摘 要:電力安全關系國計民生，是國家能源安全的重要組成部分。近年來，世界范圍內(nèi)地緣政治風險加劇，能源供求格局不斷重構與調(diào)整，疊加極端天氣頻發(fā)現(xiàn)象，能源價格波動日益頻繁和劇烈，對我國在“雙碳”目標下保障電力安全提出了更高的要求。面對復雜多變的國際形勢和日益增多的極端天氣事件，應進一步強化底線思維，加強各級政府、企業(yè)的協(xié)同配合，積極主動應對潛在的安全風險。
關鍵詞:電力安全 綠色轉型 新型電力系統(tǒng) 電力市場
【中圖分類號】X24 【文獻標識碼】A
中國電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及其新趨勢
近年來，世界范圍內(nèi)地緣政治風險加劇，能源供求格局不斷重構與調(diào)整，疊加極端天氣頻發(fā)現(xiàn)象，能源價格波動日益頻繁和劇烈，對我國在“雙碳”目標下保障電力安全提出了更高的要求。與此同時，電源建設、電網(wǎng)建設取得突破性進展，為保障電力安全打下了堅實的基礎，表現(xiàn)出如下突出特征。
低碳轉型升級步伐加快。長期以來，我國電力行業(yè)碳排放占國家碳排放總量的40%以上。在“雙碳”目標指引下，電力行業(yè)綠色低碳轉型步伐持續(xù)加快，清潔化成為電力行業(yè)的主要發(fā)展方向。2022年，6000千瓦及以上電廠供電標準煤耗301.5克/千瓦時，比2005年減少72.5克/千瓦時。同時，我國非化石能源消費占比達17.5%，比2015年累計提高5.4%。截至2022年底，常規(guī)水電、抽水蓄能、核電、風電、太陽能、生物質(zhì)裝機容量分別達到了3.7、0.5、0.6、3.7、3.9和0.4億千瓦，非化石能源發(fā)電占總裝機容量比例已提升至49.6%。新能源的大規(guī)模快速發(fā)展，標志著電力行業(yè)綠色轉型已取得階段性成效。
裝備技術水平顯著提升。我國持續(xù)加強核能、光伏、清潔火電、風電等關鍵技術攻關，技術創(chuàng)新能力顯著提升。電力行業(yè)數(shù)字化水平不斷提高，電網(wǎng)數(shù)字基礎設施建設不斷推進。業(yè)已全面掌握三代核電技術、超超臨界發(fā)電技術，相關裝備制造能力全球領先。光伏電池轉換效率、大兆瓦海上風機發(fā)電技術取得突破。在電能傳輸領域，±800千伏特高壓直流技術取得國家科技進步獎特等獎，1000千伏特高壓交流技術得到廣泛應用。目前共營運特高壓線路30條，極大緩解了我國東西部電力供需不平衡的問題。
體制機制改革成就斐然。通過持續(xù)推進市場化改革，全國統(tǒng)一電力市場建設步伐加快，具備了中央與地方市場聯(lián)動，電力資源全國范圍內(nèi)共享互濟的外部條件。電力中長期、現(xiàn)貨和輔助服務市場蓬勃發(fā)展，交易規(guī)模不斷擴大。2022年底全國各電力交易中心交易電量52543.4億千瓦時，占全社會用電量的比重達60.8%，其中中長期電力直接交易電量為41407.5億千瓦時，占交易總量的78.8%。市場逐漸發(fā)揮其價格發(fā)現(xiàn)功能，促進了新能源消納，在資源配置中的決定性作用進一步凸顯。
中國電力安全面臨的挑戰(zhàn)
新型電力系統(tǒng)建設對電網(wǎng)消納能力提出更高要求
新型電力系統(tǒng)建設是應對電源結構轉型，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要舉措。大規(guī)模新能源接入、交直流高耦合度是新型電力系統(tǒng)的重要特征。在此模式下，電網(wǎng)潮流波動加劇，電網(wǎng)交直流間的耦合關系日趨復雜。此外，可再生能源出力的間歇性將會對系統(tǒng)頻率、電網(wǎng)電壓產(chǎn)生重大影響。如何增強電網(wǎng)穩(wěn)定性，如何處理毫秒級的新形態(tài)穩(wěn)定問題是保障電力安全穩(wěn)定的重要課題。
