電力、電量平衡是電力系統安全穩定運行的兩個(gè)基本前提。在大量的規劃研究與設計中，首先計算或者優(yōu)化電力平衡來(lái)導出煤電新增裝機，進(jìn)而通過(guò)全年的電量平衡（比如基于給定的電源結構的生產(chǎn)模擬）導出煤電的利用小時(shí)數是基本的“套路”。
而在實(shí)際操作中，往往以年度電量平衡以及典型日（冬季、夏季）最大負荷點(diǎn)或者極端困難時(shí)刻（比如水電豐富地區的枯水期）電力平衡為基本內容。當然，這一平衡中還可能加入其他額外的諸多約束，從而內生導出對新增機組的投資與利用水平的要求。
在投資決策部分，如果是年度模型，并不包括年度尺度以?xún)鹊姆治?，無(wú)論是否存在系統成本最小的優(yōu)化，約束條件往往只能是滿(mǎn)足全年的最大負荷水平，或者典型日情況下的最大負荷水平。這實(shí)際上是把一年8760小時(shí)的負荷波動(dòng)簡(jiǎn)化成為了一條完全不波動(dòng)的直線(xiàn)。這種基于全年或者典型日最大負荷的那個(gè)“點(diǎn)平衡”，而不是持續負荷曲線(xiàn)的規劃方法產(chǎn)生了巨大誤差。
簡(jiǎn)單的例子，如果8760小時(shí)都是那個(gè)最大負荷點(diǎn)，新增的需求靠煤電、氣電還是核電來(lái)滿(mǎn)足，大概率上是長(cháng)期平均成本更低的基荷電源類(lèi)型（因此，這類(lèi)年度模型或者分析還能得出新增的電源組合，而不是某一種單一電源占據100%的份額，也必須添加額外的主觀(guān)約束才有可能），對應于系統成本最小化；但是如果考慮到那個(gè)負荷水平出現的時(shí)間極其有限（比如一年只有幾十個(gè)小時(shí)），那么無(wú)疑氣電的長(cháng)期成本要更低，特別是投資成本更低的單循環(huán)機組。這是我國電力系統結構長(cháng)期扭曲，煤電過(guò)多、而天然氣機組過(guò)少的重要方法論與思維根源。
更為嚴重的是，它嚴重誤導著(zhù)人們的思維方式，特別是在電力系統行業(yè)之外。所有的機組完全沒(méi)有了功能的區別，成了一條線(xiàn)輸出的“基荷”，而相比一條線(xiàn)的變化就成了“調峰”。
這與年度核定小時(shí)數從而成本定價(jià)、自由量裁調度（僅存在年度約束）模式長(cháng)期互相影響互動(dòng)，從而構成了我國電力行業(yè)規劃與運行的基本形態(tài)——先來(lái)先得、后來(lái)（投資）不趕趟，市場(chǎng)高度割裂；激勵不靈活運行，而不是相反；以基荷為美，嚴重儲能泡沫。
在本期專(zhuān)欄中，我們首先回顧這其中部分的嚴重后果，并建議對這些案例進(jìn)行進(jìn)一步的高分辨率的研究。然后從可再生能源不斷增多的視角與方法論上討論這種簡(jiǎn)化帶來(lái)的誤差為何已經(jīng)到了不可忽略的地步，并且未來(lái)會(huì )越來(lái)越嚴重。這些案例包括：特高壓大容量輸電解決高峰負荷的“說(shuō)辭”；氣電長(cháng)期在系統中份額不足，但是使用過(guò)度；基于不同發(fā)電小時(shí)數比較機組平均成本；對可再生能源是否滿(mǎn)足全部新增需求的理解。
特高壓大容量輸電解決高峰負荷的“說(shuō)辭”
最大負荷那“點(diǎn)”的平衡問(wèn)題，有意無(wú)意的成為了全年電力的滿(mǎn)足問(wèn)題。比如，在跨區線(xiàn)路上，千瓦，而不是其他（比如千瓦時(shí)、利用小時(shí)數），成為了衡量“送電能力”的指標。所謂的“滿(mǎn)送”，往往不是利用小時(shí)數高，而是某一瞬間千瓦大。
