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      如何降低新能源電力消納成本?
      發布者:lzx | 來源:南方能源觀察 | 0評論 | 1625查看 | 2020-08-06 09:57:34    

      根據Lazard 2019年的年度報告(LCOE13.0),過去十年(2009—2019)間,全球陸上風電平均發電成本降低至41美元/MWH,下降了70%;光伏發電成本降低至40美元/MWH,下降了89%,均已低于傳統化石能源的發電成本。這讓我們對清潔電力的未來充滿信心。


      隨著新能源發電成本的降低,各個國家和地區都進行了探索性實踐。近年來,我國也在清潔能源消納方面進行了一系列有益的探索與嘗試。例如,青海省連續三年(2017—2019)試驗全清潔能源供電,分別實現了連續7天、9天和15天全清潔能源供電。


      但在成本下降加上補貼的刺激之下,新能源快速發展,長遠的電力消納并不能由個別地區的全清潔能源供電試驗解決,“棄風”“棄光”仍然不容忽視。


      造成這種現象的直接原因是,新能源發電的市場建設將關注點集中于發電側,把發電成本優勢當成了競爭優勢,而忽略了消納成本。更深層原因在于,我國大部分地區電力系統靈活性不足,無法適應高比例的清潔能源裝機,配套消納機制和市場建設還不健全。隨著新能源裝機規模快速增加,電力系統消納新能源電力的成本也逐漸增加,這將制約我國能源低碳轉型的進程。


      在成熟的電力市場中,高比例新能源電力的系統性成本表現為批發電價與零售電價之間差距的擴大。據美國能源情報署(EIA)最新的電力年報統計,全美主要發電企業的發電成本僅占其總支出的44%,而輸配電及維護等支出占了相當比例,而且還在逐年上升。


      芝加哥大學能源與環境政策研究所(EPIC)最新的工作論文發現,美國29個州(及華盛頓特區)實施可再生能源配額制(Renewable Portfolio Standard,RPS)5年后,可再生能源發電比例提高了1.8%,而零售電價提高了11%;實施7年后,發電比例提高了4.2%,而零售電價提高了17%。這是由于新能源發電成本主要為固定成本,邊際成本很小,隨著新能源發電比例的提高,一方面批發電價逐漸走低,另一方面,新能源消納成本通過零售電價轉嫁給了最終消費者。


      “還原電力商品屬性,形成主要由市場決定能源價格的機制”是本輪電力體制改革的主要目標。讓電力回歸商品屬性要求我們從商品的角度認識不同發電技術之間的異質性,從而完善與新能源相關的成本疏導和分攤機制。


      被“忽略”的電網級成本


      按照系統的層級,我們可以把電力供應的成本分為發電廠級成本、電網級成本和社會成本三類。電廠級成本包括用于建造電廠的各項投入以及運維成本,即日常核算的度電成本(LCOE)。電網級成本包括發電廠在擴建、加固或連接電網方面對系統施加的成本,以及當某些技術(通常是風能和太陽能光伏)的輸出不確定或顯示間歇性時,維持旋轉儲備或額外可調度容量的成本。社會成本相當廣泛,它包括可能影響電力系統以外個人和社會福利的各種成本(或收益),包括但不限于對空氣污染、氣候變化、土地使用或資源消耗的影響,以及對能源和電力供應安全、就業和區域凝聚力或創新和經濟發展的影響。


      其中,對電網級成本進行分解與評估,設計合理的新能源消納目標,建立新能源友好性的電力市場,對推動我國的能源轉型有著重要的現實意義。以下,我們進一步討論新能源發電的間歇性、波動性及對區位選擇的限制產生的電網級成本。


      (1)使用成本(profile cost)


      使用成本是指由于新能源技術(通常是風能和太陽能光伏)的輸出不確定或顯示間歇性時,維持旋轉儲備或額外可調度容量的成本。由于新能源的邊際成本優勢,優先上網,需求負荷曲線與新能源供電曲線之間產生了“剩余需求負荷”(residual load),即除去風光發電外,剩余發電組合所需承擔的電力需求量。由于需求負荷是變動的,風電和光伏等新能源發電具有間歇性,這就要求常規電廠靈活運行來跟蹤負荷(load following)。常規電源電廠為適應間歇性可再生能源發電靈活運行(運行小時數下降)而引起的能源轉換效率降低,使電力系統產生了額外的成本。


      (2)平衡成本(balancing costs)


      風電和光伏等新能源發電技術還具有波動性和隨機性特點,難以準確預測和評估。平衡成本指的是由于新能源發電的不確定性和預測誤差導致的成本。一方面,由于新能源發電的不確定性和預測誤差,為了保證電力系統的穩定與安全,需要相應增加旋轉備用電源;另一方面,新能源發電量的不確定性也可能導致常規發電廠的爬坡和循環增加,使常規電廠調度效率低下,從而增加系統成本。