新能源資源與用電需求的時間錯配會進一步拉大峰谷差，加大電網(wǎng)供需平衡的難度。以新能源最為豐富的西北電網(wǎng)為例，晚高峰最小出力不足總裝機的1%，相鄰日發(fā)電量最大相差超4億千瓦時；資源高峰期棄電、負荷高峰期電力不足的現(xiàn)象并存，實際運行過程中不得不面臨“保消納”與“保供給”的艱難取舍。保障可再生能源的消納將會對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定造成威脅，難以兼顧我國的綠色發(fā)展需要和社會電力安全底線。
發(fā)電側面臨能源市場價格波動帶來的重大挑戰(zhàn)
受地緣政治、極端天氣、匯率波動的影響，未來國際能源供應緊張局面將會持續(xù)，能源價格仍面臨持續(xù)高位運行的風險。世界銀行發(fā)布的大宗商品展望報告中預估2023年主要能源價格將維持在遠高于過去五年平均值的水平。傳統(tǒng)能源價格上漲為電力企業(yè)帶來巨大成本壓力。在我國目前煤電為主的電源結構下，煤炭價格的波動嚴重影響了燃煤電廠的發(fā)電積極性。
對于新能源發(fā)電而言，雖然裝機容量大，成本低，但目前尚無法克服出力間歇性的影響。電力系統(tǒng)需要配備大量儲能、天然氣等靈活性電源，以提高電力系統(tǒng)柔性，保障系統(tǒng)安全。新能源發(fā)電成本降低難以覆蓋調(diào)節(jié)性成本的增加，資源投入加大的同時單位運行成本面臨上漲風險，難以維持電力穩(wěn)定供應。
極端天氣頻發(fā)影響電力穩(wěn)定供應
受全球氣候變暖影響，世界范圍內(nèi)極端天氣頻發(fā)，所引發(fā)的自然災害嚴重威脅電力的安全穩(wěn)定供應。我國幅員遼闊，低溫、雨雪、地震和臺風等自然災害頻發(fā)，預警難度大，樞紐變電站、大型發(fā)電廠和核心輸配電網(wǎng)絡受損風險高。近年來屢次出現(xiàn)因極寒或高溫天氣、地質(zhì)災害、強降雨等因素造成的停限電現(xiàn)象，無疑對極端天氣下的電網(wǎng)設施安全韌性、發(fā)電機組出力穩(wěn)定性提出了更高的要求。迎峰度冬、迎峰度夏供電壓力與低碳轉型目標疊加，保障電力安全的復雜、艱巨程度明顯提升。
除基礎設施外，雷暴、大風等極端天氣充分考驗全國各級電力系統(tǒng)的應急響應能力。面對極端天氣威脅，部分重要輸電線路及電力基礎設施的預防預警能力尚顯不足，應急保障、救援處置和故障恢復能力存在短板，嚴重威脅了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。此外，電力安全保障體系建設仍不完善，尚未形成應對極端天氣的長效機制，存在較大的電力供應安全隱患。
經(jīng)濟波動、國際供應鏈重構影響電力供需
經(jīng)濟發(fā)展是影響電力需求的根本性因素。電力消費與經(jīng)濟增長周期間的強相關性進一步印證了電力供需與經(jīng)濟發(fā)展水平之間的緊密聯(lián)系。在全球供應鏈重構與經(jīng)濟復蘇背景下我國制造業(yè)訂單激增，用電量快速增長，適逢我國化石能源新增裝機核準量降低，疊加持續(xù)高溫和清潔能源出力不足等多重因素的影響，2021年秋季多地出現(xiàn)時段性缺電，背后均存在著經(jīng)濟波動造成的電力需求非常規(guī)擾動的影響。
