加快發(fā)展零碳靈活性資源是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的迫切任務(wù)

為了充分釋放新型短時靈活性資源潛力，推進多主體、多品種的輔助服務(wù)市場建設(shè)應(yīng)是電力市場改革的重點方向。

為激勵中時靈活性資源發(fā)展，應(yīng)利用現(xiàn)貨市場發(fā)現(xiàn)不同時間維度的電量價值，以此激勵靈活性資源響應(yīng)電網(wǎng)需求。

長時靈活性資源的發(fā)展仍需推動以氫能為代表的技術(shù)突破，加快其在未來十年的試點、示范與早期市場化應(yīng)用。

2023年6月，國家能源局發(fā)布《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍皮書》，明確了我國構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的方向，即“推動新能源成為發(fā)電量增量主體”，“電力供給結(jié)構(gòu)以化石能源發(fā)電為主體向新能源提供可靠電力支撐轉(zhuǎn)變”。然而，在可再生能源大規(guī)模開發(fā)的背景下，電力系統(tǒng)面臨更高的靈活性需求，這已成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

近些年，電力系統(tǒng)供需雙方的不確定性帶來的電力系統(tǒng)靈活性缺口凸顯。一方面，我國風(fēng)、光、水等可再生能源滲透率不斷提高，2022年年底裝機占比已達47.3%。由于可再生能源出力受到天氣、季節(jié)影響顯著，電力供給端不確定性增加。例如，2022年7―8月受汛期來水偏枯影響，四川省的水電出力減少，水電利用小時數(shù)較前一年同期下降12%，19個市（州）采取了工業(yè)側(cè)限電措施。另一方面，伴隨經(jīng)濟發(fā)展、終端電氣化和極端天氣頻發(fā)等多重因素影響，電力負荷側(cè)波動性愈發(fā)強烈。多年來，我國的電力需求持續(xù)增長。2015―2022年全社會用電量年復(fù)合增長率達6.1%，最大用電負荷增速更高，年復(fù)合增長率為7.1%。此外，極端高溫和嚴寒等天氣會造成電力負荷的短期劇烈波動。例如，2022年夏季我國平均氣溫升高1.2℃，最大負荷同比增長7992萬千瓦，其中的80%來自空調(diào)制冷負荷。

在此背景下，如何加速發(fā)展清潔靈活性資源、保障高比例可再生能源電力系統(tǒng)的靈活性需求，已成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的迫切任務(wù)。本文重點關(guān)注源側(cè)和網(wǎng)側(cè)靈活性資源，在短時、中時、長時三個時間尺度上探討對應(yīng)的重點零碳靈活性技術(shù)、發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望。短時靈活性是在分鐘級及以下的時間尺度上維持系統(tǒng)安全可靠，如維持頻率和電壓穩(wěn)定等；中時靈活性是在小時至多日的時間尺度上，來應(yīng)對如非水可再生能源與負荷波動引發(fā)的系統(tǒng)電力平衡需求；長時靈活性是在周至季節(jié)的時間尺度上應(yīng)對系統(tǒng)平衡需求，如應(yīng)對用電負荷和水電的季節(jié)性變化。

短時靈活性：完善輔助服務(wù)市場是釋放電化學(xué)儲能等靈活性資源潛力的破局之道

可提供短時靈活性（分鐘級以下）的技術(shù)多樣且成熟，包括煤電、氣電、常規(guī)可調(diào)節(jié)水電、抽水蓄能和電化學(xué)儲能。其中，以鋰離子為代表的電化學(xué)儲能是目前商業(yè)化成熟且適合快速大規(guī)模部署的資源。與抽水蓄能、煤電等傳統(tǒng)調(diào)節(jié)手段相比，電化學(xué)儲能響應(yīng)時間最短、調(diào)節(jié)速率最高。憑借極佳的技術(shù)特性，電化學(xué)儲能應(yīng)當(dāng)成為提供短時輔助服務(wù)的主力資源之一，可為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用、黑啟動等輔助服務(wù)。

