸多討論與實(shí)踐，但在詮釋理念和判斷電力系統(tǒng)發(fā)述四個(gè)基本特征?？稍偕茉葱枰笠?guī)模開(kāi)發(fā)。與大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家的電力需求增長(zhǎng)緩慢甚至持平不同，中國(guó)在未來(lái)的幾十年中必須新增足夠的發(fā)電能力以跟上電力需求增長(zhǎng)的速度。這意味著中國(guó)需要比發(fā)達(dá)國(guó)家更大規(guī)模地開(kāi)發(fā)可再生能能力。新型電力系統(tǒng)不僅僅是指高比例可再生能源的開(kāi)發(fā)與消納，更重要的是保障可再生能源的均衡與可持續(xù)的發(fā)展，而均衡發(fā)展有多個(gè)維度的體現(xiàn)，一是集中式發(fā)電與分布式發(fā)電的均衡發(fā)展，如平衡大型集中式光伏基地建設(shè)與分布式光伏整縣開(kāi)發(fā)，二是電源資源集中地區(qū)與負(fù)荷集中地區(qū)的可再生能源均衡發(fā)展，如西部地區(qū)陸上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)與靠近沿海負(fù)荷中心的海上風(fēng)電的開(kāi)發(fā)，三是在不同類型的零碳能源(風(fēng)電、光伏、光熱、水電、核電、生物質(zhì)、海洋能等)資源之間的平衡發(fā)展，如波動(dòng)性輸出的風(fēng)電、光伏的開(kāi)發(fā)與穩(wěn)定的、可調(diào)節(jié)輸出的光靈活的電力平衡將源于大規(guī)模儲(chǔ)能目前，電力尚不能大規(guī)模存儲(chǔ)，而電力需求隨時(shí)隨地變化，導(dǎo)致電力的生產(chǎn)必須能夠靈活地隨需求的變化即產(chǎn)可再生能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)對(duì)電力系統(tǒng)靈活平衡電力供需的能力提出更高要求。傳統(tǒng)上電力系統(tǒng)的靈活性需求來(lái)自于依靠火電等可調(diào)節(jié)電源來(lái)實(shí)時(shí)平衡負(fù)荷的變化，而非水可再生能源則因其輸出具有強(qiáng)烈的波動(dòng)、間歇與不確新型電力系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)電能的大規(guī)模存儲(chǔ)。這將有效地平衡負(fù)荷與可再生能源造成的雙重波動(dòng)性與不確定性，電力無(wú)需為實(shí)時(shí)供需平衡而即產(chǎn)即消，從而大大降低了電力生產(chǎn)與輸送的成本與風(fēng)險(xiǎn)?！皟?chǔ)能+”技術(shù)將在供給側(cè)保障可再生能源提供可控、穩(wěn)定輸出的綠色電力，在電網(wǎng)側(cè)大幅提升電力系統(tǒng)在多時(shí)間尺度下的靈活調(diào)節(jié)能。/18/18數(shù)智技術(shù)將助力電網(wǎng)的智能演進(jìn)中國(guó)的可再生能源和負(fù)荷中心在地理位置上的逆向分布，意味著需要更長(zhǎng)的輸電線路，更大容量、更靈活可靠的輸電技術(shù)，以及在更大范圍(跨省、區(qū)域)內(nèi)調(diào)度電網(wǎng)資源的能力來(lái)實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模輸送與消納。此外，分布式可再生能源的整片開(kāi)發(fā)與大規(guī)模接入配電網(wǎng)，將使得傳統(tǒng)的電力從電網(wǎng)單向流動(dòng)至負(fù)荷的簡(jiǎn)單形數(shù)字化與人工智能技術(shù)的創(chuàng)新，將賦予電網(wǎng)剛?cè)峒鏉?jì)的特性與靈活調(diào)度能力來(lái)實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模消納與輸送。新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行與調(diào)度模式將從傳統(tǒng)上被動(dòng)的監(jiān)測(cè)、調(diào)整與人工應(yīng)對(duì)，演變?yōu)橹鲃?dòng)的預(yù)測(cè)、預(yù)警與自適應(yīng)修復(fù)。在正常運(yùn)行時(shí)能精準(zhǔn)預(yù)測(cè)可再生能源的波動(dòng)與不確定性，動(dòng)態(tài)地最優(yōu)配置資源并充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)，防患于未然。需求側(cè)將彈性地參與供需平衡長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的電力需求有著兩大特點(diǎn)：其一，缺乏對(duì)用戶電力消費(fèi)按實(shí)時(shí)電力價(jià)格的收費(fèi)結(jié)算，造成用戶不知何時(shí)“柴米”最貴；其二，用戶無(wú)需事先簽約即可消費(fèi)電力，導(dǎo)致實(shí)時(shí)電力消費(fèi)時(shí)用戶“愛(ài)用多少就用多少”。因此，在電力需求無(wú)彈性，或需求彈性無(wú)法反饋到供給側(cè)的時(shí)候，如果供應(yīng)稀缺，電力生產(chǎn)的新型電力系統(tǒng)將賦能需求側(cè)，使其具備彈性，主動(dòng)地參與電力的供需平衡過(guò)程。而需求的彈性特性包含了兩層含義：首先，需求側(cè)具備為響應(yīng)供給與輸送條件變化而自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷的能力；其次，需求側(cè)將從單一的電力消費(fèi)模式，向既需要消費(fèi)電力又同時(shí)生產(chǎn)電力，特別是生產(chǎn)可再生能源電力的產(chǎn)消合一(Prosumer)模式轉(zhuǎn)化。構(gòu)建適合中國(guó)國(guó)情的新型電力系統(tǒng)無(wú)法一蹴而就，而將是一個(gè)充滿挑戰(zhàn)、歷經(jīng)不斷探索、破解各種難題的過(guò)如何確?？稍偕茉吹目沙掷m(xù)發(fā)展？盡管可再生能源生產(chǎn)的邊際成本低，但投資成本高，需要長(zhǎng)期穩(wěn)定、可預(yù)期的的收益保障，而目前新增可再生與意愿。鑒于中國(guó)可再生能源與負(fù)荷中心在地理上逆向分布的特征，大規(guī)模長(zhǎng)距離輸送具有強(qiáng)波動(dòng)性與不確定性的可再如何化解煤電占比減少與系統(tǒng)靈活性需求日益增加的矛盾？當(dāng)可再生能源實(shí)現(xiàn)高比例，成為主力電源時(shí)，電力系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)平衡負(fù)荷和可再生能源造成的供需雙重波動(dòng)性而在缺乏氣電做為提供靈活性的過(guò)渡手段的情況下，煤電做為目前中國(guó)電力系統(tǒng)的主要安全支撐與靈活性資/19/19如何提升電網(wǎng)大規(guī)模消納可再生能源的能力？消納可再生能源需要靈活配置電源與輸電通道資源，而目前電網(wǎng)的調(diào)度主要是以省為實(shí)體進(jìn)行電力平衡，同源。在必須實(shí)時(shí)平衡負(fù)荷與可再生能源造成的雙重波動(dòng)性與不確定性的場(chǎng)景下，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)、調(diào)整事件發(fā)生后系統(tǒng)狀態(tài)為導(dǎo)向的調(diào)度方式難以適應(yīng)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大與互聯(lián)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)采集信息海量增長(zhǎng)、高比例電當(dāng)供應(yīng)稀缺時(shí)，若負(fù)荷缺乏彈性，電力生產(chǎn)的邊際成本將疾速攀升，電力供需甚至可能無(wú)法平衡。同時(shí)，電力路徑。長(zhǎng)期以來(lái)，由于缺乏對(duì)電力供應(yīng)成本的實(shí)時(shí)感知，需求側(cè)尚缺少為響應(yīng)電力生產(chǎn)與輸送條件的變化而自動(dòng)調(diào)整具有中具有中國(guó)特色的新型電力系統(tǒng)將具備綠色電力高比例且均衡發(fā)展、電能大規(guī)模存儲(chǔ)、電網(wǎng)智能化、需求富有彈性這四個(gè)鮮明的特征，而構(gòu)建新型電力系統(tǒng)將面臨保障可再生能源可持續(xù)發(fā)展、化解煤電占比減少與滿足系統(tǒng)靈活性需求的矛盾、提升電網(wǎng)大規(guī)模消納能力和賦能需求側(cè)彈性參與電力平衡這四個(gè)主要的挑戰(zhàn)。