（圖片來源: Ifeng-Energy）

去年下半年以來風(fēng)電棄風(fēng)率有所降低，各地涌現(xiàn)“搶裝潮”。本文將從技術(shù)、系統(tǒng)成本以及市場(chǎng)三個(gè)視角，對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)及其系統(tǒng)影響涉及到的關(guān)鍵問題進(jìn)行討論。

2014年，全國(guó)來風(fēng)情況普遍偏小，全年風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)下降明顯，平均利用小時(shí)數(shù)為不到1900小時(shí)。風(fēng)電發(fā)電量的增幅降低，一定程度上減輕了風(fēng)電市場(chǎng)消納的壓力，風(fēng)電平均棄風(fēng)率8%，同比下降4%。由于存在風(fēng)電優(yōu)惠電價(jià)下調(diào)的預(yù)期，下半年各地區(qū)不同程度出現(xiàn)了“搶裝潮”。截至2014年底，全國(guó)風(fēng)電累計(jì)核準(zhǔn)容量1.7億千瓦，在建容量接近8000萬千瓦。

進(jìn)入2015年，我國(guó)在推出風(fēng)電標(biāo)桿電價(jià)體系5年之后，根據(jù)風(fēng)電的技術(shù)進(jìn)步情況，下調(diào)了這一優(yōu)惠政策的支持力度，平均在2分錢左右。下調(diào)的依據(jù)在于過去幾年風(fēng)電設(shè)備行業(yè)技術(shù)進(jìn)步與規(guī)模效應(yīng)帶來的投資成本大幅下降，而反對(duì)下調(diào)列出了補(bǔ)貼拖欠、并網(wǎng)困難、棄風(fēng)限電嚴(yán)重、CDM收益消失等問題，影響風(fēng)電業(yè)主的預(yù)期收益率。與此同時(shí)，風(fēng)電并網(wǎng)容量突破了1億千瓦的整數(shù)大關(guān)。總體電力需求在2015年的前幾個(gè)月依舊低迷，也使得希望通過擴(kuò)大的電力需求來改善風(fēng)電的棄風(fēng)問題變得困難，棄風(fēng)率在前幾個(gè)月大幅上升(接近20%)，存量不動(dòng)、依靠增量解決問題的騰挪空間已經(jīng)變得有限。

在電力體制改革業(yè)已啟動(dòng)的大背景下，如何從體制設(shè)計(jì)與機(jī)制安排的角度，解決棄風(fēng)問題變得重要。理解棄風(fēng)形成的原因可能關(guān)系到相應(yīng)的解決方案的提出，無論是在短期還是長(zhǎng)期。筆者2014年的文章指出，“風(fēng)電與電網(wǎng)缺乏協(xié)調(diào)”的說法是具有誤導(dǎo)性的。它只在短期項(xiàng)目級(jí)成立，而在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上更像是對(duì)存在問題的另外一種表述，“加強(qiáng)協(xié)調(diào)”的說法不意味著任何方法論，會(huì)混淆風(fēng)電發(fā)展的目標(biāo)與途徑，也不能提供風(fēng)電長(zhǎng)期發(fā)展的目標(biāo)方案。

最近，對(duì)棄風(fēng)原因的解釋多了一種火電與風(fēng)電利益糾纏說，“統(tǒng)籌二者的利益”自然是其解決方案。這種思路在筆者看來同樣是誤導(dǎo)性的，它轉(zhuǎn)移了話題，跳過“做蛋糕”的系統(tǒng)最優(yōu)化問題，直接解讀為“分蛋糕”的分配問題(這個(gè)當(dāng)然也重要，但是無疑是第二位的)，將追求效率為基本價(jià)值目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)議題，變成了一個(gè)充滿妥協(xié)意味的政治議題。