2022年以來，我國季度國內(nèi)生產(chǎn)總值同比增長率波動幅度超過2%，對電力系統(tǒng)的調(diào)峰能力、應急儲備電源建設提出了新的挑戰(zhàn)。可以預見，經(jīng)濟發(fā)展帶動的電力需求波動未來將會更加頻繁影響我國電力系統(tǒng)安全。全球產(chǎn)業(yè)鏈重構疊加地緣政治沖突，國際能源產(chǎn)業(yè)供需版圖發(fā)生深度調(diào)整，我國所面臨的外部環(huán)境更加復雜，能源供應鏈安全面臨重大考驗。尤其是以鋰、鈷、鎳為代表的關鍵礦物供應安全問題愈發(fā)突出，電氣裝備核心零部件供應風險加劇，將在一定程度上制約電力系統(tǒng)低碳轉型和電力安全穩(wěn)定供應。
保障國家電力安全的對策建議
堅持底線思維，筑牢電力安全防線
面對復雜多變的國際形勢和日益增多的極端天氣事件，應進一步強化底線思維，加強各級政府、企業(yè)的協(xié)同配合，積極主動應對潛在的安全風險。一是堅持電力保供“全國一盤棋”，通過充分發(fā)揮特高壓、超高壓輸電線路通道作用，優(yōu)化電力布局，做好跨省跨區(qū)電力調(diào)度應急保障預案，在關鍵時刻做到各省、各區(qū)域電力余缺互濟，提高電力系統(tǒng)韌性；二是將統(tǒng)籌中長期規(guī)劃與適度超前規(guī)劃結合，建立負荷預警機制，有效提高突發(fā)情況下的電力供應能力；三是堅守民生和重點產(chǎn)業(yè)的用電保障底線，合理控制高耗能產(chǎn)業(yè)用電；四是推動可調(diào)節(jié)負荷、電動汽車、虛擬電廠等新業(yè)態(tài)新商業(yè)模式的規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，提高需求側管理水平和實時需求響應能力，引導用戶合理錯峰用電，提升電力系統(tǒng)資源裕度。
推動煤電清潔化進程，以市場機制引導煤電重新定位
結合以煤為主的資源稟賦特點，進一步優(yōu)化煤炭產(chǎn)業(yè)布局，以煤炭行業(yè)提質(zhì)增效為核心，強化智能化安全高效煤礦建設，加快落后產(chǎn)能改造及退出機制，保證煤炭供給充足。在建設山西、蒙東、蒙西、陜北、新疆五大煤炭供應保障基地的同時，應加強區(qū)域間煤炭資源互通和跨區(qū)域運輸及應急保障能力建設，建立區(qū)域煤炭開采、儲備體系。
短期內(nèi)，煤電作為電源供給主體的地位很難改變，仍將扮演保障電力持續(xù)可靠供應“壓艙石”的角色。未來應持續(xù)完善頂層設計，加強煤炭清潔高效利用技術攻關，搭建煤電清潔化技術創(chuàng)新平臺；加快出臺配套政策，提升發(fā)電企業(yè)清潔化改造的動力和積極性；努力兼顧保障電力供應和清潔高效生產(chǎn)訴求；加強煤電機組靈活性改造，提升煤電調(diào)峰調(diào)頻能力、促進清潔能源與煤電的協(xié)調(diào)發(fā)展。
長期而言，構建完善的電力市場體系，通過政策引導和稀缺資源的價格傳導機制，鼓勵煤電企業(yè)合理安排發(fā)電計劃；通過完善輔助服務市場體系，鼓勵煤電參與調(diào)峰調(diào)頻，在促進清潔能源消納的同時保障電力供應；通過電力容量市場機制建設，確保煤電裝機容量維持在安全水平；完善煤炭交易機制，推動區(qū)域性和全國性煤炭市場的協(xié)調(diào)發(fā)展，保障煤電企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過以上多方面舉措，優(yōu)化煤電產(chǎn)業(yè)結構，提升電力應急保障水平。
推進電力基礎設施管控，加強風險防治和應急管理
優(yōu)化電網(wǎng)架構，加強電力互聯(lián)網(wǎng)絡建設和能源設施安全防護，完善聯(lián)防聯(lián)控機制，提升應急狀態(tài)下電網(wǎng)互濟支撐能力。對于密集線路、變電站、換流站等重要設施定期開展隱患排查，強化巡視維護制度。完善應急預案體系，為可能出現(xiàn)的極端天氣，建立電力安全應急指揮平臺，提升快速響應能力。重點關注氫能、電化學儲能等高風險設施，建立健全嚴格、完善的生產(chǎn)標準和安全防護制度準則。