如何先立后破，探索適合中國(guó)國(guó)情的新型電力系統(tǒng)實(shí)施路徑，破解構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的難題，將是政府、電網(wǎng)公司、發(fā)電/20/20用政策、市場(chǎng)、技術(shù)等多方面工具，是攻克構(gòu)建新型電力系統(tǒng)四大難題的必然選擇。在本章以解決方案為目標(biāo)，進(jìn)行詳細(xì)地分析和闡述。圖表3.0.1新型電力系統(tǒng)的四大難題與八大建言言進(jìn)可再生能源投資的重要抓手減少與系統(tǒng)靈活性需系統(tǒng)靈活性技術(shù)選擇消納可再生能源域與區(qū)域市場(chǎng)化調(diào)度應(yīng)是電網(wǎng)優(yōu)化資源以消納可再生能源的范式應(yīng)用才能大幅增強(qiáng)電網(wǎng)應(yīng)對(duì)供需劇烈變化的能力可控是需求側(cè)彈性化的理想技術(shù)形態(tài)市場(chǎng)主體是需求側(cè)能彈性地參與電力平衡的前提/21/21002010年代，全球可再生能源發(fā)電蓬勃發(fā)展，電源裝機(jī)容量連年保持高速增長(zhǎng)，設(shè)備成本持續(xù)快速下降?？稍偕茉窗l(fā)展的背后，離不開(kāi)的是政策和補(bǔ)貼的強(qiáng)力支持。在2010年代，中國(guó)為新能源電源發(fā)展提供了上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼政策，目前對(duì)這些既有補(bǔ)貼項(xiàng)目的財(cái)政補(bǔ)貼規(guī)模約為每年2,600億元(圖表3.1.1)。源補(bǔ)貼需求(億元，名義值)2012201420162018202020222024202620282030203220342036203820402042風(fēng)電光伏生物質(zhì)發(fā)電在風(fēng)電和光伏發(fā)電成本下降的大趨勢(shì)下，全球范圍內(nèi)新能源發(fā)電裝機(jī)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力正從財(cái)政補(bǔ)貼轉(zhuǎn)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。數(shù)據(jù)顯示，新能源發(fā)電補(bǔ)貼正快速下降，能源方面的財(cái)政補(bǔ)貼正逐漸轉(zhuǎn)向交通、工業(yè)等難減排領(lǐng)域(圖表3.1.2)。在中國(guó)，2021年起，新建集中式光伏和陸上風(fēng)電項(xiàng)目不再享受各級(jí)政府財(cái)政補(bǔ)貼；2022年起，新建海上風(fēng)電、光熱發(fā)電項(xiàng)目不再享受國(guó)家層面財(cái)政補(bǔ)貼。伴隨著補(bǔ)貼退出，新能源市場(chǎng)化發(fā)展是政策的引導(dǎo)方向。2022年1月發(fā)布的《關(guān)于加快建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出，到2030年，全國(guó)統(tǒng)一電力iii估計(jì)值不考慮電網(wǎng)公司發(fā)行債券融資的情形。/22/221,2803801,3701,2803801,370圖表3.1.2能源領(lǐng)域財(cái)政補(bǔ)貼在REmap情景下的變化09,00002,0003,0004,9,00002,0003,0004,0005,0006,0007,0008,000價(jià))核能化石能源新能源建筑交通工業(yè)補(bǔ)貼減少核能化石能源數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)際可再生能源署(IRENA)自上世紀(jì)八九十年代歐美部分地區(qū)開(kāi)展電力市場(chǎng)化改革以來(lái)，電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐長(zhǎng)期服務(wù)于以可調(diào)度火力發(fā)電機(jī)組為主的電力系統(tǒng)，主要支撐邊際運(yùn)行成本高的煤電、氣電等機(jī)組的投資與運(yùn)行。但由于新能源電源投資和運(yùn)行特性的改變，當(dāng)前廣泛應(yīng)用于歐美電力市場(chǎng)的價(jià)格形成方式，可能無(wú)法支持新能源快速發(fā)展和高比例新目前電力市場(chǎng)普遍以“優(yōu)先次序”(MeritOrder)作為競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的基本規(guī)則，各發(fā)電機(jī)組按照邊際成本進(jìn)行報(bào)價(jià)，所有機(jī)組按價(jià)格由低到高排序，價(jià)低者優(yōu)先出清，邊際機(jī)組的報(bào)價(jià)即為所有出清機(jī)組共同的出清價(jià)格。新能源的快速發(fā)展帶來(lái)了“優(yōu)先次序效應(yīng)”(MeritOrderEffect)，即由于新能源邊際成本趨近于零，其大規(guī)模發(fā)展將顯著拉低出清邊際價(jià)格(圖表3.1.3)。由于各交易時(shí)段出清價(jià)格的下降，電力批發(fā)市場(chǎng)的平均價(jià)格也會(huì)相應(yīng)走低。歷史數(shù)據(jù)表明，隨著新能源占比在2010年代提升，英國(guó)、德國(guó)、丹麥等歐洲國(guó)家的平均電力批發(fā)價(jià)格下降了13%-36%(圖表3.1.4)，新能源接入水平提升是價(jià)格下降的部分原因。圖表3.1.3邊際成本出清示意圖曲線加/23/23圖表3.1.4波動(dòng)性可再生能源發(fā)電量占比和批發(fā)電力價(jià)格ansitionsCommission與邊際運(yùn)行成本高的火電機(jī)組相比，新能源等投資成本高、運(yùn)行成本低的電源對(duì)穩(wěn)定且足量的電價(jià)具有更強(qiáng)的偏好。而市場(chǎng)出清電價(jià)顯著下降的趨勢(shì)意味著新能源電源對(duì)投資者的吸引力下降，即既有電力市場(chǎng)規(guī)則下新能源發(fā)展速度潛在地受制于自身的普及程度。國(guó)際風(fēng)能協(xié)會(huì)的研究顯示，在現(xiàn)有市場(chǎng)模式下，2030年全球風(fēng)電市無(wú)論是已經(jīng)有成熟電力市場(chǎng)運(yùn)行的區(qū)域(如歐洲各國(guó)、北美部分地區(qū)、澳大利亞等)，還是電力市場(chǎng)正在持續(xù)建設(shè)的地區(qū)(如中國(guó)、日本等)，針對(duì)新型電力系統(tǒng)高比例新能源電源的發(fā)展需求，優(yōu)化傳統(tǒng)電力市場(chǎng)理論與實(shí)踐，構(gòu)建適應(yīng)于“投資成本高、邊際成本低”特點(diǎn)的新能源電源大比例接入的電力市場(chǎng)機(jī)制，是全球電力系統(tǒng)模發(fā)展提供更強(qiáng)的確定性在新能源電源“投資成本高、邊際成本低”的成本特點(diǎn)下，新能源電源發(fā)電量能否在長(zhǎng)周期內(nèi)持續(xù)、穩(wěn)定地獲得合理水平的收入，會(huì)顯著影響新能源電源的開(kāi)發(fā)決策。特別是對(duì)于非央國(guó)企的投資者而言，由于其承受市場(chǎng)和收入不確定性的能力更低，如果市場(chǎng)模式下的長(zhǎng)期收入水平可以更具確定性，這部分投資者的意愿將被更好我們認(rèn)為，在政府預(yù)設(shè)的年度裝機(jī)目標(biāo)下，開(kāi)發(fā)商通過(guò)拍賣或競(jìng)價(jià)機(jī)制確定開(kāi)發(fā)權(quán)屬和成交價(jià)格，并形成長(zhǎng)期雖然政府層面的財(cái)政補(bǔ)貼不再是集中式光伏和陸上風(fēng)電發(fā)展的源動(dòng)力，但市場(chǎng)條件下，政府在可再生能源發(fā)展中的引導(dǎo)作用仍不可或缺。在政府裝機(jī)目標(biāo)缺位的情況下，現(xiàn)行投資環(huán)境下的投資量可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足新型電力系統(tǒng)建設(shè)和氣候目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的需要。全球風(fēng)能理事會(huì)的分析顯示，在現(xiàn)有環(huán)境下，2020年代全球風(fēng)電投資量?jī)H達(dá)到1.5度溫升控制情景下本時(shí)段內(nèi)實(shí)際投資需求量的1/4(圖表3.1.5)。