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100％可再生能源和凈零排放的未來是一個令人興奮的愿景？還是一個難以實現的烏托邦？

引言

中國在2020年第75屆聯合國大會（United Nations General Assembly）上宣布在2060年實現碳中和的目標，但實現這一目標將帶來重大的挑戰(zhàn)和機遇。電力系統(tǒng)遇到的挑戰(zhàn)尤為直觀。眾所周知，風電光伏發(fā)電具有很強的波動性，風電只能在有風的時候發(fā)電，光伏只能在白天發(fā)電。未來的零碳電力系統(tǒng)需要以光伏，風電和水電為主體，現在我們已經很清楚，風電光伏的資源總量足以保障電力系統(tǒng)脫碳，風電光伏的成本也已經低于煤電，這就決定了電力系統(tǒng)的靈活性成為中國電力系統(tǒng)脫碳的最關鍵問題。

2021年10月黨中央、國務院相繼印發(fā)《關于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》《2030年前碳達峰行動方案》等相關重要文件，明確要求完善中長期市場、現貨市場和輔助服務市場銜接機制，大力提升電力系統(tǒng)綜合調節(jié)能力，加快現役機組靈活性改造，引導自備電廠、傳統(tǒng)高載能工業(yè)負荷、工商業(yè)可中斷負荷、電動汽車充電網絡、虛擬電廠等參與系統(tǒng)調節(jié)，《成渝地區(qū)雙城經濟圈建設規(guī)劃綱要》文件還特意提及培育發(fā)展川渝一體化電力輔助服務市場。

國家能源局于2021年12月修訂發(fā)布了《電力輔助服務管理辦法》（國能發(fā)監(jiān)管規(guī)〔2021〕61號）《電力并網運行管理規(guī)定》（國能發(fā)監(jiān)管規(guī)〔2021〕60號）。國家能源局及時修訂《規(guī)定》《辦法》，以輔助服務市場為抓手，提高電力系統(tǒng)靈活性，加速中國電力系統(tǒng)脫碳進程，這成為中國能源轉型的一個具有標志意義的制度創(chuàng)新。

一個勇敢的嶄新時代

中國的碳中和目標需要能源經濟、基礎設施、許多市場參與者和管理機構轉向新技術、經濟和輔助服務。最近的政策變化改變了能源格局，為電力系統(tǒng)的靈活性資源創(chuàng)造了需求和有利的定價條件。

雙碳目標推動了中國電力市場的改革，有利于靈活性電力資源的發(fā)展。一個充分發(fā)展的電力輔助服務市場將顯著增加可再生能源的利用，這是實現“雙碳”目標的必要條件。

關于電力輔助服務的新政策指出，鼓勵發(fā)電企業(yè)建設和購買平衡電力和能源存儲，以增加可再生能源的裝機容量。允許發(fā)電企業(yè)購買儲能或調峰能力，以擴大并網規(guī)模。

其產生的影響是多方面的。發(fā)電公司新建可再生能源項目，需要配置約15－20％的儲能或其他形式的靈活性資源，否則它們很難獲得電網并網連接的批準。該政策確定了多種增加電網靈活性的技術，包括抽水蓄能、電化學儲能、燃氣發(fā)電、太陽能光熱和靈活性煤電等。現在投資上述平衡電力容量將成為發(fā)電企業(yè)增產擴容的先決條件。這一擴張的主要受益者之一將是輔助服務市場，該行業(yè)有望在未來幾年取得顯著增長。

2021年，國家能源局對《電力輔助服務管理辦法》進行了多年來的首次修訂，重點確定輔助服務的主要提供者，對交易品種進行分類，建立共享機制，實現輔助服務跨省跨區(qū)域。

電力輔助服務是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關鍵。它確保電力質量，促進清潔能源。除常規(guī)發(fā)電、輸電、用電外，火電、水電、核電、風電、光伏發(fā)電、抽水蓄能、電化學、壓縮空氣、飛輪等各類新型儲能均可提供電力輔助服務。

此次發(fā)布的文件對電力輔助服務進行重新分類，分為有功平衡服務、無功平衡服務和事故應急及恢復服務，其中有功平衡服務包括調頻、調峰、備用、轉動慣量、爬坡等電力輔助服務，事故應急及恢復服務包括穩(wěn)定切機服務、穩(wěn)定切負荷服務和黑啟動服務。考慮構建以可再生能源為主體的新型電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，這份文件新增引入轉動慣量、爬坡、穩(wěn)定切機服務、穩(wěn)定切負荷服務等輔助服務新品種。