風(fēng)電并網(wǎng)的技術(shù)視角——系統(tǒng)靈活性要求提升

電力系統(tǒng)的靈活性，簡(jiǎn)而言之是電力系統(tǒng)面臨供給與需求波動(dòng)仍舊保持系統(tǒng)時(shí)刻平衡的能力，包括“向上”與“向下”的靈活性。風(fēng)電出力的最大特點(diǎn)在于其波動(dòng)性(variability)，也就是說風(fēng)電機(jī)組的出力大小，是天氣情況決定的，而不像傳統(tǒng)的化石燃料機(jī)組，受人的控制。出力波動(dòng)與預(yù)測(cè)誤差的存在，意味著系統(tǒng)面臨需求不確定性之外，多了一層不確定性，無疑將需要更多的可以靈活調(diào)節(jié)的機(jī)組以在各個(gè)時(shí)間尺度上幫助系統(tǒng)的平衡。

對(duì)應(yīng)于資產(chǎn)存量更新的速度，不同時(shí)間尺度上的系統(tǒng)靈活性資源選擇有所不同。

短期(1年到幾年)內(nèi)，電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與技術(shù)不可能發(fā)生大的變化，風(fēng)電接入電網(wǎng)更多考慮的是如何通過優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行來提高接入風(fēng)電的能力。更加準(zhǔn)確的進(jìn)行風(fēng)電出力預(yù)測(cè)，將減少系統(tǒng)平衡的不確定性，進(jìn)而減少對(duì)靈活性的要求，在系統(tǒng)平衡中扮演著比較重要的角色。提高調(diào)度計(jì)劃的時(shí)間分辨率，從日前計(jì)劃不斷的滾動(dòng)修正到小時(shí)級(jí)計(jì)劃，以及半小時(shí)、15分鐘計(jì)劃，可以縮小系統(tǒng)需要平衡的程度，提高運(yùn)行效率。此外，業(yè)已存在的基于價(jià)格(峰谷電價(jià))或者基于激勵(lì)(可中斷電源)的需求側(cè)管理措施，也可以有效地扮演平衡服務(wù)的角色。

中期(幾年到10年)：電力系統(tǒng)有機(jī)會(huì)發(fā)生比較明顯的結(jié)構(gòu)改變與增強(qiáng)技術(shù)能力。擴(kuò)大的電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)范圍(可以利用更多的出力特性不同的機(jī)組，集合負(fù)荷特性不同的用電者，平抑波動(dòng))、靈活電源(比如天然氣單循環(huán)機(jī)組。這部分機(jī)組具有起停迅速、成本較小的特點(diǎn)，固定投資成本低，是峰荷最有力的競(jìng)爭(zhēng)者)以及抽水蓄能等都是系統(tǒng)靈活性提高的方式。

長(zhǎng)期(幾十年)：現(xiàn)有的電力系統(tǒng)特點(diǎn)、存量資產(chǎn)可以完全忽略。問題變成了基于何種價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)，需要“設(shè)計(jì)”或者推動(dòng)形成一個(gè)什么樣的電力系統(tǒng)。其中，先進(jìn)的技術(shù)與模式的作用與角色，比如先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)、電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)、互聯(lián)網(wǎng)促進(jìn)電力響應(yīng)的應(yīng)用等，是一個(gè)非常熱門的話題。如果系統(tǒng)的可再生能源越來越多，并且其在市場(chǎng)競(jìng)價(jià)與政策安排中居于優(yōu)先地位，那么意味著系統(tǒng)剩余的負(fù)荷曲線波動(dòng)將更大，系統(tǒng)會(huì)越來越呈現(xiàn)只有腰荷與峰荷，而沒有明顯基荷的特點(diǎn)。這一特點(diǎn)，無疑意味著系統(tǒng)的靈活性以及輕資產(chǎn)密度的需求(因?yàn)槔寐实南陆担顿Y成本大的電源類型發(fā)電成本將無法攤薄)。

在中期尺度上，存在著可能的一種變化，那就是通過對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的更新改造或者關(guān)停(比如未達(dá)到技術(shù)壽命的發(fā)電機(jī)組)來加快系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化與資產(chǎn)更新。這方面值得探討的是：在中短期，是否需要提前退役嚴(yán)重影響系統(tǒng)靈活性的大容量輸電線路以及大容量的煤電機(jī)組。

