基于系统动力学评价的可再生能源并网保障机制

薛万磊，牛新生，曾鸣，韩蕊，薛松

(1.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南市250001;2.华北电力大学经济与管理学院，北京市102206)

0 引言

随着传统化石能源的日益枯竭和全球气候变化形势日益严峻，风能、水能、生物质能、太阳能、地热能、海洋能等可再生能源的利用在世界范围内受到广泛的重视。与传统化石能源相比，可再生能源在利用过程中不会排放温室气体，如风能;或者排放相对较少的温室气体，如生物质能。因此利用这些可再生能源替代化石燃料发电，可减少温室气体的排放，进而减缓气候变化的进程［1］。

可再生能源与传统能源相比，既有其明显的优点，又有较为突出的局限性［2］。可再生能源并网发电会影响到电网的稳定运行，同时可再生能源分布不均，并网发电面临许多技术困难。随着可再生能源发电技术的不断完善以及可再生能源发电站大批源源不断地并入电网，其影响将不可低估。此外，与传统火电相比，可再生能源发电技术还不成熟、发电成本较高，必须有额外的政策、资金支持，投资者才能获得合理的收益，可再生能源项目才能发展起来。

本文建立了可再生能源并网保障机制评估体系，思路如下:(1)研究可再生能源并网发电现状、政策现状，分析可再生能源并网技术、经济、政策的相互制约关系;(2)找出影响可再生能源并网的主要控制因素，建立系统动力学评估指标体系;(3)针对可能出现的评估结果，提出应对措施。

1 可再生能源并网发电现状

1.1 电源布局

我国的可再生能源品种齐全，数量多，资源基础雄厚，具有大规模开发的资源条件和技术潜力。据国家电监会统计，2012年，我国可再生能源装机规模持续增长，全年新增水电 1 551万 kW，风电1 285万kW，太阳能发电119万kW，全国全口径发电装机容量已达11.4亿kW，其中可再生能源装机容量达3.13亿kW，同比增长11.22%，占总装机容量的比例同比增长0.85%。全年消纳的可再生能源电量为9 680亿kW·h，同比增长30.32%，占总发电量比同年增长3.75%，见表1［3］。可以看出，电力结构调整的成绩依然不容忽视。

表1 2012年我国可再生能源发电装机及发电量情况Tab.1 China’s renewable energy installed capacity and generating capacity in 2012

1.2 电网结构

电网是最大的能源供应与传输平台，通过电网可以实现能源的规模化供应与传输，促进能源的高效利用。因此，以电网为载体，积极推动可再生能源并网，可以实现可再生能源的大规模开发和利用，更好地发挥可再生能源的环境与社会效益。近年来，我国在借鉴国外可再生能源发展先进经验的基础上，从“硬件”建设和“软件”建设2个方面，不断推进可再生能源电网基础设施及相关体制机制建设，实现了电网对可再生能源电力的规模化消纳，极大地推动了我国可再生能源的发展。

一方面，科学制定电网规划，不断加强配套电网等基础设施建设，为可再生能源的大规模接入提供了电网支撑;另一方面，不断加大可再生能源并网管理工作力度，建立健全并网管理工作机制，提高可再生能源发电运行水平。以风电为例，2006年以来，国家电网公司累计投资458亿元，建成风电并网线路2.53万km，目前，国家电网调度范围并网风电超过5 000万kW，2006年以来年均增长率为87.4%，成为全球接入风电规模最大、增长速度最快的电网之一。

1.3 现有政策

1.3.1 能源政策

2009年，温家宝总理在《政府工作报告》中明确指出，要积极发展核能、风能、太阳能、水能等清洁能源。在科学发展观的指导下，我国还先后制定了支持新能源的各种法规和政策，新能源产业在我国已初具规模。在此大环境下，全国各地方政府开始纷纷制定新能源发展的规划，探索新能源发展的路径，调整能源结构布局，以谋求在节能、环保的新经济时代提升自身的竞争力，取得更大的竞争优势。

1.3.2 并网政策

2003—2005年，我国对风电实行特许权招标制度，政府对风电并网和售电做出了承诺保证，风电场到电网的输电线路投资和建设由电网企业负责。而在特许权招标项目之前，接入系统的投资大都由风电企业负责。2006年实行的《可再生能源法》明确规定实施强制上网和全额收购制度，为风电等可再生能源并网提供了保障。2010年4月施行的修改后的《可再生能源法》中规定了电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内符合标准的可再生能源发电项目的上网电量，即国家已开始施行可再生能源发电的全额保障性收购制度。

