2021年12月8~10日，中央經濟工作會議在北京舉行。會議提出，傳統能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基礎上。要立足以煤為主的基本國情，抓好煤炭清潔高效利用，增加新能源消納能力，推動煤炭和新能源優化組合。要狠抓綠色低碳技術攻關。要科學考核，新增可再生能源和原料用能不納入能源消費總量控制，創造條件盡早實現能耗“雙控”向碳排放總量和強度“雙控”轉變，加快形成減污降碳的激勵約束機制，防止簡單層層分解。要確保能源供應，大企業特別是國有企業要帶頭保供穩價。要深入推動能源革命，加快建設能源強國。中央經濟工作會議為今后一段時間能源產供儲銷體系建設提出了要求，明確了方向。
2020年9月22日，主席在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上表示，中國“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。2021年9月22日，中共中央、國務院發布《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》。2021年10月24日，國務院印發《2030年前碳達峰行動方案的通知》。2021年12月28日，國務院印發《“十四五”節能減排綜合工作方案》。2022年1月24日，習近平總書記在主持中共中央政治局第三十六次集體學習時強調，我們必須深入分析推進碳達峰碳中和工作面臨的形勢和任務，充分認識實現“雙碳”目標的緊迫性和艱巨性，扎扎實實把黨中央決策部署落到實處。這一系列重要指示和文件精神從全局和戰略的高度指明了我國推動綠色低碳發展、增強能源安全保障的方向和路徑。
當前全球能源危機凸顯，歐洲、美國、亞洲遭遇能源供需矛盾的沖擊，天然氣、原油、動力煤和電力價格均大幅上漲。很多人擔心能源危機是否會引發全球性通脹或滯脹。在全球能源供需緊張、國外市場價格普遍大幅上漲的形勢下，黨中央統籌全局、科學決策，果斷部署一系列正確有效的措施。當前，煤炭價格回歸合理區間，電廠存煤達到歷史同期最高水平，電力供應持續平穩，天然氣資源供應較為充足，能源保供穩價工作已取得階段性成效。能源安全是關系國家經濟社會發展的全局性、戰略性問題，對國家繁榮發展、人民生活改善、社會長治久安至關重要，加強和完善能源產供儲銷體系建設是實現能源安全的必由之路。面對全球能源危機和能源轉型的大背景，本文擬對促進新能源消納的電力產供儲銷體系建設問題展開初步探討。
電力產供儲銷體系的特殊性
與其他商品顯著不同，電力商品的產供儲銷是基于電力系統這個世界上規模最龐大、層次最復雜、資金和技術最密集的人造工業系統而建立的，而且與其他能源商品緊密關聯。市場化后的電力系統成為復雜的“工程-經濟”耦合系統。電力系統的經濟性和安全性是一體兩面，而經濟性建立在安全性的基礎上，離開了安全性，電力系統的經濟性就無從談起。因此，為在保證安全性的前提下提高經濟性，需要對其物理、經濟、社會等特性進行深入分析。在電力體制改革不斷深化的背景下，市場元素的加入使得原本就已十分復雜的電力系統變得更加復雜，各種關系交織在一起，難以厘清，需要尋求有效的分析方法。與其他商品市場不同，電力與能源的生產、儲運、配售、消費往往需要通過各種類型的網絡來進行。由于本質上這些網絡傳遞的都是能量，只是表現形式不同，所以可以統稱為能量網絡。能量網絡包含不同類型能源的子網（電網、熱網、燃氣網等），而各種子網之間又通過能量轉換設備（比如發電機、泵、空調和熱水器等）相連。由于信息通信技術（ICT）的飛速發展，在物理層面的能量網絡的基礎上，又可建立基于傳統自動化、互聯網技術和“云大物移智鏈”等新興技術的信息網絡，以對能源生產、儲運和利用設備進行調控。而電力與能源商品的交易及價值傳遞則形成價值網絡，它是電力與能源價格體系的基礎，并且受能量網絡的物理規律和信息網絡的優化模型制約。電力作為二次能源，其產供儲銷體系形成如圖1所示的三層網絡結構，這三層網絡是緊密耦合、相互關聯的。電力產供儲銷體系中流通的商品是以看不見摸不著的能量形態存在的，是一種十分特殊的商品。在電力系統中，電壓、電流等物理量服從電磁場的基本規律——麥克斯韋方程組，或在電路中簡化而成的基爾霍夫定律。電網中能量的傳輸并非電荷物質的轉移，而是電磁波沿導線的傳播。各發電廠生產的電能一旦上網，在物理上就被同質化，無法再區分開來。因此，除點對點輸電的特殊情況外（在實際電力系統中罕見），電力生產方都無法找到所生產電能的具體消費方；電力消費方也無法找到所使用電能的具體生產方。因此，從電力產供儲銷的角度看，電力系統的作用類似于水池。電力市場中所交易的，實際上是發電權和用電權，其核心問題也是發、用電權的競爭與分配和電費如何結算的問題。此外，由于物理層面的電能在時間和空間上均有連續性，在商品交易層面上，電能商品幾乎是可以任意定義的，存在商品定義和定價機制的選擇問題。
