電力、電量平衡是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的兩個(gè)基本前提。在大量的規(guī)劃研究與設(shè)計(jì)中，首先計(jì)算或者優(yōu)化電力平衡來導(dǎo)出煤電新增裝機(jī)，進(jìn)而通過全年的電量平衡（比如基于給定的電源結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)模擬）導(dǎo)出煤電的利用小時(shí)數(shù)是基本的“套路”。
而在實(shí)際操作中，往往以年度電量平衡以及典型日（冬季、夏季）最大負(fù)荷點(diǎn)或者極端困難時(shí)刻（比如水電豐富地區(qū)的枯水期）電力平衡為基本內(nèi)容。當(dāng)然，這一平衡中還可能加入其他額外的諸多約束，從而內(nèi)生導(dǎo)出對(duì)新增機(jī)組的投資與利用水平的要求。
在投資決策部分，如果是年度模型，并不包括年度尺度以內(nèi)的分析，無論是否存在系統(tǒng)成本最小的優(yōu)化，約束條件往往只能是滿足全年的最大負(fù)荷水平，或者典型日情況下的最大負(fù)荷水平。這實(shí)際上是把一年8760小時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)簡化成為了一條完全不波動(dòng)的直線。這種基于全年或者典型日最大負(fù)荷的那個(gè)“點(diǎn)平衡”，而不是持續(xù)負(fù)荷曲線的規(guī)劃方法產(chǎn)生了巨大誤差。
簡單的例子，如果8760小時(shí)都是那個(gè)最大負(fù)荷點(diǎn)，新增的需求靠煤電、氣電還是核電來滿足，大概率上是長期平均成本更低的基荷電源類型（因此，這類年度模型或者分析還能得出新增的電源組合，而不是某一種單一電源占據(jù)100%的份額，也必須添加額外的主觀約束才有可能），對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)成本最小化；但是如果考慮到那個(gè)負(fù)荷水平出現(xiàn)的時(shí)間極其有限（比如一年只有幾十個(gè)小時(shí)），那么無疑氣電的長期成本要更低，特別是投資成本更低的單循環(huán)機(jī)組。這是我國電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)長期扭曲，煤電過多、而天然氣機(jī)組過少的重要方法論與思維根源。
更為嚴(yán)重的是，它嚴(yán)重誤導(dǎo)著人們的思維方式，特別是在電力系統(tǒng)行業(yè)之外。所有的機(jī)組完全沒有了功能的區(qū)別，成了一條線輸出的“基荷”，而相比一條線的變化就成了“調(diào)峰”。
這與年度核定小時(shí)數(shù)從而成本定價(jià)、自由量裁調(diào)度（僅存在年度約束）模式長期互相影響互動(dòng)，從而構(gòu)成了我國電力行業(yè)規(guī)劃與運(yùn)行的基本形態(tài)——先來先得、后來（投資）不趕趟，市場高度割裂；激勵(lì)不靈活運(yùn)行，而不是相反；以基荷為美，嚴(yán)重儲(chǔ)能泡沫。
在本期專欄中，我們首先回顧這其中部分的嚴(yán)重后果，并建議對(duì)這些案例進(jìn)行進(jìn)一步的高分辨率的研究。然后從可再生能源不斷增多的視角與方法論上討論這種簡化帶來的誤差為何已經(jīng)到了不可忽略的地步，并且未來會(huì)越來越嚴(yán)重。這些案例包括：特高壓大容量輸電解決高峰負(fù)荷的“說辭”；氣電長期在系統(tǒng)中份額不足，但是使用過度；基于不同發(fā)電小時(shí)數(shù)比較機(jī)組平均成本；對(duì)可再生能源是否滿足全部新增需求的理解。
特高壓大容量輸電解決高峰負(fù)荷的“說辭”
最大負(fù)荷那“點(diǎn)”的平衡問題，有意無意的成為了全年電力的滿足問題。比如，在跨區(qū)線路上，千瓦，而不是其他（比如千瓦時(shí)、利用小時(shí)數(shù)），成為了衡量“送電能力”的指標(biāo)。所謂的“滿送”，往往不是利用小時(shí)數(shù)高，而是某一瞬間千瓦大。