而政府主導(dǎo)的年度裝機(jī)目標(biāo)，可以有/24/24圖表3.1.5全球風(fēng)電裝機(jī)預(yù)期新增風(fēng)電裝機(jī)(左軸)長(zhǎng)率的預(yù)測(cè)新增風(fēng)電裝機(jī)(左軸)全球1.5℃溫升情景下年度裝機(jī)差距(左軸)全球1.5℃溫升情景下累計(jì)裝機(jī)需求(右軸)數(shù)據(jù)來(lái)源：全球風(fēng)能理事會(huì)(GWEC)依托拍賣或競(jìng)價(jià)方式，形成長(zhǎng)期電力合同，是為可再生能源發(fā)展提供確定性的核心。事實(shí)上，長(zhǎng)期電力合約一直在可再生能源發(fā)展中扮演著重要的角色，在2010年代采用的新能源電價(jià)補(bǔ)貼政策(光伏、風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià))就是長(zhǎng)期電力合同的一種形式：光伏和風(fēng)電項(xiàng)目可以獲得20年或相當(dāng)于20年(按電量核算)的電價(jià)補(bǔ)貼，設(shè)計(jì)長(zhǎng)期電力合同的目的是對(duì)沖短時(shí)電力市場(chǎng)波動(dòng)，為可再生能源投資方提供具有確定性的收益預(yù)期。市場(chǎng)化趨勢(shì)下，長(zhǎng)期電力合同的形成方式應(yīng)當(dāng)變得更加靈活。在上網(wǎng)電價(jià)補(bǔ)貼時(shí)代，長(zhǎng)期電價(jià)的形成模式是固定的，即所有項(xiàng)目獲得同等條件的長(zhǎng)期合約；而在市場(chǎng)化時(shí)代，長(zhǎng)期電價(jià)的形成應(yīng)當(dāng)更加靈活，它一方面體現(xiàn)在價(jià)格的靈活性，即通過(guò)拍賣或競(jìng)價(jià)來(lái)靈活地確定不同項(xiàng)目的收入水平，另一方面體現(xiàn)在時(shí)間維度的靈活性，即細(xì)化價(jià)格設(shè)計(jì)，對(duì)不同季節(jié)、日內(nèi)不同時(shí)段的長(zhǎng)期價(jià)格進(jìn)行差異化競(jìng)爭(zhēng)，反映不同時(shí)段電力的價(jià)值，從而支撐可再生電源裝機(jī)多元化發(fā)展，為海上風(fēng)電、光熱發(fā)電等可以在枯水季、夜間時(shí)段出力的電源提供市場(chǎng)化發(fā)展的可能。(圖表3.1.6)需要特別注意的是，長(zhǎng)期電力合同在設(shè)計(jì)時(shí)需與短期電力合同做好銜接，避免價(jià)格異常和市場(chǎng)扭曲。針對(duì)新能源出力與預(yù)測(cè)的特點(diǎn)，市場(chǎng)設(shè)計(jì)者應(yīng)有針對(duì)性地調(diào)整和優(yōu)化合同考核機(jī)制，更靈活地銜接長(zhǎng)期合同與短期運(yùn)/25/25手段，分配項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)權(quán)屬和成交價(jià)格，簽訂有約束力的長(zhǎng)期(如為期20年)電力合同。消費(fèi)理念的提升，越來(lái)越多的終端用戶認(rèn)識(shí)并肯定綠色電力iv的氣候與環(huán)境價(jià)值，并有意愿參與到新能源的發(fā)展與消納中。2015年以來(lái)，以雙邊長(zhǎng)期購(gòu)電協(xié)議(PPA)為代表的綠色電力中國(guó)在2021年9月進(jìn)行了首次全國(guó)范圍內(nèi)的綠色電力直接交易，總成交量近80億千瓦時(shí)，支持了綠色電力附溢價(jià)消納，也為終端用戶提供了用電零碳化的選擇。2022年，北京電力交易中心和廣州電力交易中心分別發(fā)布了綠色電力交易實(shí)施細(xì)則或交易規(guī)則對(duì)綠電交易的參與方式、環(huán)境權(quán)益劃轉(zhuǎn)、定價(jià)等做出了指導(dǎo)，進(jìn)一步明晰了的流程。今年以來(lái)，國(guó)網(wǎng)和南網(wǎng)地區(qū)的交易量較去年9月試點(diǎn)實(shí)現(xiàn)成倍增長(zhǎng)，環(huán)境溢價(jià)平均水平也有所上升。目前，絕大多數(shù)省份都已有實(shí)際綠電交易落地，其中部分省份還發(fā)布了省內(nèi)的交易規(guī)則，并開(kāi)展月度常態(tài)化交易。從綠色電力直接交易的現(xiàn)行實(shí)踐看，絕大部分交易是供用電雙方形成的年以內(nèi)尺度交易合約，這一交易模式面向的是綠色電力在年以內(nèi)尺度的供需平衡，著重于綠色電力高質(zhì)量消納而非綠色電力裝機(jī)的擴(kuò)增。從新型電力系統(tǒng)構(gòu)建的實(shí)際需要來(lái)看，充分發(fā)揮用戶側(cè)的綠色意愿是必要的，而延長(zhǎng)綠色電力直接交易的時(shí)間尺度，利用包括雙邊PPA在內(nèi)的更長(zhǎng)時(shí)間尺度的綠色電力直接交易形式，將為新型電力系統(tǒng)下可再生能源發(fā)展注入新的動(dòng)力(圖表3.1.7)。iv本文中的綠色電力一般指風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電。/26/26在此基礎(chǔ)之上，由于可再生資源與用電負(fù)荷的空間異質(zhì)性，著力優(yōu)化省間、區(qū)域等更大地理尺度的綠色電力直接交易，是新型電力系統(tǒng)下綠色電力直接交易設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵。在當(dāng)前的綠色電力直接交易實(shí)踐中，省級(jí)電網(wǎng)公司仍扮演著綠色溢價(jià)傳遞者的角色。面對(duì)新型電力系統(tǒng)下跨省跨區(qū)輸電需求和電力輸送中綠電占比雙增長(zhǎng)的情況，簡(jiǎn)化交易中間流程，適度引入輸電權(quán)交易等支持性工具，讓不同地區(qū)的發(fā)用電方更直接、更透明地達(dá)意愿。作為促進(jìn)可再生能源投資的重要抓手，長(zhǎng)周期性交易機(jī)制需要盡快、全面的落地實(shí)施，以確保在政府補(bǔ)貼退作為促進(jìn)可再生能源投資的重要抓手，長(zhǎng)周期性交易機(jī)制需要盡快、全面的落地實(shí)施，以確保在政府補(bǔ)貼退坡的環(huán)境下可再生能源的大規(guī)模、可持續(xù)發(fā)展。在“十四五”期間應(yīng)切實(shí)推廣基于拍賣或競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的長(zhǎng)期(多年)電力合同，從而有效對(duì)沖短時(shí)電力市場(chǎng)波動(dòng)，為可再生能源開(kāi)發(fā)投資提供確定性與可預(yù)期性。同時(shí)，應(yīng)大力推廣與優(yōu)化綠電直接交易，特別是電力用戶與可再生能源企業(yè)之間的跨省多年綠電直接交易，通過(guò)建立和完善制度化、標(biāo)準(zhǔn)化的省間綠電直接交易機(jī)制，促進(jìn)綠色電力高質(zhì)量消納與綠色電力裝機(jī)擴(kuò)增。預(yù)期到“十五中國(guó)將成為全球第一大綠電交易市場(chǎng)v。v見(jiàn)3.2節(jié)。/27/27從電力供應(yīng)高可靠、低損耗的角度而言，電源開(kāi)發(fā)應(yīng)當(dāng)盡量靠近負(fù)荷中心。但中國(guó)資源稟賦和電力系統(tǒng)的特點(diǎn)及歷史發(fā)展原因決定了難以完全依靠這一方式大規(guī)模發(fā)展零碳電力。一方面，全國(guó)水電、風(fēng)電及太陽(yáng)能資源主要集中于“胡煥庸線”以西地區(qū)，但該線以東地區(qū)的電力負(fù)荷占全國(guó)用電量的比例常年維持在85%左右；另一方面，在過(guò)去幾十年，中國(guó)已經(jīng)建成全球規(guī)模最大的長(zhǎng)距離輸電系統(tǒng)，充分利用既有資產(chǎn)、進(jìn)一步提高利用率是資源優(yōu)化利用的必要手段。在這樣的既成格局之下，確保中國(guó)零碳電力可持續(xù)發(fā)展的最佳模式應(yīng)為可再生能源就近負(fù)荷中心開(kāi)發(fā)與“西電東送”相輔相成、均衡發(fā)展，以期在二者之間綜合平衡，特別是應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注下述通過(guò)建立跨省現(xiàn)貨市場(chǎng)、優(yōu)化跨省輸電價(jià)格等市場(chǎng)機(jī)制，有望大幅提高現(xiàn)有西電東送通道利用率，減少并延緩鑒于西部可再生能源資源最為豐富這一國(guó)情，可以預(yù)期目前的可再生能源西電東送的開(kāi)發(fā)模式還將繼續(xù)，而相應(yīng)所需的新增輸電通道容量將持續(xù)增加。