近年來我國新能源建設(shè)突飛猛進(jìn)，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(dòng)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(fèi)側(cè)革命的重要推動(dòng)力。通過電能替代，短期內(nèi)能夠擴(kuò)大負(fù)荷體量、提高響應(yīng)負(fù)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(jìn)步與機(jī)制完善，當(dāng)前電能替代促進(jìn)清潔能源消納的條件越來越充分。
一、電能替代促進(jìn)新能源消納的重要意義與作用機(jī)理
電能替代是在終端能源消費(fèi)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(dòng)汽車、靠港船舶使用岸電、機(jī)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(fèi)比重應(yīng)達(dá)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(fèi)中的比重會超過50%。加快實(shí)施電能替代，可以顯著提升基礎(chǔ)負(fù)荷資源與靈活負(fù)荷資源的數(shù)量與規(guī)模，提高負(fù)荷調(diào)節(jié)的有效性與靈活性。其中，基礎(chǔ)負(fù)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(gè)電力系統(tǒng)電力與電量規(guī)模;靈活負(fù)荷資源，主要是基于各類市場交易機(jī)制和價(jià)格信號而靈活調(diào)整的負(fù)荷，適合參與電網(wǎng)的調(diào)頻與調(diào)峰工作，如對電價(jià)敏感的工商業(yè)負(fù)荷，蓄冷蓄熱、電熱泵、電儲能(含電動(dòng)汽車)等。靈活負(fù)荷資源可分為基于分時(shí)價(jià)格與基于經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的負(fù)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(gè)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(fù)荷體量，拓展基礎(chǔ)消納能力;從微觀層面看，增加靈活負(fù)荷規(guī)模，充分挖掘靈活負(fù)荷資源潛力，利用市場交易機(jī)制和電價(jià)機(jī)制提高負(fù)荷資源消納新能源的積極性、靈活性。
增強(qiáng)負(fù)荷響應(yīng)技術(shù)和機(jī)制方面相對復(fù)雜。靈活負(fù)荷資源響應(yīng)能夠改變自身用電行為，通過“擬合曲線”，達(dá)到與供給側(cè)資源相同的效果。在實(shí)時(shí)電價(jià)機(jī)制下，基于分時(shí)價(jià)格響應(yīng)，靈活負(fù)荷調(diào)整能夠處理2小時(shí)內(nèi)新能源發(fā)電波動(dòng);對于基于經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的負(fù)荷資源，在系統(tǒng)完善激勵(lì)補(bǔ)償機(jī)制、先進(jìn)電能計(jì)量技術(shù)、通訊系統(tǒng)技術(shù)、自動(dòng)控制設(shè)施等“軟硬件”后，能夠通過直接負(fù)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(shí)內(nèi)新能源發(fā)電波動(dòng)對靈活性的需求。
各國針對以電能替代為核心促進(jìn)新能源消納的應(yīng)用積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。通過電能替代擴(kuò)大基礎(chǔ)負(fù)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(jì)補(bǔ)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(jìn)。通過電能替代促進(jìn)靈活負(fù)荷資源有序響應(yīng)方面，各國政府是為擴(kuò)大靈活負(fù)荷資源創(chuàng)造實(shí)施條件的主要力量，通過構(gòu)建組織管理保障體系、激勵(lì)機(jī)制，確保靈活負(fù)荷高質(zhì)量有序響應(yīng)。
二、目前電能替代促進(jìn)清潔能源消納面臨的困難
西北地區(qū)是國家新能源重點(diǎn)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(fù)荷容量遠(yuǎn)小于電源總裝機(jī)容量，絕對消納能力不足;電源裝機(jī)增速高于負(fù)荷增速，遏制了負(fù)荷消納能力提升;自備電廠問題突出，負(fù)荷固定，不參與調(diào)峰，擠占了新能源消納空間。
(一)擴(kuò)大基礎(chǔ)負(fù)荷資源規(guī)模存在的問題近年來，國內(nèi)外油氣價(jià)格處于低位，導(dǎo)致電能在終端能源市場中競爭力不強(qiáng)。此外，各地區(qū)電能替代的補(bǔ)貼政策較少、環(huán)保政策執(zhí)行不嚴(yán)，導(dǎo)致企業(yè)實(shí)施電能替代意愿不強(qiáng)。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(jìn)電能替代相關(guān)政策，僅明確了重點(diǎn)技術(shù)、重點(diǎn)領(lǐng)域，未配套發(fā)布具體優(yōu)惠財(cái)稅、補(bǔ)貼政策等。二是未充分利用電價(jià)優(yōu)勢，電能替代項(xiàng)目運(yùn)行成本高。從2018年直接交易成交電價(jià)(較燃煤標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)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(shí)，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(xiàng)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(jìn)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(dá)到147、54、43、32及240億元。
(二)促進(jìn)靈活負(fù)荷資源響應(yīng)存在的問題
一是靈活負(fù)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(shí)施條件較為薄弱。
