近年來我國新能源建設(shè)突飛猛進，單純依靠傳統(tǒng)火電調(diào)峰壓力大，難以應(yīng)對新能源發(fā)電的間歇性與波動性，導(dǎo)致消納形勢嚴(yán)峻，亟需開拓思路、創(chuàng)新解決消納新能源的困難。近年來，電能替代日益被重視，成為能源消費側(cè)革命的重要推動力。通過電能替代，短期內(nèi)能夠擴大負荷體量、提高響應(yīng)負荷占比，對于解決新能源消納問題具有重要意義。隨著政策支持、技術(shù)進步與機制完善，當(dāng)前電能替代促進清潔能源消納的條件越來越充分。
一、電能替代促進新能源消納的重要意義與作用機理
電能替代是在終端能源消費環(huán)節(jié)，推廣使用電能替代散燒煤、燃油等，如電采暖、地能熱泵、工業(yè)電鍋爐(窯爐)、農(nóng)業(yè)電排灌、電動汽車、靠港船舶使用岸電、機場橋載設(shè)備、電蓄能調(diào)峰等。國家要求，到2020年電能占終端能源消費比重應(yīng)達到約27%。根據(jù)國家電網(wǎng)公司預(yù)測，到2050年，電能在終端能源消費中的比重會超過50%。加快實施電能替代，可以顯著提升基礎(chǔ)負荷資源與靈活負荷資源的數(shù)量與規(guī)模，提高負荷調(diào)節(jié)的有效性與靈活性。其中，基礎(chǔ)負荷資源，是通過電能對其他一次能源的廣泛替代，從總量的維度增加了整個電力系統(tǒng)電力與電量規(guī)模;靈活負荷資源，主要是基于各類市場交易機制和價格信號而靈活調(diào)整的負荷，適合參與電網(wǎng)的調(diào)頻與調(diào)峰工作，如對電價敏感的工商業(yè)負荷，蓄冷蓄熱、電熱泵、電儲能(含電動汽車)等。靈活負荷資源可分為基于分時價格與基于經(jīng)濟激勵的負荷資源，普遍具有通斷可以被靈活控制，啟停較為可控，以及功率變化靈活、慣性小、調(diào)節(jié)范圍廣兩個特性�？偟膩碚f，推廣電能替代，從宏觀層面來看，增加基礎(chǔ)負荷體量，拓展基礎(chǔ)消納能力;從微觀層面看，增加靈活負荷規(guī)模，充分挖掘靈活負荷資源潛力，利用市場交易機制和電價機制提高負荷資源消納新能源的積極性、靈活性。
增強負荷響應(yīng)技術(shù)和機制方面相對復(fù)雜。靈活負荷資源響應(yīng)能夠改變自身用電行為，通過“擬合曲線”，達到與供給側(cè)資源相同的效果。在實時電價機制下，基于分時價格響應(yīng)，靈活負荷調(diào)整能夠處理2小時內(nèi)新能源發(fā)電波動;對于基于經(jīng)濟激勵的負荷資源，在系統(tǒng)完善激勵補償機制、先進電能計量技術(shù)、通訊系統(tǒng)技術(shù)、自動控制設(shè)施等“軟硬件”后，能夠通過直接負荷控制、緊急需求響應(yīng)、輔助服務(wù)市場等，適應(yīng)1分鐘至5～10分鐘、2小時內(nèi)新能源發(fā)電波動對靈活性的需求。
各國針對以電能替代為核心促進新能源消納的應(yīng)用積累了豐富經(jīng)驗。通過電能替代擴大基礎(chǔ)負荷資源規(guī)模方面，美國、日本、歐盟等成熟國家和地區(qū)，主要通過宏觀層面國家經(jīng)濟補貼、技術(shù)研發(fā)與推廣等扶持政策，微觀層面電力企業(yè)營銷引導(dǎo)、改善服務(wù)品質(zhì)等共同發(fā)力推進。通過電能替代促進靈活負荷資源有序響應(yīng)方面，各國政府是為擴大靈活負荷資源創(chuàng)造實施條件的主要力量，通過構(gòu)建組織管理保障體系、激勵機制，確保靈活負荷高質(zhì)量有序響應(yīng)。
二、目前電能替代促進清潔能源消納面臨的困難