如圖表3.2.1所示，“十四五”期間，國(guó)家電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)特高壓工元。圖表3.2.12025年特高壓骨干網(wǎng)架示意圖資料來(lái)源：全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織/28/28完完善激勵(lì)機(jī)制以優(yōu)先就近集中開(kāi)海上風(fēng)電擁有利用小時(shí)高、輸出比較穩(wěn)定、用地資源少并且靠近負(fù)荷中心的優(yōu)勢(shì)，在配套儲(chǔ)能與柔性直流后，還將提供穩(wěn)定、可靈活調(diào)節(jié)的綠色電力解決方案。因此，有必要繼續(xù)采取補(bǔ)貼和疏導(dǎo)輸送線路投資成本等政海上風(fēng)電是中國(guó)理想的可就近負(fù)荷中心大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)的可再生能源，全社會(huì)用電量排名前四的省份(廣東、江蘇、山東、浙江)的近海及遠(yuǎn)海區(qū)域的風(fēng)力資源豐富。圖表3.2.2顯示了近海風(fēng)能資源分布，其中福建、浙江南部、廣東和廣西近海風(fēng)能資源豐富，自福建向北近海風(fēng)能資源逐漸減小，渤海灣的風(fēng)能資源又有所加強(qiáng)。如圖表3.2.3所示，大部分沿海省份都制定了中遠(yuǎn)期省級(jí)海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)劃目標(biāo)。按規(guī)劃目標(biāo)，2030年全國(guó)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)量有望在2021年的基礎(chǔ)上除了合理規(guī)劃新的特高壓與高壓輸電線路滿足西部可再生能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)的需求，還需要重點(diǎn)關(guān)注的是存量輸送能力的利用率提升問(wèn)題。提升西電東送能力的重點(diǎn)應(yīng)是首先提高現(xiàn)有輸電系統(tǒng)的利用率，在此基礎(chǔ)上再根據(jù)實(shí)際需求合理規(guī)劃建設(shè)新的輸電通道。根據(jù)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織、國(guó)家能源局披露的信息，在當(dāng)前—江蘇特高壓通道，它們的實(shí)際最大輸電功率均未超過(guò)線路容量的60%25。電力行業(yè)的專家也指出，多年來(lái)中國(guó)的電力系統(tǒng)的可靠性有了長(zhǎng)足進(jìn)步，但確實(shí)存在某種程度的線路低載運(yùn)行的現(xiàn)象，即系統(tǒng)可靠但代價(jià)是犧牲了經(jīng)濟(jì)性vi。為了提升輸電系統(tǒng)利用率，可從兩個(gè)方面入手促進(jìn)電力跨區(qū)域流動(dòng)、提升可再生能源消納水平。一是盡快建立區(qū)域電力現(xiàn)貨市場(chǎng)vii，以充分利用電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)輸電通道的富余容量，這方面美國(guó)西部區(qū)域電力平衡市場(chǎng) WEIM次資源，以重新平衡即將到來(lái)的5分鐘區(qū)間和隨后幾個(gè)區(qū)間的供需。這種前瞻性的調(diào)度范圍對(duì)于確保平穩(wěn)地跟蹤負(fù)荷和可再生能源的輸出變化非常重要。二是緩解輸電價(jià)格在可再生能源跨省消納時(shí)的壁壘效應(yīng)，在近期可采用靈活向下調(diào)整輸電價(jià)格，在現(xiàn)貨交易中采用減征富余輸電通道費(fèi)用的方式。在遠(yuǎn)期，可選擇擴(kuò)大“郵票viii租金確定輸電收益的方式。域國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所vi統(tǒng)專家研討會(huì)總結(jié)vii本文的區(qū)域市場(chǎng)，泛指省級(jí)市場(chǎng)以上的電力市場(chǎng)，不特指大區(qū)的(如東北、西北等)概念。viii節(jié)點(diǎn)位置和輸配電距離。/29/29圖表3.2.3省級(jí)海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)目標(biāo)GW)0-5503數(shù)據(jù)來(lái)源：落基山研究所，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院(NetherlandsMinistryofForeignAffairs轉(zhuǎn)引)海上風(fēng)電提速發(fā)展的首要障礙在于成本,而未來(lái)海上風(fēng)電的大規(guī)模開(kāi)發(fā)需要從降低平準(zhǔn)化度電成本以及輸配送出成本合理疏導(dǎo)兩方面入手。研究顯示，到2030年之前海上風(fēng)電的平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)仍顯著高于煤電以及陸上風(fēng)電，需要完善與補(bǔ)充差異化、精細(xì)化的政策扶持，尤其是對(duì)深海風(fēng)電項(xiàng)目需要繼續(xù)提供補(bǔ)貼支持及舒緩?fù)顿Y成本的措施。如圖表3.2.4所示，國(guó)內(nèi)海上風(fēng)電LCOE將會(huì)持續(xù)下降，預(yù)計(jì)最遲自2025年起海上風(fēng)電成本8(高成本情景)0燃?xì)馊济汗夥Ｉ巷L(fēng)電陸上風(fēng)電此外，合理疏導(dǎo)海上風(fēng)電配套送出工程的成本也是進(jìn)一步加速海上風(fēng)電發(fā)展的重要抓手。如圖表3.2.5所示，在沿海地區(qū)海上風(fēng)電項(xiàng)目相關(guān)的輸電網(wǎng)絡(luò)的融資與建設(shè)占總投資成本的8-13%。目前海上風(fēng)電配套送出工程均由發(fā)電企業(yè)投資建設(shè)，而水電、核電等配套送出工程都由電網(wǎng)公司統(tǒng)一建設(shè)，這一區(qū)別導(dǎo)致了海上風(fēng)電的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力降低，因?yàn)槠漭斉涑杀倦y以通過(guò)上網(wǎng)電價(jià)疏導(dǎo)。未來(lái)這部分成本可以效仿國(guó)內(nèi)其他類型發(fā)電的處理方式，上風(fēng)電項(xiàng)目電網(wǎng)統(tǒng)一出資建設(shè)配套送出工程，以此來(lái)促進(jìn)海上風(fēng)電的規(guī)模化發(fā)展29。/30/30圖表3.2.5中國(guó)沿海省份海上風(fēng)電投資構(gòu)成0%0%20%30%50%60%70%40%80%0%0%20%30%50%60%70%40%35kV海纜220kV海纜風(fēng)機(jī)(含安裝)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)塔筒海上升壓站其他費(fèi)用數(shù)據(jù)來(lái)源：上海勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，中葡新能源技術(shù)中心(上海)有限公司以分布式市場(chǎng)化交易及綠色屬性認(rèn)證為激勵(lì)，推廣以光伏為代表的分布式能源就地在負(fù)荷中心處與靠近負(fù)荷中心的地方挖掘分布式可再生能源的潛力，可充分調(diào)動(dòng)用戶參與實(shí)現(xiàn)零碳電力的積極在明確的分布式可再生能源開(kāi)發(fā)目標(biāo)與鼓勵(lì)政策環(huán)境下，我們建議近期從以下兩個(gè)方面著手，加速分布式可再分布式可再生能源市場(chǎng)化交易首先，應(yīng)該進(jìn)一步推動(dòng)分布式能源交易市場(chǎng)與機(jī)制的落實(shí)和推廣。2017年國(guó)家能源局在《關(guān)于開(kāi)展分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易試點(diǎn)的通知》中提到，鼓勵(lì)分布式能源主動(dòng)參與市場(chǎng)交易，特別是在滿足相關(guān)技術(shù)條件下，允許分布式電源在110kV/電壓等級(jí)之內(nèi)可以選擇就近銷售電量，并獲得合法的售電資質(zhì)，集發(fā)售(電)于一體。