文章整理自睿博能源智库中国项目部主任Frederick Weston在清华大学能源互联网沙龙第五期的演讲。
我想强调，解决灵活性问题不只是通过技术，更多的是从经济学的角度来看,我希望大家都能把自己当做经济学家一样思考。我曾是美国电力系统的官员，主要监管电力行业机构。之后我到睿博能源智库工作，2000年到中国，为政策的制定者提供有关能源政策的建议和帮助。今天我会从美国的经验来介绍美国对灵活性问题是如何解决的。
我们需要多少灵活性呢？下图为一周的负荷曲线图，黑色部分为这一周内所需要的电力负荷，为总需求；蓝紫色部分则是除去风力部分的电力负荷，为净需求——即黑色区域为全由风电提供的负荷。提供非风力的电力负荷，需要更灵活的电力负荷。
什么是灵活性？
灵活性就是在一段时间内可以应对供给和需求变化的能力。不论是否纳入具有可变性的可再生能源发电，灵活性都很重要，以此应对电力需求的变化和发电机组的可调度不确定性。总而言之，越具备灵活性的系统运行起来更为高效。灵活性的独特点在于其与时间的联系，系统的灵活性程度可通过时间反映出来。灵活性形式有多种：（1）灵活性发电，指发电时可快速调节发电出力；（2）系统运营方面的改进。这涉及更快的排序，如短时间内（每小时）应调度使用的可再生能源。如果我们能对可再生能源进行更为精准的预测，那就能更好结合所提出的需求，从而进行排序和调度；（3）扩大平衡区，所谓平衡区就是指在一个区域之内供需达到平衡点，平衡区越大说明需求越大；（4）辅助服务；（5）客户需求响应；（6）储能，比如说大坝储能、电池、压缩空气等多种形式。下图是丹麦2012年前八周的电力负荷数据。左图为总电力需求，右图则为除去风电后的电力需求，此部分为基础部分，主要为火电、核电、水电等。从左右图对比可知，并不需要那么多稳定的基础负荷。随着对可再生能源的需求，整个能源结构也会发生变化。
可再生并网与灵活性成本
灵活发电只是系统中的一环。如下图所示，可再生并网程度与灵活性成本间的关系：橙色部分为需求侧——市场、蓄热、新型负荷和蓄电等；绿色部分则为供给侧——天然气发电和煤炭循环利用、现有储能、可再生能源弃用、蓄热和蓄电等。
美国各个州都有州内提高可再生比例的目标，如加州和纽约州预期2030年可再生能源比例达50%，佛蒙特州2032年达75%，夏威夷州2030年达40%，而且这些目标绝大部分都已经通过立法和财政确认。我所在的佛蒙特州，每年有25%的可再生能源渗透率。如果缺乏灵活性，只能关停可再生能源设备，因而引发弃风和弃光。美国可再生能源的弃风弃光率较低，加州仅为1%。但在中国的弃风弃光比例有时候还挺高的，有10%-15%，而我觉得产生现象的原因主要是经济原因。
美国可再生能源并网的经验
可再生能源并网大幅提高时可能损害电网稳定性，但可再生能源也极其重要，我们可通过电费或竞争性能源市场中的反应供给关系的价格变化来使得灵活性价值得到反映，从而实现灵活性。如美国通过创建一个具有竞争性批发电力市场，则可获得灵活性的价值。美国的这一市场已有二十年历史，现在仍在不断完善。但我不希望大家认为市场化是唯一实现灵活性的解决方法，它只是其中一个。以德克萨斯州为例，扩大平衡区域是我们采取过的最重要的提高灵活性方法之一。在区域间建立小电力市场，然后通过小电力市场间的电力买卖以达实现灵活性。其实质性的成本节省和运营上的灵活性，源自能与大规模的供给和需求资源对接。大多数美国区域输电商都管理一个单独的大型平衡区域。美国西部和东部存在区别，西部并没有像东部PJM的平衡区，所处形势不同，但东西部均有各自解决方法。作为替代，2014年，西部创建西部的“能源平衡市场”（虚拟合并平衡区）使几个小区域共享平衡服务。能源平衡市场指几个独立小区域之间互相买卖电力，有些本来不那么灵活的发电厂，在付钱给他们之后，竟变得灵活起来。能源平衡市场在增强现有电厂灵活性、启动客户需求响应和增强可再生能源灵活性有重要影响。夏威夷通过能源平衡市场成功改造了现有电厂，实现了降低在线容量底限、更快的启动和关闭。
对中国的思考
在中国，风能、光伏的灵活性有很大的提高空间。比如储能方式——飞轮；另外也可更多建立完善输电系统，较多的输电业务意味着能把电力从不同的区域传到另外的区域，如丹麦、德州均有大量输电业务。俄勒冈公共事业委员会要求各电力公司对灵活性电容的需求进行评估，以完善电力规划计划，进一步清楚了解可再生能源场、输电系统的可建设地点。当然，我非常同意另一种观点——灵活性问题除用经济原因解释以外，还有其他原因，解决经济问题后，也还有其他的问题会发生，比如投资。在我来看，中国目前为止的最大障碍可能是电力调度对发电厂的补偿机制。中国未来可以针对以下方面进行改进：（1）考虑快速排序，改进调度和建立更大的平衡区域；（2）考虑制定一个针对灵活性的规划和资源收购过程；（3）通过电费、竞争性产品或市场反应灵活性的价值；（4）包括各类辅助服务；需明确所需辅助服务，设置相应产品和市场；（5）通过价格或其他经济激励手段鼓励需求响应；（6）继续和欧美及各地的系统运营商交流；其实我们向国外学习经验，就是为了避免走歪路。这些改进会带来一些挑战，但我相信终有一天一定会得到解决，中国一定会做到的！
睿博能源智库（RAP，官网地址http://www.raponline.org/）是一个全球性的专家咨询机构，主要致力于在能源和环保领域开展政策研究和国际交流合作，促进电力系统长期经济和环境的可持续发展。清华大学能源互联网沙龙第五期资料下载地址：http://pan.baidu.com/s/1jGuBoc2