1.3.3 电价政策

以风电电价为例，目前风电电价执行的是2009年7月底发布的《关于完善风力发电上网电价政策的通知》所规定的标杆上网电价，此标杆价格根据区域风资源大致划分为4类风资源标杆电价，新建的陆上风电项目，统一执行所在风能资源区的风电标杆上网电价。《通知》中还规定，继续实行风电费用分摊制度，风电上网电价高出当地燃煤机组标杆上网电价的部分，通过全国征收的可再生能源电价附加分摊解决。我国近年来的主要可再生能源扶持政策见表2。

2 可再生能源发电及其并网发展的特殊性

近年来，我国可再生能源发电取得显著成就的同时，面临的发展瓶颈也不容忽视。例如风电发展中较为突出的消纳受限、运行受阻等问题［4］;光伏产业技术创新能力欠缺导致的国内应用推广不足，国际竞争力不强等问题。增加可再生能源装机比重的同时，提高和保证可再生能源发展质量将是电源结构调整的一大主题。根据可再生能源发电及并网发展现状，可以总结出其进一步发展将面临的问题:

表2 近年我国可再生能源政策Tab.2 China’s renewable energy policy in recent years

(1)发电成本偏高。发电成本偏高是制约可再生能源发展最主要的因素，其具体表现在可再生能源技术装备的建设和运行成本方面。实践证明，只有扩大市场规模，成本才能进一步降低。近年来太阳能、风能发电成本大幅度下降，主要是技术进步与市场规模扩大共同作用的结果［5］。有关研究表明，太阳能光伏组件累计产量每翻一番，价格降低约20%。过去的风电成本下降更多的是依靠技术进步，以后的进一步下降则更多依赖于规模化、系列化和标准化。

(2)并网技术难题。可再生能源发电的并网技术问题一直是其规模化发展的关键问题，特别是分布式发电的频繁启动会造成电网瞬间负荷增大，电网公司为此需要进行线路改造;但是从电力调度角度来讲，电源点越多越不利于调配;而并网标准的缺乏使得我国分布式可再生电源并网只能按照常规电源处理。在这一问题上，风电提供了前车之鉴:在没有并网规划和标准时，风电就开始大规模上马，从而造成了后来的弃风问题。

(3)管理制度不完善。以风电为例，首先，当前我国风电场建设速度有些过快，而应当与之相配套的产业链相关技术标准体系却并不完善，甚至很大一部分存在空白或采用欧洲标准，从而无法全面结合我国特殊的风电发展状况。加之一些风电企业片面追求低成本，导致风电机组产品质量差，风电项目质量不达标，事故频发，无疑对风电发展造成了严重的负面影响。其次，政府和相关部门由于缺乏对风电设备制造、风电场生产运营、风电上网等问题进行全盘考虑的规划，导致风电产业上下游衔接出现问题，为风电产业未来发展带来隐患。

(4)政策有待改进。一是补贴政策有待改进，从资金来源上看，目前，我国补贴资金主要由政府财政支付，而政府财政收入有限，因此，大量依赖政府财政的支持并不是长久之计。二是并网政策难落实，针对可再生能源实施全额保障性收购制度的具体落实细节和管理办法始终没有出台，政策保障力度缺失;三是缺乏可再生能源电力的配额和认购制度，在许多发达国家，绿色电力配额制度已经成为一项很普遍的支持发电行业的制度，目前，我国绝大多数省市还没有与此相关的政策规定。

3 可再生能源并网保障机制的系统动力学评估体系

系统动力学(system dynamics，SD)由美国麻省理工学院Jay W.Forrester教授始创于1956年，在20世纪50年代末成为一门独立完整的学科。它分析研究信息反馈系统，也是一门认识与解决系统问题的交叉性、综合性学科，是系统学科中的一个分支。系统动力学采用定性分析与定量分析相结合的方法，以定性分析为主导，定量分析为支持，二者相辅相成［6］。

3.1 行为主体

可再生能源并网保障机制是指可再生能源并网的各种保障因素之间相互联系、相互制约、相互作用，实现“共赢”，从而保障可再生能源并网安全的运行机制［7］。它是一种多因素、多环节、动态、复杂的运行系统。由可再生能源发电商、常规能源发电商、政府、电网、研究机构，通过各自的系统行为，运用技术、政策和经济手段，彼此影响、彼此制约和相互促进而实施，共同保障与制约可再生能源安全并网，其行为主体关系，如图1所示。

