電力安全改善需“十四五”規(guī)劃提供應(yīng)對方案

文 | 張樹偉

當(dāng)前的國際形勢下，對于安全問題的關(guān)切不斷上升，涉及電力系統(tǒng)運行以及網(wǎng)絡(luò)安全的約束必須在“十四五”規(guī)劃中制定顯性的應(yīng)對方案。

2017年頒布的《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，提出構(gòu)建清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系的總體目標(biāo)，安全是8個核心關(guān)切之一。能源供應(yīng)安全與穩(wěn)定是一個重要話題，傳統(tǒng)上更多的是指石油（以及天然氣），往往包括“買得到，運得回，用得起”三個維度的問題。

有意思的是，這種安全視角往往是消費者的視角，但是像俄羅斯、沙特這樣的能源出口國，其關(guān)注需求的穩(wěn)定性同樣也被他們理解為“能源安全”問題。

最近幾年，隨著以國際集體治理與規(guī)則為基礎(chǔ)的國際秩序的弱化，在油價、煤價與氣價都處于穩(wěn)定并且歷史相對低位的背景下，能源供應(yīng)安全保障問題重新回到人們的視野。今年10月，國家能源委員會會議召開，強(qiáng)調(diào)中國以煤為主的資源稟賦，多元發(fā)展能源供給，提高能源安全保障水平。

電力的安全保障由于系統(tǒng)需要實時平衡覆蓋多個時間維度。在“十三五”電力規(guī)劃中，廣泛涉及了電力系統(tǒng)方方面面的安全關(guān)切，特別是大電網(wǎng)與配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，以及網(wǎng)絡(luò)與信息安全問題。無論何種的政策文件或者宣示，對電力系統(tǒng)規(guī)劃與運行的任何改變，往往都強(qiáng)調(diào)“在確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下”?？梢娺@個問題在決策者關(guān)注目標(biāo)序列中的優(yōu)先級。

本專欄專題中，我們討論電力供應(yīng)安全這一話題。由于安全問題涉及的層面很多，我們在此分成短期運行的可靠性、長期系統(tǒng)的充足性、可再生能源特性以及與之相關(guān)的系統(tǒng)靈活性。在此基礎(chǔ)上，我們討論中國特色的若干安排，包括僵直“大飛線外送”、調(diào)度與電廠的平衡責(zé)任界面、以及可再生能源貴金屬依賴的潛在安全問題與含義等。

我們認(rèn)為，目前的國際形勢下，對于安全問題的關(guān)切在上升，涉及電力系統(tǒng)運行以及網(wǎng)絡(luò)安全的約束必須在規(guī)劃中制定顯性的應(yīng)對方案。我國傳統(tǒng)調(diào)度的“戰(zhàn)場指揮官”范式，帶來了系統(tǒng)平衡上的過度安全與保障問題，造成了系統(tǒng)運行者與發(fā)電商之間的責(zé)任界面不清楚，從而無法實現(xiàn)長期系統(tǒng)進(jìn)化（比如可以不斷進(jìn)化的電力輔助服務(wù)體系）的目標(biāo)。運行與調(diào)度層面的本質(zhì)性改變，是我國電力體制改革以及“十四五”規(guī)劃工作中需要著眼的具有重大意義與長期價值的內(nèi)容。

能源經(jīng)濟(jì)學(xué)博士 （2007），高級工程師（2010- ），德國洪堡學(xué)者（2011-2013），卓爾德環(huán)境研究（北京）中心主任兼德國能源轉(zhuǎn)型智庫高級顧問，從事綜合能源系統(tǒng)與分布式，氫能經(jīng)濟(jì)與Power to X，能源系統(tǒng)模擬與政策評估以及可再生能源接入電網(wǎng)的應(yīng)用研究，以及跨學(xué)科能源經(jīng)濟(jì)環(huán)境項目的組織與協(xié)調(diào)工作。具有電力、交通、可再生能源部門與德國、法國、中國等地區(qū)工作經(jīng)驗。

