张家口可再生能源内消外送困局

 

2015年，张家口作为2022年冬奥会联合举办城市申办成功；同年7月，张家口可再生能源示范区获国务院批复。这座距离京城并不算近的冀北城市第一次如此紧密地同北京联系在一起。

 

如何打造一个绿色的冬奥会？如何协同发展绿色低碳的京津冀？这些问题一时之间引起多方关注。

 

早在可再生能源示范区和冬奥会的消息落定之前，美国前财长、高盛集团前董事局主席兼首席执行官亨利·保尔森建立的保尔森基金会便已经在华开展支持京津冀环境治理战略的项目。

 

2015年初，亨利·保尔森本人也曾到河北保定考察大气污染治理情况。据保尔森基金会北京代表处执行主任莫争春介绍，基金会将帮助推动京津冀的可持续发展作为重要工作领域之一。

 

与此同时，国家电网公司正在力推全球能源互联网，欲以特高压交直流将输电距离提升到2000~5000公里，赋予电网更大范围调配资源的能力，实现各种清洁能源的互联互通、优化配置，因此也十分看好在张家口打造全球能源互联网“样板间”。国网也是保尔森基金会CEO理事会成员之一。在保尔森基金会看来，如何利用这些特高压线路，实现可再生能源的优先调度仍然面临阻碍。

 

“在北京与张家口合办的冬奥会上向全世界展示一个绿色的奥运会，尤其是京津冀作为一体化区域在电力改革上的成就，还会有很积极的政治意义。因此我们建议把京津冀作为电力改革的试点，充分利用2022年冬奥会这个难得的时机，”莫争春说。于是，从2015年开始，保尔森基金会数次前往张家口调研，了解当地的可再生能源发展情况。

 

在成为可再生能源示范区之前，张家口就是华北地区风能和太阳能资源最丰富的地区之一。风能可开发量达4000万千瓦以上，太阳能可开发量超过3000万千瓦，各种生物质资源年产量达到200万吨。从2006年开始，便有风电、光伏企业在此地布局。

 

被设定为示范区之后，张家口规划可再生能源消费量占终端能源消费总量比例2020年达到30%，2030年达到50%。到2020年，55%的电力消费来自可再生能源；到2030年，80%的电力消费来自可再生能源，全面形成以可再生能源为主的能源保障体系。其次是加快建设智能微网，实现源-网-荷协同发展，示范区可再生能源消纳应用规模大幅度提高，外输能力显著增强，开发应用水平跨越式提升。

 

万众瞩目下，张家口即将成为中国高比例发展可再生能源的一个缩影。中国可再生能源高比例发展要遇到的各种问题，张家口都将首先面临。

 

 

5月，张北，坝上草原。一场春雨过后，大风挟裹着沙尘从坝上草原呼啸而过。

 

此时，位于尚义县某处风电场内的集控室屏幕显示，这场黄色的风暴正在以10.6米每秒的速度过境南下。

 

“按今天的风速，我们风场的风机可以全部正常运行。你看到的那些停运的风机，有几台是在检修，另一部分是限电，白天因为还有光伏接入，风电限得比较严重。” 工作人员指着其中几台停摆的风机说道。

 

截至2016年底，张家口共有风电装机805万千瓦，并网784万千瓦；光伏发电装机并网300万千瓦；生物质发电装机并网2.5万千瓦。但与之对应的是区内电网最大负荷仅为185万千瓦，现有的可再生能源对外输送能力不足400万千瓦，可再生能源发电处境尴尬。

 

国家能源局发布的数据显示，2016年河北省弃风率为9%。保尔森基金会认为张家口所在的河北省的弃风率虽然低于全国平均水平，但仍有很大的潜力提高并网能力。

 

“张家口地处京津冀地区，北京与天津是我国重要的电力负荷中心，同时有很高的节能减排的压力。北京正在考虑大规模推广电动汽车和清洁供暖，关停燃煤锅炉，因此对可再生能源有很大需求，但在同一个区域，张家口的可再生能源却因弃风问题而白白浪费，这是很矛盾的。”莫争春表示。