這些廣泛存在的措施的最終目標(biāo)，在于以經(jīng)濟(jì)有效的方式，保證電力系統(tǒng)在任意地點(diǎn)與時(shí)間上的供需平衡。在目前的系統(tǒng)中，通常電網(wǎng)平衡與安全負(fù)責(zé)的機(jī)構(gòu)(比如調(diào)度或者電網(wǎng))都擁有一定的平衡資源，而發(fā)電廠商也在一定的調(diào)節(jié)范圍內(nèi)有參與系統(tǒng)服務(wù)的義務(wù)。超過這些范圍，電力市場(chǎng)也存在著平衡市場(chǎng)，去實(shí)現(xiàn)額外的平衡需求的購(gòu)買與供應(yīng)服務(wù)。在美國(guó)的部分電力市場(chǎng)，這一平衡市場(chǎng)還能夠與能量市場(chǎng)聯(lián)合優(yōu)化出清，促進(jìn)整個(gè)電力系統(tǒng)的最優(yōu)化。

風(fēng)電出力預(yù)測(cè)的誤差(fore error)總是存在，相比傳統(tǒng)的可控能源形式，風(fēng)電往往意味著更多的系統(tǒng)平衡與備用資源。這一平衡的需求，是針對(duì)風(fēng)電預(yù)測(cè)的誤差，而不是風(fēng)電的全部。這一增加的程度，從若干歐洲風(fēng)電大國(guó)的經(jīng)歷來看，是非常有限的。短期來看，風(fēng)電存在一定程度的保證容量(與地點(diǎn)與負(fù)荷特性高度相關(guān)，在5%-40%左右)，而我國(guó)電力系統(tǒng)也存在著較大的冗余。不考慮系統(tǒng)的爬坡速率問題，筆者團(tuán)隊(duì)的初步研究表明，即使目前的電力系統(tǒng)完全不改造，接納年(發(fā)電量)10%風(fēng)電與5%太陽(yáng)能以上份額在技術(shù)上是可行的。目前的可再生能源比例距此還存在相當(dāng)?shù)木嚯x，仍具有快速發(fā)展的現(xiàn)有系統(tǒng)可行性條件，關(guān)鍵在于其他問題的解決。

風(fēng)電并網(wǎng)的成本視角——超越發(fā)電成本(LCOE)的系統(tǒng)成本

從一般的角度而言，由于電力的需求是波動(dòng)的，并且不方便儲(chǔ)存，因此不同的時(shí)間上具有不同的價(jià)值，在電力需求高的時(shí)候價(jià)值大，需求低的時(shí)候價(jià)值小。相對(duì)于單一的發(fā)電技術(shù)，不同特點(diǎn)技術(shù)的組合是成本更低的選擇。比如基荷選擇低燃料成本機(jī)組(比如核電)，尖峰選擇低投資成本(比如天然氣)的是最有效率的。

從不同電源類型的出力特性來看，沒有任何一種電源類型可以完美無縫隙的滿足波動(dòng)的需求(完全可調(diào)節(jié)的天然氣機(jī)組也存在機(jī)組故障風(fēng)險(xiǎn))。從經(jīng)濟(jì)學(xué)價(jià)值的角度，我們可以定義一個(gè)假想的“電源”類型，具有與需求完全一致的出力特性，也就不需要任何除發(fā)電外的成本。那么，其他電源類型，包括傳統(tǒng)的煤電、氣電，也包括風(fēng)電、太陽(yáng)能等可再生能源，與這一理想電源的差別，就是這些電源除了本身發(fā)電成本之外的“系統(tǒng)成本”。因?yàn)?，作為波?dòng)性的電源，風(fēng)電要提供充分滿足需求特性的電力，還將存在相比傳統(tǒng)電源更大的系統(tǒng)成本。

