馬睿，程碩

（1.湖北省電力勘測設計院有限公司，武漢 430040；2.中國電建集團湖北工程有限公司，武漢 430040）

1 引言

我國提出了打造以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，使得我國新型電力系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。然而新能源在提供充足電力的同時，引起了發(fā)電側(cè)調(diào)節(jié)的靈活度顯著下降的現(xiàn)象，系統(tǒng)平衡面臨著巨大的壓力。

2 構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

在我國的新型電力系統(tǒng)之中，新能源已經(jīng)逐漸成為主導能源。由于新能源在生產(chǎn)過程中有著諸多不確定的因素，且其設備的抗干擾能力不強，在一定程度上存在安全隱患。為了解除安全隱患，就需要持續(xù)對新型電力系統(tǒng)進行研發(fā)及投入，而這也會讓其運行成本不斷上升，造成了經(jīng)濟上的壓力。為了合理地保持環(huán)境、經(jīng)濟以及安全3方面的平衡，需要在電價市場把控、運行機制調(diào)控以及相關(guān)政策方面進行持續(xù)優(yōu)化[1-2]。

2.1 充裕性挑戰(zhàn)

我國新能源的總體利用時長不足，到2020年年底，我國新能源的總體利用小時數(shù)遠低于其負荷，而要讓新能源占比持續(xù)增加，就需要讓其裝機的容量得到擴充。而目前我國各地區(qū)新能源的日平均出力仍然處在一個較低的水平，難以保障持續(xù)供電，需要和大電網(wǎng)等配合來保障供電，也就需要對其進行再次投資。同時，新能源因自身的特點，導致其產(chǎn)出量具有波動性，且波動的時間長。在出力低的時間段內(nèi)，電力系統(tǒng)需要啟用常規(guī)電源來維持平衡，而在持續(xù)高出力的時段會給電力儲存、安全等帶來一定的壓力。新能源的每日功率也有較大的波動，在15 min之內(nèi)，最大功率的波動可以高達峰荷的10%，而常規(guī)電源難以補足這種波動，需要大規(guī)模儲能來協(xié)調(diào)解決。季節(jié)特征也會給新能源出力帶來一定程度的影響，這也會讓新能源在來源上會有一定程度的不穩(wěn)定性。例如，在利用風能來進行發(fā)電的新能源類型中，發(fā)電時間主要集中在春季和冬季，而這種不確定性會對新能源總體容量造成負面影響，增加總體規(guī)劃的難度。其次，新能源在功率的預測上會存在一定程度的誤差。由于我國不同地區(qū)地形有區(qū)別，各地的氣候類型也各不相同，有著較強的波動性，難以進行精準的功率預測。

2.2 安全性挑戰(zhàn)

新能源持續(xù)介入，會對常規(guī)機組的空間持續(xù)占據(jù)，且占據(jù)的比例不斷增加，導致整個電力系統(tǒng)的調(diào)頻能力持續(xù)下滑，最終導致調(diào)頻持續(xù)增多，波動的幅度持續(xù)增大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)頻率偏差也會不斷擴大，整個系統(tǒng)面臨的越限風險持續(xù)擴增。新能源的加入可以讓整個體系中的穩(wěn)態(tài)偏差下降，但是由于整個系統(tǒng)的慣量并未得到相關(guān)的改善，低慣量體系依舊有越限的潛在風險存在。新能源機動組態(tài)的無功支撐能力比常規(guī)電源的差，并且新能源發(fā)電的過程需要經(jīng)過各個環(huán)節(jié)的增壓來最終接入電網(wǎng)內(nèi)，其與主網(wǎng)之間的距離跨度大，達到了常規(guī)機組2～3倍。隨著我國新能源在整個行業(yè)中占比的急速增大，在整個系統(tǒng)中，動態(tài)儲存的總體含量及支撐這個含量的能力不斷走低，導致整個體系的電壓難以維持穩(wěn)定。在新能源產(chǎn)能較高的地區(qū)，新能源以各種方式持續(xù)不斷地接入電網(wǎng)系統(tǒng)當中，導致整個系統(tǒng)出現(xiàn)短路且系統(tǒng)的整體容量縮小，電壓的支持能力也會隨之減小，這就讓暫態(tài)過電壓的情況十分突出，可能超出設備的承載能力，造成一部分設備地損壞，帶來經(jīng)濟上的損失。