西北地區(qū)是國家新能源重點規(guī)劃和發(fā)展區(qū)域，棄風(fēng)棄光矛盾最為尖銳，主要問題體現(xiàn)在統(tǒng)調(diào)負荷容量遠小于電源總裝機容量，絕對消納能力不足;電源裝機增速高于負荷增速，遏制了負荷消納能力提升;自備電廠問題突出，負荷固定，不參與調(diào)峰，擠占了新能源消納空間。
(一)擴大基礎(chǔ)負荷資源規(guī)模存在的問題近年來，國內(nèi)外油氣價格處于低位，導(dǎo)致電能在終端能源市場中競爭力不強。此外，各地區(qū)電能替代的補貼政策較少、環(huán)保政策執(zhí)行不嚴(yán)，導(dǎo)致企業(yè)實施電能替代意愿不強。一是各地區(qū)優(yōu)惠政策配套不足，制約了電能替代推廣力度。例如，2016～2017年間，青海、陜西、新疆發(fā)布的推進電能替代相關(guān)政策，僅明確了重點技術(shù)、重點領(lǐng)域，未配套發(fā)布具體優(yōu)惠財稅、補貼政策等。二是未充分利用電價優(yōu)勢，電能替代項目運行成本高。從2018年直接交易成交電價(較燃煤標(biāo)桿上網(wǎng)電價降幅)來看，新疆、青海、陜西、甘肅降幅分別為84、52、44、32元/千千瓦時，與其他省份相比較為可觀。但是受售電公司準(zhǔn)入不足、用戶放開選擇權(quán)門檻相對較高等因素影響，電能替代項目開展直接交易規(guī)模不高。
三是配電網(wǎng)建設(shè)薄弱，滿足電能替代需要的配套投資壓力大。為了推進電能替代工作，2018～2020年陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆配套電網(wǎng)投資需分別達到147、54、43、32及240億元。
(二)促進靈活負荷資源響應(yīng)存在的問題
一是靈活負荷響應(yīng)市場基礎(chǔ)相對薄弱。2018年，陜西、甘肅、青海、寧夏、新疆五省直接交易電量占全社會用電量比例不高，售電公司數(shù)量偏少。從市場意識、市場空間等要素來看，實施條件較為薄弱。
二是價格及補償機制起步較晚，部分省份峰谷價差水平不夠高，對用戶激勵不足�？芍袛嚯妰r探索較少，各地普遍在2018年之后才完善工商業(yè)峰谷電價。例如，陜西、甘肅的峰谷電價比，大工業(yè)用戶分別約為3.7、1.5，一般工商業(yè)分別約為2.7、2.9，導(dǎo)致靈活資源主動參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的意愿不高。
三、利用電能替代促進新能源消納的運作機制
(一)近期以電能替代擴大基礎(chǔ)負荷資源規(guī)模的運作機制1.通過行政手段擴大電能替代重點措施制定具有針對性的電能替代價格優(yōu)惠機制。電能替代項目減免城市公用事業(yè)附加費，并可享受一定折扣電價。對分散電采暖、電鍋爐、電窯爐、熱泵等重點項目實施資金支持。推進重點地區(qū)、重點領(lǐng)域電能替代項目。利用供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的機遇，因地制宜，針對用熱量較大的化學(xué)化工、電子制造、有色金屬行業(yè)推廣蓄熱式工業(yè)電鍋爐、電蓄冷空調(diào);針對水泥、陶瓷行業(yè)推廣電熱隧道窯、中頻爐等電窯爐技術(shù);加強機場、公共交通領(lǐng)域車輛“油改電”。強化環(huán)境監(jiān)管力度，完善相關(guān)能效和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。地方政府主導(dǎo)逐步建立工業(yè)企業(yè)能效等級標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)企業(yè)排放等級標(biāo)準(zhǔn)和用能設(shè)備質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，對于未達標(biāo)或未完成的企業(yè)采取懲罰性措施，以成本約束的方式敦促其推進電能替代。