中國儲能網(wǎng)訊：歷史上我國新能源超速規(guī)劃建設問題突出，單純依靠傳統(tǒng)火電調(diào)峰壓力大，難以應對新能源發(fā)電的間歇性與波動性，導致消納形勢嚴峻，亟需開拓思路、創(chuàng)新解決消納新能源的困難。近年來，電能替代日益被重視，成為能源消費側(cè)革命的重要推動力。通過電能替代，短期內(nèi)能夠擴大負荷體量、提高響應負荷占比，對于解決新能源消納問題具有重要意義。隨著政策支持、技術(shù)進步與機制完善，當前電能替代促進清潔能源消納的條件越來越充分。
電能替代促進清潔能源消納關(guān)鍵問題分析
執(zhí)筆人：薛松、張寒
國網(wǎng)能源院企業(yè)戰(zhàn)略研究所
一、電能替代促進新能源消納的重要意義與作用機理
電能替代是在終端能源消費環(huán)節(jié)，推廣使用電能替代散燒煤、燃油等，如電采暖、地能熱泵、工業(yè)電鍋爐（窯爐）、農(nóng)業(yè)電排灌、電動汽車、靠港船舶使用岸電、機場橋載設備、電蓄能調(diào)峰等。實施電能替代對于推動能源消費革命、落實國家能源戰(zhàn)略、促進能源清潔化發(fā)展意義重大。根據(jù)國家電網(wǎng)公司預測，到2050年，電能在終端能源消費中的比重會超過50%。
加快實施電能替代，可以顯著提升基礎(chǔ)負荷資源與靈活負荷資源的數(shù)量與規(guī)模，提高負荷調(diào)節(jié)的有效性與靈活性。其中，基礎(chǔ)負荷資源，是通過電能對其他一次能源的廣泛替代，從總量的維度增加了整個電力系統(tǒng)電力與電量規(guī)模；靈活負荷資源，主要是基于各類市場交易機制和價格信號而靈活調(diào)整的負荷，適合參與電網(wǎng)的調(diào)頻與調(diào)峰工作，如對電價敏感的工商業(yè)負荷，蓄冷蓄熱、電熱泵、電儲能（含電動汽車）等。靈活負荷資源可分為基于分時價格與基于經(jīng)濟激勵的負荷資源，普遍具有以下特性：一是通斷可以被靈活控制，啟停較為可控；二是功率變化靈活、慣性小、調(diào)節(jié)范圍廣。
總的來說，推廣電能替代，從宏觀層面來看，增加基礎(chǔ)負荷體量，拓展基礎(chǔ)消納能力；從微觀層面看，增加靈活負荷規(guī)模，充分挖掘靈活負荷資源潛力，利用市場交易機制和電價機制提高負荷資源消納新能源的積極性、靈活性。
圖1 促進我國新能源消納的電能替代應用體系
二、目前電能替代促進清潔能源消納面臨的困難
以西北地區(qū)為例。西北地區(qū)是國家新能源重點規(guī)劃和發(fā)展區(qū)域，也是棄風棄光矛盾較為突出的地區(qū)，主要問題體現(xiàn)在統(tǒng)調(diào)負荷容量遠小于電源總裝機容量，絕對消納能力不足；電源裝機增速高于負荷增速，遏制了負荷消納能力提升；自備電廠問題突出，負荷固定，不參與調(diào)峰，擠占了新能源消納空間。
1.擴大基礎(chǔ)負荷資源規(guī)模存在的問題
近年來，國內(nèi)外油氣價格處于低位，導致電能在終端能源市場中競爭力不強。此外，各地區(qū)電能替代的補貼政策較少、環(huán)保政策執(zhí)行不嚴，導致企業(yè)實施電能替代意愿不強。
一是各地區(qū)優(yōu)惠政策配套不足，制約了電能替代推廣力度。例如，2016-2017年間，青海、陜西、新疆發(fā)布的推進電能替代相關(guān)政策，僅明確了重點技術(shù)、重點領(lǐng)域，未配套發(fā)布具體優(yōu)惠財稅、補貼政策等。
二是未充分利用電價優(yōu)勢，電能替代項目運行成本高。2018年直接交易成交電價（較電廠標桿上網(wǎng)電價降幅）來看，新疆、青海、陜西、甘肅降幅分別為84、52、44及32元/千千瓦時，與其他省份相比較為可觀。但是受售電公司準入不足、用戶放開選擇權(quán)門檻相對較高等因素影響，電能替代項目開展直接交易規(guī)模不高。
三是配電網(wǎng)建設薄弱，滿足電能替代需要的配套投資壓力大。為了推進電能替代工作，陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆需要持續(xù)加大配套電網(wǎng)投資。
2.促進靈活負荷資源響應存在的問題