圖1揭示了電力系統與電力市場的復雜關系。從系統的視角，電力系統屬于物理系統，而電力市場屬于社會系統（經濟系統）。電力市場作為微觀經濟系統，其影響貫穿電力系統規劃、運行的各個環節，其規劃設計的難度不低于電力系統工程項目，由于涉及不同市場主體的利益博弈，難度甚至更大。在電力市場設計過程中，也應該遵循一定的科學程序和方法論，相對科學嚴謹的電力系統設計方法也可以為后者的設計提供參考。2021年諾貝爾物理學獎授予了“對我們理解復雜系統作出開創性貢獻”的三個人。其中一半為表彰真鍋淑郎（Syukuro Manabe）和克勞斯·哈塞爾曼（Klaus Hasselmann），原因為“用于地球氣候的物理建模，量化變異性和可靠預測全球變暖”。另一半頒發給喬治·帕里西（Giorgio Parisi），以表彰他“發現從原子到行星尺度的物理系統紊亂和波動的相互作用”。復雜系統理論正是理解電力與能源及其相關經濟、社會、環境等系統的鑰匙，如能加以研究和應用，必能為電力產供儲銷體系的建立提供全新的思路和方法。
“雙碳”目標下電力產供儲銷體系的新特征
“雙碳”目標下電力產供儲銷體系以新型電力系統為依托，光伏、風電等可再生能源將成為主要能源，同時有大量的分布式能源與靈活性資源直接接入用戶側。與傳統電力系統相比，新型電力系統的形態結構將發生較大的變化。在傳統電力系統中，大容量發電機組往往建在一次能源資源富集的地區，并通過超/特高壓遠距離輸電技術輸送到負荷中心。在新型電力系統中，風、光等可再生能源處處存在，因此電源將遍布于整個電力系統。有學者提出分層分群電網體系結構，即“將系統分解為群集（clusters）的層次結構和全局協調”及“每個集群（cluster）都保持自己的凈功率平衡和局部自優化”。電力產供儲銷體系也要適應新型電力系統的結構性變革，其主要特征可分為三個層面：
在發電側，形成以新能源為主體的電力生產體系
各類電源的定位作用發生轉變。在新能源安全可靠替代的基礎上，實現傳統能源的逐步退出。新能源從提供電量補充逐步成為提供電量支撐的主體電源。水電和核電仍然是保障電力電量供應的基礎性清潔電源。煤電將轉為以提供電力為主、電量為輔的備用保障電源。氣電主要作為調節性和保安電源。抽水蓄能仍保持削峰填谷、緊急事故備用作用。高比例可再生能源接入。新能源裝機占比、發電量占比將大幅提升。風電、光伏等可再生能源將以集中式與分布式相結合的形式接入電網。集中式如甘肅酒泉風電基地等，采取大規模風電集中式遠距離傳輸等技術手段，把電能傳遞到負荷集中區；分布式如屋頂光伏等，通過接入本地配電網的方式就地消納。規模化儲能與分布式儲能并行。儲能在電源側、電網側、用戶側同步發展、共同作用，提供可信容量，平抑新能源隨機性、間歇性，減少棄風棄光，同時快速響應電網的調頻、調峰需求，保障新型電力系統的安全可靠運行。未來智能電網的儲能接入將會以規模化集中式新型儲能與分布式小型儲能并重的方式，通過智能終端根據儲能參與電網調峰、調頻的需求進行智能化管理。
在電網側，形成以新型電力系統為依托的電力供銷體系
網架結構更加多樣復雜。伴隨著可再生能源與可調節靈活性資源的分布式接入，新型電力系統催生電網結構逐步向“主干電網+中小型電網及微型電網”柔性互聯形態發展。主網架向“合理分區、柔性互聯、安全可控、開放互濟”的形態轉變，并保持相對獨立的多個區域電網，以及區域電網通過直流輸電或柔性背靠背互聯的大格局。配網向“交直流混合柔性電網+智能微電網”等多種形式協同發展，促進分布式新能源高效就地消納。電網高度智能化。面對未來電力系統具有的源荷雙重不確定性特征，電網的數字化與智能化將成為保障電力系統穩定高效運行的重要手段。數字電網發展即應用云計算、大數據、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術對傳統電網進行數字化改造，發揮數據的生產要素作用，以數據流引領和優化能量流、業務流，增強靈活性、開放性、交互性、經濟性、共享性等，使電網更加智能、安全、可靠、高效。