在新能源產(chǎn)能的具體過程中，其控制最終儲存能量的方法、故障解決的具體方式和在電網(wǎng)中接入的具體位置都可能會對整個電網(wǎng)系統(tǒng)造成一定的影響，同時還可能會因其慣量不斷下降最終導致穩(wěn)定問題發(fā)生所需的時間減少，暫態(tài)的過程不斷加速。由于新能源的加入受到介入位置等因素的影響，對整個電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性會造成一定的負面影響，同時還可能會導致新型穩(wěn)定內(nèi)涵的出現(xiàn)；暫態(tài)的環(huán)節(jié)加快也會持續(xù)增加失配的風險，對電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性造成影響。在新能源發(fā)電系統(tǒng)中，有電力電子裝置，讓新能源系統(tǒng)能夠進行快速的響應，而在傳統(tǒng)電網(wǎng)中有穩(wěn)定性問題。

2.3 新型電力系統(tǒng)面臨的機制挑戰(zhàn)

新能源體系與傳統(tǒng)的常規(guī)發(fā)電機組在設備、建設及運行成本、設備的特性等方面都有著較大的差異。新能源系統(tǒng)在整個運行過程中不會用到燃料，只需要支出人工成本、系統(tǒng)的維護成本以及建造材料的費用。相對于傳統(tǒng)的火電能源來說，其運行的成本非常低，這就讓新能源具備了非常低的邊際成本，在充分利用新能源發(fā)電，讓其發(fā)電十分充足的情況下，甚至可能在交易市場中出現(xiàn)負電價。而就新能源體系的特點來看，其具備了清潔綠色的特點，同時輔助服務需求較高，讓市場機制的設計面臨一系列挑戰(zhàn)。

隨著行業(yè)中新能源所占比例越來越大，在整個市場中的利益主體量也飛速增加，且平均體量隨之下降。利益的主體部分同時具有了供方的特點和需求方的特征，各個主體部分之間的動態(tài)平衡也面臨著隨時變化的風險。同時，各個部分之間相互交織，對于能源的市場交易、生產(chǎn)體系管理機制以及體系的設計及優(yōu)化都提出了新的要求。

在能源行業(yè)持續(xù)進行轉(zhuǎn)型的過程中，在對自然環(huán)境的保護、系統(tǒng)升級的安全性以及最終的經(jīng)濟收益之間都存在難以協(xié)同的問題。各主體之間目標的多樣性、能源穩(wěn)定性上的需求以及新能源供應過程中的不確定性之間存在一定的矛盾，各個利益主體有著多重屬性，這就讓制度設計的難度顯著增加，對于具體的目標可控性難以達標，體制機制的設計難度非常高。

在整體體系當中，整體技術(shù)體系以及基礎的理論部分都需要持續(xù)優(yōu)化。電力體系整體構(gòu)建的具體條件也隨著新能源的飛速發(fā)展而產(chǎn)生了諸多的變動，在整個交易市場當中，能源種類繁多，而對其進行建模的技術(shù)還有待提升，市場建模的能力以及新型電力的開發(fā)建設以及實踐運營之間存在的相互影響還沒有開發(fā)出科學的評價機制。目前的技術(shù)還不足以為市場建模以及運營機制的設計提供足夠的技術(shù)支持，這就給機制體制的遠期規(guī)劃以及同一性設計帶來一定程度的挑戰(zhàn)。

3 政策市場中機制的思考

3.1 完善電價市場機制

由于新能源發(fā)電的過程中可以有效降低邊際成本，同時還存在著不確定性，在新能源占比較高的條件下，電力的儲備量和時空之間的不平衡時常產(chǎn)生巨大矛盾。因此，就需要迅速建成新能源消耗的市場機制。而在對其進行設計知識，需要對新能源及常規(guī)能源之間的用戶進行配合，協(xié)調(diào)其中的多利益主體，充分實現(xiàn)其價值。