一般化的能源安全關(guān)切無關(guān)乎電力部門

2019年10月，國家能源委員會會議召開。李克強(qiáng)總理指出，要立足我國基本國情和發(fā)展階段，多元發(fā)展能源供給，提高能源安全保障水平。根據(jù)我國以煤為主的能源資源稟賦，科學(xué)規(guī)劃煤炭開發(fā)布局，加快輸煤輸電大通道建設(shè)，推動煤炭安全綠色開采和煤電清潔高效發(fā)。

這一表態(tài)，被很多國內(nèi)外研究人士，解讀為我國重新確定了煤炭的主體地位，并且有可能放緩可再生能源發(fā)展的信號。

筆者認(rèn)為這無疑是引申太多了。中國的能源安全問題，更多的是依存度高的石油和天然氣問題，而電力部門更多的是煤電與可再生能源互相替代的問題。煤炭已經(jīng)足夠安全了，而可再生能源都是本地化的。這二者都不涉及對外依存度類型的能源安全問題。

過去，電力行業(yè)依靠部分可調(diào)度的煤電、水電與核電滿足不斷增長、峰谷差變大的電力需求?，F(xiàn)在，不可控的隨機(jī)性、間歇性的可再生能源的加入，客觀上產(chǎn)生了對完全可調(diào)度、異常靈活的天然氣單循環(huán)機(jī)組的需求。無疑，這將新增天然氣資源的利用。

作為彌補風(fēng)不刮、沒太陽情況下的天然氣機(jī)組，滿足一年有限的小時數(shù)，這并不會增加可觀的天然氣消費。我國的天然氣也并不是“有還是沒有”的二值問題，而在一個廣大的幾千億的區(qū)間上。

比如，對于一個年運行小時數(shù)300小時的20MW的天然氣單循環(huán)電廠，可以充分滿足夏季（90天）傍晚（2-3小時）的需求，其年天然氣用量也就120萬立方米，相當(dāng)于一個LNG處理站的日處理能力。我國即使再新增1000個這種調(diào)峰靈活電源，其平均成本也大大低于重資產(chǎn)不靈活的大煤電，從現(xiàn)在的500萬千瓦總量上升到2500萬千瓦，新增天然氣用量也就10億立方米，也就北京市居民10天的用氣量，占目前天然氣利用總量的5%不到。

這會導(dǎo)致何種能源供應(yīng)安全問題呢，給定目前的40%左右的對外依存度？ 因為100%天然氣份額是可怕的（全世界天然氣給我們都不夠），所以目前5%的狀態(tài)就是正常的？這是典型的連續(xù)問題二值化的邏輯錯誤。這種5%的增量完全只是邊際上的小程度變化而已。

電力供應(yīng)安全并不具有無窮價值

電力安全很重要，但是將這種價值無窮化，無疑就走了極端?，F(xiàn)實中往往需要討論的問題是：實現(xiàn)哪種水平的安全是合適的？基于目前的現(xiàn)狀保障措施，實現(xiàn)安全獲得的收益，是否付出了過大的代價？是否存在額外的能動空間，在不損失安全表現(xiàn)的情況下，改善其他維度的系統(tǒng)表現(xiàn)，比如經(jīng)濟(jì)效率？

安全與其說是一個目標(biāo)，不如說是個約束。約束跟目標(biāo)存在本質(zhì)上的區(qū)別，目標(biāo)是“越極端越好”，而約束只要滿足某個水平即可。超過這個水平的安全表現(xiàn)，必然意味著對其他所追求目標(biāo)的不成比例的犧牲（比如金錢）。當(dāng)然，如何界定是否成比例，需要統(tǒng)一的度量單位，比如經(jīng)濟(jì)成本。

電力系統(tǒng)存在一個指標(biāo)，叫做電力中斷的損失價值（VOLL），它表征了消費者出現(xiàn)電力供應(yīng)中斷所代表的經(jīng)濟(jì)損失。它顯然會大于零，但是也不會是個無窮大的數(shù)字。工業(yè)用戶的停電損失往往要大于居民，因為它代表著工業(yè)活動的停止與產(chǎn)量損失；居民的停電損失隨著時間有迅速擴(kuò)大的趨勢（比如停電6小時以上，冰箱的食物開始壞掉了），但是長期損失又有下降，停的長了也就習(xí)慣了，比如過去中國缺電時期仍未通電的農(nóng)村。

