文 | 本刊特約評(píng)論員 張樹偉

系統(tǒng)“調(diào)峰能力與輔助服務(wù)”是啥意思

文 | 本刊特約評(píng)論員 張樹偉

在前幾期的專欄中，我們討論了電力需求不旺、電源與電網(wǎng)不協(xié)調(diào)、外送能力不足，以及外送“打捆”之于棄風(fēng)問(wèn)題的相關(guān)性，指出這些說(shuō)法存在評(píng)價(jià)體系價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)不清楚（是否擴(kuò)大外送，解決電網(wǎng)阻塞缺乏成本效益分析；“又大又粗”的高壓點(diǎn)對(duì)網(wǎng)基荷送電，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性，卻整天拿“大容量”當(dāng)賣點(diǎn)），與討論的問(wèn)題不相干（需求不旺與供給端的有效競(jìng)爭(zhēng)不搭界），或者遠(yuǎn)不夠解釋高棄風(fēng)率（如存在網(wǎng)絡(luò)阻塞，長(zhǎng)期需要擴(kuò)容）的問(wèn)題。在本期專欄中，我們討論所謂的“系統(tǒng)調(diào)峰能力不足”的意思與含義。

事實(shí)

? 系統(tǒng)的調(diào)峰，可以通俗理解為調(diào)頻之外的向上與向下的出力變化（15分鐘到小時(shí)級(jí)都是存在的），以保持系統(tǒng)的實(shí)時(shí)平衡。向上的調(diào)峰，在目前系統(tǒng)容量嚴(yán)重過(guò)剩的背景下，容量不成問(wèn)題；調(diào)節(jié)速率問(wèn)題則可以在很大程度上通過(guò)開機(jī)組合短期計(jì)劃來(lái)解決。系統(tǒng)所需的調(diào)節(jié)靈活性（需求、可再生能源）可以通過(guò)很多方式（火電調(diào)節(jié)、需求響應(yīng)等）得到滿足。

? 向下的調(diào)峰涉及最小出力問(wèn)題，這方面的討論仍舊是非常不透明的。如果系統(tǒng)所有的機(jī)組都實(shí)現(xiàn)了最小出力，那么證明系統(tǒng)存在嚴(yán)重的供大于求，價(jià)格需要大幅跌落，以將盡可能多的出力擠出。電價(jià)不斷下降到低于燃料成本的程度（比如0.1元/千瓦時(shí)—0.15元/千瓦時(shí)），靈活的煤電就寧愿盡可能地停機(jī)，而不愿意留在序列里承擔(dān)虧錢的損失了。那么剩下的，就是的確“往下調(diào)不了”或者不足夠靈活參與下一階段市場(chǎng)的那部分。這種基于“顯示偏好”的最小出力，往往比測(cè)算出的技術(shù)性最小出力要準(zhǔn)確得多（見圖1）。

? 熱電廠保持供熱所需要的同時(shí)，維持的發(fā)電功率往往是一個(gè)向下調(diào)節(jié)的障礙。東北冬季供暖期的調(diào)峰問(wèn)題是一個(gè)常被提起并用來(lái)證明“調(diào)峰困難”的實(shí)例。圖2是吉林電網(wǎng)冬季典型日24小時(shí)運(yùn)行的情況。但是令人費(fèi)解的是，為何火電最小技術(shù)出力在24小時(shí)內(nèi)都保持一條直線？從常識(shí)來(lái)講，即使要照顧供暖需求，白天與黑夜的供暖功率都不需要一樣。為何中午12時(shí)和晚上10時(shí)的火電出力都沒(méi)有變化？供熱的需求并不構(gòu)成這種變化的剛性約束。何況，在一定范圍內(nèi)熱電比的變化以及徹底的熱電解耦，已經(jīng)是丹麥等國(guó)的一個(gè)基本運(yùn)行事實(shí)（見圖3）。