擴大輔助服務將擴大市場主體范圍。要實現從轉型到擴張的無縫銜接，還需要明確補償機制以吸引投資者，同時還需要明確從發(fā)電、電網公司到電力交易中心等所有利益相關者的責任。

國家能源局決定推進電力輔助服務市場化，這將顯著提高電力供應質量，體現資源配置效率，而且更重要的是，提高對可再生能源電力的接納能力。

面臨的挑戰(zhàn)

100％可再生能源和凈零排放的未來對許多人來說是一個令人興奮的愿景，但對一些人來說是一個難以實現的烏托邦。對可再生能源持樂觀態(tài)度的人士認為，這一演變由許多步驟組成，有些步驟很小，有些則會改變游戲規(guī)則。輔助服務的擴展可以增強省級和區(qū)域電網的能力。

大部分省份的電力現貨市場仍處于試點階段，現有的調峰輔助服務補償機制不完善，導致發(fā)電企業(yè)之間存在“零和博弈”的現象。另一方面，電力現貨市場在部分地區(qū)試行后已初見成效。以山西省為例，當新能源發(fā)電充足時，現貨市場上的煤電機組價格會受到抑制，燃煤電廠可以在市場上轉賣當天的發(fā)電計劃。這樣一來，現貨市場實際上起到了調節(jié)作用。

當應用到其他形式的輔助服務時，進一步市場化也將是未來的方向，引導多元化的市場主體參與競爭。

電力輔助服務的價值只有通過充分的市場交易機制才能實現。電力輔助服務可以確�？稍偕�能源如風能和太陽能的大規(guī)模應用，可以帶來巨大的經濟和環(huán)境回報。

新的政策框架為輔助服務的發(fā)展提供了立法支持，并為引入功率平衡的公平補償機制提供了指導。明確了各類電力輔助服務品種的補償機制，其中固定補償方式確定補償標準時應綜合考慮電力輔助服務成本、性能表現及合理收益等因素，按“補償成本、合理收益”的原則確定補償力度；市場化補償形成機制應遵循考慮電力輔助服務成本、合理確定價格區(qū)間、通過市場化競爭形成價格的原則。

電力輔助服務市場的發(fā)展機遇

到2030年，900－1200吉瓦的新增太陽能和風能將創(chuàng)造一個超過100吉瓦的平衡容量市場。與此同時的，電力輔助服務市場的規(guī)模也將逐步擴大，根據國家能源局的數據，電力輔助服務市場目前約占電力經濟總量的1．5％，預計未來將達到3％。隨著新能源計劃的大規(guī)模采用，這一增長將呈指數級增長。中國電力聯盟和國家能源局預測，到2030年，電力輔助電力服務市場規(guī)模將達到1980億元。

國內市場的電力輔助服務補償費用以調峰、調頻、備用為主，占比達90％以上。不同省份和地區(qū)需要的電力輔助服務類型不同，如東北地區(qū)的調峰需求占98％，華南地區(qū)的備用的需求占80％，而東部沿海地區(qū)以頻率調節(jié)需求為主。

國家能源局在2021年發(fā)布的《關于進一步完善電力現貨市場試點建設的通知》中提出，未來電力現貨市場應逐步取代調峰市場。因此，調頻服務的輔助服務將成為未來的輔助服務市場。

具備超高靈活性的內燃機發(fā)電技術的獨特價值

基于中國在發(fā)展電網平衡電力容量方面的機遇及挑戰(zhàn)，芬蘭瓦錫蘭公司在靈活內燃機（ICE）發(fā)電解決方案上可謂獨樹一幟，并有機會在這次電力輔助市場的改革中凸顯其獨特價值，為現有的電網系統(tǒng)帶來急需的靈活性。

根據瓦錫蘭公司和中國電力規(guī)劃設計總院（EPPEI）的研究，與傳統(tǒng)的燃煤和燃氣輪機機組相比，其電網平衡內燃機機組在頻率服務市場可以獲得更高的收入，因為與其它技術相比，靈活內燃機發(fā)電機組響應電網調度信號和爬坡的速度更快。

