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中国代价高昂的弃风现象—下调火电厂发电量将体现的价值

by Laust Riemann, Special Consultant, DEA

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得益于过去十年的大规模可再生能源的发展,丹麦2014年的可再生能源的比例达到了创纪录的40%。虽然达到这样高的比例,但实际上并没有出现弃风现象。其关键的原因是,丹麦与周边国家实现了互联互通,还有一点就是丹麦有着世界上最灵活的发电机组。相比之下,中国怎样才能消除弃风现象?实现这一点能够获得多大效益呢?

中国不断地面临弃风的挑战
中国不断面临着可再生能源(风电和光伏发电)大量弃风(弃电)的挑战。国家能源局近日报道,2015年上半年,全国弃风量高达15%,许多省区出现了20%至30%不同的弃风现象。弃风不仅给整个电力系统造成巨大的社会效益损失,也给中国目前和将来的风电场和光伏电站的投资回报带来很大的不确定性,最终将影响到中国大力发展可再生能源的大好形势。
下调火电发电量的价值
解决可再生能源发电的弃风问题,在很大程度上可通过提高发电厂的灵活性,从而实现电力系统所需的灵活性。从整体社会效益的角度来看,应通过下调发电厂的发电量,而不是放弃免费的、绿色的再生能源发电来获得收益,这样做既能节约燃煤电厂的可变生产成本,又能降低由于氮氧化物、硫氧化物、颗粒物和二氧化碳排放带来的负面环境影响。

从经济角度上看,若需要下调100万kWh的电量,可以采用减少火电厂发电量的方式,而不是放弃可再生能源发电量的方式,所获得的全社会效益可达(即使不考虑化石燃料的负面外部性成本)15~25万元。通过征收排放税,或直接提高环境成本,增加基于可变成本的煤电发电成本,都可以增加这一总效益。2015年前6个月预计弃风量约为1,700万kWh,表明通过不必要的煤电生产造成了非常大的社会总体效益损失。假设平均可变煤电发电成本为200元/MWh,仅在2015年前6个月,避免风电弃风所带来的社会总收益就高达35亿元。

消除弃风现象的市场设计问题
通过下调火电厂发电量,保证风力发电不出现弃风所带来的社会效益是显而易见的,然而,面临的挑战是如何做到这一点。这种挑战是双重的。挑战之一是技术挑战,即电厂如通过降低最小负荷出力、提高爬坡速率、加快快速启动时间,以及通过旁路潜力来获得足够的灵活性;挑战之二是如何设计电力市场和监管模式,以鼓励电厂企业下调发电量以获得灵活性的积极性,从而避免发生风电弃风现象。

欧洲的电力市场设计是基于瞬时动态电价及其最低成本优先确定发电量的原则,确保了优先消纳所有的可再生能源发电,其次再由大大小小的火电厂发电提供余下的电力需求量,需要时可考虑从周边的不同价格区域进口电量。图中显示了丹麦2015年8月13日最后6小时(6时至12时)电力消费生产量(MWh)。如图所示,随着风电产量的增加,耗电量减少,在几小时内通过大幅下调火电厂发电量,可将火电发电量从750MWh迅速下降到约200MWh。364

中国目前的电力市场上,发电厂企业都享有最低保证发电量和固定电价,问题是如何逐渐取消这样的规定,即使电厂及其相关企业会从降低的发电量中损失一些利润。如果中国设计一个与欧洲类似的“基于最小成本”为调度顺序的电力市场,将不再会出现可再生能源的弃风现象,火力发电厂将会非常有积极性来提高灵活性,以便最大限度地提高收入。这可能是中长期的目标。短期内,为了保证火电和可再生能源发电企业之间,对由于减少弃风所带来的损失进行某种程度的再分配,可采取过渡性的市场设计,用来保证电力行业向新的市场设计转型的平稳过渡。要让火电厂提高更大的灵活性,需要提供更有力度的激励政策,虽然具体的市场设计尚未确定,但是从减少弃风量而获得的巨大的整体社会效益亦然不容置疑。这本身就应该是一个十分充足的理由,必须改善目前的市场设计,减少可再生能源的弃风现象。(本文作者为丹麦能源署专家 Laust Riemann先生)