先抛出我的观点:化石能源发电会视可再生能源发电为悬在自己头上的达摩克利斯之剑,让化石能源发电陷入了死亡螺旋(death spiral),但是当前储能技术的限制和电网运行的要求暂时给部分“优质”火电留了一条生路。
为什么?(下文用火电代指化石能源发电)
>>>> 1、电力市场清算机制
有一些电力相关知识的人应该知道,电力的供需是必须实时平衡的。那么我来说一下最简化最理想化的电力市场清算机制,如下图所示(这里说明一下,接下来一段的分析都是省略了一切外部条件,单纯从供需关系入手):
我稍微解释一下本图,横轴代表着接下来一个市场清算周期(英国为半小时)里叠加的可发电量或用电需求,而纵轴代表单位发电量报价或单位电力需求报价。
图上有两种线。第一种是斜着的,代表了电力需求的价格弹性曲线(涉及经济学知识,我就不详细介绍,有兴趣的请自行搜索),它代表着不同时间电力需求和愿意付出的价格的对应关系。这里你只需要看最右边的Peak(电力峰值)线就可以了。
第二种是阶梯型的曲线,这条曲线指出了不同发电机组的可发电量和对应报价,然后他的横轴是叠加的可发电量,从最便宜的风力发电(第一段),到核能发电(第二段),再到不同的火力发电(后面几段)。你要注意的一点是这条曲线指出的是“可”发电量。那么具体系统会“要求”发多少电是根据上面的斜线和阶梯曲线交点位置来决定的。电力市场的基本清算机制就是找到需求和发电的交叉点,则可以得出这一清算周期应发电量和边际电力价格(marginal cost)。所有在此点之前的发电机组将会统一收到其发电量乘以边际价格的报酬,而这一点之后的机组全部停发。所以人们之前对风电的定义为"Price taker",因为清算的边际价格是由火力发电决定的,市场给出什么价,风电就得接受什么价。
那么问题来了,当风力发电增多时边际电力价格会怎么变化呢?
现在图中有三条阶梯形曲线,从左到右分别对应着风力发电从低到高的情况。为什么这么对应?你可以看到风力发电是阶梯曲线的第一段(因为风电几乎没有运营成本,所以他直接做了最低报价,注意市场是统一清算的,所以低报价的机组也是以边际价格进行结算的),左起第一条阶梯曲线的第一段很短,右起第一条阶梯曲线的第一段很长,正对应了上面说的风力发电的高低情况。然后我们再看交点,当风力发电增加时,需求和三条不同的发电阶梯曲线的交叉点是逐渐向下走的,对应着的清算价格是A->B->C.这也就是我们说的风电多了系统清算价格就下降了。这个时候我们可以说风电从“Price taker”变成“Pricemaker”了,市场的清算边际价格很大程度上就由风电定了。
这里就有人会说:“清算边际价格下降不是好事情么”?对用户来说,是的。而且风电其实无所谓,英国的风电有CFD(Contract for Difference)补贴,保证他们的效益。但是火电就这样一步一步的被挤出清算区间了,从点A的燃气机组,到点B的凝汽式机组,到C点完全被挤出。这也就是国内经常说的,“火电年平均利用小时数不足4000到不足3500再到不足.....(你懂的)”。
所以总结一下第一点,在新能源大量接入的背景下,通过保证上网时间来为火电获取足够利润的方式已不可取。
>>>> 2. 电力系统的运行安全
大家都知道新能源发电最大的特点就是输出的变化大和不可预测性。所以系统调度需要一定的备用容量,以防止新能源输出不及预期。备用容量一般是一定数量的火力机组半载运行(火电明明能全发,结果被逼得半发,也是很不开心)。在英国,火电机组上网速度的快慢决定了其所能参与的备用服务,并对应着所能获得的报酬的高低(有歧义,不展开说)。
举个最近的栗子,英国国网在今年(16年)9月14日曾开出了比正常清算价格(£40/MWh)高24倍的价格(£999/MWh)。造成的原因是风力发电量的突然降低,EDF的核电机组的突然故障以及跟法国的interconnector的部分中断。系统估计都调用了柴油发电机以保证电力供应。
以上能引出第二点:火电未来的盈利方向,为系统提供备用服务将成为火电利润的重要组成部分,而越是高质量的机组(比如上网速度快)越能在备用服务竞争中占优势。还有一个方法就是在备用机组资源稀缺的时候,调高定价“狠狠捞一笔”。
>>>> 3. 监管机构的激励政策
从上文可以看出,从电网安全角度来说,保持一定的火电机组是必须的。因为新能源发电是不稳定的,而且储能设备现阶段成本过高,无法大规模部署,再遇上个无风加日食,系统没有足够的常规机组肯定就崩溃了。(可能是千年等一回,但发生了的话,经济损失可无法估量)
但是火电自身无法盈利,还得看着可再生能源领着大把的补贴,这对火电来说实在太残酷了。所以英国的电力市场管理者ofgem提出了一个新的补贴种类,建立了Capacity Market(容量市场)。这个设计简要的说就是让一些“优质”火电机组别退役,你不上网不发电我也给你钱。保证系统有足够的备用机组。
就此引出第三点:当前的大环境下,火电是弱势群体。电力市场规章制定机构应对合适的火电机组(一般指CCGT)给予一定的经济激励,以保证电力系统的安全运行和避免scarcity(这里特指供电短缺)的发生。
提了这么多,应该也就不难理解为什么有的人喜欢称火电之外的发电为“垃圾电”了吧。
综上所述,可再生能源发电就像个不懂事的小媳妇儿,一边抢着火电碗里的肉还想着喝火电的汤。那边火电想离婚休妻,爹妈(电力调度)又不让。
最大的受益者?当然是储能设备,例如抽水蓄能啦,还有interconnector。通过峰谷购电峰顶卖出赚取价差或是引进相邻系统的便宜电力,同时为系统提供一定的备用服务赚取佣金。
等等,上文提的都是教火电赚钱,那么这钱从哪来?当然是用户啦。羊毛出在羊身上。大规模部署可再生能源发电和核电能降电费?你可能真的想多了。
注:上文的分析条件基于英国电力市场的运行条件,毕竟这会是中国电改的潜在方向之一。由于答主运用的知识都是在英文背景下学习的,所以翻译上可能存在不准确的地方。如果有朋友了解一些专有名词并发现用词不当的地方,还望指出,谢谢。