图1 可再生能源并网保障机制的行为主体关系图Fig.1 Behavior subjects’relationship in renewable energy grid connection security mechanism

3.2 系统行为作用机理

技术是影响可再生能源并网的重要因素。技术不仅能促进可再生能源发电成本降低、产业规模扩大，而且技术进步的前景会给产业发展带来良好预期。政策则是通过政府作用于不同主体的技术、经济手段来影响可再生能源并网的。政府直接参与或间接引导研究机构对可再生能源的研发投入，帮助可再生能源发电商实现技术进步，对市场需求和电网消纳施加影响，同时通过政策法规等宏观调控手段保障可再生能源并网。

经济手段是使技术进步、产业发展的根本动因，对可再生能源开发及并网保障起决定性作用。一方面，可再生能源开发一般具有风险高、初期投入大等特征，在发电市场上与常规能源发电相比缺乏竞争力，迫切需要通过政府加大经济刺激、鼓励投资等手段打开市场。同时，可再生能源发电带来的环境效益、节能减排效益等无法直接体现在电价中，这就需要政府对可再生能源发电商及电网企业给予一定的补偿。另一方面，可再生能源从发电到最终并网售电，在市场中的生存能力要靠市场需求来检验。通过经济刺激加强用户侧对可靠的可再生能源电量需求，及对电网消纳积极性的有效引导，才能从根本上刺激可再生能源并网。

图2 可再生能源并网保障系统的SD因果关系图Fig.2 SD causality of renewable energy grid connection security mechanism

上述分析表明，技术、政策、经济这些影响可再生能源并网的因素［8-9］，既有各自的作用方式，又相互影响、相互反馈，构成了一个非线性、多变量的动态反馈复杂系统，具有明显的SD特征。

3.3 系统动力学评估指标体系

根据可再生能源并网保障系统的物理特点和外部环境，定义系统的所有变量，结合可再生能源并网保障机制中各主体的系统行为，深入分析变量之间的因果关系。可以得出可再生能源并网保障机制的运行，最终体现在发电成本、发电及并网技术、管理保障及政策制度3个主要层面，其系统动力学指标间的因果关系如图2所示。

3.4 情景设定和模拟

通过调节系统中的关键指标来设定各种情景，可以得出不同的发展结果，从而为提高可再生能源并网保障支持作用提供可行的改进措施［10］。

(1)促进发电及并网技术进步。通过增强可再生能源相关技术研发能力，提高发电技术进步系数，可以有效降低发电厂的发电及运行成本，从而使可再生能源发电商在市场中的竞争力得到大幅提升。

(2)提高管理运作水平。主要包括电网企业对可再生能源发电的并网运行管理和政府对可再生能源的行业调控及市场运作管理。前者有助于提高电网对可再生能源发电的接纳能力，稳定上网电量;后者有利于可再生能源行业规范化发展，降低发电成本。

(3)加大政策调节力度。激励性的投资政策、研发政策及节能减排政策的出台，将从整体上提高市场对可再生能源的投资开发热情，鼓励研究机构与可再生能源发电商的协调合作，提高相关市场主体的投资收益，从而保障可再生能源开发及并网力度。

4 改进措施

针对可再生能源发电及其并网的特殊性，结合可再生能源并网保障系统动力学评估体系，为达到各情景设定中有利于可再生能源并网的条件及发展结果，针对不同市场主体提出技术、经济与政策层面的措施建议，以期为我国可再生能源发展提供适当的参考。

4.1 技术方面

(1)针对研究机构，加强技术研发力度。强化可再生能源研究与技术开发决策与协调机制;逐年增加可再生能源研究开发的投入，鼓励企业、公共和私人研究机构积极投资，增强研发活力;建立现代化的可再生能源基础设施和可再生能源研发信息网络;加强和扩大可再生能源领域的国际合作与交流。国家各类科技发展规划要大力支持“产学研”合作，加大资金投入，开展可再生能源的科学研究、技术开发和产业化，整合现有可再生能源技术资源，提高可再生能源技术创新能力和服务水平，促进技术进步与产业发展。

(2)针对电网企业，加快智能电网建设，提高电网接纳能力［11］。首先，解决以风电为代表的可再生能源大规模接入和输送问题，必须建设坚强智能电网，加强跨区输电线路的建设。其次，优化电源结构，合理配置调峰电源。此外，加强并网管理，完善相关政策、机制，促进可再生能源健康发展。