兩會(huì)期間，一位人大代表表示：受資源稟賦限制和生態(tài)環(huán)境約束，河北已成為全國為數(shù)不多的“硬缺電”省份。預(yù)計(jì)2019年仍將出現(xiàn)200萬千瓦左右供電缺口。
但是，面對(duì)這可能也就持續(xù)幾十個(gè)小時(shí)的電力缺口（比如夏季空調(diào)高峰階段），提出的建議卻是建設(shè)設(shè)計(jì)小時(shí)數(shù)高達(dá)5000甚至更高的特高壓線路解決問題（它在現(xiàn)實(shí)中的運(yùn)行也是特權(quán)基荷式的，是影響受電端系統(tǒng)靈活性的重要原因）。
“支持河北與山西能源合作事項(xiàng)，推動(dòng)研究實(shí)施山西、河北間500千伏聯(lián)絡(luò)通道改為點(diǎn)對(duì)網(wǎng)送電通道；支持延安、呼倫貝爾送電河北，開展專題論證，納入國家規(guī)劃并協(xié)調(diào)開展前期工作，統(tǒng)籌推動(dòng)解決河北省‘硬缺電’問題”。
這種說辭，雖然在嚴(yán)肅學(xué)術(shù)研究中已經(jīng)基本絕跡，但是仍時(shí)不時(shí)出現(xiàn)在媒體報(bào)道中。
氣電長期在系統(tǒng)中份額不足，但是使用過度
由于點(diǎn)平衡的思維慣性，現(xiàn)在的氣電在系統(tǒng)中的角色跟煤電幾乎沒有區(qū)別，全部在爭發(fā)電量。比如江蘇某負(fù)責(zé)人表示：“按江蘇現(xiàn)行政策，目前調(diào)峰燃機(jī)發(fā)電小時(shí)為3500小時(shí)，供熱燃機(jī)基本上在4500到5500小時(shí)之間?，F(xiàn)階段從理論上講，氣電廠只要達(dá)到這些要求，都不會(huì)虧損?！?/p>
從系統(tǒng)成本最小化的角度，目前的氣電容量份額不足，但是其使用率卻已經(jīng)過度了，超過了其最優(yōu)的份額。這跟規(guī)劃、定價(jià)與系統(tǒng)平衡范式不無關(guān)系。
基于不同發(fā)電小時(shí)數(shù)比較機(jī)組平均成本
長期的“基荷”思維演進(jìn)，使得人們對(duì)各種電源的特性有個(gè)“共識(shí)性”的了解與理解。煤電5000-5500小時(shí)，氣電3500小時(shí)，核電7000小時(shí)，風(fēng)電2000小時(shí)，太陽能1000小時(shí)，儼然已經(jīng)成為了經(jīng)濟(jì)性分析的默認(rèn)前提條件。殊不知，這種基于不同發(fā)電小時(shí)數(shù)的比較，對(duì)于系統(tǒng)成本最小化價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很難有含義。
比如，有文章提及，“受制于資源稟賦，我國天然氣供應(yīng)成本較高，發(fā)電用氣價(jià)格一般在2~2.5元/立方米，這意味著氣電僅燃料成本就需要約0.4~0.5元/千瓦時(shí)，已遠(yuǎn)超煤電等其他電源的上網(wǎng)電價(jià)”。這一上網(wǎng)電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)包含了利用小時(shí)數(shù)的前提假定。
正如筆者之前的若干文章反復(fù)強(qiáng)調(diào)的，氣電成本是火電的兩倍完全是誤導(dǎo)性的。天然氣發(fā)電度電成本比煤貴還是便宜，這完全取決于機(jī)組工作在何種位置，是峰荷、腰荷還是基荷，利用小時(shí)數(shù)有多少。在一個(gè)開放競爭性的體系中，不能把定位的“小時(shí)數(shù)”當(dāng)成默認(rèn)值去分析。
同樣，一個(gè)維持20%利用率開了8760小時(shí)的機(jī)組，跟只開了20%的天數(shù)，而每天都維持100%利用率的機(jī)組，雖然利用小時(shí)數(shù)一樣，其成本也完全不一樣。