以完美跟蹤需求變化的發(fā)電技術(shù)為參照，系統(tǒng)成本主要將包括三個(gè)方面：

1、出力特性與需求特性的差別。風(fēng)電的保證容量較低，因此風(fēng)電進(jìn)入系統(tǒng)并不能等效地降低其他機(jī)組的投入，它會(huì)減少其他機(jī)組的利用時(shí)間，增加系統(tǒng)過多冗余的必要性，甚至在某些時(shí)刻大過總負(fù)荷，這在目前的技術(shù)條件下可能導(dǎo)致負(fù)的電力價(jià)格。這導(dǎo)致系統(tǒng)成本相比不發(fā)展可再生能源而增加?？煞Q之為特性成本(Profile cost)。

2、出力的誤差平衡。風(fēng)電的出力是波動(dòng)并具有不確定性的，預(yù)測(cè)總是有誤差的，因此預(yù)測(cè)的誤差就需要系統(tǒng)提供額外的容量來平衡。這就需要平衡成本(Balance cost)。

3、風(fēng)電出力的地域限制與傳輸限制。這一成本也存在于其他的電源當(dāng)中，也就是電網(wǎng)的傳輸容量限制，或者缺乏，必須為了風(fēng)電能夠充分上網(wǎng)而投資或者擴(kuò)建。這就對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)成本(Grid cost)。

以上的三項(xiàng)成本，基本隨著可再生能源的份額增加而增加，但是其具體的大小仍取決于電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，取決于系統(tǒng)中各項(xiàng)技術(shù)的互動(dòng)。一般而言，特性成本往往是三項(xiàng)成本中最大的。從程度上，可再生能源的隨機(jī)性與間歇性，也決定了它們的系統(tǒng)成本，往往要大于傳統(tǒng)的可控化石能源機(jī)組，特別是具有良好調(diào)節(jié)性能的機(jī)組。

必須指出的是，這些成本是客觀存在的，但是這是系統(tǒng)特點(diǎn)與風(fēng)電出力的特點(diǎn)所決定的，并不是市場(chǎng)失靈，不需要任何的政府政策干預(yù)。在起作用的電力市場(chǎng)中，這種成本自然會(huì)顯現(xiàn)并由相應(yīng)的承擔(dān)主體。比如由于風(fēng)電出力的時(shí)候市場(chǎng)價(jià)格低，而風(fēng)電不出力的時(shí)候市場(chǎng)價(jià)格高，那么平均來看，風(fēng)電的單位發(fā)電收益水平就比不上具有靈活調(diào)節(jié)性能的天然氣;風(fēng)電出力預(yù)測(cè)有誤差，其業(yè)主就必然需要在平衡市場(chǎng)購(gòu)買相應(yīng)的平衡服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)自己此前向市場(chǎng)的發(fā)電承諾;系統(tǒng)需要為大規(guī)模的風(fēng)電出力波動(dòng)提供更高水平的旋轉(zhuǎn)備用等資源，這一系統(tǒng)服務(wù)也必然會(huì)以某種形式(比如分?jǐn)偟捷斉涑杀?、風(fēng)電自身承擔(dān)、調(diào)度收費(fèi))得以消化。

此外，風(fēng)電的這種額外成本的存在，跟傳統(tǒng)機(jī)組出力與需求不一致并沒有性質(zhì)上的區(qū)別，也不能得出風(fēng)電不應(yīng)該發(fā)展的結(jié)論。發(fā)展風(fēng)電的意義與目標(biāo)(Target)在于長(zhǎng)期的能源安全、減排與環(huán)境收益，以及其他方面。在風(fēng)電份額還非常小(比如我國(guó))的情況下，這也不構(gòu)成當(dāng)前限制其發(fā)展的理由(當(dāng)然，風(fēng)電的市場(chǎng)價(jià)值在長(zhǎng)期可能會(huì)下降的比較快)。問題的關(guān)鍵在于：能否設(shè)計(jì)一個(gè)起作用的電力市場(chǎng)，能夠有助于各種成本要素的發(fā)現(xiàn)與定價(jià)，并對(duì)相應(yīng)的利益群體提供價(jià)格信號(hào)或者激勵(lì)，以更有效率的解決問題，并促進(jìn)各種需求側(cè)與平衡技術(shù)的創(chuàng)新。

