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风电并网的成本视角——超越发电成本(LCOE)的系统成本
从一般的角度而言,由于电力的需求是波动的,并且不方便储存,因此不同的时间上具有不同的价值,在电力需求高的时候价值大,需求低的时候价值小。相对于单一的发电技术,不同特点技术的组合是成本更低的选择。比如基荷选择低燃料成本机组(比如核电),尖峰选择低投资成本(比如天然气)的是最有效率的。
从不同电源类型的出力特性来看,没有任何一种电源类型可以完美无缝隙的满足波动的需求(完全可调节的天然气机组也存在机组故障风险)。从经济学价值的角度,我们可以定义一个假想的“电源”类型,具有与需求完全一致的出力特性,也就不需要任何除发电外的成本。那么,其他电源类型,包括传统的煤电、气电,也包括风电、太阳能等可再生能源,与这一理想电源的差别,就是这些电源除了本身发电成本之外的“系统成本”。因为,作为波动性的电源,风电要提供充分满足需求特性的电力,还将存在相比传统电源更大的系统成本。以完美跟踪需求变化的发电技术为参照,系统成本主要将包括三个方面:
1、出力特性与需求特性的差别。风电的保证容量较低,因此风电进入系统并不能等效地降低其他机组的投入,它会减少其他机组的利用时间,增加系统过多冗余的必要性,甚至在某些时刻大过总负荷,这在目前的技术条件下可能导致负的电力价格。这导致系统成本相比不发展可再生能源而增加。可称之为特性成本(Profile cost)。
2、出力的误差平衡。风电的出力是波动并具有不确定性的,预测总是有误差的,因此预测的误差就需要系统提供额外的容量来平衡。这就需要平衡成本(Balance cost)。
3、风电出力的地域限制与传输限制。这一成本也存在于其他的电源当中,也就是电网的传输容量限制,或者缺乏,必须为了风电能够充分上网而投资或者扩建。这就对应网络成本(Grid cost)。
以上的三项成本,基本随着可再生能源的份额增加而增加,但是其具体的大小仍取决于电力系统的特点,取决于系统中各项技术的互动。一般而言,特性成本往往是三项成本中最大的。从程度上,可再生能源的随机性与间歇性,也决定了它们的系统成本,往往要大于传统的可控化石能源机组,特别是具有良好调节性能的机组。
必须指出的是,这些成本是客观存在的,但是这是系统特点与风电出力的特点所决定的,并不是市场失灵,不需要任何的政府政策干预。在起作用的电力市场中,这种成本自然会显现并由相应的承担主体。比如由于风电出力的时候市场价格低,而风电不出力的时候市场价格高,那么平均来看,风电的单位发电收益水平就比不上具有灵活调节性能的天然气;风电出力预测有误差,其业主就必然需要在平衡市场购买相应的平衡服务,以实现自己此前向市场的发电承诺;系统需要为大规模的风电出力波动提供更高水平的旋转备用等资源,这一系统服务也必然会以某种形式(比如分摊到输配成本、风电自身承担、调度收费)得以消化。
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