這一損失多大，不同的方法給出了很大區(qū)間的值。不同的市場也根據(jù)自己市場的情況（比如是否有其他收入渠道）進(jìn)行了具體的設(shè)定。比如存在容量市場的法國市場，在3歐元/度，也就意味著電力價格行政設(shè)定不允許超過3歐元/度。美國德州市場通過剩余儲備價格曲線（ORDC）來招標(biāo)供需緊平衡下的備用資源，其VOLL的上限是9美元每度電。也意味著，超過這一價格，系統(tǒng)運行者不再提供招標(biāo)價格了。

電力系統(tǒng)的可靠、靈活性與長期充足性

從供給側(cè)，電力安全性可以定義為電力系統(tǒng)在最小可接受的服務(wù)中斷情況下，能夠承受干擾（比如產(chǎn)生異常系統(tǒng)條件的事件或事故）或意外事件（比如系統(tǒng)部件的故障或停機(jī)）的能力。無疑，這是一個覆蓋所有時間尺度與空間范圍的定義。

離散地來看，電力系統(tǒng)的安全關(guān)切，往往包含短期運行與長期系統(tǒng)充足性兩方面的含義。前者，可以稱為一種可靠性，往往指的是運行的安全，以及面臨各種擾動仍舊保持穩(wěn)定狀態(tài)；而后者，往往更系統(tǒng)不能在正常情況下存在“硬缺電”——缺少足夠裝機(jī)有關(guān)。

在傳統(tǒng)上短期可靠性與長期充足性之間，目前系統(tǒng)運行的靈活性成為另外一個關(guān)注的熱點。由于可再生能源更大波動性的特點，系統(tǒng)頻繁的上下調(diào)節(jié)、爬坡以及高比例可再生能源情況下仍舊保持系統(tǒng)穩(wěn)健等問題變得更加重要。

我國的電力系統(tǒng)，長期維持一套按照預(yù)測最大負(fù)荷8760小時運行（再加上10%-20%的備用）安排裝機(jī)以及電網(wǎng)資源的習(xí)慣，盡管這一最大負(fù)荷出現(xiàn)的時間往往是非常有限的。

這種安全就類似所有的交通基礎(chǔ)設(shè)施都按照春運的需求來安排一樣，過度地保障了長期的系統(tǒng)充足性，而造成了整體利用水平的下降。

這一安排對短期的系統(tǒng)靈活性具有關(guān)聯(lián)與含義。按照最大負(fù)荷安排，那么必然有機(jī)組需要在需求不再那么大的時刻退下來。選擇哪些機(jī)組退下來，在我國執(zhí)行的也不是專業(yè)化原則——那些適合退下來的輕資產(chǎn)機(jī)組，而是大鍋飯原則——所有的機(jī)組都輪流退點，利用率普遍上不去，但是都還過得去。

這一操作方式對于系統(tǒng)的靈活運行絕對不是好消息。很簡單，在一個高度過剩的系統(tǒng)中，如果還繼續(xù)有能力“退出出力”，那么無疑將成為進(jìn)一步損失市場份額的那個，所以機(jī)組爭取的更加不靈活，而不是相反。所有的機(jī)組都在運行，而其出力水平都壓得很低，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力（特別是進(jìn)一步降出力）越來越差。

過去維持系統(tǒng)安全的基本范式，在可再生能源出現(xiàn)之后，已經(jīng)越來越難以為繼。通過提供激勵來促進(jìn)靈活性的釋放，成為為數(shù)不多的選擇。但是東北的所謂調(diào)峰輔助服務(wù)市場設(shè)計顯示，這一激勵又走向了另一極端，產(chǎn)生了過度激勵問題，度電高達(dá)8毛，甚至1塊的靈活性成本，已經(jīng)大大超過了靈活性的價值，還不如直接棄掉可再生能源給補償呢，他們滿足的是同樣的系統(tǒng)目的——低谷時段有功平衡。