 

导致可再生能源弃电的原因很多，张家口又是因何而弃？

 

据风场工作人员介绍，尚义县以前没有其他支柱产业，该地地处内蒙古高原南部边缘，因途经坝上的沙尘暴是袭击北京的三大沙尘主要通道，近年来退牧还草，本地农民以往发展畜牧业无以为继。原有的造纸厂也由于缺乏竞争优势、效益不好而倒闭。广袤、开阔但风沙频发，这样的资源禀赋成就了风电繁育的沃土。

 

从2003年开始建设风电场，风电一跃成为当地的支柱产业。该风电场2009年投运，那时是风电发展的黄金时期，坝上风电整体规模比较小，几乎没有限电之说。然而好景不长，这一地区风电上马项目越来越多，连生产整机的厂家也扩张到80多家，限电日益严重。2014年曾有媒体报道称张北弃风率一度达到30%，一时之间，饱受争议。

 

但弃风的情况也曾得到过缓解。

 

2015年以前，张家口原有的两条500千伏风电外送通道，最大风电送出能力为210万千瓦，只能满足300万千瓦风电装机接入和送出需要。2014年国网冀北公司开建“三站四线”工程，包括张北、尚义、康保三座500千伏变电站及与之配套的4条500千伏线路，用于张家口坝上地区各风电基地电力的汇集输送。此项工程于2015年3月建成，后新增张家口风电外送能力180万千瓦。

 

“三站四线建成后，起初，弃风现象得到很大缓解，当时25万千瓦的风电场，可以获得18万千瓦的出力计划。但是近一年来随着周边新项目的上马，弃风又有严重的趋势。现在风场装机35万千瓦，白天却只有13万千瓦的指标。”风场工作人员说道。

 

 

根据《张家口可再生示范区能源发展规划》，到2020年，张家口可再生能源示范区可再生能源发电装机规模达到20吉瓦，年发电量达到400亿千瓦时以上。其中，风电新增6吉瓦，累计容量达13吉瓦。光伏以及光热发电装机规模累计达8吉瓦。以目前装机容量和电力负荷对比来看，张家口目前本地电力负荷仅1.85吉瓦，北京的最高负荷也还不到20吉瓦。在新规划的输送通道尚未建设完工之前，将弃风、弃光控制在一定比例甚至缓解，难度很大。

 

这家国字头的风电公司在河北承德也建有风场，工作人员称最近承德的风电场也开始限电，限电程度较张家口稍好一些，但也有逐渐增多的趋势。

 

他向记者算了笔帐，风场217台风机，13万千瓦的指标意味着限电的时候至少停100台，这部分的损失是15万千瓦，限电至少一半以上。而一台风机成本就1000万，停在这里不用实在可惜。

 

保尔森基金会在其出版的报告中也曾作出分析，风电和光电的运维成本与火电相比非常低，所以已经安装的风力发电机组停止不用，就等于产生了经济损失。今年1月国家能源局发布的《2016年风电并网运行情况》显示，全年弃风电量497亿千瓦时，直接经济损失800亿元以上。

 

基于冬奥会和可再生能源示范区的时机，以及迫在眉睫的可再生能源并网消纳问题，保尔森基金会将京津冀可再生能源区域并网列为其研究电力改革的首要问题。莫争春说，为了解决这个迫在眉睫的难题，我们开始研究适宜的国际最佳经验，希冀能够提供解决思路。

 

 

与同样遭遇输电瓶颈的其他城市和地区一样，张家口努力创造电力需求，以避免可再生能源发电被浪费。张家口正在积极吸引电子数据中心、氢气工厂，以及使用可再生电力的其他用电产业进驻。

 

前期一直参与规划申报的张家口市发改委副主任郭俊峰表示，张家口可再生能源示范区目前还处于起步阶段。该市将通过开展智能化输电技术试点、建设智能电网、提高示范区自身消纳能力等措施来解决消纳瓶颈。

 

这种以当地消纳为主的思路似乎也是现状使然。在2016年3月举行的十二届全国人大四次会议中，有提案针对张家口可再生能源示范区，呼吁国家能源局出台专门扶持政策的建议，其中包括：加快推动特高压电网建设。同年7月8日，能源局做出批复如下：

