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未来电力负荷缺口与电力保障路径

国际环保组织绿色和平与袁家海教授研究团队,于2020年6月23日发布最新报告《中国电力安全经济性分析和保障路径研究》(以下简称《报告》),结合对不同电力保障路径的对比,建议“十四五”期间不宜继续扩大煤电规模,而应充分发挥现有供电机组的调节能力,结合需求侧响应设定科学的电力保障路径,从而避免每年70亿元的煤电投资浪费。

《报告》指出,“十四五”期间如果为满足短时尖峰负荷缺口,而大举新建耗资数十亿的燃煤电厂,是极不经济的。从中国整体尖峰负荷需求来看,若未来仍存在相当于2018年的电力缺口规模,即各省电力缺口总和2454万千瓦,建议选择“需求响应+延寿煤电”的最优供应方式来满足尖峰负荷。而如果依靠新建更多煤电项目来填补短期缺口,将造成约每年70.2亿元的投资浪费;按照煤电机组全寿命周期(30年)的时间范围看,共计将产生2106亿元的投资浪费。

作为绿色和平“国内低碳能源政策研究”项目负责人的李丹青主任,进一步向大嘴君解释了《报告》对影响中国电力供应安全的关键问题——尖峰负荷缺口——格外关注的主要原因:

“中国的电力缺口集中出现在夏季高温时段,以非常规的空调电器为代表的温控负荷的快速增加,使得用电负荷变得尖峰化。在部分地区,全年最大负荷95%以上的尖峰持续时间低于24小时,97%以上的持续时间则更短。尖峰化的用电负荷将成为未来的常态,对电力系统的供应安全提出巨大挑战。而解决电力缺口问题不能孤立地聚焦尖峰负荷供应,而要从电力系统的整体角度出发,优化电力供应结构,从根源上解决电力缺口问题。《报告》的研究结论指出,相比于新建煤电机组,满足尖峰负荷有其它更经济的方案。延寿煤电机组适合在较低利用小时数下供应高峰负荷,同时需求侧响应也将成为调峰的有效手段。”

前能源基金会清洁电力主任陆一川此前在接受媒体采访时曾指出,新增煤电装机并非填补电力供给缺口的优化选择。如果短期内的供需矛盾主要反映为高峰时段的可调出力不足,也就是电力平衡问题,那么新增煤电装机就显然不是应该的选项了。因为中国需求侧响应的潜力还远远没有被发掘出来。在目前这个转型的关键节点,解决同样的电力平衡问题,在需求侧做文章社会代价要小很多。

李丹青补充:“可以预见,尖峰化的用电负荷将成为未来常态。如果开闸上马、大建煤电来填补短时尖峰负荷缺口,无疑不利于国家中长期建设清洁低碳、安全高效的科学电力体系,并进一步增加投资成本、能源转型成本和气候环境成本。事实上,煤电未来发展的重心,不应该放在盲目扩大装机规模上,而是挖掘现有机组的容量价值。”

线上研讨会精华回顾

2020年6月19日,由国际非营利环保组织绿色和平,中华环保联合会、能见麒麟学院,共同举办了【中国电力十四五的规划思路及煤电扮演的角色】线上研讨会。《报告》第一作者袁家海教授,在活动上进一步阐释了中国电力规划中的尖峰负荷现象及最优经济性的解决办法,以下是袁教授发言内容——

中国电力行业正在迈向高质量发展,不过同时面临很多结构性问题。一个结构性问题就是我们现在整个电力行业的盘子特别大,投资也很大,但是整个煤电行业的亏损面比较大。第二个问题,我们要实现可再生能源的高比例发展,但是我们现在以煤电为主的电力系统灵活的资源不足,会在中长期限制我们可再生能源的下一步高比例发展。还有一直不能回避的问题,也是这次研讨会的主旨,“十四五”如何在保证尖峰资源缺口的同时做好科学规划。

现在的问题是短时的尖峰负荷的短缺,是当前电力供应的一个主要的难题,但是不是缺装机导致的。大家可以看到下面一个数据,2019年各个省级的最大负荷之和是11亿千瓦(详见下图),火电加上水电装机已经超过14.5亿,我们的总装机超过20亿。大家可以简单算一下,我们的资源是能够覆盖住我们的最大负荷,那么问题出在哪儿?尖峰负荷,我们需要对电力结构做一个明确的定位和整体的优化以后,才可能把这个问题得到充分科学的讨论和解决。从全国的情况来看,用电负荷加大,平均负荷率持续降低,这应该是三产成为新增用电的主体以后,一个必然的趋势。