在我國(guó)電力市場(chǎng)還基本沒有建立起來的背景下，電力體制改革配套文件中的臨時(shí)性的政策安排(如確保風(fēng)電的調(diào)度優(yōu)先地位)無疑是有意義的。但是，這無法取代市場(chǎng)作為長(zhǎng)效機(jī)制的作用。建立電力市場(chǎng)，仍舊是風(fēng)電可持續(xù)有效率發(fā)展的重中之重。這同樣與以下將要討論的市場(chǎng)視角有關(guān)系。

風(fēng)電并網(wǎng)的市場(chǎng)視角——“merit-order”效應(yīng)

由于缺乏以成本為基礎(chǔ)的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，這種市場(chǎng)的視角在我國(guó)還難以找到對(duì)應(yīng)。我們以德國(guó)風(fēng)電發(fā)展的效應(yīng)來說明。

德國(guó)地區(qū)平均意義上的躉售電價(jià)水平，在2008年之后，從60歐元/兆瓦時(shí)以上，一路下跌，到現(xiàn)在，平均已經(jīng)不到40歐元/兆瓦時(shí)，也就是3-4歐分/度的水平，在某些時(shí)段時(shí)不時(shí)出現(xiàn)負(fù)的電價(jià)水平。英國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)人雜志的文章《How to lose half a trillion euros》生動(dòng)了描述了這一過程。

電價(jià)的這種跌落，是多種因素共同作用、疊加的結(jié)果。但是無論是理論模擬還是實(shí)證檢驗(yàn)，都基本一致的證實(shí)了可再生能源對(duì)電價(jià)下降的正貢獻(xiàn)，至少在目前的可再生能源份額水平上。風(fēng)電、太陽(yáng)能的可變成本都無限趨近于零。在一個(gè)邊際成本決定市場(chǎng)價(jià)格的電力市場(chǎng)中，這種低邊際成本將無限壓低市場(chǎng)整體的價(jià)格水平，這稱之為“merit-order”效應(yīng)(優(yōu)先次序效應(yīng))。眾多文獻(xiàn)的檢驗(yàn)表明，在目前的電源結(jié)構(gòu)下，可再生能源每增加100萬千瓦，市場(chǎng)的價(jià)格水平可能就要跌落6-10歐元。 

這種市場(chǎng)設(shè)計(jì)與基于邊際成本的定價(jià)模式，從整個(gè)系統(tǒng)而言，是市場(chǎng)出清與系統(tǒng)成本優(yōu)化的必然選擇。因?yàn)楦鞣N機(jī)組一旦建成，其投資成本，以及固定的運(yùn)行成本(比如還貸、人員工資)將成為“沉沒成本”，系統(tǒng)要成本最優(yōu)化，必須首先使用那些可變成本低的發(fā)電類型?？稍偕茉礇]有燃料成本，自然是最優(yōu)先的選擇。只有這樣，從“做大蛋糕”——系統(tǒng)最優(yōu)化的角度，也才是合理的。因此，在我國(guó)存在的火電與風(fēng)電爭(zhēng)發(fā)電小時(shí)數(shù)的問題，首先應(yīng)該界定為一個(gè)整體系統(tǒng)最優(yōu)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)下的效率問題，而不是一個(gè)風(fēng)電與火電分蛋糕的“利益分割”問題與視角。

那么，消費(fèi)者從下降的電價(jià)中得到好處了嗎?