一是靈活負荷響應市場基礎(chǔ)相對薄弱。2018年，陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆五省直接交易電量占全社會用電量比例不高，售電公司數(shù)量偏少。從市場意識、市場空間等要素來看，實施條件較為薄弱。
二是價格及補償機制起步較晚，部分省份峰谷價差水平不夠高，對用戶激勵不足?？芍袛嚯妰r探索較少，各地普遍在2018年之后才完善工商業(yè)峰谷電價。例如，陜西、甘肅的峰谷電價比，大工業(yè)用戶分別約為3.7、1.5，一般工商業(yè)分別約為2.7、2.9，導致靈活資源主動參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的意愿不高。
三、利用電能替代促進新能源消納的近期運作方案機制
1.近期以電能替代擴大基礎(chǔ)負荷資源規(guī)模的運作機制
一是通過行政手段擴大電能替代重點措施。
制定具有針對性的電能替代價格優(yōu)惠機制。電能替代項目減免城市公用事業(yè)附加費，并可享受一定折扣電價。對分散電采暖、電鍋爐、電窯爐、熱泵等重點項目實施資金支持。對于電價優(yōu)惠來源，可在未進行電能替代的企業(yè)電費中增加電能替代政府性基金，或爭取中央資金支持。
推進重點地區(qū)、重點領(lǐng)域電能替代項目。利用供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的機遇，因地制宜，針對用熱量較大的化學化工、電子制造、有色金屬行業(yè)推廣蓄熱式工業(yè)電鍋爐、電蓄冷空調(diào)；針對水泥、陶瓷行業(yè)推廣電熱隧道窯、中頻爐等電窯爐技術(shù)；加強機場、公共交通領(lǐng)域車輛“油改電”。
強化環(huán)境監(jiān)管力度，完善相關(guān)能效和設備標準。地方政府主導逐步建立工業(yè)企業(yè)能效等級標準、工業(yè)企業(yè)排放等級標準和用能設備質(zhì)量管理標準，對于未達標或未完成的企業(yè)采取懲罰性措施，以成本約束的方式敦促其推進電能替代。
二是通過市場機制降低電能替代項目運行成本。
以中長期交易、月度競價交易、低谷時段棄風棄光電量的準現(xiàn)貨交易為主要方式，按照雙邊協(xié)商、掛牌、集中競價等市場方式確定購售電價。根據(jù)售電側(cè)放開進展，由電網(wǎng)企業(yè)或售電公司打包代理參與直接交易。需對政府部門、電網(wǎng)企業(yè)確認的電能替代項目實現(xiàn)“零門檻準入”。
2.近期提高靈活負荷資源響應能力的運作機制
一是靈活負荷資源與新能源發(fā)電定向交易。
靈活負荷資源參與新能源發(fā)電中長期交易機制。清潔能源可與電力用戶直接、或打捆開展月度、周度等交易。按照歷史運行、預測出力情況，對不同發(fā)電類型設置不同出力曲線，作為交易標的，電力用戶按照自身負荷可控情況選擇不同曲線產(chǎn)品，與發(fā)電側(cè)開展帶曲線的中長期交易。靈活負荷資源參與省內(nèi)新能源棄電時段交易。以月度為周期，制定下發(fā)新能源最大發(fā)電出力曲線。確定新能源在滿足發(fā)電曲線考核約束的同時，實現(xiàn)最大發(fā)電收益的需求、用戶低成本用電需求及有意參加交易的市場主體名單。調(diào)度、新能源發(fā)電企業(yè)確定棄電時段，并計算棄電電量作為交易標的，在交易中心掛牌電量和電價，由用戶根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)營情況摘牌，也可通過雙邊協(xié)商方式達成。
二是新能源電力綠色證書交易。
可實行綠色證書自愿認購機制。蘋果公司、寶潔公司等企業(yè)，主動認購新能源的需求較大，以實現(xiàn)其產(chǎn)品在中國全產(chǎn)業(yè)鏈零排放?？砂凑諛藯U電價或與新能源發(fā)電企業(yè)協(xié)商確定等方式，直接購買新能源。非水可再生能源配額制。配額總量目標設置及分配方面，以國家可再生能源發(fā)展的總量目標為依據(jù)，按種類、分區(qū)域制定具體的發(fā)展目標，保持逐年穩(wěn)定的增長。要求發(fā)電企業(yè)提供的電量中必須有規(guī)定的數(shù)量來自于可再生能源發(fā)電。
三是靈活負荷資源參與輔助服務交易。
