100％可再生能源和净零排放的未来是一个令人兴奋的愿景？还是一个难以实现的乌托邦？
引言
中国在2020年第75届联合国大会（United Nations General Assembly）上宣布在2060年实现碳中和的目标，但实现这一目标将带来重大的挑战和机遇。电力系统遇到的挑战尤为直观。众所周知，风电光伏发电具有很强的波动性，风电只能在有风的时候发电，光伏只能在白天发电。未来的零碳电力系统需要以光伏，风电和水电为主体，现在我们已经很清楚，风电光伏的资源总量足以保障电力系统脱碳，风电光伏的成本也已经低于煤电，这就决定了电力系统的灵活性成为中国电力系统脱碳的最关键问题。
2021年10月党中央、国务院相继印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》《2030年前碳达峰行动方案》等相关重要文件，明确要求完善中长期市场、现货市场和辅助服务市场衔接机制，大力提升电力系统综合调节能力，加快现役机组灵活性改造，引导自备电厂、传统高载能工业负荷、工商业可中断负荷、电动汽车充电网络、虚拟电厂等参与系统调节，《成渝地区双城经济圈建设规划纲要》文件还特意提及培育发展川渝一体化电力辅助服务市场。
国家能源局于2021年12月修订发布了《电力辅助服务管理办法》（国能发监管规〔2021〕61号）《电力并网运行管理规定》（国能发监管规〔2021〕60号）。国家能源局及时修订《规定》《办法》，以辅助服务市场为抓手，提高电力系统灵活性，加速中国电力系统脱碳进程，这成为中国能源转型的一个具有标志意义的制度创新。
一个勇敢的崭新时代
中国的碳中和目标需要能源经济、基础设施、许多市场参与者和管理机构转向新技术、经济和辅助服务。最近的政策变化改变了能源格局，为电力系统的灵活性资源创造了需求和有利的定价条件。
双碳目标推动了中国电力市场的改革，有利于灵活性电力资源的发展。一个充分发展的电力辅助服务市场将显著增加可再生能源的利用，这是实现“双碳”目标的必要条件。
关于电力辅助服务的新政策指出，鼓励发电企业建设和购买平衡电力和能源存储，以增加可再生能源的装机容量。允许发电企业购买储能或调峰能力，以扩大并网规模。
其产生的影响是多方面的。发电公司新建可再生能源项目，需要配置约15－20％的储能或其他形式的灵活性资源，否则它们很难获得电网并网连接的批准。该政策确定了多种增加电网灵活性的技术，包括抽水蓄能、电化学储能、燃气发电、太阳能光热和灵活性煤电等。现在投资上述平衡电力容量将成为发电企业增产扩容的先决条件。这一扩张的主要受益者之一将是辅助服务市场，该行业有望在未来几年取得显著增长。
2021年，国家能源局对《电力辅助服务管理办法》进行了多年来的首次修订，重点确定辅助服务的主要提供者，对交易品种进行分类，建立共享机制，实现辅助服务跨省跨区域。
电力辅助服务是电力系统安全稳定运行的关键。它确保电力质量，促进清洁能源。除常规发电、输电、用电外，火电、水电、核电、风电、光伏发电、抽水蓄能、电化学、压缩空气、飞轮等各类新型储能均可提供电力辅助服务。
此次发布的文件对电力辅助服务进行重新分类，分为有功平衡服务、无功平衡服务和事故应急及恢复服务，其中有功平衡服务包括调频、调峰、备用、转动惯量、爬坡等电力辅助服务，事故应急及恢复服务包括稳定切机服务、稳定切负荷服务和黑启动服务。考虑构建以可再生能源为主体的新型电力系统的发展需求，这份文件新增引入转动惯量、爬坡、稳定切机服务、稳定切负荷服务等辅助服务新品种。
扩大辅助服务将扩大市场主体范围。要实现从转型到扩张的无缝衔接，还需要明确补偿机制以吸引投资者，同时还需要明确从发电、电网公司到电力交易中心等所有利益相关者的责任。
国家能源局决定推进电力辅助服务市场化，这将显著提高电力供应质量，体现资源配置效率，而且更重要的是，提高对可再生能源电力的接纳能力。
面临的挑战
100％可再生能源和净零排放的未来对许多人来说是一个令人兴奋的愿景，但对一些人来说是一个难以实现的乌托邦。对可再生能源持乐观态度的人士认为，这一演变由许多步骤组成，有些步骤很小，有些则会改变游戏规则。辅助服务的扩展可以增强省级和区域电网的能力。
大部分省份的电力现货市场仍处于试点阶段，现有的调峰辅助服务补偿机制不完善，导致发电企业之间存在“零和博弈”的现象。另一方面，电力现货市场在部分地区试行后已初见成效。以山西省为例，当新能源发电充足时，现货市场上的煤电机组价格会受到抑制，燃煤电厂可以在市场上转卖当天的发电计划。这样一来，现货市场实际上起到了调节作用。
当应用到其他形式的辅助服务时，进一步市场化也将是未来的方向，引导多元化的市场主体参与竞争。
电力辅助服务的价值只有通过充分的市场交易机制才能实现。电力辅助服务可以确保可再生能源如风能和太阳能的大规模应用，可以带来巨大的经济和环境回报。