? 2016年，《東北電力輔助服務(wù)市場(chǎng)專項(xiàng)改革試點(diǎn)方案》《東北電力輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則（試行）》陸續(xù)頒布，從2017年開始實(shí)施。后一個(gè)文件“發(fā)明”了火電深度調(diào)峰的概念，將火電調(diào)節(jié)到大約50%（存在一些細(xì)節(jié)變化，比如春節(jié)降至40%）以下定義為“有償調(diào)峰服務(wù)”。這一服務(wù)的成本，由負(fù)荷率高于深度調(diào)峰基準(zhǔn)的火電廠、風(fēng)電場(chǎng)、核電廠共同分?jǐn)?。火電壓低出力客觀上存在額外成本，包括但不限于更低的熱效率、機(jī)組損耗加劇等。只是不清楚這些基準(zhǔn)到底是如何確定的？為何50%上下一個(gè)1%的變化性質(zhì)如此不同（向上似乎是免費(fèi)的）？為何這種服務(wù)的需求方是所有的其他出力仍舊高的機(jī)組？參與了有錢拿，不參與還得給錢，參與了也不影響年發(fā)電量。如果補(bǔ)償足夠大，火電是否都會(huì)參與，作為“調(diào)峰”機(jī)組？從完全沒(méi)有平衡責(zé)任，到“大鍋飯”一起承擔(dān)平衡責(zé)任，這個(gè)市場(chǎng)從無(wú)到有的過(guò)程是否涉嫌過(guò)度“生造”？

圖1 基于顯示偏好的機(jī)組最小出力示意圖

圖2 吉林電網(wǎng)冬季典型日24小時(shí)運(yùn)行曲線

? 在競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)（特別是分散式市場(chǎng)中），承擔(dān)平衡責(zé)任的往往是所有參與者（起碼是傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組）。平衡輔助服務(wù)價(jià)格的確定是基于市場(chǎng)，而不是成本1：輔助服務(wù)有很多類型，三次平衡調(diào)節(jié)僅是其中的一類，其他的可以包括電壓支持、黑啟動(dòng)等。市場(chǎng)與成本為基礎(chǔ)（market-based和cost-based）在長(zhǎng)期是沒(méi)有區(qū)別的，但是短期往往存在巨大的區(qū)別。市場(chǎng)通常是邊際成本定價(jià)或者雙邊撮合（pay as bid）的，而成本定價(jià)往往是長(zhǎng)期平均成本定價(jià)。。也就是說(shuō)，無(wú)論是發(fā)電商，還是用戶，都有保證自我平衡的義務(wù)（否則意味著產(chǎn)生了輔助服務(wù)）。調(diào)度負(fù)責(zé)各種計(jì)劃（比如日前）與實(shí)時(shí)偏差的處理（機(jī)組出力誤差、需求預(yù)測(cè)誤差、應(yīng)急事件等），是參與平衡市場(chǎng)的少部分機(jī)組和系統(tǒng)備用資源的“調(diào)度者”。這部分機(jī)組往往只占整體裝機(jī)的5%—10%。比如德國(guó)的4個(gè)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（TSO），定期招標(biāo)一次、二次、三次（對(duì)應(yīng)于15分鐘以上，到幾小時(shí)的調(diào)節(jié)，大致相當(dāng)于我國(guó)的調(diào)峰）系統(tǒng)調(diào)節(jié)的資源，這部分資源的總量大概為500萬(wàn)千瓦—600萬(wàn)千瓦（最大負(fù)荷8500萬(wàn)千瓦左右），近年來(lái)還有所下降。

? 因此，在競(jìng)爭(zhēng)性市場(chǎng)，機(jī)組（或者機(jī)組組合在一起）享受“平衡服務(wù)”，其原因必然是自身的實(shí)際出力相比較自己的承諾，產(chǎn)生了額外導(dǎo)致系統(tǒng)不平衡的“偏差”。這一偏差的彌補(bǔ)（由調(diào)度統(tǒng)一管理），如果意味著額外的平衡成本（偏差也有好壞之分，與總的偏差符號(hào)相反的偏差有助于系統(tǒng)平衡，見圖4），需要由引發(fā)偏差的機(jī)組承擔(dān)，而系統(tǒng)運(yùn)行者需要各種備用去應(yīng)對(duì)這種不平衡。在可再生能源發(fā)展的初期，往往是出于積累經(jīng)驗(yàn)的需要而免除它的這一責(zé)任。但是目前，越來(lái)越多的新建風(fēng)電與大型光伏項(xiàng)目已經(jīng)開始直接參與市場(chǎng)，并且承擔(dān)平衡責(zé)任。預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率不高，出現(xiàn)大的出力偏差，往往意味著極高的收益損失2，甚至是虧損。