電力市場輔助服務設計中加入靈活負荷響應設計，包括蓄熱、電鍋爐、自備電廠、儲能等直接控制用戶，以及售電公司或負荷集中控制機構(gòu)（如車聯(lián)網(wǎng)平臺）打捆聚合的負荷等。要求交易主體，原則上調(diào)控能力在1MW以上。以日前、日內(nèi)交易為主，以調(diào)節(jié)成本最小為原則，按照價格從低到高對資源進行調(diào)用。達成交易后提前1-2小時通知用戶，按照交易結(jié)果調(diào)度靈活負荷資源，并根據(jù)輔助服務市場規(guī)則進行結(jié)算?？煽紤]將可中斷/削減負荷的購買費用納入發(fā)電企業(yè)輔助服務的考核基金，由發(fā)電企業(yè)來承擔相關(guān)費用。
四是電網(wǎng)側(cè)儲能虛擬電廠交易。
根據(jù)測算，對于建設成本200萬元/MWh的常規(guī)電網(wǎng)側(cè)儲能項目，度電峰谷價拉大到0.9元后，內(nèi)部收益率可提升至6%。當前現(xiàn)行峰谷電價水平下，新增電網(wǎng)側(cè)儲能項目難有投資吸引力。
根據(jù)仿真結(jié)果，對于13MW的風電場，打捆4166輛電動汽車，采用虛擬電廠比單純風電場的發(fā)電盈利高出20%。具體實施過程中，可打捆風電場與電動汽車、或利用車聯(lián)網(wǎng)平臺聚合電動汽車組成虛擬電廠，基于次日風電出力、各時段電動汽車可用容量情況，作為單一市場主體參與日前交易；同時，動態(tài)優(yōu)化決策參與日內(nèi)實時市場，為了彌補對電動汽車電池損耗、折抵租賃費，對電動汽車無償充電。車聯(lián)網(wǎng)平臺作為負荷聚合商，結(jié)合平臺設備數(shù)據(jù)分析，基于價格機制和設備產(chǎn)權(quán)方用戶簽約，調(diào)控平臺集合的電動汽車充電樁、分布式儲能等可控負荷參與響應。
五是分布式微網(wǎng)園區(qū)綜合能源響應。
涵蓋熱電聯(lián)產(chǎn)、電鍋爐等多能源站的分布式微網(wǎng)，通過協(xié)調(diào)運行可以充分利用多能源優(yōu)勢互補的特性，能夠顯著提高系統(tǒng)靈活性，提高風、光電消納率，有效降低配電網(wǎng)網(wǎng)損及區(qū)域能源站運行費用約15%。通過設計合理的利益共享機制，分布式微網(wǎng)可由售電公司或電網(wǎng)公司代理，通過加裝相應監(jiān)測、自動控制系統(tǒng)，將園區(qū)供電、供熱整體作為單一市場主體，參與靈活負荷資源的各類市場化交易。
六是可中斷電價優(yōu)化。
可中斷負荷要適應隨機性強、高頻、短時的切負荷需求，積極開拓中小用戶市場。為增強實施效果，原則上負荷削減最小規(guī)模不低于1MW，可由售電公司聚合放開選擇權(quán)的用戶來實現(xiàn)，并提前確定可中斷負荷執(zhí)行次序、補償水平等。在明確因消納能力不足、導致新能源出力即將跌落達到某一閾值（如2%-5%）時，按照提前確定的通知時間，以最小切負荷為原則，要求用戶按照協(xié)議范圍內(nèi)的時間和規(guī)模中斷負荷。
與傳統(tǒng)切負荷相比，可中斷切負荷給用戶帶來的損失更大，因此需多途徑解決可中斷電價資金來源。除了通過傳統(tǒng)高可靠性電價收益補償、籌集資金補償?shù)确绞酵?，可按照“誰受益誰補償”的原則，探索切負荷時段并網(wǎng)新能源出讓部分收益彌補用戶損失的方法。
七是峰谷分時電價優(yōu)化。
強化峰谷分時電價削峰填谷功能，擴大風電大發(fā)時段的基礎(chǔ)負荷消納能力。各省應因地制宜，依據(jù)新能源出力曲線特點與峰谷電價補償資金規(guī)模，調(diào)整峰谷價差和時段，實現(xiàn)對負荷的精細化引導，將更多的高峰時段負荷吸引到風電大發(fā)時段。對于能夠妥善解決補償資源來源的省份，可適度拉大峰谷價差。
對于峰谷電價補償，可通過行政手段，把電網(wǎng)企業(yè)的損失納入靈活負荷資源響應資金進行補償；或是探索通過市場手段疏解矛盾，在低谷時段針對新能源實行競價上網(wǎng)、最高限價，對用戶實行價格聯(lián)動，保障電網(wǎng)企業(yè)輸配電費收入的同時，實現(xiàn)新能源發(fā)電和用戶的合理利益分配與補償。
四、相關(guān)啟示
一是加快售電公司準入頻次、符合條件用戶選擇權(quán)放開，優(yōu)化需求側(cè)資源應用市場條件。發(fā)揮售電公司精準營銷、創(chuàng)新服務潛力，高效聚合電能替代項目、靈活負荷資源參與各類市場交易，降低電能替代項目運行成本、激發(fā)靈活負荷響應能力。