二是價(jià)格及補(bǔ)償機(jī)制起步較晚，部分省份峰谷價(jià)差水平不夠高，對用戶激勵(lì)不足�？芍袛嚯妰r(jià)探索較少，各地普遍在2018年之后才完善工商業(yè)峰谷電價(jià)。例如，陜西、甘肅的峰谷電價(jià)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(dòng)參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)的意愿不高。
三、利用電能替代促進(jìn)新能源消納的運(yùn)作機(jī)制
(一)近期以電能替代擴(kuò)大基礎(chǔ)負(fù)荷資源規(guī)模的運(yùn)作機(jī)制1.通過行政手段擴(kuò)大電能替代重點(diǎn)措施制定具有針對性的電能替代價(jià)格優(yōu)惠機(jī)制。電能替代項(xiàng)目減免城市公用事業(yè)附加費(fèi)，并可享受一定折扣電價(jià)。對分散電采暖、電鍋爐、電窯爐、熱泵等重點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施資金支持。推進(jìn)重點(diǎn)地區(qū)、重點(diǎn)領(lǐng)域電能替代項(xiàng)目。利用供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的機(jī)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(qiáng)機(jī)場、公共交通領(lǐng)域車輛“油改電”。強(qiáng)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(dá)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(jìn)電能替代。2.通過市場機(jī)制降低電能替代項(xiàng)目運(yùn)行成本以中長期交易、月度競價(jià)交易、低谷時(shí)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(jià)等市場方式確定購售電價(jià)。根據(jù)售電側(cè)放開的進(jìn)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(xiàng)目實(shí)現(xiàn)“零門檻準(zhǔn)入”。
(二)近期提高靈活負(fù)荷資源響應(yīng)能力的運(yùn)作機(jī)制
1.靈活負(fù)荷資源與新能源發(fā)電定向交易靈活負(fù)荷資源參與新能源發(fā)電中長期交易機(jī)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(yùn)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(fù)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(jì)劃曲線，按月對用戶實(shí)際用電曲線進(jìn)行偏差計(jì)量并實(shí)施考核。靈活負(fù)荷資源參與省內(nèi)新能源棄電時(shí)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(shí)，實(shí)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(shí)段，并計(jì)算棄電電量作為交易標(biāo)的，在交易中心掛牌電量和電價(jià)，由用戶根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)營情況摘牌，也可通過雙邊協(xié)商方式達(dá)成。
2.新能源電力綠色證書交易可實(shí)行綠色證書自愿認(rèn)購機(jī)制。蘋果公司、寶潔公司等企業(yè)為實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品在中國全產(chǎn)業(yè)鏈零排放，主動(dòng)認(rèn)購新能源的需求較大。可按照標(biāo)桿電價(jià)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(shí)，對責(zé)任主體的配額完成情況進(jìn)行考核。考核監(jiān)督、監(jiān)理處罰機(jī)制方面，初期應(yīng)該制定一個(gè)較高的懲罰標(biāo)準(zhǔn)，未來逐步降低標(biāo)準(zhǔn)。
3.靈活負(fù)荷資源參與輔助服務(wù)交易電力市場輔助服務(wù)設(shè)計(jì)中加入靈活負(fù)荷響應(yīng)設(shè)計(jì)，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(fù)荷集中控制機(jī)構(gòu)(如車聯(lián)網(wǎng)平臺)打捆聚合的負(fù)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(jià)格從低到高對資源進(jìn)行調(diào)用。達(dá)成交易后提前1~2小時(shí)通知用戶，按照交易結(jié)果調(diào)度靈活負(fù)荷資源，并根據(jù)輔助服務(wù)市場規(guī)則進(jìn)行結(jié)算�？煽紤]將可中斷/削減負(fù)荷的購買費(fèi)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(fèi)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(xiàng)目，度電峰谷價(jià)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(jià)水平下，新增電網(wǎng)側(cè)儲能項(xiàng)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(dòng)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(shí)施過程中，可打捆風(fēng)電場與電動(dòng)汽車、或利用車聯(lián)網(wǎng)平臺聚合電動(dòng)汽車組成虛擬電廠，基于次日風(fēng)電出力、各時(shí)段電動(dòng)汽車可用容量情況，作為單一市場主體參與日前交易;同時(shí)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化決策參與日內(nèi)實(shí)時(shí)市場，為了彌補(bǔ)對電動(dòng)汽車電池?fù)p耗、折抵租賃費(fèi)，對電動(dòng)汽車無償充電。車聯(lián)網(wǎng)平臺作為負(fù)荷聚合商，結(jié)合平臺設(shè)備數(shù)據(jù)分析，基于價(jià)格機(jī)制和設(shè)備產(chǎn)權(quán)方用戶簽約，調(diào)控平臺集合的電動(dòng)汽車充電樁、分布式儲能等可控負(fù)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(yùn)行可以充分利用多能源優(yōu)勢互補(bǔ)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(yùn)行費(fèi)用約15%。通過設(shè)計(jì)合理的利益共享機(jī)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(dòng)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(fù)荷資源的各類市場化交易。