 

我局已部署加强张家口至京津唐主网联络线建设工作，并在整体研究张家口地区电力外送问题。考虑当前全国电力需求增速放缓，大部分地区电力供大于求，依靠电力通道外送消纳将面临一些新困难。建议张家口市政府积极开展本地电能替代，全面推动燃煤锅炉供暖向清洁能源采暖转变，充分挖掘本地消纳可再生能源的潜力，进一步提高可再生能源发电量在全社会用电量的比例；加快推进沽源风电制氢及下游产业示范项目建设，逐步扩大示范项目规模，推动形成新的产业。

 

这些本地消纳措施均已正式投建，这又能消耗多少可再生能源电力？

 

据了解，已在河北沽源开工建设风电制氢及下游产业示范项目，总投资20.3亿元，计划到 2020 年，使其年用电量达到 8760 万千瓦时。

 

早于2013年启动的可再生能源供暖项目包括风电、太阳能、地热供暖示范项目建设。今年年初，河北省发展改革委发布《张家口风电供暖实施方案》征求意见稿，拟要求今年内启动实施张家口市509万平方米的风电供暖试点。初步测算，试点地区每年可消纳风电电量7亿千瓦时。

 

云数据中心也正投入建设，目前张北县已注入阿里巴巴云数据中心等企业，预计全部建成后，将达到500万台服务器的规模，年耗电量200亿千瓦时，其中使用可再生能源的占比还未能知晓。

 

与本地消纳新增电量相对应的，是2020年张家口市可再生能源年发电量达到400亿千瓦时以上的发电目标。保尔森基金会研究部副主任 Anders Hove认为，尽管张家口提高电力需求的做法有助于增加本地就业，提高地方税收，但与实现区域性能源转型的目标却没有太大关系。

 

基金会在张家口与当地政府沟通中了解到，由于这里面临可再生能源消纳的压力，尤其在冬季，弃风率远远高于10%，地方政府因此计划引进一些高耗能产业，如汽车制造厂、数据中心和制氢产业。

 

莫争春指出，“国家应对气候变化的整体目标中，既包括提高可再生能源比率，也包括控制能源消耗总量。现在为了解决可再生能源的消纳问题，在当地引进一些高耗能产业，就有可能为了达成一个目标而错失另一个目标。”当地政府也想通过外送风电解决消纳，但在外送风电通道不够的情况下，目前只能以增加本地消纳为主。

 

风、光、储能给坝上县城带来了经济增速，未来到2030年还会有50吉瓦的可再生能源装机，高比例可再生能源时代必然到来、不可避免，会给这个地区带来源源不断的清洁能源，但是假如用投资拉动当地经济和城市发展的模式不改变的话，结果会是一边扩大耗能需求，一边上马新项目，这是否意味着未来我们依旧将面临过剩的产能和弃风？

 

既然本地消纳体量远远不够，可再生能源并网输配进展几何？

 

对电网公司来说，风电光伏的高速发展还必须有后备的电源作为依托。为保证电网的安全稳定性，必须要建能够调峰的火电。而河北省发改办的数据显示，张家口所处的冀北电网属于典型的受端电网，内部火电机组装机容量严重不足，超过40%的电力需要从区外送入。

 

据国家电网有关人士介绍，目前新能源调峰最迫切的是火电灵活性改造。冀北地区气电成本高昂、经济性差；抽水蓄能电站建设规模不足、建设周期长，系统调峰能力跟不上调峰需求，调峰电源的缺乏直接导致电网调节能力不足。

 

冀北地区能用于调峰的抽水蓄能电厂，只有河北省迁西县境内的潘家口水电站，有3台9万千瓦抽水蓄能机组，加上北京的十三陵抽水蓄能电厂，京津唐电网一共只有107万千瓦的抽水蓄能机组。

 