4.2 政策方面

(1)针对电网企业，落实可再生能源并网电量保障性收购。当前落实可再生能源保障性收购，必须细化相关政策与配套细则，进一步明确电网企业的义务，使电网企业从自身认识角度强化收购可再生能源发电的责任，并严格监管电网企业保障性收购可再生能源的实施，防止电网以各种理由降低收购额度。

(2)针对可再生能源发电商，制定可再生能源地方性配套法规。《可再生能源法》为新能源发展提供了法律基础和法制保障。但要真正使这部法律得到贯彻落实，还需要国家部门、地方政府制定相应的配套法规和实施细则。地方各级有关部门应抓紧出台可再生能源产业发展指导目录、可再生能源技术规范等行政法规和规章，尽快建立与《可再生能源法》相配套的地方性法规体系。

4.3 经济方面

(1)针对常规发电商，尽快出台能源税法，建立完善的能源税体系。将所有可能造成环境污染的能源开发行为或能源产品纳入其中。一方面，这将有助于抑制传统能源的高消费、低使用率现象;另一方面，可以增加支持新能源与可再生能源的财政收入。

(2)针对可再生能源发电商及研究机构，完善税收激励机制。对可再生能源项目建立全方位、多层次的税收激励机制。在增值税方面，进一步降低税率;在所得税方面，实行普惠制的基础上有所侧重，对企业购买研发设备及再投资的资金从其所得税中以一定比例抵扣，对从事新能源与可再生能源的人员予以个人所得税减免。

(3)针对可再生能源发电商，调整发电补贴方式。第一，完善投资补贴办法，将投资补贴与可再生能源发电企业的经营状况相结合，刺激企业进一步改进技术，降低成本。第二，拓宽补贴资金渠道，可考虑将未来开征的碳税或生态建设税作为可再生能源补贴的一个重要来源。同时应注意到，随着我国能源行业不断发展，在适当时期，我国在可再生能源领域的补贴应随着产业结构调整、市场需求变化而有所调整，在扶持我国新能源企业走向成熟后适当降低或取消补贴，以减少企业对补贴的依赖，逐步提高其竞争意识，增强竞争力。

5 结语

我国的可再生能源产业拥有良好的发展势头和前景。虽然伴随着产业发展所产生的发电成本偏高、并网与消纳困难、政策制度不完善等问题将给我国可再生能源发电的进一步发展带来一系列挑战，但随着行业法律法规体系的完善，相关政策的激励，技术研发力度的加强，电网建设步伐的加快，有理由相信发展中的瓶颈将得到缓解，可再生能源并网发电将取得更高质量的发展。

［1］谭玲玲.我国低碳经济发展机制的系统动力学建模［J］.数学的实践与认识，2011，41(12):106-112.

［2］李晨，周黎莎，曾鸣.新能源并网对电力市场影响的系统动力学建模与仿真［J］.华东电力，2012，40(10):1675-1679.

［3］国家电监会.2012年电力行业节能减排情况(之一)［EB/OL］.(2013－02－16)［2014－01－01］.http://www.cec.org.cn/yaowenkuaidi/2013 －02 －16/97267.html.

［4］黄怡，张琳，刘建琴，等.我国风电大规模集中并网的消纳市场和消纳策略［J］.电力建设，2012，33(10):9-12.

［5］李军军，吴政球，谭勋琼，等.风力发电及其技术发展综述［J］.电力建设，2011，32(8):64-72.

［6］贺红波，杨洪明，竺琳，等.电力市场发电投资的系统动力学模型［J］.电力科学与技术学报，2008，23(1):70-75.

［7］梁美健.煤炭企业安全投资保障机制及其系统动力学分析［J］.中国安全科学学报，2010，20(1):125-131.

［8］周鹏飞，陈栋.海上可再生能源开发评价指标体系与实证研究［J］.可再生能源，2012，30(8):95-101.

［9］徐蕾，王秀荣，黄立新，等.我国太阳能光伏产业发展动力机制研究［J］.科技进步与对策，2010，27(22):91-95.

［10］孙艳伟，王润，肖黎姗，等.中国并网光伏发电系统的经济性与环境效益［J］.中国人口·资源与环境，2011，21(4):88-94.

［11］孙强，张义斌，韩冬，等.智能电网节能减排效益评估的动态评价方法［J］.电力科学与技术学报，2012，27(4):28-32.