2.通過市場機制降低電能替代項目運行成本以中長期交易、月度競價交易、低谷時段棄風(fēng)棄光電量的準(zhǔn)現(xiàn)貨交易為主要方式，按照雙邊協(xié)商、掛牌、集中競價等市場方式確定購售電價。根據(jù)售電側(cè)放開的進度，由電網(wǎng)企業(yè)或售電公司打包代理參與直接交易。需對政府部門、電網(wǎng)企業(yè)確認(rèn)的電能替代項目實現(xiàn)“零門檻準(zhǔn)入”。
(二)近期提高靈活負荷資源響應(yīng)能力的運作機制
1.靈活負荷資源與新能源發(fā)電定向交易靈活負荷資源參與新能源發(fā)電中長期交易機制：清潔能源可與電力用戶直接、或打捆開展月度、周度等交易。按照歷史運行、預(yù)測出力情況，對不同發(fā)電類型設(shè)置不同出力曲線，作為交易標(biāo)的，電力用戶按照自身負荷可控情況選擇不同曲線產(chǎn)品，與發(fā)電側(cè)開展帶曲線的中長期交易。交易中心疊加計劃曲線，按月對用戶實際用電曲線進行偏差計量并實施考核。靈活負荷資源參與省內(nèi)新能源棄電時段交易：以月度為周期，制定下發(fā)新能源最大發(fā)電出力曲線。確定新能源在滿足發(fā)電曲線考核約束的同時，實現(xiàn)最大發(fā)電收益的需求、用戶低成本用電需求，及確定有意參加交易的市場主體名單。調(diào)度、新能源發(fā)電企業(yè)確定棄電時段，并計算棄電電量作為交易標(biāo)的，在交易中心掛牌電量和電價，由用戶根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)營情況摘牌，也可通過雙邊協(xié)商方式達成。
2.新能源電力綠色證書交易可實行綠色證書自愿認(rèn)購機制。蘋果公司、寶潔公司等企業(yè)為實現(xiàn)其產(chǎn)品在中國全產(chǎn)業(yè)鏈零排放，主動認(rèn)購新能源的需求較大�？砂凑諛�(biāo)桿電價或與新能源發(fā)電企業(yè)協(xié)商等方式，直接購買新能源。非水可再生能源配額制配額總量目標(biāo)設(shè)置及分配方面，以國家可再生能源發(fā)展的總量目標(biāo)為依據(jù)，按種類、分區(qū)域制定具體的發(fā)展目標(biāo)，保持逐年穩(wěn)定的增長。要求發(fā)電企業(yè)提供的電量中必須有規(guī)定的數(shù)量來自于可再生能源發(fā)電。配額制初期，主要開展物理量的電能交易。在考核期滿時，對責(zé)任主體的配額完成情況進行考核�？己吮O(jiān)督、監(jiān)理處罰機制方面，初期應(yīng)該制定一個較高的懲罰標(biāo)準(zhǔn)，未來逐步降低標(biāo)準(zhǔn)。
3.靈活負荷資源參與輔助服務(wù)交易電力市場輔助服務(wù)設(shè)計中加入靈活負荷響應(yīng)設(shè)計，包括蓄熱、電鍋爐、自備電廠、儲能等直接控制用戶，以及售電公司或負荷集中控制機構(gòu)(如車聯(lián)網(wǎng)平臺)打捆聚合的負荷等。要求交易主體，原則上調(diào)控能力在1MW以上。以日前、日內(nèi)交易為主，以調(diào)節(jié)成本最小為原則，按照價格從低到高對資源進行調(diào)用。達成交易后提前1~2小時通知用戶，按照交易結(jié)果調(diào)度靈活負荷資源，并根據(jù)輔助服務(wù)市場規(guī)則進行結(jié)算�？煽紤]將可中斷/削減負荷的購買費用納入發(fā)電企業(yè)輔助服務(wù)的考核基金，由發(fā)電企業(yè)來承擔(dān)相關(guān)費用。