“现在，河北丰宁正开工建设丰宁(二期)抽水蓄能电站，装机容量180万千瓦，一期工程180万千瓦，规划容量360万千瓦，但是要到2022年机组才能投产。”上述人士表示，因为土木工程量大，抽水蓄能电站的建设周期比较长，一般是60到70个月以上，远水难解近渴。

 

除配套抽水蓄能进行调峰之外，张北柔直电网工程也可高效接入大量可再生能源。通过两端300万千瓦换流站汇集张北地区的风电，另一端150万千瓦换流站接入当地抽水蓄能，最终通过一端300万千瓦换流站接入北京电网，据悉建成之后每年可为北京地区提供26亿千瓦时的清洁能源，该工程于今年2月启动工程成套设计和初步设计。

 

此外，在国家电网看来，解决弃电的出路在于修建特高压输电线路。

 

在国网冀北电力公司发布的《全球能源互联网张家口创新示范区发展》提到1000千伏张北—南昌交流特高压规划，目前该规划正在进行核准。其计划远期配套建设尚义、康保、解放和白土窑4座特高压汇集站。将已建成的500千伏张北开关站升压为一座特高压汇集站，与华中电网相连，实现清洁能源在更大范围内统一平衡和消纳。

 

但这一项目在业界有着很大争议，交流特高压线路的经济合理性一直受到质疑，对于项目核准，国家主管部门也较为谨慎。

 

输送端正在建设，接受端的情况是否乐观？今年3月，北京关停了最后一家燃煤电厂，并提出适度压减本地燃气厂，其外受电比例将达70%。并配套了7条通道，外受电主要来自山西、蒙西、河北等地。目前，北京非水可再生能源电力消纳比重已经十分接近2020年目标，可能超额完成。国家能源局相关人士表示，北京已主动提出进一步加大对内蒙地区电力的消纳力度。而据电力企业相关人士介绍，出于北京的保电政治任务，北京新接纳的外受电中一大部分还是以火电为主，其中一部分将来自京能在内蒙的燃煤电厂基地。其官网资料显示，内蒙古上都发电有限责任公司、内蒙古上都第二发电有限责任公司作为向京津唐送电的北通道，对完善和稳定电网结构，增强向北京供电的经济性、可靠性具有重要意义，京能电力分别持股49%、26%。

 

刺激本地用电需求可能与2020年能源总量上限的国家目标相违背，而外送通道和调峰设施建设还尚需时日。内消外送对于当下解决可再生能源消纳来说，似乎都未能解燃眉之急。

 

经过对张家口的考察，保尔森基金会发现德国和美国德克萨斯州当年解决可再生能源并网所面临的问题和目前京津冀所面临的问题，不论是可再生能源发电中心与用电负荷中心的距离，还是可再生能源所占比率以及解决并网的压力，都极其相似。这两地曾经的可再生能源弃电率曾经也很高，却在5年内将可再生能源弃电率降至1%以下，他们是怎么做到的呢？

 

基金会采访了德国能源署以及美国德州电力可靠委员会 (Electricity Reliability Council of Texas)，经过多方调研，他们发现为了提高可再生能源并网能力，两者都对输配电规划和投资政策作出重大调整。此外，他们还都对电力调度和市场规划作出了重大调整。

 

这意味着，通过加快区域内可再生能源输电规划，在更广泛的区域内实现统一调度，推出电力现货市场，就能提高可再生能源并网率。

 

2016年7月，保尔森基金会发布《风光无限，助力京津冀可再生能源的领军之旅》的报告，提出以建立电力区域市场的手段促进张家口地区的可再生能源消纳，实现京津冀区域的统一调度。报告指出，推广可再生能源，不应该再片面强调增加可再生能源装机容量，而应该关注解决可再生能源并网问题，以有效降低可再生能源弃电率。

 

对于什么是合理的弃电率，保尔森基金会也作了具体界定。在调研中，他们发现德国与美国德州都不约而同地采用了3%作为弃风率的上限。而这也是出于输配线路经济因素的考量，因此允许舍弃一定比例的可再生能源，以便能够更广泛地利用并消纳可再生能源。

 