3.2 建設輔助服務市場

在新能源占比較多的并網(wǎng)過程中，對整個電力體系服務的需求較高，需要構(gòu)建容量市場，加大新能源使用的宣傳力度，提高電源生產(chǎn)過程中的調(diào)整靈活度，對負荷側(cè)的相應做出一定程度的補償。另外，在整個市場進行設計的過程中，需要對其輔助服務的需求進行科學的計算，明確新能源的服務意義，并在規(guī)劃中就需要對此進行考慮。

3.3 構(gòu)建新能源利用成本傳導的機制

新能源的裝機及其電量占比持續(xù)提升已經(jīng)成了目前的發(fā)展趨勢，需要對此進行詳盡的研究并科學地構(gòu)建新能源利用的成本機制，對新能源參與到整個消費市場中的權(quán)益和義務進行明確，對體系中新能源占比較高的整體成本進行評估，利用市場化的手段來推動其輔助服務，讓用電終端對新能源電能進行消化，引導新能源的持續(xù)發(fā)展并不斷對其進行優(yōu)化。

3.4 建設綠證市場以及碳市場

碳排放權(quán)的交易市場是用溫室氣體的排放總量或者其減排的信用作為衡量標準來進行交易的市場，屬于新型的工具。其最大側(cè)創(chuàng)新點是利用市場來解決環(huán)境面臨的具體問題，在整個交易過程中能夠形成科學、合理的碳價，最終使落后的產(chǎn)能逐漸淘汰。同時，需要依據(jù)新型電力系統(tǒng)的特征，構(gòu)建低碳評價的體系，具體方式如圖1所示。

圖1 低碳評價體系設計方法

3.5 協(xié)調(diào)電力安全屬性以及商品屬性

隨著社會的不斷發(fā)展，電力在整個能源中占據(jù)的比例持續(xù)上升，而為了保障電力的安全性，就需要讓電力系統(tǒng)覆蓋面增加，但這會讓其成本顯著上升，因此，急需在政策法規(guī)的引導下對電力安全的屬性進行劃定。一方面由于電力本身具有商品屬性，可以采取市場化手段來開發(fā)出綜合能源中的潛在價值，另一方面需要持續(xù)建設電力基地以保障整個電力系統(tǒng)的安全底線，保障供電的安全。

4 結(jié)語

面對全球的氣候變化，為了實現(xiàn)我國社會的持續(xù)性發(fā)展，滿足人們對美好生活的向往，保障能源供應的安全性，就需要正視電力安全的問題，需要多行業(yè)、多能源協(xié)同合作來保障能源的安全，通過技術(shù)創(chuàng)新和非技術(shù)手段來解決我國電力供應的安全性。就體制機制設計來說，需要持續(xù)關(guān)注電力作為基礎能源的作用，通過合理配置常規(guī)電力工藝以及安全機制來抑制不科學的消費。同時，對于市場機制方面的設計，需要持續(xù)關(guān)注定量評估與市場交易。

從電力發(fā)展的角度來看，我國電力發(fā)展已經(jīng)到了能源轉(zhuǎn)型的階段，其任務是從法規(guī)、市場以及技術(shù)方面來進行全方位研發(fā)。中期則是新型電力體系的形成階段，需要進一步完善政策和法律法規(guī)以及消費市場中的電價機制，搭建新型的電力體系并解決其運行中的安全問題。遠期目標則是全面形成新一代的能源體系，徹底解決能源排放無污染以及電力能源的安全性問題，全面打造以新能源為主體的電力體系。

電力體系是一個復雜的工程體系，需要各地區(qū)和多行業(yè)的統(tǒng)籌規(guī)劃及合作，需要兼顧經(jīng)濟效益、安全性以及對環(huán)境的影響。因此，需要對相關(guān)政策法規(guī)進行合理的改革創(chuàng)新，對市場電價進行管理，同時持續(xù)開發(fā)新技術(shù)和手段，培養(yǎng)人們的節(jié)能減排意識，提高人們的積極性，平穩(wěn)有序地實現(xiàn)電力體系的全面發(fā)展。