? 在我國(guó)，調(diào)度與參與者之間的責(zé)任界面區(qū)分不明顯。調(diào)度往往具有無(wú)限的責(zé)任，而參與者是否在交易后實(shí)現(xiàn)了自我平衡，缺乏相應(yīng)的基準(zhǔn)與高分辨率去判斷。具有無(wú)限責(zé)任的同時(shí)，也具有無(wú)限的權(quán)力，可以在相當(dāng)大程度上決定機(jī)組的出力（比如火電機(jī)組，50%以內(nèi)是義務(wù)，50%以外給補(bǔ)償），往往成為了所有機(jī)組的“指揮官”。

邏輯

? 系統(tǒng)即使存在調(diào)峰能力不足（比如供熱機(jī)組已經(jīng)到達(dá)最小出力，系統(tǒng)仍存在過(guò)量的有功出力），那么這一問(wèn)題的代價(jià)需要由風(fēng)電去部分甚至全部承擔(dān)，這其中存在著邏輯跳躍。為什么不是那些調(diào)不下的承擔(dān)成本，而是風(fēng)電（也包括所有其他的發(fā)電機(jī)組）承擔(dān)成本。它們?yōu)楹巍跋硎堋绷苏{(diào)峰服務(wù)的認(rèn)定依據(jù)不清楚。

? 波動(dòng)性電源進(jìn)入系統(tǒng)，將具有區(qū)別于舊有可控基荷機(jī)組的強(qiáng)烈再分配效應(yīng)。風(fēng)電與光伏將持續(xù)地改變剩余負(fù)荷曲線的形狀，所以，即使未來(lái)有足夠的電力需求增長(zhǎng)，其他機(jī)組的利用水平也會(huì)大大折扣，以至于在可再生能源出力大過(guò)總負(fù)荷之后，基荷機(jī)組完全消失，市場(chǎng)份額縮小。這是可再生能源出力特性的特點(diǎn)，也是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果和系統(tǒng)成本最小化的必然要求。如果將它認(rèn)定為是可再生能源“享受”了原有機(jī)組提供的任何服務(wù)，那么往往意味著原來(lái)的市場(chǎng)是既有機(jī)組“讓出來(lái)”的，而不是競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制下的結(jié)果。

圖3 丹麥某熱電廠2016年9月的一周運(yùn)行出力變化

? 從以上分析可以看出，目前國(guó)內(nèi)

2：目前，由于風(fēng)電、光伏進(jìn)入系統(tǒng)的merit-order效應(yīng)，美國(guó)與歐洲電力市場(chǎng)價(jià)格不斷下降，發(fā)電商從批發(fā)市場(chǎng)獲得的利潤(rùn)日益微薄。核電、風(fēng)電一次出力偏差的影響，可能就相當(dāng)于其一周、甚至一個(gè)月的利潤(rùn)（與美國(guó)New England監(jiān)管機(jī)構(gòu)Ronald Coutu先生的談話，2017年4月16日）。對(duì)調(diào)峰問(wèn)題的討論暗含著“先來(lái)后到”、計(jì)劃性市場(chǎng)份額，而非“有效率競(jìng)爭(zhēng)”的價(jià)值觀；充斥著“技術(shù)性”系統(tǒng)視角的平衡實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)安全，而非以市場(chǎng)為基礎(chǔ)的解決思路；對(duì)于“誰(shuí)的問(wèn)題，又是誰(shuí)來(lái)承擔(dān)成本”的責(zé)任劃分與成本分?jǐn)偸且还P糊涂賬。這與調(diào)度過(guò)度地追求對(duì)發(fā)電的完全可控（而不是承諾與實(shí)際出力的一致性）、調(diào)度自由量裁權(quán)與調(diào)度尺度過(guò)大、所有機(jī)組缺乏短期自我平衡責(zé)任密切相關(guān)。