Anders Hove解释道，“美国德州采取的做法是所有利益相关方坐在一起谈判，通过协调各方利益，包括妥协，最终大家商议得出3%的弃风率目标；德国的情形较为复杂，他们建立模型，模拟风电场运营，通过大量数据计算最终发现，当弃风率为3%时，输配电的投资回报最为经济。这两地的政策最后都允许一定比例的可再生能源弃电，而并非要求100%可再生能源全部上网，这些政策最终反而有效地降低了弃电率。这两地虽然在可再生能源占发电装机总量比率高于京津冀，但可再生能源弃电率远远低于京津冀地区。”

 

在后来与国家能源局有关司局的交流中，保尔森基金会对合理弃风率设为3%的提法同样得到了能源局的认可。

 

早在2013年，业内就已有针对合理弃电率的探讨，这一范围一度被认为是5%。2016年11月国家能源局召开的《电力发展“十三五”规划》新闻发布会中，国家能源局总工程师韩水曾表示，调峰能力的优化指标就是将当地的弃风、弃光率控制在合理水平，这一合理水平是力争控制在5%以内。适当地弃风弃光，消纳可再生能源发电量更大，支持风电、光伏取得更大规模的发展。这也是首次在公开会议上强调了合理弃风率的概念。

 

“德国与美国的德州相关机构并没有对合理的可再生能源弃电率进行沟通，但是却不约而同地得出了非常类似的结论，即设定一个合理的弃电率范围，从经济上以及各方利益的协调上，被证明是有意义的。而且这个合理范围也就在3%-5%之间。“莫争春认为对于合理弃电率的探讨实际上是殊途同归地寻求各利益相关方最佳的利益平衡点。

 

除了呼吁建立现货市场，报告中同时强调加快可再生能源输配电项目的投资，建设专用输配线路，以及区域输电能力的提升要与可再生能源的增长保持一致。

 

至此，一份建立京津冀可再生能源并网试点区的报告为京津冀的可再生能源消纳提供了范本，前车之鉴或许能助力在2022年 冬奥会之前实现这些可再生能源并网的困局，然而利用市场手段着手解决京畿之地的可再生能源消纳实则考验诸多。

 

 

现货市场在业界一度被认为是通过市场手段解决可再生能源消纳的良药。清华大学电机系教授陈启鑫曾对此解释，现货市场能分时段发出电价信号，白天峰荷用电需求高则电价高，深夜谷荷用电需求低则电价低，发电企业根据调峰信号，白天多发电，晚上少发电，因此在深夜风电大发时主动释放出了新能源消纳的空间，国外电力市场在这种情况下还曾出现负电价。

 

保尔森基金会所撰文《风光无限，助力京津冀可再生能源的领军之旅》的报告中建言，在京津冀地区试点区域性电力现货市场，并以德国和美国德州的消纳作为范本，指出现货市场的意义还在于确保实现边际成本最低的可再生能源电力可以被优先调度。该报告撰写人之一Anders Hove指出，一般来说其他国家解决弃风、弃光的首要措施是改革电力市场，使之更高效、更清洁、更可靠，其次是输配线路建设。美国德克萨斯州是基于已有的现货市场并作出一些调整，而德国则是一边逐渐采用现货交易，一边建设输配电系统，这些方法更易取得成效。

 

而国内目前尚未建立现货市场，在京津冀地区展开现货市场试点的计划也一度陷入僵局。

 

早在2015年底，电改配套文件便提出，建立相对稳定的中长期交易机制，同时也提到，建立有效竞争的现货交易机制。2016年7月18日，国家能源局宣布京津冀地区将开展电力市场改革试点，提出按照股份制组建京津冀电力交易机构，要具备同步开展中长期和现货交易能力。由此，国家能源局明确了心仪的现货市场试点为京津唐电网，并于今年年初拟定《现货试点地区电力市场基本规则(试行)》作为指导现货交易的支撑，但是目前电力市场建设的基本方向、改革的底线、目的和进程依然未能广泛达到共识。

 