隨著新能源配儲等政策的實施，電化學(xué)儲能裝機規(guī)模迅速擴大，但利用率仍低于預(yù)期。2020―2022年，電化學(xué)儲能年復(fù)合增長率為34%，2022年的裝機容量達到853萬千瓦。據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟預(yù)測，到2025年年底，電化學(xué)儲能累計裝機規(guī)模將達到5500萬千瓦。電化學(xué)儲能規(guī)?；畈l(fā)展，但整體利用率偏低，平均等效利用系數(shù)為12.2%，新能源配儲系數(shù)僅有6.1%。這意味著已建儲能電站調(diào)用情況較差，其靈活調(diào)節(jié)能力未能被充分利用，進而導(dǎo)致電化學(xué)儲能投資收益低于預(yù)期。

為充分釋放以電化學(xué)儲能為代表的新型短時靈活性資源潛力，推進多主體、多品種的輔助服務(wù)市場建設(shè)應(yīng)是電力市場改革的重點方向。首先，應(yīng)給予符合靈活調(diào)節(jié)能力要求的各類資源同等的市場主體地位。近些年，我國多地輔助服務(wù)市場實現(xiàn)了供給主體擴維，納入了更多類型、更低裝機規(guī)模、更低調(diào)度等級的靈活性資源。例如，華東區(qū)域于2022年更新電力輔助服務(wù)管理實施細則，將輔助服務(wù)擴展至接入電壓等級35kV及以上的風(fēng)電、光伏、自備電廠、抽水蓄能等發(fā)電側(cè)并網(wǎng)主體、可調(diào)節(jié)負荷和新型公用儲能電站。接下來，應(yīng)不斷擴充輔助服務(wù)交易品種，完善市場化交易機制。目前，各省份（二次）調(diào)頻輔助服務(wù)多采用市場化交易，而備用、轉(zhuǎn)動慣量、無功補償、爬坡輔助服務(wù)主要通過“兩個細則”進行固定補償。

從國際經(jīng)驗來看，電力市場發(fā)展較為成熟且新能源占比較高地區(qū)的輔助服務(wù)，正朝著細分品種更多、市場化交易定價的方向發(fā)展。例如，美國加利福尼亞州電力輔助服務(wù)市場有4個響應(yīng)速度與方向不同的輔助服務(wù)品種，即向上調(diào)頻、向下調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用。英國電力市場擁有3種調(diào)頻服務(wù)、5種備用服務(wù)、2種無功支持服務(wù)和黑啟動服務(wù)，其中的2種為無償強制服務(wù)，其余均通過雙邊協(xié)商或集中競價等市場化方式確定交易價格，市場設(shè)計者會根據(jù)系統(tǒng)需求不斷推出新的服務(wù)品種或更替現(xiàn)有品種。

中時靈活性：全面推動新能源和抽水蓄能等靈活性資源參與現(xiàn)貨市場，以現(xiàn)貨價格信號促進移峰填谷

儲能型光熱發(fā)電、壓縮空氣儲能、抽水蓄能等技術(shù)均可以為電力系統(tǒng)提供中時靈活性（小時級至多日），但它們的應(yīng)用在不同程度上受到技術(shù)成熟度、建造成本和地理位置等因素的限制。

相比之下，抽水蓄能是目前最具大規(guī)模發(fā)展?jié)摿Φ闹袝r靈活性資源。抽水蓄能可為電網(wǎng)提供調(diào)峰、填谷、事故備用等多種功能，儲能時長通常為8~12小時，循環(huán)效率在75%~80%。抽水蓄能可以在短時間（5分鐘）內(nèi)響應(yīng)調(diào)度信號迅速啟動，僅需10分鐘即可完成從滿負荷抽水到滿負荷發(fā)電的過程，調(diào)節(jié)范圍在±100%。據(jù)《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022》統(tǒng)計，截至2022年我國抽水蓄能總裝機容量達到4600萬千瓦，已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點資源總量約8.23億千瓦，已建和核準在建的裝機規(guī)模達到1.7億千瓦，項目覆蓋全國28個?。▍^(qū)、市）。