兩會(huì )期間，一位人大代表表示：受資源稟賦限制和生態(tài)環(huán)境約束，河北已成為全國為數不多的“硬缺電”省份。預計2019年仍將出現200萬(wàn)千瓦左右供電缺口。
但是，面對這可能也就持續幾十個(gè)小時(shí)的電力缺口（比如夏季空調高峰階段），提出的建議卻是建設設計小時(shí)數高達5000甚至更高的特高壓線(xiàn)路解決問(wèn)題（它在現實(shí)中的運行也是特權基荷式的，是影響受電端系統靈活性的重要原因）。
“支持河北與山西能源合作事項，推動(dòng)研究實(shí)施山西、河北間500千伏聯(lián)絡(luò )通道改為點(diǎn)對網(wǎng)送電通道；支持延安、呼倫貝爾送電河北，開(kāi)展專(zhuān)題論證，納入國家規劃并協(xié)調開(kāi)展前期工作，統籌推動(dòng)解決河北省‘硬缺電’問(wèn)題”。
這種說(shuō)辭，雖然在嚴肅學(xué)術(shù)研究中已經(jīng)基本絕跡，但是仍時(shí)不時(shí)出現在媒體報道中。
氣電長(cháng)期在系統中份額不足，但是使用過(guò)度
由于點(diǎn)平衡的思維慣性，現在的氣電在系統中的角色跟煤電幾乎沒(méi)有區別，全部在爭發(fā)電量。比如江蘇某負責人表示：“按江蘇現行政策，目前調峰燃機發(fā)電小時(shí)為3500小時(shí)，供熱燃機基本上在4500到5500小時(shí)之間?，F階段從理論上講，氣電廠(chǎng)只要達到這些要求，都不會(huì )虧損。”
從系統成本最小化的角度，目前的氣電容量份額不足，但是其使用率卻已經(jīng)過(guò)度了，超過(guò)了其最優(yōu)的份額。這跟規劃、定價(jià)與系統平衡范式不無(wú)關(guān)系。
基于不同發(fā)電小時(shí)數比較機組平均成本
長(cháng)期的“基荷”思維演進(jìn)，使得人們對各種電源的特性有個(gè)“共識性”的了解與理解。煤電5000-5500小時(shí)，氣電3500小時(shí)，核電7000小時(shí)，風(fēng)電2000小時(shí)，太陽(yáng)能1000小時(shí)，儼然已經(jīng)成為了經(jīng)濟性分析的默認前提條件。殊不知，這種基于不同發(fā)電小時(shí)數的比較，對于系統成本最小化價(jià)值標準下的系統結構很難有含義。
比如，有文章提及，“受制于資源稟賦，我國天然氣供應成本較高，發(fā)電用氣價(jià)格一般在2~2.5元/立方米，這意味著(zhù)氣電僅燃料成本就需要約0.4~0.5元/千瓦時(shí)，已遠超煤電等其他電源的上網(wǎng)電價(jià)”。這一上網(wǎng)電價(jià)標準，已經(jīng)包含了利用小時(shí)數的前提假定。
正如筆者之前的若干文章反復強調的，氣電成本是火電的兩倍完全是誤導性的。天然氣發(fā)電度電成本比煤貴還是便宜，這完全取決于機組工作在何種位置，是峰荷、腰荷還是基荷，利用小時(shí)數有多少。在一個(gè)開(kāi)放競爭性的體系中，不能把定位的“小時(shí)數”當成默認值去分析。
同樣，一個(gè)維持20%利用率開(kāi)了8760小時(shí)的機組，跟只開(kāi)了20%的天數，而每天都維持100%利用率的機組，雖然利用小時(shí)數一樣，其成本也完全不一樣。