對(duì)整體電力消費(fèi)者，短期內(nèi)答案無疑是肯定的。從影響看，因?yàn)榭稍偕茉?，大量的利?rùn)從發(fā)電商轉(zhuǎn)移到了用電用戶。至于中小工業(yè)與居民電價(jià)漲幅巨大的問題，那只不過是支持可再生能源的負(fù)擔(dān)不對(duì)稱的加到這些部門之上而已。

總體加權(quán)電價(jià)的漲幅要比人們想象的小得多。居民電價(jià)的持續(xù)上漲無疑吸引眼球，但它遠(yuǎn)不是整個(gè)圖景的全部，甚至不是主要部分。直接的電力支出是支出，內(nèi)含在各種商品中降低的電力成本帶來的支出節(jié)省也是存在的。德國(guó)最近幾年的總體終端電價(jià)水平在不斷上漲，但是如果沒有可再生能源的擴(kuò)大，這種上漲的程度只會(huì)更高，而不是更低。這是解讀與評(píng)價(jià)德國(guó)可再生能源政策的關(guān)鍵邏輯。

當(dāng)然，長(zhǎng)期而言，可再生能源進(jìn)入市場(chǎng)，是提高了還是降低了市場(chǎng)的電價(jià)水平，是一個(gè)很有爭(zhēng)議，甚至很難界定清楚的問題。市場(chǎng)相比其份額不增長(zhǎng)的變化，尤其是電源結(jié)構(gòu)變化會(huì)變得非常不確定，并且摻雜了很多衍生的變化。風(fēng)電規(guī)模越大(意味著系統(tǒng)的剩余基荷需求越少，機(jī)組的平均利用水平下降，因此高一次投資，低運(yùn)行成本的發(fā)電技術(shù)與大容量輸電線路將有可能因?yàn)槿狈ψ銐虻睦寐时惶蕴?，系統(tǒng)就越發(fā)需要成為一個(gè)更具靈活性的系統(tǒng)，靈活機(jī)組的份額將更大。這從長(zhǎng)期成本而言，往往大于一個(gè)(無如此大比例風(fēng)電)不靈活系統(tǒng)的成本。

從市場(chǎng)價(jià)格的角度，一方面，merit-order是永遠(yuǎn)存在的，其壓縮市場(chǎng)價(jià)格的效應(yīng)是存在的，但是隨著其份額的擴(kuò)大，在可再生出力減少的情況下，剩余的傳統(tǒng)火電機(jī)組將具有更大的市場(chǎng)力去抬升價(jià)格，以在有限的利用小時(shí)數(shù)以內(nèi)回收固定成本，提高利潤(rùn)；另一方面，市場(chǎng)價(jià)格的最高限價(jià)通常是存在的，這一限制是否會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)容量不足，從而長(zhǎng)期引發(fā)電價(jià)整體上漲的問題也是很復(fù)雜的。這是實(shí)證角度的分析。從規(guī)范的角度，目前的這種最高限價(jià)、可再生能源大發(fā)展與單一電量市場(chǎng)(energy-only)的模式，被大部分人視為不可持續(xù)的，需要進(jìn)一步的改革措施。

此外，價(jià)格的變化可能更加劇烈，在可再生能源不出力的時(shí)刻，剩余的少量傳統(tǒng)機(jī)組將具有很大的市場(chǎng)力去實(shí)現(xiàn)一個(gè)更高的價(jià)格水平。電力市場(chǎng)可能永遠(yuǎn)存在稀缺時(shí)刻，而這些時(shí)刻可能永遠(yuǎn)存在市場(chǎng)力問題(大部分機(jī)組達(dá)到了最大出力，少數(shù)發(fā)電商操縱市場(chǎng)的能力大為增強(qiáng))。這一問題需要在市場(chǎng)設(shè)計(jì)與監(jiān)管層面有待進(jìn)一步的解決。當(dāng)然，這些問題，對(duì)于我國(guó)的現(xiàn)狀而言，更像是另外一個(gè)極端的問題了。

（張樹偉卓爾德(北京)環(huán)境研究與咨詢首席能源經(jīng)濟(jì)師，文章經(jīng)作者授權(quán)）