4.電網(wǎng)側(cè)儲能虛擬電廠交易根據(jù)測算，對于建設(shè)成本200萬元/MWh的常規(guī)電網(wǎng)側(cè)儲能項目，度電峰谷價拉大到0.9元后，內(nèi)部收益率可提升至6%。當(dāng)前現(xiàn)行峰谷電價水平下，新增電網(wǎng)側(cè)儲能項目難有投資吸引力。根據(jù)仿真結(jié)果，對于13MW的風(fēng)電場，打捆4166輛電動汽車，采用虛擬電廠比單純風(fēng)電場的發(fā)電盈利高出20%。具體實施過程中，可打捆風(fēng)電場與電動汽車、或利用車聯(lián)網(wǎng)平臺聚合電動汽車組成虛擬電廠，基于次日風(fēng)電出力、各時段電動汽車可用容量情況，作為單一市場主體參與日前交易;同時，動態(tài)優(yōu)化決策參與日內(nèi)實時市場，為了彌補對電動汽車電池損耗、折抵租賃費，對電動汽車無償充電。車聯(lián)網(wǎng)平臺作為負荷聚合商，結(jié)合平臺設(shè)備數(shù)據(jù)分析，基于價格機制和設(shè)備產(chǎn)權(quán)方用戶簽約，調(diào)控平臺集合的電動汽車充電樁、分布式儲能等可控負荷參與響應(yīng)。
5.分布式微網(wǎng)園區(qū)綜合能源響應(yīng)涵蓋熱電聯(lián)產(chǎn)、電鍋爐等多能源站的分布式微網(wǎng)，通過協(xié)調(diào)運行可以充分利用多能源優(yōu)勢互補的特性，能夠顯著提高系統(tǒng)靈活性，提高風(fēng)、光電消納率，有效降低配電網(wǎng)網(wǎng)損及區(qū)域能源站運行費用約15%。通過設(shè)計合理的利益共享機制，分布式微網(wǎng)可由售電公司或電網(wǎng)公司代理，通過加裝相應(yīng)監(jiān)測、自動控制系統(tǒng)，將園區(qū)供電、供熱整體作為單一市場主體，參與靈活負荷資源的各類市場化交易。
6.可中斷電價優(yōu)化可中斷負荷要適應(yīng)隨機性強、高頻、短時的切負荷需求，積極開拓中小用戶市場。為增強實施效果，原則上負荷削減最小規(guī)模不低于1MW，可由售電公司聚合放開選擇權(quán)的用戶來實現(xiàn)，并提前確定可中斷負荷執(zhí)行次序、補償水平等。在明確因消納能力不足、導(dǎo)致新能源出力即將跌落達到某一閾值(如2%~5%)時，按照提前確定的通知時間，以最小切負荷為原則，要求用戶按照協(xié)議范圍內(nèi)的時間和規(guī)模中斷負荷。與傳統(tǒng)切負荷相比，可中斷切負荷給用戶帶來的損失更大，因此需多途徑解決可中斷電價資金來源。除了通過傳統(tǒng)高可靠性電價收益補償、籌集資金補償?shù)确绞酵猓砂凑铡罢l受益誰補償”的原則，探索切負荷時段并網(wǎng)新能源出讓部分收益彌補用戶損失的方法。
7.峰谷分時電價優(yōu)化強化峰谷分時電價削峰填谷功能，擴大風(fēng)電大發(fā)時段的基礎(chǔ)負荷消納能力。各省應(yīng)因地制宜，依據(jù)新能源出力曲線特點與峰谷電價補償資金規(guī)模，調(diào)整峰谷價差和時段，實現(xiàn)對負荷的精細化引導(dǎo)，將更多的高峰時段負荷吸引到風(fēng)電大發(fā)時段。對于能夠妥善解決補償資源來源的省份，可適度拉大峰谷價差。對于峰谷電價補償，可通過行政手段，把電網(wǎng)企業(yè)的損失納入靈活負荷資源響應(yīng)資金進行補償;或是探索通過市場手段疏解矛盾，在低谷時段針對新能源實行競價上網(wǎng)、最高限價，對用戶實行價格聯(lián)動，保障電網(wǎng)企業(yè)輸配電費收入的同時，實現(xiàn)新能源發(fā)電和用戶的合理利益分配與補償。
四、結(jié)論及建議
