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Wind turbines used to generate electricity are seen at a wind farm in Guazhou, 950km (590 miles) northwest of Lanzhou, Gansu Province September 15, 2013. China is pumping investment into wind power, which is more cost-competitive than solar energy and partly able to compete with coal and gas. China is the world's biggest producer of CO2 emissions, but is also the world's leading generator of renewable electricity. Environmental issues will be under the spotlight during a working group of the Intergovernmental Panel on Climate Change, which will meet in Stockholm from September 23-26. REUTERS/Carlos Barria (CHINA - Tags: ENERGY BUSINESS ENVIRONMENT) - GM1E99M16ZG01
报告

中国弃风问题与美国经验

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编者按

中国正经历史无前例的能源转型。随着煤炭消费已于2013年达峰,中国正致力于发展清洁能源、逐步替代煤炭,并以低碳能源推动未来发展。清华-布鲁金斯公共政策研究中心适时推出“中国能源转型”系列,旨在深入探讨电力改革的政治经济前景、燃料选择、能源与气候政策以及其它在转型过程中所面临的挑战。本文为该系列之一。

随着清洁能源的高速发展,中国成功培育了世界上规模最大的可再生能源装备制造业,并成为可再生能源装机总量最多的国家。作为国家战略中应对气候变化和空气污染的重要组成部分,可再生能源正在加速替代煤炭这一碳密集和污染密集型燃料:截至2016年,中国可再生能源投资占全球可再生能源投资的三分之一,投资总额比2005年增长近100倍。二十多年来,随着投资的持续增长,中国可再生能源消费占能源消耗总量的比重稳步上升,2016年约为11%。

然而,可再生能源的限电现象正成为“新常态”的一部分。2010年至2016年,弃风限电总量达到1.5亿MWh,弃风率高达16%。而在此六年间中国电力行业因弃风现象所造成机会成本高达12亿美元,相当于额外消耗原煤4800万吨,额外排放二氧化碳1.34亿吨,相当于2016年中国总排放量的1.5%,或相当于阿尔及利亚整个国家的碳排放量。

图1:中国的风能装机总量及逐年增长情况

Figure 1

来源: Wang Zhaobin, “Report on China’s Wind Curtailment” July 2014; Wind Industry Monitoring (2011 – 2016), NEA.

我国弃风限电的原因随着时间的推移而变化,不同省份弃风限电的成因也存在差异。从全国范围来开,弃风的历史可以分成两个阶段。2010到2012年,也就是第一阶段,弃风限电的主要原因是风能装机的高速增长和早期电网建设的滞后。所以,由此造成的弃风问题已经通过加大电网的建设而得到缓解。在第二阶段,也就是2014年以后,由于经济增速放缓,国内的电力需求下降。电力供给的过剩使得弃风限电现象再次加剧。 

 “绿色调度”和“优先调度”是优先考虑可再生能源的分配,逐步淘汰煤电以及排放较高的电厂。电力需求放缓事实上可以转变为可再生能源替代的绝佳机遇。然而,在碎片化、以省为单位的电力领域,上述目标并未实现。新技术与旧电力管理体制正是弃风限电现象背后的原因。电力和能源管理中的碎片化严重妨碍了电力系统整体规划。在国家层面,多头管理导致综合调配和综合电力规划难以展开。缺少权威机构带头进行整体规划使整个电力系统的效率下降,成本大幅上升;由于可再生能源的间歇性特征,电力系统的整体规划尤为重要。在地方层面,各省的保护主义和以省为单位的发展历程决定了电力调度的边界。调度范围小,省际调度不足,降低了电网安全调度间歇性电源的能力,降低了系统的安全性,增加了运营成本。

通过借鉴美国的成功经验,我们发现协调综合规划、重视电力系统灵活性、完善的电力市场和审慎的市场设计、扩大调度范围、改善风力预测是普及可再生能源的关键因素。以下表格总结了中国和美国的电力领域的五个特点。

表1:中美电力部门管理的差异对比

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从而,我们提出了三个针对中国弃风限电问题的政策建议。我们希望未来的电力改革能够:

  1. 建立区域电力市场试点方案,打破省际壁垒。扩大调度范围可以允许电网调度中心控制更多的电源,输电线路和需求,从而增加电源多样性,提高系统安全性,提升电网容错能力,降低基荷和调度成本。中国已经在2017年启动了一些省级电力市场试点,现在的重点应该是打破省际壁垒,打造一个有效的省际市场。政府应该考虑进一步将现有试点项目扩大至区域层面,从而扩大电力调度范围。
  2. 谨慎设计一个能够平衡各方“市场力”的区域电力市场。正如我们从2003年东北市场试点项目中所学到的,市场力失衡可能会导致严重的经济、乃至政治纠纷。美国电力改革的经验所表明,更加精细和审慎的市场设计可以维持电力市场的平衡。我们建议电力市场的设计把“市场力”平衡放在首位,由此可以尽量减少潜在的冲突和纠纷,保证电力市场改革的可持续性。诸如长期/短期合约和期货等市场机制可以帮助缓解市场波动和失衡。
  3. 改善风力预测并根据预测进行调度操作。截至2017年,中国的风电运营很少使用到先进的天气和风力预测系统。以甘肃为例,风电场往往没有风力预测设备,风电场和电网公司对谁来承担该项成本时有争议。落后的风力预报限制了电网管理调度的能力,从而增加了电网系统的负担和成本。我们建议风电开发商可与电网公司以及气象研究机构合作,改善预测技术,各自采取多种预测方法来提高风力预测精度。电网公司应将先进的预测技术广泛地应用到日前和实时调度、市场运营以及其它调度实践中。

作者

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Jiaqi Lu

Research Assistant - Brookings-Tsinghua Center for Public Policy

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