這是“十四五”期間必須解決的部分機(jī)組以“輔助服務(wù)”為名對其他機(jī)組的搶劫問題。

服從調(diào)度指揮——實現(xiàn)這一安全是否付出了過大的代價？

我國的《電網(wǎng)調(diào)度管理條例》規(guī)定，并網(wǎng)運行的發(fā)電廠或者電網(wǎng),必須服從調(diào)度機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一調(diào)度。在操作中，這往往成為了任何時間尺度上發(fā)電方對調(diào)度機(jī)構(gòu)的“仆從關(guān)系”。目前，我國煤電占據(jù)整個電力系統(tǒng)的主導(dǎo)地位，可以講整個煤電系統(tǒng)都是調(diào)度的備用資源，而不是調(diào)度只是市場的一個平等參與者，利用備用資源，而不是全部發(fā)電資源實現(xiàn)系統(tǒng)的安全運行與電能質(zhì)量要求。服從調(diào)度指揮往往成為一個不容討論、涉及電力系統(tǒng)安全的基本原則。任何的改變與改革措施，往往從來不挑戰(zhàn)這一基本原則。

比如，國家發(fā)改委與能源局2015年電力體制改革配套文件提及，并網(wǎng)自備電廠要嚴(yán)格執(zhí)行調(diào)度紀(jì)律，服從電力調(diào)度機(jī)構(gòu)的運行安排。從道理上講，自備電廠是企業(yè)的車間，自己完全應(yīng)該掌握自己發(fā)多少電，什么時候發(fā)電，唯一需要做的是及時以協(xié)議的形式通知調(diào)度而已。這是歐美市場的慣例。但是，在我國，無疑給予了調(diào)度“指揮權(quán)”，所有的機(jī)組都有必須服從“調(diào)度指令”一說。在年度尺度以內(nèi)，調(diào)度調(diào)成什么樣就按此進(jìn)行財務(wù)結(jié)算。

這種半軍事化安排，的確很有效地保證了安全。但是，顯然現(xiàn)實中我們評價一個事情的好壞，從來不是“有效就行”的單一價值觀。對于一個問題解決與改善的方案，往往還需要問兩個問題。第一，這一問題解決帶來的效率，是否大過了方案的成本，從而取得了總體成本的降低，也就是經(jīng)濟(jì)效率問題；第二，是否存在能夠帶來同樣收益且成本更低的其他解決方案，也就是成本有效性。

這種安排的一個明顯弊端，就是運行范式鉗制交易層面的靈活性，完全沒有平衡責(zé)任劃分的工作界面，造就了調(diào)度這一特權(quán)集團(tuán)，以及無法對機(jī)組提出明確但是有限的平衡義務(wù)要求（因為要求隨時在變）。因此，所謂建設(shè)輔助服務(wù)市場無從談起，這往往需要明確的責(zé)任劃分界面。

基于以上的認(rèn)識，我們就需要問：這種基荷的煤電，以及高度自由量裁的調(diào)度，是否意味著保證安全的過高的代價？關(guān)于這個問題的系統(tǒng)性回答，已經(jīng)超過了本文關(guān)注的范圍，我們將在2020年對5年的電力體制改革歷程進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)的基礎(chǔ)上進(jìn)行重新思考。

可再生能源的貴金屬依賴安全

可再生能源相比傳統(tǒng)化石能源，不需要燃料成本，但是投資成本都很高，屬于資本密集型的發(fā)電技術(shù)。而這些發(fā)電設(shè)備，往往需要使用包括稀缺金屬、稀土等原料制備。這些貴金屬，往往分布得非常不均衡，從而面臨著國際競爭，某些國家會對其他國家的依存度非常高。

當(dāng)然，這一問題在某些人看來也屬于夸大了。落基山研究所的創(chuàng)始人Amory Lovins曾經(jīng)說：稀土只是另一種不尋常的重要商品，但無法超越經(jīng)濟(jì)、創(chuàng)新和貿(mào)易的現(xiàn)實。