二是完善新能源與負荷資源的交易品種、交易機制等，創(chuàng)造良好、寬松市場環(huán)境。設立低谷時段棄風棄光電量與電能替代項目定向交易、需求側(cè)資源與新能源發(fā)電專場交易、需求側(cè)資源參與輔助服務交易等品種，在偏差電量考核等方面制定寬松、有針對性扶持措施。
三是優(yōu)化峰谷分時電價、可中斷電價，增強對負荷主動消納新能源的引導能力和吸引力。優(yōu)化可中斷電價執(zhí)行范圍，明確中斷的前提、提前通知時間、負荷中斷持續(xù)時間、可中斷補償?shù)?，?yōu)化峰谷分時電價優(yōu)化執(zhí)行范圍、峰谷價差及執(zhí)行時段、峰谷電價補償機制，通過納入需求側(cè)管理基金、受益方出讓部分收益等方式，多途徑籌集補償資金來源。
四是加強行政干預能力，推動電能替代項目實施。針對電能替代配套出臺優(yōu)惠價格、市場準入機制等，科學擴大電能替代規(guī)模。統(tǒng)籌收取專項基金、環(huán)保處罰資金、未替代落后產(chǎn)能企業(yè)分攤等政策實施難度，多途徑籌集支持資金，鼓勵電能替代。強化環(huán)境監(jiān)管力度，完善相關(guān)能效和設備標準。地方政府主導逐步建立工業(yè)企業(yè)能效等級標準、工業(yè)企業(yè)排放等級標準和用能設備質(zhì)量管理標準。
五是構(gòu)建需求側(cè)資源促進新能源消納保障機制，動態(tài)診斷識別、優(yōu)化實施薄弱環(huán)節(jié)。構(gòu)建需求側(cè)資源促進新能源消納效果科學評估方法，明確各類需求側(cè)資源通過各類機制消納新能源水平，診斷分析薄弱環(huán)節(jié)，對于資源不足、機制缺陷進行改進，實現(xiàn)動態(tài)、閉環(huán)、持續(xù)優(yōu)化提升需求側(cè)資源促進新能源消納能力。
專家介紹
薛松，博士，國網(wǎng)能源院企業(yè)戰(zhàn)略研究所研究員，國家科技部科技專家?guī)鞂＜?。主要從事電力體制改革與電力市場、能源與電力經(jīng)濟、企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃等方面的研究工作。作為課題主要研究人員獲國家能源局軟科學研究優(yōu)秀成果獎三等獎1項、中國商業(yè)聯(lián)合會科學技術(shù)獎一等獎1項、國家電網(wǎng)公司軟科學成果獎一等獎6項、二等獎2項、三等獎2項。
張寒，碩士，國網(wǎng)能源院企業(yè)戰(zhàn)略研究所研究員。主要從事電力市場、能源互聯(lián)網(wǎng)、需求側(cè)管理等方面研究。發(fā)表SCI、EI檢索論文10篇，參與國家能源局研究課題、國家電網(wǎng)公司科技項目、管理咨詢項目等10余項。
團隊簡介：企業(yè)戰(zhàn)略研究所（以下簡稱戰(zhàn)略所）成立于2009年，原名為企業(yè)戰(zhàn)略與管理咨詢研究所，2010年12月單獨設立企業(yè)戰(zhàn)略研究所，是國網(wǎng)能源院核心研究所之一。經(jīng)過多年實踐和積累，在企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、體制改革與電力市場、企業(yè)國際化發(fā)展等領(lǐng)域已形成顯著優(yōu)勢，培養(yǎng)造就了一支專業(yè)素質(zhì)高、研究能力強的研究咨詢隊伍。戰(zhàn)略所內(nèi)設企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃研究室、改革與市場研究室、國際化發(fā)展研究室，共有32名員工，平均年齡32歲，其中博士27人，碩士5人，具有高級職稱12人，國家電網(wǎng)公司優(yōu)秀專家人才后備3人，是一只充滿活力、善于思考、凝聚力強的團隊。曾獲得“2010年度國家電網(wǎng)公司先進黨支部”、“2011-2012年度國家電網(wǎng)公司科技工作先進集體”、“2018年度國家電網(wǎng)有限公司先進班組”、國網(wǎng)能源院“2011-2017年度先進集體”以及“課題攻關(guān)黨員先鋒團隊”等稱號。2016年，設立“馬莉勞模創(chuàng)新工作室”。
