（2）中國電力供應(yīng)靈活性的兩大重要特點(diǎn) 在供給側(cè)，中國電力供應(yīng)的兩大特點(diǎn)將會(huì)給提高非水可再生 能源比例帶來挑戰(zhàn)：

 對(duì)煤電的依賴程度高，煤電發(fā)電量約占總供電量的62%。如 前文所述，在向高比例非水可再生能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的早 期階段，火電靈活運(yùn)行是平衡電力供需的重要手段。由于 燃?xì)怆姀S更加靈活，以燃?xì)獍l(fā)電為主的國家（如美國加利福 尼亞州和英國，2019年燃?xì)獍l(fā)電占發(fā)電總量的比例分別為 42.97%和39.65%34）面臨的挑戰(zhàn)往往小于以煤電為主的國 家。當(dāng)然，這個(gè)挑戰(zhàn)也是可以克服的。如圖18所示，燃煤電 廠的靈活運(yùn)行在德國發(fā)揮著重要的作用。而目前以燃?xì)獍l(fā) 電為主的國家也正在計(jì)劃到2050年時(shí)，僅保留少量或者完 全沒有燃?xì)鈾C(jī)組，可見火電機(jī)組在未來電力系統(tǒng)靈活性方 面的作用并非是不可替代的。中國正處于初始階段，對(duì)煤電 的依賴度高，在這種情況下，提高煤電靈活性就變得尤為重 要，尤其是熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。

 中國的水電靈活性不高。在許多地區(qū)/國家（如斯堪的納維 亞、瑞士、奧地利），水電被認(rèn)為是最具靈活性的發(fā)電資源， 可以滿足日內(nèi)和季節(jié)靈活性的雙重需求。但目前，中國的水電在系統(tǒng)靈活性上并未發(fā)揮主要作用。其原因包括物理因 素和合同（發(fā)電計(jì)劃）因素。

在中國，從資源條件和電站形式上，水電的靈活性就不如其 他國家。中國徑流式水電站較多而壩式水電站較少，水庫 容量小且落差小。相比于歐洲，中國的水庫大壩還承擔(dān)著更 多防洪、船運(yùn)和灌溉的責(zé)任。由于降雨分布的影響，中國冬季和夏季的水電發(fā)電能力差別較大。此外，發(fā)電計(jì)劃的剛性 執(zhí)行也造成了一定的影響，使一些可以靈活運(yùn)行的水電廠只 能按照平穩(wěn)的方式運(yùn)行，但此類問題很容易解決。

即便面臨上述挑戰(zhàn)，2030年實(shí)現(xiàn)非水可再生能源發(fā)電占比 28%對(duì)中國來說也并非是高不可攀的目標(biāo)，并且有潛力繼續(xù)提 高。如果從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，中國需要提高其煤電和水電的靈活 性，并解決電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理分散帶來的挑戰(zhàn)及缺乏市場(chǎng)價(jià) 格信號(hào)等問題。

（3）全國層面供需平衡 如果電力系統(tǒng)能夠作為一個(gè)整體統(tǒng)一調(diào)度，省與省之間充分 互連，中國很容易實(shí)現(xiàn)零碳投資情境中28%的非水可再生能 源滲透率目標(biāo)。

圖25展示了2030年模擬的夏季和冬季典型的全國日負(fù)荷曲 線，并根據(jù)情境中設(shè)定的風(fēng)電和太陽能裝機(jī)容量獲得整體典 型出力。對(duì)核電和水電出力做出了最保守的假設(shè)，即在日內(nèi)完 全不具備靈活性。盡管在實(shí)際運(yùn)營中，水電還有很大的靈活性 潛力�？傌�(fù)荷曲線減去這些非靈活性資源出力后剩余的部分， 就是需要火電等可調(diào)節(jié)資源出力去滿足的空間（圖25負(fù)荷曲 線下的空白部分）。

圖26對(duì)圖25中靈活性出力需求部分進(jìn)行了單獨(dú)展示，以明確 對(duì)火電靈活性的需求�？煽闯鲈谝雇硭�需火電出力較高，而下 午三點(diǎn)左右達(dá)到低谷。抽水蓄能作為調(diào)節(jié)資源能部分減少這 種需求的波動(dòng)和所需的火電靈活性。考慮已經(jīng)建成、正在建設(shè) 和已經(jīng)規(guī)劃的項(xiàng)目，2030年將有約81GW抽水蓄能為系統(tǒng)提供 平衡服務(wù)。靈活性較高的燃?xì)獍l(fā)電也可以滿足晚上和夜間的 部分調(diào)峰需求，并在下午三點(diǎn)左右完全關(guān)閉。在此基礎(chǔ)上，剩 余的部分就是對(duì)煤電的出力要求：

日內(nèi)對(duì)煤電出力變化的需求較小，不足20%。這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)小 于火電廠正�？蛇_(dá)到的40%-50%調(diào)節(jié)范圍。