依據(jù)這一通知，2019年起全國(guó)范圍內(nèi)10個(gè)省區(qū)開(kāi)展了26個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，總計(jì)165萬(wàn)千瓦的容量參與了試點(diǎn)。2020年項(xiàng)目中的江蘇省常州市鄭陸工業(yè)園5兆瓦分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易項(xiàng)目率先實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電；項(xiàng)目年發(fā)電量680萬(wàn)千瓦時(shí)，就近在110千伏武澄變電所供電區(qū)域內(nèi)直接進(jìn)行市場(chǎng)化交易。我們建議在前期試點(diǎn)基礎(chǔ)之上，在與分布式電力交易。在分布式交易的基礎(chǔ)上，下一步還應(yīng)允許分布式能源直接參與集中式批發(fā)現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，從而使其能在更大的范圍內(nèi)參與電力資源的優(yōu)化配置。美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)(FERC)2019年頒布的行政命令，要求所有的系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度機(jī)構(gòu)(RTO與ISO)必須允許所管轄區(qū)域內(nèi)100kW及以上容量的分布式能源直接參與現(xiàn)貨交易市/31/31分布式可再生能源的綠色屬性認(rèn)證可再生能源電力在電力生產(chǎn)與消納中的重要特點(diǎn)是其附帶的綠色屬性，即環(huán)境外部性，這也是部分用戶偏好綠色電力的原因。RMI近期的市場(chǎng)調(diào)研表明，用戶側(cè)有著強(qiáng)烈、明確和日益增長(zhǎng)的綠色電力需求。以在中國(guó)的世界500強(qiáng)企業(yè)及其供應(yīng)鏈為例，其綠電需求將從2020年的1,100億千瓦時(shí)(110TWh)升至2050年14,400億千瓦 圖表3.2.6世界500強(qiáng)企業(yè)及其供應(yīng)鏈在中國(guó)市場(chǎng)的綠色電力需求規(guī)模預(yù)測(cè)86,0003,0綠電比例綠電比例ix，開(kāi)拓了國(guó)內(nèi)可再生能源供應(yīng)商與電力用戶雙向直接購(gòu)買綠色電力，以及相應(yīng)電力綠色屬性的交易與認(rèn)證這一可再生能源電源與大型能源用戶企業(yè)及其供應(yīng)鏈之間。因此，對(duì)分布式可再生能源發(fā)電的綠色屬性的認(rèn)證與交能源輸送能力，并對(duì)海上風(fēng)電的可持續(xù)開(kāi)發(fā)繼續(xù)提供政策優(yōu)惠，對(duì)分布式可再生能源開(kāi)展綠色屬性的認(rèn)證與交平價(jià)上網(wǎng)。預(yù)期在2030年之后，靠近中東部沿海地區(qū)的海上風(fēng)電(特別是遠(yuǎn)海風(fēng)電)將得以成熟地大規(guī)模商業(yè)應(yīng)。xe平臺(tái)完成綠電交易即的交易均遵循這一流程。得國(guó)家可再生能源信息管理中心簽發(fā)的購(gòu)買證明(目前這一證明亦被稱為綠色電力證書(shū)，與核發(fā)給發(fā)電企業(yè)的綠色電力證書(shū)不同，這一/32/32系統(tǒng)靈活性的核心問(wèn)題是保證供電安全條件下的電力平衡，即保持頻率穩(wěn)定下的有功功率平衡與電壓穩(wěn)定下的無(wú)功功率平衡。當(dāng)可再生能源成為電力系統(tǒng)的主力電源時(shí)，供需側(cè)的雙重波動(dòng)性與不確定性，將增加實(shí)現(xiàn)電力隨著“十四五”規(guī)劃的實(shí)施，中國(guó)的非化石能源電源裝機(jī)將從“十三五”末期的9.86億千瓦19增長(zhǎng)至“十四五”末的14.9~15.9億千瓦33，發(fā)電量占比將從33.9%19提高到約39%34。到2030年，按照現(xiàn)有裝機(jī)速度外推，風(fēng)的時(shí)期。解決系統(tǒng)靈活性問(wèn)題的本質(zhì)是保證系統(tǒng)中有足夠的可調(diào)節(jié)資源可被電網(wǎng)調(diào)度所調(diào)用，以滿足有功功率平衡與無(wú)功功率的平衡。保證電力供應(yīng)和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行所需的一系列以頻率穩(wěn)定(有功功率平衡)與電壓穩(wěn)定(無(wú)功功率平衡)為目標(biāo)的服務(wù)稱為輔助服務(wù)。其中，保證頻率穩(wěn)定的服務(wù)主要解決兩類平衡問(wèn)題：一是實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)會(huì)經(jīng)常發(fā)生需求偏離其預(yù)測(cè)值所致的小擾動(dòng)情況，電網(wǎng)調(diào)度需要有足夠的靈活性資源快速調(diào)整輸出以平衡負(fù)荷；二是當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生故障等大擾動(dòng)情況時(shí)，例如一臺(tái)機(jī)組故障跳閘離線，或輸電線路故障跳閘導(dǎo)致受影響的機(jī)組無(wú)法出力或減少出力時(shí)，電網(wǎng)調(diào)度需調(diào)用其他的在線或離線發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)快速啟動(dòng)并大幅增加出力以維持電力的供需平衡。保證電壓穩(wěn)定的服務(wù)是指電力系統(tǒng)需要有足夠的無(wú)功功率來(lái)維持系統(tǒng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓在允許的運(yùn)行值范圍內(nèi)，但無(wú)功功率的大范圍流動(dòng)將導(dǎo)致系統(tǒng)損耗的增加，因此，電網(wǎng)調(diào)度需要在相的服務(wù)。由于每個(gè)電力系統(tǒng)(平衡區(qū)域)的電源、負(fù)荷及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不同，要解決的靈活性問(wèn)題也會(huì)是不同的。例如，高比例風(fēng)光發(fā)電的系統(tǒng)會(huì)面臨日內(nèi)頻繁的電力供應(yīng)波動(dòng)與不確定性，而高比例水電的系統(tǒng)則可能面臨季節(jié)性的發(fā)電出力不足問(wèn)題，因此需要配置不同的可調(diào)節(jié)資源來(lái)提供不同的輔助服務(wù)。同時(shí)，不同類型的可調(diào)節(jié)資源由為了充分利用靈活性資源，以最經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)滿足高比例可再生能源的開(kāi)發(fā)與消納帶來(lái)的日益增加的對(duì)系統(tǒng)靈活性能力的需求，我們認(rèn)為應(yīng)盡快建立與完善輔助服務(wù)市場(chǎng)與價(jià)格機(jī)制，同時(shí)有的放矢地針對(duì)不同地區(qū)與系統(tǒng)建立輔助服務(wù)市場(chǎng)的目的是為保證電網(wǎng)調(diào)度有足夠的可調(diào)節(jié)(靈活性)資源來(lái)確保安全可靠的電力平衡，電網(wǎng)調(diào)服務(wù)市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)方式以最小的成本獲得。而被購(gòu)買的靈活性資源必須保證所被購(gòu)買的Oe此外，與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，高比例可再生能源的消納與高比例電力電子設(shè)備的應(yīng)用給電網(wǎng)調(diào)度保證頻率穩(wěn)定帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，其中一個(gè)突出的方面是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足問(wèn)題。