首先，现货市场与中长期交易的比例在业内存在争议。据国网电力相关人士介绍，目前适合国情的电力市场交易是中长期与现货相协调，在中长期交易完成，留有一部分空间电网还能接纳时，再组建现货市场。这是由于保证持续稳定供应是电网公司的最大考量，对于电网调度来说并不希望发出价格信号，而是希望通过市场机制让发电企业愿意配合调度，保证电力平衡 。因此，实现这一目的基本依靠中长期交易，全部改成现货市场并不符合国情。该人士举例指出，加州电力危机很大一部分原因是加州电力把所有电量改成现货市场。

 

也有高级别官员认为，从国内外的统计数据看，中长期合同比例高，现货比例较低，既然现货比例低，那么暂时可以不进行现货交易。

 

其次，对于在京津冀地区设立现货试点，三地间地方政府的态度也并不统一。北京因为在过去承担了较高的交叉补贴，希望借此实现降低电价。但是河北省由于其电力用户价格承受力较低，竞争优势弱，不赞成建立京津冀电力市场，省一级政府更希望在本省范围内建立现货市场，这也代表了大部分地方政府的意见。2016年8月23日，河北省发文启动冀北电网区域电力直接交易，被国家能源局叫停。后天津很快效仿，于同年9月26日发布《关于天津市2016年拟参加电力直接交易企业资格审查的通知》，至此，冀北电网和天津分别完成各自的市场主体注册，北京成为仅剩的支持者。

 

此外，部分电力专家对京津冀电力市场表示忧虑，因为首都政治任务多，政府部门诉求多，从国家对首都电力保障提出要求开始，逐渐形成了“华北保京津唐、京津唐保北京、北京保核心区”的政治保电原则，民间说法也将这种尴尬境地表述为“北京无小事，天津无大事，河北没有事”。 然而电力企业保电任务多、压力大，必然会出现行政干预电力市场，市场为政治让路，可能导致出现一个比较扭曲的电力市场。

 

2016年8月23日，京津冀电力市场建设联合工作组下发《京津冀电力市场建设方案(征求意见稿)》，曾对这一区域现货市场试点设定时间线，规划于2017年9月完成京津唐电力市场现货交易市场仿真，2018年6月京津唐电力市场正式运行。2020年1月以后扩大范围至京津冀电网，在京津冀开展电力交易。这一方案于去年9月底报国家能源局，进展甚微。

 

有熟悉电力市场的官员表示，国外很多国家从提出建设现货市场，到真正启动，至少要5年以上时间。保尔森基金会的莫争春博士认为，如果没有区域合作或者缺乏利益相关方的协调，现货市场在2022年举办冬奥会之前即便匆匆建成，可能也不会达到理想效果。

 

 

构建区域市场，各利益主体间尚在互搏，统一的京津冀电力市场迟迟难以启动。但是从单个城市的可再生能源规划过渡到区域性规划，需要整个区域的领导层合作，共同解决向分散的电力用户输送本地生产电力的问题。

 

就在10年前，德国与美国德州也曾面临区域壁垒。他们有各自独立的电网并且仅限于在自身的电网内自给自足。2001年的德州有9个独立控制区，但他们花费了一年的时间合并为一个，来降低输电拥堵成本。2010年取消了4个独立的批发市场价格，采用全州统一的边际成本定价制度。27年前的德国是两个国家，有4家电网公司独立运行，但是这4家电网公司实现了区域间的可再生能源调度，建立共同平衡市场，甚至将调度范围覆盖至周边邻国，如丹麦、荷兰、比利时、瑞士等。

 

“有一件事解决了这个问题。”Anders Hove 表示，那就是通过运用激励措施，使各地政府之间愿意配合。类似的手段有税收激励、上网电价激励以及提供银行借贷激励等。这些激励措施会使人们有动力配合国家的计划。

 

能源革命抑或电力改革都面临利益冲突和博弈，他补充说道，“重要的是，现货市场能令整体经济受益，消费者能使用到边际成本最低的可再生能源电力，但发电公司或一些地方政府可能并不一定愿意看到这样的结果，他们认为这会令他们处于不利地位。但是电力改革的目的不是帮助发电公司，而是帮助整个电力行业以及整体经济实现利益最大化。”