      (3)電網相關成本(grid-relatedcosts)


      電網相關成本指的是由于新能源電源區位限制產生的輸配電成本(transition and distributioncosts)和并網成本(connection costs)。由于發電廠的位置限制,新能源發電對輸配電網基礎設施的建設和完善提出更高要求。電網成本反映了由新能源發電并網帶來的成本。


      雖然各類發電廠(包括新能源發電廠和常規電廠)都有一些選址限制,但風電和光伏發電受資源稟賦約束更強,其電廠位置受到當地自然條件的限制更多。如果想要實現新能源發電并網,一般需要修建新的輸電線路或增加現有基礎設施(電網加固)的容量,以便將電力從生產中心輸送到負荷地點。其中,遠程資源例如分布式光伏發電和海上風電需要對配電網進行更大的投資,其并網成本也可能很高。


      電能量在物理上是同質的,與發電技術無關,但從電力系統(市場)角度,不同發電技術的特性決定了其對電力系統其他部分的影響,即發電技術的外部性,也決定了其最終的社會經濟價值。外部性指的是某一行為(生產或消費等)對經濟系統其它部分施加的有益或有害的影響,對正外部性的不完全補償或對負外部性的不完全懲罰都會造成全系統效率的損失,這是建立電力市場的經濟理論基礎。


      各國在推進新能源發電的過程中,普遍考慮到了其減少環境污染的正外部性,并通過綠色證書等市場機制對其進行了相應的補償。而新能源發電的(可預測的)周期性和(不可預測的)間歇性等屬性會對電網安全性、出力穩定性及長期供給充足性帶來負外部性;此外,新能源遠離負荷中心的地理特性也帶來了更高的傳輸成本。目前,對于這些負外部性,在新能源裝機規劃和相關政策制定中還未得到應有的重視。隨著我國新能源裝機比率的提升,新能源外部性施加給電力系統的成本必然大幅增加。


      通過市場方式促進資源優化配置


      新能源的系統消納成本并非是一成不變的,電源和電網結構是影響消納成本的重要參數。合理的電源結構與電網布局可以提高電力系統的靈活性,從而最大程度地降低新能源消納的各類成本。


      第一,需要建立完善的電力市場交易體系,通過價格信號,引導各類電源提供系統靈活性支持。一方面,建立電力現貨市場,通過節點價格信號、阻塞價格信號等,對各類電源和電網布局進行合理規劃,實現電網結構與新能源規劃的協同。另一方面,建立輔助服務市場,應地制宜地推出各類交易品種,激勵各類電源提供系統靈活性支持。例如,對于光伏資源豐富地區,可借鑒加州的“靈活爬坡產品”(FRP,flexible ramping product)來應對可再生能源出力的波動,內化部分光伏消納成本。


      第二,建立跨省跨區消納清潔能源的市場化交易機制。各地區之間存在自然資源稟賦的差異,保障清潔能源的合理外送是解決清潔能源消納、降低消納成本的關鍵。保障清潔能源跨省跨區輸送,首先要打破清潔能源消納的省間壁壘,實現更大范圍內的清潔能源消納。其次,建立跨省跨區的輔助服務市場,實現調峰等輔助服務在更大范圍內得以實現。最后,建立跨省區清潔能源綠色證書和消納量的交易機制。綠色證書交易是用市場法則實現交易效率提升的重要手段,可以最大限度保障清潔電力消納的靈活性。


      第三,完善用電側定價機制。用能終端對實時電價不敏感時,清潔能源低邊際成本的優勢就無法充分發揮。通過靈活的定價機制,可以使用電側對電能供需變化進行實時反應。另外,可以通過需求側管理對新能源發電的波動性進行即時調整、減少負荷以增加系統的靈活性。


      最后,政策制定者應該認識到“棄風”“棄光”“棄水”等現象存在的意義,而不是將“三棄”單純地看作一種浪費。事實上,考慮到清潔能源消納的系統成本,完全解決“三棄”問題可能會帶來更高的機會成本,應當允許一定程度的“三棄”現象的存在。


      相比傳統發電技術,新能源在發電邊際成本方面具有較大優勢,從其正的環境外部性來看,新能源發電有較大的成本與環保優勢,但從電網消納角度來看,新能源電力的消納會對電網的安全性和穩定性帶來負面的的影響,從而產生更多的消納成本,而這一成本將隨著新能源裝機比率的提升而逐漸增加。因此,正確認識新能源發電的正外部性,客觀評估其對電網造成的消納成本,對合理規劃新能源裝機、建立健康的成本分攤機制、促進新能源的進一步消納至關重要。

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