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，作為主力電源的火電、水電機(jī)組所具備的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在保證頻率穩(wěn)定時(shí)發(fā)揮了重要的作用，而以可再生能源為主力電源的新型電力系統(tǒng)則面臨著轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足的問(wèn)題。因此，作為一種新的服務(wù)需求，電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)度有必要通過(guò)輔助服務(wù)市場(chǎng)獲得足作為電力市場(chǎng)化改革的一部分，中國(guó)的輔助服務(wù)市場(chǎng)的發(fā)展尚處在初期建設(shè)階段，在一期(2017)與二期 (2021)共十四個(gè)省級(jí)現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn)地區(qū)，市場(chǎng)體系建設(shè)中都在不同程度上包括了輔助服務(wù)市場(chǎng)的內(nèi)容(圖表3.3.1)，但這些市場(chǎng)試點(diǎn)主要以提供調(diào)頻服務(wù)為試點(diǎn)xi，并且成本主要由電源側(cè)承擔(dān)，存在著體系不完善、新能源不能主動(dòng)參與、市場(chǎng)成本疏導(dǎo)不合理等問(wèn)題。目前，各地方實(shí)踐中還缺乏對(duì)供需側(cè)各種靈活性資源公平開(kāi)放、服務(wù)品種相對(duì)豐富并持續(xù)運(yùn)行的輔助服務(wù)市場(chǎng)。這使得當(dāng)前解決系統(tǒng)靈活性需求面臨兩個(gè)主要的問(wèn)題：一是許多新型的靈活性資源，如儲(chǔ)能、需求側(cè)響應(yīng)等，缺乏提供靈活性服務(wù)并獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益的渠道；二是電網(wǎng)調(diào)度無(wú)法以最低的成本獲得其為了保證安全可靠的電力平衡所需的輔助服務(wù)。為了解決上述問(wèn)題，我們認(rèn)為輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注供需雙方(包括儲(chǔ)能)的公平參與和價(jià)格輔助服務(wù)市場(chǎng)的公平參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的供需側(cè)公平參與首先體現(xiàn)在為有條件、有能力的需求側(cè)主體提供參與機(jī)會(huì)。目前，大部分的規(guī)劃或?qū)嵤┑碾娏κ袌?chǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目缺乏需求側(cè)參與的內(nèi)容。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的需求側(cè)呈剛性，具有不可控的特征，無(wú)法提供與頻率穩(wěn)定相關(guān)的服務(wù)，而隨著技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，需求響應(yīng)等技術(shù)解決方案的應(yīng)用，使得需求側(cè)具備了通過(guò)多種方式提供調(diào)頻與備用服務(wù)的能力，輔助服務(wù)市場(chǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)確保需求側(cè)的靈活性資源與供應(yīng)側(cè)的可調(diào)輔助服務(wù)市場(chǎng)的供需側(cè)公平參與還體現(xiàn)在為新型靈活性資源提供與傳統(tǒng)的火電與水電(包括抽水蓄能)機(jī)組同等的提供輔助服務(wù)的機(jī)會(huì)。新型的靈活性資源包括電源與電網(wǎng)側(cè)的電化學(xué)、飛輪及壓縮空氣等多種儲(chǔ)能設(shè)備，也包括在需求側(cè)融合了分布式能源、負(fù)荷及分布式儲(chǔ)能的微電網(wǎng)和虛擬電廠這樣的可調(diào)節(jié)模塊。這些新型的靈活性資源都應(yīng)在評(píng)估認(rèn)證后被賦予獨(dú)立的輔助服務(wù)市場(chǎng)主體地位，從而使系統(tǒng)調(diào)度得以從眾多的可提供靈活性價(jià)格的合理傳遞價(jià)格向利益方的合理傳遞是降低輔助服務(wù)市場(chǎng)成本的重要因素。購(gòu)買輔助服務(wù)的成本，本著“誰(shuí)受益，誰(shuí)承擔(dān)”的原則，應(yīng)由引起電力供需波動(dòng)的電力用戶或電源共同承擔(dān)。但在目前多個(gè)省份運(yùn)行的調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)市場(chǎng)中，輔助服務(wù)的成本并未直接由消費(fèi)電力的用戶承擔(dān)，而是在供應(yīng)側(cè)的電源中由未提供靈活性服務(wù)的電源承擔(dān)。這并不符合“誰(shuí)受益，誰(shuí)承擔(dān)”的原則。電網(wǎng)調(diào)度所需購(gòu)買的輔助服務(wù)的數(shù)量(容量)與系統(tǒng)最大負(fù)荷預(yù)測(cè)直接關(guān)聯(lián)，只有當(dāng)輔助服務(wù)的成本與每個(gè)用戶的用電量、用電時(shí)段和對(duì)供電可靠性的要求直接掛鉤同時(shí)，價(jià)格的合理傳遞的另一個(gè)含義是指波動(dòng)性可再生能源也應(yīng)該承擔(dān)因其供應(yīng)的波動(dòng)性與不確定性造成的頻率穩(wěn)定所需的服務(wù)的成本。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)是源隨荷動(dòng)，也即負(fù)荷是波動(dòng)的，電源是可隨負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)的，因此，電網(wǎng)調(diào)度所需的維持頻率穩(wěn)定的服務(wù)是直接服務(wù)于負(fù)荷的。但新型電力系統(tǒng)中的高比例波動(dòng)性可再生能源造成了供應(yīng)側(cè)的額外波動(dòng)，系統(tǒng)為維持頻率穩(wěn)定所需的額外輔助服務(wù)成本，按“誰(shuí)受益，誰(shuí)承擔(dān)”的原則，。xi目前也是主要輔助服務(wù)品種，但由于它與現(xiàn)貨市場(chǎng)的覆蓋內(nèi)容和發(fā)展方向有較大重疊，本文的輔助服務(wù)內(nèi)容不含調(diào)/33圖表3.3.1國(guó)內(nèi)輔助服務(wù)市場(chǎng)現(xiàn)狀 用火電機(jī)方公用發(fā)電企業(yè)、分布式光伏(戶用、扶貧項(xiàng)目入山東電網(wǎng)的跨省區(qū)聯(lián)絡(luò)線、滿足電網(wǎng)接入技術(shù)規(guī)范的儲(chǔ)能設(shè)施、滿足電網(wǎng)接入技術(shù)要求的虛擬電廠構(gòu)直調(diào)企業(yè)(包括轉(zhuǎn)下頁(yè)/34/35/35段統(tǒng)調(diào)負(fù)荷預(yù)測(cè)最大值的3%-7%化調(diào)頻性能的公式段統(tǒng)調(diào)荷預(yù)測(cè)大值的3%-7%調(diào)頻性的公式日新能源場(chǎng)站預(yù)測(cè)最大發(fā)電出力的10%確定電網(wǎng)一次調(diào)頻需求場(chǎng)化用戶(能源(風(fēng)能源(風(fēng)能源(風(fēng)資料來(lái)源：落基山研究所/36/36國(guó)聯(lián)邦能源管制委員會(huì)(FERC)在多年前提出了標(biāo)準(zhǔn)市場(chǎng)設(shè)計(jì)(StandardMarketDesign)的指導(dǎo)原則，其目的而輔助服務(wù)市場(chǎng)的目的是為了服務(wù)于所在電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。中國(guó)地域廣闊，地區(qū)之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，電力資源稟賦各異。不同省份和區(qū)域的電力系統(tǒng)，由于電源類型與組合比例的不同、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與互聯(lián)方式不同、負(fù)荷構(gòu)成與特性的差異，在滿足系統(tǒng)靈活性需求方面，也將面臨差異化的挑戰(zhàn)。因此，輔助服務(wù)市場(chǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)有利于充分利用所在區(qū)域所有的靈活性資源(如煤電、水電、儲(chǔ)能與需求側(cè)響應(yīng)等)，并有針對(duì)性地。