堅持技術創(chuàng)新，推進電力安全新技術的攻關與應用，提升電網(wǎng)及關鍵電力設施狀態(tài)的實時監(jiān)測能力；充分利用信息技術完善電力系統(tǒng)安全防控體系，推動電力行業(yè)安全研究和預警平臺建設，對于潛在的風險做到早發(fā)現(xiàn)、早處理；大力推進故障定位技術，提升故障修復速度；推進智能巡檢機器人的應用，提升電力系統(tǒng)日常安全監(jiān)測能力，降低人力成本及安全風險；建立專家?guī)旌蜎Q策支持系統(tǒng)，提升風險研判和預警能力。此外，為適應國際競爭新形勢對關鍵能源基礎設施建設的要求，還應提高關鍵信息的加密級別，保障信息安全；提高電力系統(tǒng)特別是分布式電源在應對網(wǎng)絡攻擊時的韌性，避免因網(wǎng)絡攻擊而影響用電安全。
加強電力供求預測，提高發(fā)電容量充裕性保障能力
復雜經(jīng)濟形勢疊加極端天氣影響，電力需求波動長期客觀存在。未來應加強對供應鏈重構和極端天氣造成潛在沖擊的預測與分析，深度考慮超預期沖擊對于宏觀經(jīng)濟形勢的影響，科學識別二者波動的相關性與規(guī)律性。其中，尤其應區(qū)分短期和中長期電力需求波動的特性，提高需求預測的準確性，對于潛在的負荷增長做到早準備、早防范，切實保障電力安全。
發(fā)電機組及相關設施投資周期長，難以應對電力需求的頻繁波動，需要提高發(fā)電容量充裕性保障能力，降低短時供給失衡所引發(fā)的電力安全風險。一方面，制定并出臺備用機組建設相關政策，在電網(wǎng)關鍵節(jié)點及負荷波動頻繁的區(qū)域推進戰(zhàn)略備用機組建設，保障燃料供應渠道暢通；另一方面，設計應對電力需求波動的容量市場機制，加強與輔助服務市場、電能量市場和中長期市場的耦合協(xié)同，以市場手段建立稀缺資源價格形成機制，最終形成保障發(fā)電容量充裕性的長效機制。
守住“存量”著眼“增量”，推動能源替代與儲能發(fā)展
堅持先立后破，在用好現(xiàn)有資源存量的同時，大力推動能源替代與儲能技術發(fā)展，提升增量；提高區(qū)域電網(wǎng)消納能力，統(tǒng)籌推進陸上風電和光伏發(fā)電基地建設；推進清潔能源制氫，促進煤電與清潔能源多能互補發(fā)展；加強青海、甘肅、內(nèi)蒙等沙漠、戈壁區(qū)域大型風光基地建設，充分利用特高壓輸電線路和超高壓跨省輸電線路，在保障電力供應的同時提升清潔能源占比。
著重推進山東半島、長三角、閩南、粵東、北部灣等千萬千瓦級海上風電基地建設；完善頂層設計，促進配套政策落地，優(yōu)化海上風電開發(fā)及管理模式，積極推動近海海上風電規(guī)模化發(fā)展；促進多能互補與資源轉化，大力推進海水淡化、儲能、海洋能等多種資源利用的配套設施建設，提高海上風電利用率；完善海上風電上網(wǎng)電價機制，鼓勵其申領綠證，參與市場化交易，打造電力資源新增長極。
作為挖掘資源潛力、促進電源結構清潔化的重要抓手，分布式風電及光伏發(fā)電基地的建設對于提升電力資源存量具有重要意義。充分利用屬地優(yōu)勢，一方面，應在礦區(qū)、工業(yè)園區(qū)、經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)等重點用電區(qū)域積極推進風電、分布式光伏建設；另一方面，以整縣為單位有序推進屋頂光伏和“千鄉(xiāng)萬村馭風計劃”，鼓勵分布式能源與其他能源設施的互補發(fā)展。
【本文作者為天津大學管理與經(jīng)濟學部教授；本文系國家社會科學基金重大項目（項目編號：22&ZD104）和國家自然科學基金項目（項目編號：72243009）的階段性研究成果；天津大學管理與經(jīng)濟學部博士研究生楊演燊對本文亦有貢獻】
責編：周素麗 蔡圣楠／美編：石 玉