為激勵中時靈活性資源發(fā)展，應(yīng)充分利用現(xiàn)貨市場發(fā)現(xiàn)不同時間維度的電能量價值，以電價波動激勵靈活性資源響應(yīng)電網(wǎng)需求?，F(xiàn)貨市場設(shè)計一般以15分鐘作為最小出清時段，交易品種包括日前、日內(nèi)和實時市場，即對應(yīng)著中時靈活性的時間范圍。目前，山西、山東、廣東、甘肅、蒙西等地現(xiàn)貨市場發(fā)展走在全國前列，已進入長周期連續(xù)試運行階段。“十四五”期間，應(yīng)全面建成省級現(xiàn)貨市場，推動新能源、核電、水電等優(yōu)先發(fā)電的電量更高比例進入電力市場，充分發(fā)揮現(xiàn)貨市場實時發(fā)現(xiàn)電量價值的能力。同時，應(yīng)進一步放寬現(xiàn)貨市場限價幅度，這有助于應(yīng)對新能源比例上升帶來的發(fā)用電平衡難度增加，通過現(xiàn)貨市場提供的價格信號促進靈活性資源的優(yōu)化調(diào)配。

具體來說，推動抽水蓄能進入電力現(xiàn)貨市場，可以合理疏導(dǎo)抽水蓄能成本，增加其盈利能力，激發(fā)抽水蓄能電站投資熱情。2021年，國家發(fā)展改革委印發(fā)的《關(guān)于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》明確提出，要逐步推動抽水蓄能電站進入電能量市場。2022年，山東省開始探索推動抽水蓄能電站享受新型儲能相關(guān)政策，推動抽水蓄能電站進入電力市場，平等參與電力中長期交易、現(xiàn)貨市場交易及輔助服務(wù)市場。今年8月，青海省發(fā)展改革委就《青海省抽水蓄能項目管理辦法（試行）》公開征求意見，明確推動抽水蓄能電站作為獨立主體參與電力市場交易，逐步實現(xiàn)電站主要通過參與市場回收成本、獲得收益。同月，山西省已經(jīng)有首座抽水蓄能電站參與電力現(xiàn)貨市場。抽水蓄能進入電力現(xiàn)貨市場后，對保障當(dāng)?shù)氐碾娏?yīng)、電網(wǎng)安全，推動能源綠色低碳轉(zhuǎn)型具有重要的意義。

長時靈活性：探索以氫能為代表的多樣化技術(shù)路線，突破核心技術(shù)自主研發(fā)瓶頸

目前，火電和大型水電依然是提供長時靈活性（周至季節(jié)）的主要來源，適應(yīng)未來新型電力系統(tǒng)的零碳長時靈活性技術(shù)路線尚不明確。在碳中和的背景下，煤電將面臨更嚴格的發(fā)展約束；氣電需要解決本土氣源不足、供應(yīng)安全風(fēng)險等問題，難以在全國范圍成為主要過渡手段；水電存在地理局限性強、資源分布不均的發(fā)展約束。為解決長時靈活性資源短缺的矛盾，應(yīng)鼓勵綠電制氫-氫能發(fā)電、火電+捕集、利用與封存（CCUS）等多樣化創(chuàng)新技術(shù)發(fā)展?；痣姀S搭配CCUS技術(shù)是化石能源發(fā)電近零排放的唯一技術(shù)選擇，但捕集源二氧化碳濃度較低，技術(shù)成本高，火電廠加裝CCUS技術(shù)后的發(fā)電成本會升高60%（參考：張賢，楊曉亮，魯璽，等. 中國二氧化碳捕集利用與封存（CCUS）年度報告（2023）[R]. 中國21世紀議程管理中心，全球碳捕集與封存研究院，清華大學(xué). 2023.），CCUS技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用仍需要低成本、低能耗的關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。而氫能憑借其可零碳循環(huán)、可規(guī)?；⒖纱鎯?、可運輸?shù)忍匦?，有望成為在電力、工業(yè)、交通等多個領(lǐng)域中極具潛力的零碳技術(shù)。