充分利用系統(tǒng)中的靈活性資源輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)的一個(gè)原則是需要充分利用所在區(qū)域的靈活性資源，為所有有條件的靈活性資源創(chuàng)造平等的市場(chǎng)參與機(jī)會(huì)，這對(duì)于電網(wǎng)調(diào)度能以最小的成本獲得所需的輔助服務(wù)十分重要。眾所周知，煤電機(jī)組需要大幅中和的目標(biāo)，但煤電機(jī)組同時(shí)又是一種靈活性資源，在缺乏足夠的替代資源的情況下，煤電機(jī)組仍是電網(wǎng)調(diào)度可用來(lái)保證頻率穩(wěn)定的有效工具，而建立輔助服務(wù)市場(chǎng)將是充分利用煤電機(jī)組靈活性能力的重要渠道。但是，目前在許多省份的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)中，大量非電網(wǎng)直接調(diào)度的企業(yè)自備電廠(以火電機(jī)組為主)尚無(wú)法直接參與輔助服務(wù)市場(chǎng)。截止2018年底，全國(guó)擁有總裝機(jī)容量超過(guò)1.56億千瓦的自備電廠，占全國(guó)總裝機(jī)的比例約為8.2%35，而部分省份由于歷史原因自備電廠裝機(jī)容量占比更高，以山東為例，共有約180個(gè)自備電廠，占山東省煤電裝機(jī)的近30%。如此規(guī)模的自備電廠無(wú)疑可以為系統(tǒng)的靈活性提供支持。我們認(rèn)為應(yīng)創(chuàng)造條件給予符合政策與環(huán)保等要求的自備電廠輔助服務(wù)市場(chǎng)主體地位，這將保證電網(wǎng)調(diào)度有更充裕的靈活性資源，用更低的成本來(lái)滿足靈活性的需求。同時(shí)，通過(guò)參與輔助服務(wù)市場(chǎng)也有助于緩有針對(duì)性地解決所在區(qū)域的靈活性需求輔助服務(wù)市場(chǎng)的設(shè)計(jì)必須有針對(duì)性地解決所在區(qū)域面臨的問(wèn)題。以可再生能源大省青海為例，青海在2021年末清潔電源裝機(jī)占比達(dá)到90.8%，發(fā)電量占比達(dá)86.1%，而火電發(fā)電量的占比僅為13.9%。青海省計(jì)劃在“十四五”與“十五五”期間大力開(kāi)發(fā)以風(fēng)電與光伏為主的可再生能源，規(guī)劃到2030年光伏與風(fēng)電裝機(jī)分別達(dá)到中水電與煤電等機(jī)組所占比例過(guò)小，特別是在枯水期水電出力不足的情況下，青海電力系統(tǒng)將面臨比較嚴(yán)重的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不足的問(wèn)題。此外，青海是可再生能源電力輸出大省，有相當(dāng)一部分的非水可再生能源資源位于青海省西部地區(qū)，需經(jīng)省內(nèi)長(zhǎng)距離輸送后再經(jīng)現(xiàn)有的及規(guī)劃建設(shè)中的特高壓直流外送至省外，這導(dǎo)致了比較嚴(yán)重的電壓穩(wěn)定問(wèn)題的出現(xiàn)，特別是現(xiàn)有的青豫特高壓直流線路，為了避免因換流設(shè)備閉鎖造成過(guò)電壓，致使目前線路無(wú)法充分發(fā)揮其輸送可再生能源的能力。因此，青海在“十四五”期間建設(shè)輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)除了要包括傳統(tǒng)的調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)外，需優(yōu)先考慮引入轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作為輔助服務(wù)的交易品種，吸引有技術(shù)能力的可調(diào)節(jié)電源為電網(wǎng)調(diào)度提供相應(yīng)的服務(wù)。而在電壓穩(wěn)定方面，電網(wǎng)調(diào)度也需針對(duì)青海電網(wǎng)各個(gè)電壓中樞點(diǎn)的易以獲得足夠的輔助服務(wù)。充充分利用靈活性資源的有效手段是有的放矢、因地制宜的輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)。在“十四五”期間應(yīng)根據(jù)各省的實(shí)踐情況，因地制宜的全面建成以保障電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定為目標(biāo)的省級(jí)輔助服務(wù)市場(chǎng)，并建立保證電壓穩(wěn)定的輔助服務(wù)價(jià)格機(jī)制，最大限度地發(fā)揮供需兩側(cè)的靈活性資源的作用，確?？稍偕茉吹拇笠?guī)模開(kāi)發(fā)與消納。而在“十五五”期間，應(yīng)著力建設(shè)與完善區(qū)域輔助服務(wù)市場(chǎng)，進(jìn)一步促進(jìn)市場(chǎng)的公平參與和價(jià)格的合理傳遞，以確保電力系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)在更大范圍的靈活性資源的配置能力，以最經(jīng)濟(jì)的形式確保高比例可再生能源場(chǎng)景下電/37/37中國(guó)的資源稟賦決定了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)主要依靠火電(燃煤機(jī)組與天然氣機(jī)組)與水電作為可靈活調(diào)節(jié)的電源。在實(shí)現(xiàn)零碳電力、構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的進(jìn)程中，系統(tǒng)調(diào)度需要更多的可調(diào)節(jié)手段，應(yīng)對(duì)不同時(shí)間尺度的平衡需求，既保持實(shí)時(shí)的有功功率平衡和無(wú)功功率平衡，又保持在更長(zhǎng)時(shí)間周期(日、月、年)內(nèi)的電量平衡。但是，傳統(tǒng)技術(shù)方案有各自的發(fā)展限制因素：水電的地理限制明顯；氣電由于成本和本土供給充裕度的制約難以在全國(guó)范圍內(nèi)大規(guī)模擔(dān)當(dāng)靈活性的過(guò)渡手段；煤電也面臨著更加嚴(yán)格的發(fā)展約束。解決這一矛盾需要借助突破技術(shù)。如果電能可大規(guī)模存儲(chǔ)，則電力系統(tǒng)靈活平衡電力供需關(guān)系的能力將發(fā)生革命性的改變。電力無(wú)需為了實(shí)時(shí)供需平衡而即產(chǎn)即消，同時(shí)將大大降低電力生產(chǎn)與輸送的成本與風(fēng)險(xiǎn)，保障電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。與新型電力保障可再生能源提供可控、穩(wěn)定的綠色電力，在電網(wǎng)側(cè)減緩線路投資并消除阻塞，在需求側(cè)使能用戶的需求彈性，從而大幅提升電力系統(tǒng)的靈活調(diào)電力儲(chǔ)能的技術(shù)路線是多元化的，如抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能、氫能、儲(chǔ)能型光熱發(fā)電、壓縮空氣儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、熔融鹽儲(chǔ)能，以及基于電動(dòng)車充放電應(yīng)用的V2G技術(shù)等。不同的儲(chǔ)能技術(shù)在不同時(shí)間尺度下為電力與電量圖表3.4.1儲(chǔ)能技術(shù)路線匯總型★★★尼器★★★★★★★★熱，件★★★★★★★--★★★★★★★★★★★資料來(lái)源：電規(guī)總院,中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)(CESA),落基山研究所/38/38多元化的儲(chǔ)能技術(shù)在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)進(jìn)程的不同階段將發(fā)揮不同的作用。按照國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》36，抽水蓄能、電化學(xué)儲(chǔ)能與氫儲(chǔ)能等將是中國(guó)未來(lái)構(gòu)建電力系統(tǒng)儲(chǔ)能體系的核心技術(shù)。在近期(2030年之前)，技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)效益良好的抽水蓄能將繼續(xù)承擔(dān)主要角色，電化學(xué)儲(chǔ)能儲(chǔ)能等容量將分別達(dá)到62GW37與30GW38。