作為一個擁有近兩個世紀歷史的芬蘭能源領域領軍企業(yè)，瓦錫蘭已經在80多個國家和地區(qū)開發(fā)應用了靈活發(fā)電和平衡電力方面的脫碳技術項目。它已被證明是能源市場生命周期解決方案、電網系統(tǒng)建模和靈活平衡電力領域的全球領導者。

實現凈零排放和向100％可再生能源的過渡將是一個漫長而艱巨的過程，而靈活性平衡電力的發(fā)展將發(fā)揮關鍵作用。目前國內市場上提供電力輔助服務的主要參與者是火電廠�？稍偕�能源的快速發(fā)展要求火電機組提高調節(jié)能力。靈活轉型使火電機組能夠參與利潤豐厚的輔助服務市場。為了獲得競爭優(yōu)勢，許多火電廠已開始進行靈活性改造。根據電力輔助服務市場的調節(jié)定義，涉及頻率調節(jié)的靈活性的主要參數有四個，即調節(jié)速率、響應時間、調節(jié)精度和綜合指標。靈活性改造使得火電廠能參與提供頻率調節(jié)輔助服務，同時也將面臨更激烈的競爭和更多樣化的市場參與者。瓦錫蘭的高靈活性內燃機（ICE）發(fā)電技術將為中國火電廠靈活性改造的建設和運營提供重要技術支撐。

需要建立合理及完善的補償機制來激勵對電網平衡電力容量的投資。

馬林·奧特曼（Malin Ostman），瓦錫蘭亞太區(qū)市場開發(fā)與策略總經理，評價在新的政策環(huán)境下，電網公司和發(fā)電企業(yè)所面臨的機遇和挑戰(zhàn)，及瓦錫蘭靈活發(fā)電技術的優(yōu)勢。

輔助服務是邁向脫碳電力系統(tǒng)至關重要的一步

中國是世界上最大的能源生產國，同時也是最大的碳排放國。世界的碳中和需要中國確保實現2060年前碳中和的目標。如果未來世界上最大的經濟體無法保護其能源體系并實現碳中和，《巴黎協定》將全球變暖控制在2攝氏度以下的目標將無法實現，也不現實。

如果中國能夠證明，未來的可持續(xù)能源與繁榮、創(chuàng)新的未來不是相互排斥或不相容的，它不僅將改變未來電網的面貌，還將改變電力行業(yè)為企業(yè)提供動力的方式，并為一個世紀的增長奠定基礎。

中國2060年前碳中和的目標和建設以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)這一雄心勃勃的愿景將需要對可再生能源以及像靈活內燃機發(fā)電這樣的平衡電力技術進行大量投資，而輔助服務是其中關鍵的一步。

朝著遏制氣候變化、平衡力量、加速增長和創(chuàng)新等目標，輔助服務是邁出的一小步，也是邁向脫碳電力系統(tǒng)至關重要的一步。在未來幾十年的旅程中，每一步對那些愿意看到它們的人，都是機會，我們期待和大家一起來分享這些成長的機會，也分享邁向碳中和目標的每一步給我們帶來的喜悅。

結語

2019年9月底，我曾去芬蘭赫爾辛基參加世界低碳城市大會，并考察在芬蘭最大能源公司Fortum的總部，并去Fortum公司在埃斯波市的燃煤電廠考察儲熱水罐、熱泵、開放式區(qū)域供熱等靈活性措施。2020年2月，我自駕車考察了芬蘭的羅瓦涅米、奧盧、瓦薩、坦佩雷、赫爾辛基等市。2021年1月，在我擔任負責人的清華大學·大同第二屆國際能源轉型論壇上舉辦了中芬分論壇，介紹芬蘭能源行業(yè)碳中和的經驗等。自2020年6月至現在，我正在參與中芬科技合作項目“新型城鎮(zhèn)能源互聯系統(tǒng)研究”課題的研究工作，這是國家科技部重點研發(fā)計劃政府間重點專項項目。此次誠摯把芬蘭企業(yè)瓦錫蘭公司的靈活性發(fā)電技術方案向大家推薦，期待瓦錫蘭為中國新型電力系統(tǒng)建設做出積極貢獻。  

       原文標題 : 電力輔助服務能否塑造中國電力系統(tǒng)脫碳新格局