傍晚時(shí)分出現(xiàn)最大爬坡需求，約為每分鐘1GW，也遠(yuǎn)低于現(xiàn) 有可用火電機(jī)組每分鐘銘牌容量 1%-2%的爬坡能力。 即便以當(dāng)前燃煤電廠的靈活出力能力，也是完全可以平衡的： 在實(shí)際操作中，風(fēng)電和光伏出力的隨機(jī)性（即便是將全國所有 風(fēng)光出力整合）會(huì)增加系統(tǒng)對(duì)短時(shí)靈活性的需求。但同樣，在 現(xiàn)實(shí)中水電是可以實(shí)現(xiàn)短時(shí)快速調(diào)節(jié)的，盡管在較長時(shí)間尺 度的調(diào)節(jié)能力相對(duì)有限。 因此，從“全國統(tǒng)一調(diào)度”理論體系的角度來看，在非水可再 生能源比例達(dá)到28%的電力系統(tǒng)中，供需平衡是可以輕松實(shí)現(xiàn) 的，且無需對(duì)煤電或水電靈活性做重大改造。

（4）省級(jí)供需平衡的復(fù)雜性與挑戰(zhàn) 上述基于全國統(tǒng)一調(diào)度的理論性分析提供了有價(jià)值的信息參 考。但在現(xiàn)實(shí)中，中國電力系統(tǒng)目前的調(diào)度運(yùn)行方式是分散化 的，通常以省份為主體。雖然同一地域轄區(qū)內(nèi)的省份之間已經(jīng) 可以通過省間互濟(jì)解決短時(shí)發(fā)電余缺問題，但日常調(diào)度決策者 主要還是省級(jí)調(diào)度中心。同時(shí)，全國范圍內(nèi)的省間送電計(jì)劃都 是以年為單位制定，并在制定日計(jì)劃時(shí)采用較為平穩(wěn)、缺乏靈 活性的固定曲線。這種分散式的機(jī)制限制了靈活性資源的潛 力，提升了非水可再生能源增加帶來的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)。

圖27和圖28展示了2030年情景下，典型送端省和受端省份面 臨的靈活性挑戰(zhàn)。和上文類似，該情景中，假設(shè)水電出力是較 為固定的，且省間外送/受入電力曲線也是固定的。 ? 在圖27顯示的受端省份，光伏出力的增加有效地降低了午間 高峰用電期間對(duì)火電出力的需求。但由于外來電和水電缺 乏靈活性，基于目前燃煤電廠的靈活性能力，還不能滿足夜 間平衡的需求。同時(shí)在春秋兩季，外來電和水電出力的相對(duì) 固化甚至?xí)��?dǎo)致火電廠在晨間時(shí)段完全沒有出力空間。

在圖28顯示的送端省份，正午時(shí)間光伏大發(fā)，欠靈活的電力 外送計(jì)劃無法完全送出過剩的光伏發(fā)電量（導(dǎo)致棄光），而 傍晚風(fēng)電出力較大，會(huì)將火電出力空間壓縮為零。這將要求 每日頻繁啟�；痣姍C(jī)組來平衡系統(tǒng)，這樣的做法顯然是不經(jīng)濟(jì)的。

雖然這里使用的僅為說明性假設(shè)，對(duì)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行了簡化，但它們足以反映出基本問題。即受缺乏靈活性的省間送電計(jì)劃 及水電出力的影響，可再生能源比例越高，對(duì)煤電靈活性的需 求就越高，甚至?xí)��?dǎo)致成本過高或者完全不切實(shí)際。如果可以合理解決省間送電及水電不靈活的問題，電力系統(tǒng)將具備足 的靈活性滿足2030年的發(fā)展目標(biāo)。而在此之后，則將需要繼 續(xù)開發(fā)更多的靈活性資源，包括：

1）更靈活的跨省交易

目前，大多數(shù)利用遠(yuǎn)距離高壓直流線路送電的省間合同都是年度合同，提前制定好了整體的送電計(jì)劃曲線，日間的變化幅度很小。為了滿足這種相對(duì)固定的送電需求，也為了確保特高 壓直流線路更高的利用率，通常要求火電與可再生能源捆綁 出力。同時(shí)這也能滿足送出省提高送電量以帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。

但如本報(bào)告第三章節(jié)所述，從技術(shù)角度高壓直流線路并不需 要保持很高且恒定傳輸功率，靈活的省間送電計(jì)劃是技術(shù)可 行的。它既能夠與送端省份可再生能源出力曲線更匹配，也能 夠與受端省份用電需求曲線更匹配。例如，如果在如圖27所 示的典型受端省份的外來電計(jì)劃可以根據(jù)負(fù)荷曲線的形狀變 化，如在上午7-10點(diǎn)增加送電，并在夜間逐漸降為零。就可以 同時(shí)降低受端省份的靈活性需求和平衡難度，也可以減少送 端省白天的棄光（如圖29）。

2）提高燃煤電廠靈活性 燃煤電廠的靈活性受多個(gè)因素影響，包括裝機(jī)容量、市場(chǎng)機(jī)制 及相關(guān)激勵(lì)機(jī)制。建議政策從以下兩角度出發(fā)，提高火電靈活 性，滿足系統(tǒng)平衡需求：