可再生能源時(shí)代——基荷供給將縮小直至消失，剩余負(fù)荷曲線形狀與“一條直線”差別越來越大。
在可控電源時(shí)代，存在著大量的基荷供給者，去滿足基荷（也就是長期相對(duì)穩(wěn)定）的需求。計(jì)劃調(diào)度還是市場調(diào)度，理論上，在信息足夠充分（這一點(diǎn)在現(xiàn)實(shí)中很難滿足，比如機(jī)組的最小出力信息，在計(jì)劃調(diào)度體系下，電廠有充足的激勵(lì)隱藏這一信息，從而在負(fù)荷低谷時(shí)期保持出力從而多發(fā)電量，即使調(diào)度采用經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則）的情況下，完全可以得到相同的有效率的結(jié)果。但是，這一期望在隨機(jī)性、間歇性的可再生能源進(jìn)入系統(tǒng)之后就徹底破產(chǎn)了。
由于可再生能源邊際成本為零，所以它需要隨時(shí)優(yōu)先調(diào)度，從而留給其他機(jī)組一條“剩余負(fù)荷曲線”去滿足。這條剩余負(fù)荷曲線，會(huì)隨著可再生能源的增加，越來越陡峭，越來越朝向原點(diǎn)方向彎曲，直至出現(xiàn)“過發(fā)電”（可再生能源總出力大過總負(fù)荷），以及化石能源機(jī)組完全淪為大部分時(shí)間的備用。
這個(gè)時(shí)候的備用的唯一選擇，將是靈活無比、啟停迅速廉價(jià)、輕資產(chǎn)的單循環(huán)天然氣機(jī)組。基于最大負(fù)荷的規(guī)劃方式，將產(chǎn)生的不是誤差，而是徹底錯(cuò)誤的電源結(jié)構(gòu)。
可再生能源滿足全部新增需求與否是個(gè)偽命題
“先來后到”的思維方式，也深刻的影響著對(duì)可再生能源這一特定能源形式進(jìn)入市場的理解。比如很多文章對(duì)可再生能源角色與作用分階段闡述：可再生能源電力將從滿足新增電力需求，逐漸過渡到替代現(xiàn)存化石能源機(jī)組發(fā)電，最終成為主力電源。
從以上的可再生能源進(jìn)入系統(tǒng)的影響可以看出，可再生能源隨著天氣出力變化，其進(jìn)入系統(tǒng)將持續(xù)的改變剩余負(fù)荷曲線的形狀，從而對(duì)其他機(jī)組的利用時(shí)間、平均意義上的利用水平產(chǎn)生影響。風(fēng)電光伏對(duì)傳統(tǒng)化石能源的替代，從來沒有增量還是存量的區(qū)別。
因此，所謂可再生能源到底能否滿足全部新增需求的問題，是一個(gè)十足的偽命題，是再一次基于基荷思維方式的理解。從全年來看，可再生能源的發(fā)電量如果高于需求的新增電量，不意味著其他機(jī)組就不需要了；如果低于需求的新增電量，不意味著傳統(tǒng)化石能源機(jī)組不受影響，不意味著屬于“純?cè)隽俊碧娲?。更不意味著可再生能源“不能”滿足全部新增需求，其原因往往是棄風(fēng)限電，或者傳統(tǒng)機(jī)組利用率過度的結(jié)果。這其中往往混雜著“倒果為因”的邏輯問題。
十四五規(guī)劃抉擇：必須基于8760小時(shí)負(fù)荷曲線做投資決策模擬
從操作環(huán)節(jié)，考慮電力負(fù)荷的波動(dòng)，是給出一個(gè)對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)成本最小化最優(yōu)結(jié)構(gòu)的必要前提。
在可再生能源越來越多的情況下，與運(yùn)行模擬模型的連接迭代或者耦合已經(jīng)成為必須。因?yàn)橹挥猩a(chǎn)環(huán)節(jié)的模擬，才能弄清楚傳統(tǒng)能源的利用率是多大，從而關(guān)系到它們的長期成本與新增的合理性；才能弄清楚可再生能源可以獲得多大的收益（其市場價(jià)值），從而關(guān)系到其與自身成本相比的競爭力。
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