在中遠(yuǎn)期，隨著可再生能源實(shí)現(xiàn)高比例接入，充分開(kāi)發(fā)的抽水蓄能資源、成本進(jìn)一步下降的電化學(xué)儲(chǔ)能，以及逐步成呈現(xiàn)更多元化的發(fā)展格局。言，氫能憑借其可零碳循環(huán)、可規(guī)?；⒖纱鎯?chǔ)、可運(yùn)輸?shù)忍匦?，將成為多個(gè)領(lǐng)域中非常具有潛力的零碳技術(shù)，應(yīng)利用政策激勵(lì)措施重點(diǎn)扶持技術(shù)創(chuàng)新，提早實(shí)現(xiàn)氫能規(guī)模化發(fā)展的經(jīng)濟(jì)效益。在非電力領(lǐng)域，通過(guò)綠氫(即可再生能源電能轉(zhuǎn)化的氫能)的制取與儲(chǔ)存，氫能在交通、化工、鋼鐵等行業(yè)的脫碳進(jìn)程中具有非常廣泛的應(yīng)用前景。在交通領(lǐng)域，氫燃料電池公交和重型卡車具備較為廣闊的應(yīng)用前景，且中國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位：目前全球氫能巴士、氫能卡車的應(yīng)用中，超過(guò)90%的應(yīng)用在中國(guó)；預(yù)計(jì)到2030年，中國(guó)氫燃料電池汽車保有量將達(dá)到62萬(wàn)輛39，相當(dāng)于2021年全球氫燃料電池汽車保有量的15倍。在化工領(lǐng)域，綠氫作為重要的生產(chǎn)原料，具備替代原有煤炭和天然氣制氫，從而實(shí)現(xiàn)化工行業(yè)零碳轉(zhuǎn)型的巨大潛力。在具前景的脫碳解決方案之一。而氫能在新型電力系統(tǒng)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：在電力供應(yīng)充足時(shí)利用風(fēng)、光、水等可再生能源發(fā)電制氫，以氣、液或固態(tài)的方式可長(zhǎng)期存儲(chǔ)并長(zhǎng)距離運(yùn)輸，再在電力供應(yīng)短缺、需要靈活性支持的時(shí)間與空間點(diǎn)，以氫能燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)組氫氣摻燒、煤電機(jī)組摻氨發(fā)電(通過(guò)綠氫制氨)或氫燃料電池發(fā)電等方式提供電力。電技術(shù)既可以滿足負(fù)荷跟蹤、系統(tǒng)調(diào)頻等秒級(jí)和分鐘級(jí)應(yīng)用需求，也能支撐針對(duì)新能源消納和系統(tǒng)調(diào)峰所需的GW圖表3.4.2青海引入氫能發(fā)電后棄電率對(duì)比(為經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則下的模型仿真結(jié)果)8%6%4%8%6%4%%景棄風(fēng)率景棄風(fēng)率率景棄水率率率/39/39盡管氫能在電力領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，且中國(guó)目前的制氫量為全球第一，但綠氫發(fā)電應(yīng)用方面仍處在起步階個(gè)：?綠氫成本過(guò)高，缺乏規(guī)模化的經(jīng)濟(jì)效益。目前煤制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫的成本約為每公斤10-12元，綠氫成本約為每公斤20-25元，只有充分提高成本經(jīng)濟(jì)性的競(jìng)爭(zhēng)力，才有可能實(shí)現(xiàn)灰氫xii和藍(lán)氫xiii向綠氫的轉(zhuǎn)型，而產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大特別是裝機(jī)量的快速提升恰恰是降低成本的最有效方式。到2030年，如果全國(guó)制氫電解槽擴(kuò)大到100GW，其單位千瓦投資成本有望降低25%以上，同時(shí)得益于光伏和風(fēng)電的度電成本進(jìn)一步降低，綠電制氫總成本有望下降至每公斤13元(圖表3.4.3)。圖表3.4.3不同制氫技術(shù)路線成本演變的制氫、儲(chǔ)氫及氫能發(fā)電的核心技術(shù)。在制氫與儲(chǔ)氫環(huán)節(jié)，中國(guó)從核心設(shè)備到制備距。如目前國(guó)內(nèi)對(duì)于高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫技術(shù)僅掌握35MPa儲(chǔ)氣，而70MPa儲(chǔ)氣主要依賴技術(shù)引進(jìn)；在氫能發(fā)電環(huán)節(jié)，中國(guó)尚不掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，更多地要依靠主機(jī)原廠提供技術(shù)和設(shè)備材料，在壽命期內(nèi)進(jìn)行摻氫改造的整體經(jīng)濟(jì)性差；同時(shí)，中國(guó)也尚未掌握大型燃?xì)廨啓C(jī)的核心技術(shù)，在燃?xì)湫腿細(xì)廨啓C(jī)研發(fā)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際廠家，市場(chǎng)主要的燃?xì)湫腿細(xì)廨啓C(jī)均為國(guó)際廠家設(shè)計(jì)研發(fā)41。因此，不掌握核心技術(shù)直接導(dǎo)致了推廣氫能發(fā)電需要進(jìn)口昂貴的國(guó)外設(shè)備，大幅增加了投資成本，無(wú)法大xii指采用化石燃料生產(chǎn)的氫氣。xiii指采用化石燃料搭配碳捕集技術(shù)生產(chǎn)的氫氣。/40/40綜合上述的分析，我們認(rèn)為推動(dòng)氫能發(fā)電應(yīng)用最關(guān)鍵的舉措是要突破核心技術(shù)自主研發(fā)的瓶頸，將氫能發(fā)電領(lǐng)域各環(huán)節(jié)核心技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)作為國(guó)家科技發(fā)展重大戰(zhàn)略，給予政策和資金支持。近十幾年中國(guó)的風(fēng)電與光伏的長(zhǎng)足發(fā)展，在全球獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，正是得益于在政府扶持下掌握了核心技術(shù)并快速實(shí)現(xiàn)了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)合中國(guó)的國(guó)情，在燃料替代發(fā)電與燃料電池發(fā)電兩種主流技術(shù)方案中，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展燃料替代方式的發(fā)電，即燃?xì)鈸綒洹迸c煤混燃及純氫燃?xì)獍l(fā)電，這些方式將可充分利用現(xiàn)有的煤電與天然氣電機(jī)組設(shè)備，在逐步增加可再生能源的氫能利用規(guī)模的同時(shí)，逐漸降低現(xiàn)有化石能源發(fā)電電源的碳排放強(qiáng)度。另外，在具備可再生發(fā)電資源的的整體經(jīng)濟(jì)性。五”期間應(yīng)下大氣力掌握制氫、儲(chǔ)氫及氫能發(fā)電(如氫燃機(jī)領(lǐng)域)的核心技術(shù)，從而大幅降低綠氫發(fā)電應(yīng)用的全/41/41電網(wǎng)優(yōu)化資源以消納可再電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的核心任務(wù)是保證在正常頻率下的電力供需平衡，而這一功能是以平衡區(qū)域(balancingauthority)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)只有一個(gè)獨(dú)立的平衡區(qū)域時(shí)(獨(dú)立運(yùn)行的電力系統(tǒng))，電網(wǎng)調(diào)度必須在實(shí)時(shí)保證系統(tǒng)頻率維持在正常頻率值的條件下，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)的電力供應(yīng)與需求的平衡。而當(dāng)多個(gè)電力平衡區(qū)域互聯(lián)(互聯(lián)電力系統(tǒng))時(shí)，互聯(lián)系統(tǒng)需共同維持同一頻率，因此維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定需要系統(tǒng)內(nèi)所有平衡區(qū)域的系統(tǒng)調(diào)度區(qū)域控制偏差(ACE)是每個(gè)平衡