新的政策框架为辅助服务的发展提供了立法支持，并为引入功率平衡的公平补偿机制提供了指导。明确了各类电力辅助服务品种的补偿机制，其中固定补偿方式确定补偿标准时应综合考虑电力辅助服务成本、性能表现及合理收益等因素，按“补偿成本、合理收益”的原则确定补偿力度；市场化补偿形成机制应遵循考虑电力辅助服务成本、合理确定价格区间、通过市场化竞争形成价格的原则。
电力辅助服务市场的发展机遇
到2030年，900－1200吉瓦的新增太阳能和风能将创造一个超过100吉瓦的平衡容量市场。与此同时的，电力辅助服务市场的规模也将逐步扩大，根据国家能源局的数据，电力辅助服务市场目前约占电力经济总量的1．5％，预计未来将达到3％。随着新能源计划的大规模采用，这一增长将呈指数级增长。中国电力联盟和国家能源局预测，到2030年，电力辅助电力服务市场规模将达到1980亿元。
国内市场的电力辅助服务补偿费用以调峰、调频、备用为主，占比达90％以上。不同省份和地区需要的电力辅助服务类型不同，如东北地区的调峰需求占98％，华南地区的备用的需求占80％，而东部沿海地区以频率调节需求为主。
国家能源局在2021年发布的《关于进一步完善电力现货市场试点建设的通知》中提出，未来电力现货市场应逐步取代调峰市场。因此，调频服务的辅助服务将成为未来的辅助服务市场。
具备超高灵活性的内燃机发电技术的独特价值
基于中国在发展电网平衡电力容量方面的机遇及挑战，芬兰瓦锡兰公司在灵活内燃机（ICE）发电解决方案上可谓独树一帜，并有机会在这次电力辅助市场的改革中凸显其独特价值，为现有的电网系统带来急需的灵活性。
根据瓦锡兰公司和中国电力规划设计总院（EPPEI）的研究，与传统的燃煤和燃气轮机机组相比，其电网平衡内燃机机组在频率服务市场可以获得更高的收入，因为与其它技术相比，灵活内燃机发电机组响应电网调度信号和爬坡的速度更快。
作为一个拥有近两个世纪历史的芬兰能源领域领军企业，瓦锡兰已经在80多个国家和地区开发应用了灵活发电和平衡电力方面的脱碳技术项目。它已被证明是能源市场生命周期解决方案、电网系统建模和灵活平衡电力领域的全球领导者。
实现净零排放和向100％可再生能源的过渡将是一个漫长而艰巨的过程，而灵活性平衡电力的发展将发挥关键作用。目前国内市场上提供电力辅助服务的主要参与者是火电厂。可再生能源的快速发展要求火电机组提高调节能力。灵活转型使火电机组能够参与利润丰厚的辅助服务市场。为了获得竞争优势，许多火电厂已开始进行灵活性改造。根据电力辅助服务市场的调节定义，涉及频率调节的灵活性的主要参数有四个，即调节速率、响应时间、调节精度和综合指标。灵活性改造使得火电厂能参与提供频率调节辅助服务，同时也将面临更激烈的竞争和更多样化的市场参与者。瓦锡兰的高灵活性内燃机（ICE）发电技术将为中国火电厂灵活性改造的建设和运营提供重要技术支撑。
需要建立合理及完善的补偿机制来激励对电网平衡电力容量的投资。
马林·奥特曼（Malin Ostman），瓦锡兰亚太区市场开发与策略总经理，评价在新的政策环境下，电网公司和发电企业所面临的机遇和挑战，及瓦锡兰灵活发电技术的优势。
辅助服务是迈向脱碳电力系统至关重要的一步
中国是世界上最大的能源生产国，同时也是最大的碳排放国。世界的碳中和需要中国确保实现2060年前碳中和的目标。如果未来世界上最大的经济体无法保护其能源体系并实现碳中和，《巴黎协定》将全球变暖控制在2摄氏度以下的目标将无法实现，也不现实。
如果中国能够证明，未来的可持续能源与繁荣、创新的未来不是相互排斥或不相容的，它不仅将改变未来电网的面貌，还将改变电力行业为企业提供动力的方式，并为一个世纪的增长奠定基础。
中国2060年前碳中和的目标和建设以新能源为主体的新型电力系统这一雄心勃勃的愿景将需要对可再生能源以及像灵活内燃机发电这样的平衡电力技术进行大量投资，而辅助服务是其中关键的一步。
朝着遏制气候变化、平衡力量、加速增长和创新等目标，辅助服务是迈出的一小步，也是迈向脱碳电力系统至关重要的一步。在未来几十年的旅程中，每一步对那些愿意看到它们的人，都是机会，我们期待和大家一起来分享这些成长的机会，也分享迈向碳中和目标的每一步给我们带来的喜悦。
结语
2019年9月底，我曾去芬兰赫尔辛基参加世界低碳城市大会，并考察在芬兰最大能源公司Fortum的总部，并去Fortum公司在埃斯波市的燃煤电厂考察储热水罐、热泵、开放式区域供热等灵活性措施。2020年2月，我自驾车考察了芬兰的罗瓦涅米、奥卢、瓦萨、坦佩雷、赫尔辛基等市。2021年1月，在我担任负责人的清华大学·大同第二届国际能源转型论坛上举办了中芬分论坛，介绍芬兰能源行业碳中和的经验等。自2020年6月至现在，我正在参与中芬科技合作项目“新型城镇能源互联系统研究”课题的研究工作，这是国家科技部重点研发计划政府间重点专项项目。此次诚挚把芬兰企业瓦锡兰公司的灵活性发电技术方案向大家推荐，期待瓦锡兰为中国新型电力系统建设做出积极贡献。
原文标题 : 电力辅助服务能否塑造中国电力系统脱碳新格局