? 退一步來(lái)講，即使認(rèn)為機(jī)組深度調(diào)峰是一種“服務(wù)”，那么對(duì)這一服務(wù)的享受者也需要進(jìn)一步認(rèn)定，而不是像很多媒體報(bào)道的那樣，“一步到位”地部分乃至全部落到可再生能源頭上，這同樣存在邏輯跳躍。調(diào)峰本身就是模糊的，回避了競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)份額的問(wèn)題。

? 沒(méi)有系統(tǒng)調(diào)度數(shù)據(jù)，也就說(shuō)不清楚機(jī)組減少出力或者完全停機(jī)調(diào)峰，到底（在多大程度上）是因?yàn)榭稍偕茉吹慕尤耄€是要維持一定水平的供熱出力或者調(diào)節(jié)裕度，以滿足系統(tǒng)可靠性要求。

圖4 系統(tǒng)平衡服務(wù)與機(jī)組的偏差(實(shí)時(shí)—日前)

含義

競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)中，平衡的責(zé)任往往是分散到每一個(gè)個(gè)體，調(diào)度需要處理的只是偏差部分與系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡，系統(tǒng)開機(jī)組合計(jì)劃往往是競(jìng)爭(zhēng)性分散決策的。而我國(guó)調(diào)度（5級(jí)體系）往往具有無(wú)限的責(zé)任與權(quán)力，具有集中統(tǒng)一所有計(jì)劃的職能，要求所有機(jī)組“完全可控、可調(diào)”。這與可再生能源波動(dòng)劇烈、無(wú)法完全準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的出力特點(diǎn)產(chǎn)生了明顯的沖突。在我國(guó)，目前關(guān)于系統(tǒng)的調(diào)峰能力，仍舊在相當(dāng)程度是一種系統(tǒng)如何保持平衡的技術(shù)性討論，而涉及相關(guān)參與者自身的損益如何劃分更是一個(gè)找不到足夠需求方的政治性分?jǐn)偂?/p>

系統(tǒng)調(diào)峰能力，特別是向下調(diào)節(jié)能力在某些時(shí)段存在不足是可能的，在歐美也是存在的。但是在歐美，這一不足的代價(jià)承擔(dān)者不是風(fēng)電發(fā)電商，而往往是那些無(wú)法做到深度減少出力的傳統(tǒng)煤電與核電機(jī)組。這也符合基本的經(jīng)濟(jì)邏輯——系統(tǒng)成本最小化，可變成本幾乎為零的可再生能源永遠(yuǎn)需要優(yōu)先調(diào)度，而其他的去滿足剩余負(fù)荷（Residual Load）。無(wú)法深度調(diào)峰是煤電的煩惱與問(wèn)題。它留在系統(tǒng)中少數(shù)幾個(gè)時(shí)段虧錢是不得已的選擇，這仍舊好過(guò)停機(jī)錯(cuò)過(guò)大部分的掙錢機(jī)會(huì)。

深度調(diào)峰作為一種輔助服務(wù)類型，在邏輯上是費(fèi)解的，是基于給定的計(jì)劃小時(shí)數(shù)（市場(chǎng)份額）與“基荷偏好”的安排，排斥發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)性安排與競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)份額的體現(xiàn)。這與未來(lái)系統(tǒng)的“低利用率、輕資產(chǎn)、價(jià)格波動(dòng)劇烈”的特點(diǎn)格格不入，也缺乏風(fēng)電享受了“調(diào)峰輔助服務(wù)”的明確認(rèn)定依據(jù)與參考基準(zhǔn)。

調(diào)度運(yùn)行數(shù)據(jù)的及時(shí)公開是對(duì)以上問(wèn)題形成共識(shí)性診斷的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與前提，筆者也隨時(shí)準(zhǔn)備根據(jù)充足的事實(shí)與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)調(diào)整自己的認(rèn)知。這是一項(xiàng)非常迫切的任務(wù)，是可能的調(diào)度方式改變與系統(tǒng)偏差平衡成本更公平分?jǐn)偟那疤帷?/p>

[作者單位：卓爾德（北京）環(huán)境研究中心（Draworld）]