實現(xiàn)氫能在電力系統(tǒng)的推廣和大規(guī)模應(yīng)用，必須打通制氫-儲氫-運氫-氫能發(fā)電的全產(chǎn)業(yè)鏈。在制氫與儲氫環(huán)節(jié)，我國從核心設(shè)備到制備工藝方面都與國際水平存在較大的差距。例如，目前國內(nèi)對高壓氣態(tài)儲氫技術(shù)僅掌握35MPa儲氣，而70MPa儲氣技術(shù)主要依賴從國外引進。在氫能發(fā)電環(huán)節(jié)，我國尚未掌握大型燃氣輪機的核心技術(shù)，在燃氫型燃氣輪機研發(fā)方面遠遠落后于國外廠家，市場主要的燃氫型燃氣輪機均為國外廠家設(shè)計研發(fā)。因此，暫時缺乏核心技術(shù)導(dǎo)致推廣氫能發(fā)電需要進口昂貴的國外設(shè)備，在燃氣機組壽命期內(nèi)進行摻氫改造的整體經(jīng)濟性差，阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。

由此可見，長時靈活性資源的發(fā)展仍需推動以氫能為代表的技術(shù)突破，通過更具系統(tǒng)性的政策措施加快其在未來十年的試點、示范與早期市場化應(yīng)用。以氫能為例，在“十四五”期間應(yīng)著重掌握制氫、儲氫、氫能發(fā)電（如氫燃機領(lǐng)域）的核心技術(shù)，從而大幅降低綠氫發(fā)電應(yīng)用的全供應(yīng)鏈成本?！笆逦濉逼陂g應(yīng)大范圍推廣利用風(fēng)、光、水等可再生能源發(fā)電制氫技術(shù)，長期存儲與長距離運輸技術(shù)，并在電力供應(yīng)短缺、需要靈活性支持的時間與空間點開展利用氫能發(fā)電提供電力的試點與商業(yè)化應(yīng)用示范。

政策、市場、技術(shù)合力促進零碳靈活性資源規(guī)模化發(fā)展

我國的資源稟賦決定了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)主要依靠煤電與水電作為可靈活調(diào)節(jié)的電源，但在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的進程中，如何加速發(fā)展零碳靈活性資源、保障多時間尺度的系統(tǒng)靈活性已成為迫切任務(wù)。從技術(shù)維度看，傳統(tǒng)的煤電、氣電、水電等技術(shù)受到碳排放、燃料供應(yīng)安全、地理位置等發(fā)展約束，亟需大力發(fā)展以電化學(xué)儲能、抽水蓄能、氫能為代表的多樣化電能存儲技術(shù)。

目前，電化學(xué)儲能、抽水蓄能等技術(shù)發(fā)展最為成熟，但還需完善電力市場機制以充分釋放其靈活調(diào)節(jié)能力，通過合理的市場激勵促進靈活性資源大規(guī)模投資。當(dāng)務(wù)之急便是加速建設(shè)和運行省級電能量現(xiàn)貨市場與輔助服務(wù)市場，推動多元主體平等參與電力市場，從而充分利用市場手段優(yōu)化調(diào)配靈活性資源，保障系統(tǒng)運行安全穩(wěn)定，促進可再生能源消納。

相比之下，氫能、儲能型光熱發(fā)電等創(chuàng)新技術(shù)尚處于商業(yè)化初期，且部分技術(shù)存在自主研發(fā)瓶頸。國家與省級地方政府宜提供差異化、精細化的政策扶持與激勵措施，鼓勵這些靈活性潛力巨大，但短期內(nèi)難以實現(xiàn)經(jīng)濟效益的零碳靈活性技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，推動試點示范應(yīng)用，促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。
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