從國外研究及實踐經(jīng)驗來看，電力比價優(yōu)勢、環(huán)保政策約束、技術(shù)經(jīng)濟可行性等因素決定了電能替代空間。靈活負荷資源響應(yīng)對技術(shù)、體制機制要求較復(fù)雜，需系統(tǒng)制定基于市場信號的負荷響應(yīng)機制。應(yīng)積極發(fā)揮市場機制降低電能替代項目運行成本的積極作用，促進電能替代項目推廣。近期著重采用“行政+市場”的方式激發(fā)需求側(cè)資源靈活性，通過構(gòu)建交易機制、優(yōu)化電價機制等措施，使得各類負荷資源促進新能源消納，未來隨著現(xiàn)貨市場、信息技術(shù)等完善發(fā)揮實時電價作用。對于新能源消納矛盾突出的西北等地區(qū)，采用“電能替代+跨區(qū)跨省”消納雙管齊下，如單憑區(qū)域內(nèi)電能替代增量負荷無法有效扭轉(zhuǎn)新能源消納矛盾，跨區(qū)跨省負荷消納是短期內(nèi)的根本有效手段。為了高質(zhì)量推進電能替代項目、靈活負荷資源促進新能源消納，建議做好以下幾方面工作：一是加快售電公司準(zhǔn)入頻次、符合條件用戶選擇權(quán)放開，優(yōu)化需求側(cè)資源應(yīng)用市場條件。發(fā)揮售電公司精準(zhǔn)營銷、創(chuàng)新服務(wù)潛力，促進高效聚合電能替代項目、靈活負荷資源參與各類市場交易，降低電能替代項目運行成本、激發(fā)靈活負荷響應(yīng)能力。二是完善新能源與負荷資源的交易品種、交易機制等，創(chuàng)造良好、寬松市場環(huán)境。設(shè)立低谷時段棄風(fēng)棄光電量與電能替代項目定向交易、需求側(cè)資源與新能源發(fā)電專場交易、需求側(cè)資源參與輔助服務(wù)交易等品種，在偏差電量考核等方面制定寬松、有針對性扶持措施。三是優(yōu)化峰谷分時電價、可中斷電價，增強對負荷主動消納新能源的引導(dǎo)能力和吸引力。優(yōu)化可中斷電價執(zhí)行范圍，明確中斷的前提、提前通知時間、負荷中斷持續(xù)時間、可中斷補償?shù)�，�?yōu)化峰谷分時電價優(yōu)化執(zhí)行范圍、峰谷價差及執(zhí)行時段、峰谷電價補償機制，通過納入需求側(cè)管理基金、受益方出讓部分收益等方式，多途徑籌集補償資金來源。四是加強行政干預(yù)能力，推動電能替代項目實施。配套出臺優(yōu)惠價格、市場準(zhǔn)入機制等，科學(xué)擴大電能替代規(guī)模。統(tǒng)籌收取專項基金、環(huán)保處罰資金、未替代落后產(chǎn)能企業(yè)分?jǐn)偟日邔嵤�，多途徑籌集支持資金，鼓勵電能替代。強化環(huán)境監(jiān)管力度，完善相關(guān)能效和設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。地方政府主導(dǎo)逐步建立工業(yè)企業(yè)能效等級標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)企業(yè)排放等級標(biāo)準(zhǔn)和用能設(shè)備質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)。
五是構(gòu)建需求側(cè)資源促進新能源消納保障機制，動態(tài)診斷識別、優(yōu)化實施薄弱環(huán)節(jié)。構(gòu)建需求側(cè)資源促進新能源消納效果科學(xué)評估方法，明確各類需求側(cè)資源通過各類機制消納新能源水平，診斷分析薄弱環(huán)節(jié)，對于資源不足、機制缺陷進行改進，實現(xiàn)動態(tài)、閉環(huán)、持續(xù)優(yōu)化提升需求側(cè)資源促進新能源消納能力。