6.可中斷電價(jià)優(yōu)化可中斷負(fù)荷要適應(yīng)隨機(jī)性強(qiáng)、高頻、短時(shí)的切負(fù)荷需求，積極開拓中小用戶市場。為增強(qiáng)實(shí)施效果，原則上負(fù)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(shí)現(xiàn)，并提前確定可中斷負(fù)荷執(zhí)行次序、補(bǔ)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(dá)到某一閾值(如2%~5%)時(shí)，按照提前確定的通知時(shí)間，以最小切負(fù)荷為原則，要求用戶按照協(xié)議范圍內(nèi)的時(shí)間和規(guī)模中斷負(fù)荷。與傳統(tǒng)切負(fù)荷相比，可中斷切負(fù)荷給用戶帶來的損失更大，因此需多途徑解決可中斷電價(jià)資金來源。除了通過傳統(tǒng)高可靠性電價(jià)收益補(bǔ)償、籌集資金補(bǔ)償?shù)确绞酵�，可按照“誰受益誰補(bǔ)償”的原則，探索切負(fù)荷時(shí)段并網(wǎng)新能源出讓部分收益彌補(bǔ)用戶損失的方法。
7.峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化強(qiáng)化峰谷分時(shí)電價(jià)削峰填谷功能，擴(kuò)大風(fēng)電大發(fā)時(shí)段的基礎(chǔ)負(fù)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(diǎn)與峰谷電價(jià)補(bǔ)償資金規(guī)模，調(diào)整峰谷價(jià)差和時(shí)段，實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷的精細(xì)化引導(dǎo)，將更多的高峰時(shí)段負(fù)荷吸引到風(fēng)電大發(fā)時(shí)段。對于能夠妥善解決補(bǔ)償資源來源的省份，可適度拉大峰谷價(jià)差。對于峰谷電價(jià)補(bǔ)償，可通過行政手段，把電網(wǎng)企業(yè)的損失納入靈活負(fù)荷資源響應(yīng)資金進(jìn)行補(bǔ)償;或是探索通過市場手段疏解矛盾，在低谷時(shí)段針對新能源實(shí)行競價(jià)上網(wǎng)、最高限價(jià)，對用戶實(shí)行價(jià)格聯(lián)動(dòng)，保障電網(wǎng)企業(yè)輸配電費(fèi)收入的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電和用戶的合理利益分配與補(bǔ)償。
四、結(jié)論及建議
從國外研究及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，電力比價(jià)優(yōu)勢、環(huán)保政策約束、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性等因素決定了電能替代空間。靈活負(fù)荷資源響應(yīng)對技術(shù)、體制機(jī)制要求較復(fù)雜，需系統(tǒng)制定基于市場信號的負(fù)荷響應(yīng)機(jī)制。應(yīng)積極發(fā)揮市場機(jī)制降低電能替代項(xiàng)目運(yùn)行成本的積極作用，促進(jìn)電能替代項(xiàng)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(jī)制、優(yōu)化電價(jià)機(jī)制等措施，使得各類負(fù)荷資源促進(jìn)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(shí)時(shí)電價(jià)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(fù)荷無法有效扭轉(zhuǎn)新能源消納矛盾，跨區(qū)跨省負(fù)荷消納是短期內(nèi)的根本有效手段。為了高質(zhì)量推進(jìn)電能替代項(xiàng)目、靈活負(fù)荷資源促進(jìn)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(jìn)高效聚合電能替代項(xiàng)目、靈活負(fù)荷資源參與各類市場交易，降低電能替代項(xiàng)目運(yùn)行成本、激發(fā)靈活負(fù)荷響應(yīng)能力。二是完善新能源與負(fù)荷資源的交易品種、交易機(jī)制等，創(chuàng)造良好、寬松市場環(huán)境。設(shè)立低谷時(shí)段棄風(fēng)棄光電量與電能替代項(xiàng)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(shí)電價(jià)、可中斷電價(jià)，增強(qiáng)對負(fù)荷主動(dòng)消納新能源的引導(dǎo)能力和吸引力。優(yōu)化可中斷電價(jià)執(zhí)行范圍，明確中斷的前提、提前通知時(shí)間、負(fù)荷中斷持續(xù)時(shí)間、可中斷補(bǔ)償?shù)龋瑑?yōu)化峰谷分時(shí)電價(jià)優(yōu)化執(zhí)行范圍、峰谷價(jià)差及執(zhí)行時(shí)段、峰谷電價(jià)補(bǔ)償機(jī)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(bǔ)償資金來源。四是加強(qiáng)行政干預(yù)能力，推動(dòng)電能替代項(xiàng)目實(shí)施。配套出臺優(yōu)惠價(jià)格、市場準(zhǔn)入機(jī)制等，科學(xué)擴(kuò)大電能替代規(guī)模。統(tǒng)籌收取專項(xiàng)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?shí)施，多途徑籌集支持資金，鼓勵(lì)電能替代。強(qiáng)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(jìn)新能源消納保障機(jī)制，動(dòng)態(tài)診斷識別、優(yōu)化實(shí)施薄弱環(huán)節(jié)。構(gòu)建需求側(cè)資源促進(jìn)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(jī)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(jī)制缺陷進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、閉環(huán)、持續(xù)優(yōu)化提升需求側(cè)資源促進(jìn)新能源消納能力。