? 推進(jìn)技術(shù)改造，提高火電物理靈活性。燃煤電廠的靈活性 天然不如燃?xì)怆姀S，一是爬坡速度慢，二是“熱啟動(dòng)”及“冷 啟動(dòng)”的時(shí)間長。最小技術(shù)出力也是影響靈活性的重要因 素。新的技術(shù)正在持續(xù)從這三個(gè)方面提升火電靈活性——逐 漸降低最小技術(shù)出力，提高爬坡速率，縮短熱啟動(dòng)和冷啟 動(dòng)時(shí)間。圖30展示了中國當(dāng)前常規(guī)機(jī)組和先進(jìn)機(jī)組之間的 差距。

中國火電機(jī)組的整體技術(shù)水平是較為先進(jìn)的。大多數(shù)燃煤 電廠可以達(dá)到50%的最小技術(shù)出力，600兆瓦機(jī)組在不進(jìn) 行改造的情況下甚至能夠達(dá)到40%。35 然而，改造后的火 電機(jī)組能達(dá)到30%-35%，有些先進(jìn)的火電廠甚至能達(dá)到 15%-20%。36 如果機(jī)組需要供熱，受供熱約束影響，最小 技術(shù)出力將需要增加20%-30%左右。因此，整體上有很大 的提升空間。

中國“十三五”規(guī)劃制定了220GW的改造目標(biāo)——純凝機(jī)組 和熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的最低運(yùn)行率分別從55%和70%-80%降 低到30%-40%和50%。這將額外釋放約占銘牌總裝機(jī)容 量20%的調(diào)節(jié)能力，即大約44GW。然而，到目前為止，這 220GW目標(biāo)中只完成了58GW。繼續(xù)完成“十三五”規(guī)劃 目標(biāo)，并繼續(xù)盡可能提高煤炭機(jī)組的靈活性，應(yīng)該被視為優(yōu)先任務(wù)。

 

2030年圖形僅為根據(jù)公共資源和基礎(chǔ)假設(shè)繪制的說明性圖形。數(shù)據(jù)與圖形不代表真實(shí)情況。

 完善市場(chǎng)機(jī)制，提高火電靈活性。在2015年以前，中國的做 法是將發(fā)電量較平均地分配給每個(gè)火電廠，并按制定好的發(fā) 電計(jì)劃執(zhí)行。雖然超過30%的發(fā)電量已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)（中長期 市場(chǎng)為主），但大多數(shù)發(fā)電量仍是按固定度電價(jià)格來獲得發(fā) 電補(bǔ)償，火電廠沒有動(dòng)力主動(dòng)提供靈活性。如今，在缺乏電 能量現(xiàn)貨市場(chǎng)的情況下，一些地區(qū)建立了調(diào)峰輔助服務(wù)市 場(chǎng)，通過價(jià)格激勵(lì)燃煤電廠更靈活的運(yùn)行。

隨著電力系統(tǒng)向高比例非水可再生能源和其他零碳資轉(zhuǎn) 型，火電比例將會(huì)持續(xù)下降。但未來一段時(shí)間內(nèi)，火電廠仍 可作為靈活備用資源來使用。因此，在電力市場(chǎng)中需要提 高對(duì)靈活性的價(jià)格激勵(lì)信號(hào)，同時(shí)需要為其提供的備用容 量服務(wù)進(jìn)行補(bǔ)償。

中國的輔助服務(wù)市場(chǎng)通常包括調(diào)頻和深度調(diào)峰（機(jī)組通過以降低到一定出力以下而獲利）。這些輔助服務(wù)市場(chǎng)是在沒有電能量市場(chǎng)的情況下， 基于當(dāng)前的調(diào)度機(jī)制設(shè)計(jì)出來的，主要目標(biāo)是對(duì)發(fā)電機(jī)在默認(rèn)/基荷出力外的其它貢獻(xiàn)進(jìn)行補(bǔ)償。雖然同稱為輔助服務(wù)，但中國許多服務(wù)類別與 國際上通常定義輔助服務(wù)并不相同。

3）提高水電靈活性

水電與煤電類似，也存在兩大關(guān)鍵問題——中國水電受物理?xiàng)l 件約束的實(shí)際靈活性，以及發(fā)電計(jì)劃和激勵(lì)措施對(duì)水電靈活 性的影響。前者的改善需要進(jìn)行大量的投資，而后者可以通過 電力市場(chǎng)改革得到快速改善。

中國國家發(fā)改委能源研究所2018年的分析表明，可以通過 電力市場(chǎng)改革和送電計(jì)劃優(yōu)化來挖掘水電在日內(nèi)平衡中的 巨大靈活性潛力。39 如圖31，在2020年，水電的日內(nèi)出力在 100-200GW之間變化。該研究認(rèn)為，到2035年，該范圍可擴(kuò)大 至60-300GW，并且在2050年前還有進(jìn)一步提高的空間。如果 實(shí)現(xiàn)了上述的靈活性提升，將極大降低實(shí)現(xiàn)20%滲透率目標(biāo)的 成本和難度。

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