在負荷側，以電能為核心的綜合能源消費體系逐步建立
海量靈活性資源分布式配置。隨著電力電子技術與控制技術不斷進步，需求側響應、虛擬電廠等可操作的靈活性資源參與電網運行的手段也得以迅速發展，電力系統調度運行模式將由以往的“源隨荷動”逐漸向“源荷互動”轉變。靈活性資源參與需求側響應可以保障電力系統在消納新能源時的穩定性與可調節性。終端設備多元化與綜合化。隨著如電動汽車等的傳統煤炭、石油用能設備的電氣化轉變，終端用能設備的電氣化比例持續上升，智能家居、屋頂光伏與家用儲能等終端將促進多元化的消費者主體市場形成，從單一供用電模式向電熱冷氣綜合能源模式轉變。電網也將與天然氣、交通等多種基礎設施網絡高度融合。
促進新能源消納電力產供儲銷體系建設路徑
習近平總書記在中共中央政治局第三十六次集體學習時強調，實現“雙碳”目標是一場廣泛而深刻的變革，不是輕輕松松就能實現的。我們要提高戰略思維能力，把系統觀念貫穿“雙碳”工作全過程，注重處理好四對關系：一是發展和減排的關系；二是整體和局部的關系；三是長遠目標和短期目標的關系；四是政府和市場的關系。習近平總書記指出，推進“雙碳”工作，必須堅持全國統籌、節約優先、5雙輪驅動、內外暢通、防范風險的原則，更好發揮我國制度優勢、資源條件、技術潛力、市場活力，加快形成節約資源和保護環境的產業結構、生產方式、生活方式、空間格局。具體舉措包括：第一，加強統籌協調；第二，推動能源革命；第三，推進產業優化升級；第四，加快綠色低碳科技革命；第五，完善綠色低碳政策體系；第六，積極參與和引領全球氣候治理。習近平總書記的講話為“雙碳”目標下電力產供儲銷的體制機制建設指明了方向。由于新型電力系統包括高比例的風電、光伏等在內的多種可再生能源，出力具有很強的不確定性，在進行電源投資規劃決策時要確保系統的發電資源能適應各種風力、光伏出力場景。此外，還應維持系統備用、調頻能力、慣性水平、安全穩定裕度等，以確保安全可靠運行，并且具有足夠的靈活性資源為新型電力系統提供各種輔助服務。在“雙碳”目標下，現代電力系統正逐步向高比例可再生能源和高比例電力電子設備（“雙高”）的趨勢發展。由于風、光等新能源具有隨機性和波動性，給電網的調度運行帶來諸多困難，如何提高電力系統靈活性已成為各方關注的焦點。由于新能源發電設備一般通過電力電子裝置接入大電網，導致系統動態行為發生深刻變化，引發了一系列新型穩定性問題。在這樣的背景下，電能作為商品，其價值相對于以傳統化石能源發電和沒有需求側響應的電力系統更加多樣化。在新能源大規模接入的背景下，電力除了電量價值、容量價值，還具有靈活性、安全性和彈性價值等多種不同的價值，對其開展分析和研究，需要建立在對新型電力系統運行特性深入認識的基礎上，并緊密結合相關經濟學理論。電力定價和電力市場設計應以對電能價值規律的深入分析為基礎。在計劃經濟模式下，最理想的電價水平應等于電能的真實價值；在市場經濟模式下，市場電價應圍繞電能真實價值上下波動。傳統電力系統由大型集中式電廠生產電能，并經由多級升壓和降壓的輸配電網到達電力用戶，相應的集中式電力市場機制也形成電能商品從發電側批發市場經大電網至用電側零售市場的產供銷體系。而在新型電力系統中分布式電源處處存在，不同層級的聚合商們也將參與到面向電力批發市場或本地電力零售市場的電能交易，并且出現“產銷者”（即電力生產者同時也是電力消費者）的新角色。包括分布式發電、儲能和柔性負荷在內的分布式資源，一方面將削弱大型發電企業對電能供應的壟斷地位，提供靈活調節資源，另一方面所引發的復雜時變潮流也將給不同層級電網的規劃、運行和保護帶來新的挑戰，并且催生全新的交易機制和商業模式。在新型電力系統中，傳統電力單一的“源隨荷動”（即根據負荷變動情況調節發電功率）調度運行模式將轉變為“源荷互動”的友好互動模式，柔性負荷、虛擬電廠等新技術和商業模式也受到廣泛關注，正成為電力系統靈活性的重要來源，還可對保障電網的安全運行起到關鍵作用，為新能源的大規模并網消納提供有力支撐。除電力產供儲銷的體制機制外，還應完善碳排放權定價機制，并加強碳排放權、綠色電力證書、用能權和電力交易等的有效銜接。這些改革內容在2022年1月18日國家發展改革委、國家能源局發布的《關于加快建設全國統一電力市場體系的指導意見》中已有所體現。
（來源：中國電業與能源”作者：陳皓勇）
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