受疫情影响,我们电力需求难以快速的修复或者进一步的提升。但是另一方面服务业用电回暖和数字经济的发展,还有城乡居民用电增长的势头会拉高尖峰,这样会使峰谷差进一步拉大,“十四五”期间这样的趋势会进一步存在,电力安全保障的供应难度会进一步加大。这样的情况下,我们是以传统的方式,以大规模新建煤电为主来保障电力供应,还是采用其他的一揽子方案,这是我们课题关注的焦点。

电力发展的问题,我们一直说安全是基础,但是保障安全的同时我们需要权衡低碳减排和经济适用,但是为了满足短时间、非常态的负荷,动不动耗资数十亿的燃煤电站,这是对社会资源一个极大的浪费。从中长期来看,假如2030年我们全社会用电量达到10万亿千瓦时,这也是国内很多机构比较认可的全社会用电需求,如果按照50%非化石,剩下是化石电力供应,那么实际上留给煤电的电量空间,也就是4.3万亿千瓦时左右,这意味着什么?2019年的煤电发电量是4.56万亿,有可能已经是煤电电量的峰值。这意味着“十四五”开始,未来五年十年十五年,煤电市场电量是要做减法的。

如果我们把高峰的持续时间界定0到1000小时,当尖峰负荷的持续时间特别短的时候,最优的选项是需求响应。比如说用户侧的空调负荷,这样的需求响应资源基本不需要前期投入。

以山东为例,如果山东有500万千瓦的尖峰资源缺口,通过新建100万千瓦的高参数的煤电机组来满足,它的年化成本取决于我们说的500万千瓦的机组,它的年运行时间如果一百小时或者一千小时,它的年化成本不一样,如果一百小时它的年化成本是30亿。但是如果我们通过需求响应加上煤电这样一个组合,也就是方案1,需求响应占最大负荷的3%,对应270万千瓦的尖峰负荷的不足,它的年化成本是多少?只需要3到10亿人民币。这意味着极端情况下我们通过新建高参数的煤电这样的方案,应对500万千瓦的尖峰资源缺口,这种年化的成本会高15亿人民币,这里有很大的资源浪费可能,也有把成本降低的空间。如果2018年全年的缺口持续的话,它每年造成的浪费是70亿人民币,如果从煤电投产全生命周期30年的服务期来看,整个寿命期造成的浪费超过两千亿。

从这个角度来说,我们认为对山东而言我们需要谨慎的去核准和新建新的煤电项目,要加强自备电厂的准备,要鼓励改造达标的老旧煤电机组延寿的方式来作为战略备用机组。

另外一个问题对于山东而言我们有三千万的接入能力,但是现在只用了两千万,这里还有非常大的输电线路提升的空间,尤其是提升的同时要提高比重。还有资源优化的过程中,如何利用价格引导需求资源,包括电力汽车和蓄能电池,来参与电力供应的安全保障。还有需求侧响应,无论是电力规划的角度还是我们正在进行的电力市场化的改革,我们都应该把需求侧的资源纳入改革的目标。刚才提到六部委的文件中,其实也讲了我们现在要形成占到3%的需求响应的能力,说明我们的政府部门也是在高度关注,如何更好,以更经济的方式来保障电力安全。

疫情以后,中国大概率会出现用电负荷下沉,会导致峰谷差进一步拉大,我们当前存在电力缺口的根源是电力系统的结构性问题,而不只是电源装机不足的问题,应该说总量来说我们还是过剩的。各种电源不合理,所以导致了社会资源的浪费。接下来,需求响应是满足尖峰电力缺口的一个首选资源,如果我们通过市场机制让煤电找到各自合理的定位以后,那么实际上煤电行业自身的效益,可以得到比较好的优化,而我们电力安全供应也能够得到更好的保障。

疫情冲击我们的电力需求,“十四五”的电力规划需要重新审视电力增长的情况,要改变单纯在供应侧增加资源这样单一的思路,要经济合理的保障我们的电力供应资源的充裕度。要继续完善市场机制,打破壁垒,提高跨区输电,利用通道的效率,煤电的发展中心从装机扩容转向功能调整。最后对开展的市场化改革,我们需要建立公平合理的容量机制,来释放价格信号,来引导各类资源在电力中发挥自身合理的定位。