可再生能源時(shí)代——基荷供給將縮小直至消失，剩余負荷曲線(xiàn)形狀與“一條直線(xiàn)”差別越來(lái)越大。
在可控電源時(shí)代，存在著(zhù)大量的基荷供給者，去滿(mǎn)足基荷（也就是長(cháng)期相對穩定）的需求。計劃調度還是市場(chǎng)調度，理論上，在信息足夠充分（這一點(diǎn)在現實(shí)中很難滿(mǎn)足，比如機組的最小出力信息，在計劃調度體系下，電廠(chǎng)有充足的激勵隱藏這一信息，從而在負荷低谷時(shí)期保持出力從而多發(fā)電量，即使調度采用經(jīng)濟調度原則）的情況下，完全可以得到相同的有效率的結果。但是，這一期望在隨機性、間歇性的可再生能源進(jìn)入系統之后就徹底破產(chǎn)了。
由于可再生能源邊際成本為零，所以它需要隨時(shí)優(yōu)先調度，從而留給其他機組一條“剩余負荷曲線(xiàn)”去滿(mǎn)足。這條剩余負荷曲線(xiàn)，會(huì )隨著(zhù)可再生能源的增加，越來(lái)越陡峭，越來(lái)越朝向原點(diǎn)方向彎曲，直至出現“過(guò)發(fā)電”（可再生能源總出力大過(guò)總負荷），以及化石能源機組完全淪為大部分時(shí)間的備用。
這個(gè)時(shí)候的備用的唯一選擇，將是靈活無(wú)比、啟停迅速廉價(jià)、輕資產(chǎn)的單循環(huán)天然氣機組?；谧畲筘摵傻囊巹澐绞?，將產(chǎn)生的不是誤差，而是徹底錯誤的電源結構。
可再生能源滿(mǎn)足全部新增需求與否是個(gè)偽命題
“先來(lái)后到”的思維方式，也深刻的影響著(zhù)對可再生能源這一特定能源形式進(jìn)入市場(chǎng)的理解。比如很多文章對可再生能源角色與作用分階段闡述：可再生能源電力將從滿(mǎn)足新增電力需求，逐漸過(guò)渡到替代現存化石能源機組發(fā)電，最終成為主力電源。
從以上的可再生能源進(jìn)入系統的影響可以看出，可再生能源隨著(zhù)天氣出力變化，其進(jìn)入系統將持續的改變剩余負荷曲線(xiàn)的形狀，從而對其他機組的利用時(shí)間、平均意義上的利用水平產(chǎn)生影響。風(fēng)電光伏對傳統化石能源的替代，從來(lái)沒(méi)有增量還是存量的區別。
因此，所謂可再生能源到底能否滿(mǎn)足全部新增需求的問(wèn)題，是一個(gè)十足的偽命題，是再一次基于基荷思維方式的理解。從全年來(lái)看，可再生能源的發(fā)電量如果高于需求的新增電量，不意味著(zhù)其他機組就不需要了；如果低于需求的新增電量，不意味著(zhù)傳統化石能源機組不受影響，不意味著(zhù)屬于“純增量”替代。更不意味著(zhù)可再生能源“不能”滿(mǎn)足全部新增需求，其原因往往是棄風(fēng)限電，或者傳統機組利用率過(guò)度的結果。這其中往往混雜著(zhù)“倒果為因”的邏輯問(wèn)題。
十四五規劃抉擇：必須基于8760小時(shí)負荷曲線(xiàn)做投資決策模擬
從操作環(huán)節，考慮電力負荷的波動(dòng)，是給出一個(gè)對應于系統成本最小化最優(yōu)結構的必要前提。
在可再生能源越來(lái)越多的情況下，與運行模擬模型的連接迭代或者耦合已經(jīng)成為必須。因為只有生產(chǎn)環(huán)節的模擬，才能弄清楚傳統能源的利用率是多大，從而關(guān)系到它們的長(cháng)期成本與新增的合理性；才能弄清楚可再生能源可以獲得多大的收益（其市場(chǎng)價(jià)值），從而關(guān)系到其與自身成本相比的競爭力。