跨省區(qū)僵直外送帶來的依存“武器化”問題

中美貿(mào)易戰(zhàn)的發(fā)生，使得更多的人開始從危機(jī)視角考察平時的一些潛在經(jīng)濟(jì)與社會安全問題。其中，網(wǎng)絡(luò)依存帶來的“武器化”可能性被格外地強(qiáng)調(diào)。

這其中的邏輯起點與推演是：現(xiàn)實世界中的彼此依存，很多時候參與者的地位并不像想象中地那么平等，而是一個非對稱的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。比如美國對于互聯(lián)網(wǎng)域名系統(tǒng)、金融國際清算結(jié)算系統(tǒng)（SWIFT）、美元結(jié)算體系等網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)，形成一種“權(quán)力”。一方對另一方面單向依賴太大，網(wǎng)絡(luò)化依存不對稱，在某些環(huán)境與條件下就有“特權(quán)參與者”，從而為對抗提供可能的“武器工具”。

我國跨省跨區(qū)的電力僵直外送網(wǎng)絡(luò)無疑也是這方面一個很好的例子。過去的經(jīng)驗顯示：有的時候送出地不愿意送，而有的時候（越來越多的時候），接收地不愿意要。

比如，華潤鯉魚江電廠地處湖南省南部，是“西電東送”項目，接入廣東電網(wǎng)。但是，湖南電力逐年緊缺，湘南地區(qū)嚴(yán)重缺乏電源支撐。2019年，鯉魚江電廠轉(zhuǎn)接湖南電網(wǎng)已經(jīng)逐漸形成共識，并得到國家能源主管部門的認(rèn)同和支持。

回到從前的故事，2016年，河南省政府發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)煤炭行業(yè)解困的意見》強(qiáng)調(diào)，將省外來電納入對省電力公司目標(biāo)考核體系，控制國家計劃以外的省外來電，穩(wěn)定省內(nèi)發(fā)電市場，從而促進(jìn)煤炭企業(yè)解困。

這一體系之所以穩(wěn)健性如此之差，從政治視角，就在于這種外送完全是單向的，一方對另一方的完全依賴，而不是互通有無的互聯(lián)互通與雙向流動。這種僵直外送體系，已經(jīng)到了必須立刻取消的時刻了。

要解決“武器化”問題，關(guān)鍵在于消滅點對網(wǎng)、點對點的長距離高壓送電僵直安排。這是一個國外不存在，而格外具有中國特色的問題與挑戰(zhàn)。在“十四五”期間，需要這方面的結(jié)構(gòu)性改變。

電力互聯(lián)是否安全——互通有無往往是安全的

與僵直外送不同的是，電力的聯(lián)網(wǎng)，包括跨國聯(lián)網(wǎng)具有頻繁多變的電力潮流，往往前一個小時還是A國到B國，下一個小時就從B國到A國。這種情況下，互通有無條件下，武器化的可能就比較低，因為往往這樣的網(wǎng)絡(luò)是對稱依賴的。

典型的比如北歐與歐洲大陸的電力聯(lián)網(wǎng)。在夏天，絕對部分時間，北歐豐富的水電輸往歐洲大陸，但是也存在反向的可能性；在冬天，二者之間的潮流走向往往是在小時尺度上頻繁改變的，從而形成一個高度互相依存的對稱網(wǎng)絡(luò)。

基于以上的討論，我們可以看出，在我國的能源安全形勢有所惡化的大背景下，電力行業(yè)需要解決的恰恰是另外一個極端的問題——過度安全。這一過度安全造成了其他方面巨大的代價，包括僵直外送的無法維持與潛在的“武器化”問題、調(diào)度體系的落后以及無法進(jìn)化，輔助服務(wù)規(guī)則設(shè)計是“抓壯丁斗地主”，系統(tǒng)運行靈活性無法提升等問題。

對這些問題，“十四五”規(guī)劃編制無疑提供了一個改善的機(jī)會窗口。