“荷随源动”是供大于求能量系统稳定高效运行的基础
“荷随源动”是供大于求能量系统稳定高效运行的基础
新型电力系统建设的核心任务是要解决电力系统灵活充足的调节能力，以大规模消纳可再生能源电量。灵活充足的调节能力应该从何而来？或者从哪里来更好？这些都是能源电力系统热议的话题。
理论上看，“源随荷动”、“源荷互动”和“荷随源动”的提法都没有问题，但在特定的能量系统尤其是电力系统中，以上三种是不一样的。笔者认为，“荷随源动”对能量系统的稳定高效运行更友好。
能量与物质有着本质差别，运行规律也不同
能源是物质，也是能量的来源，但物质与能量不能混为一谈。首先，物质有形，可用体积和质量来描述，而能量无形，没有体积和质量之说。其次，能量对供需匹配平衡和供需匹配时间有严苛的要求，失衡就会导致系统失稳，匹配稳定的机会稍纵即逝，而物质对供需匹配平衡和供需匹配的时间要求相对宽松，失衡不会影响系统，匹配稳定的时间可以年月计。
供需匹配动态平衡是能量系统的基本要求，忽略这个特性分析制定策略，指导能量系统的稳定高效运行，容易舍本逐末、事倍功半。“大马拉小车”或“小马拉大车”都是能量电力工作忌讳的事情，既不高效也不稳定，随着能量系统规模的扩大，其浪费和危害也将增大甚至超出人们的预期。
供需匹配是能量系统稳定高效运行的最优措施
能量的稳定高效运行关键在于供需匹配，不能及时平衡供需会导致能量的浪费，甚至会引发能量系统的稳定问题。
实践证明，电力是能源发展的中心，不仅煤、气、油、核、生物质等能源物质是通过转化成电力被利用的，风力、水力和光伏等能量也通过转化成电力被人类大规模利用。电力系统对供（源）需（荷）匹配的要求更严苛，要求即时平衡。电力一旦产生，最好是即时用掉，其次是即时转化（储存），再次就是浪费，最坏是产生系统性破坏。弃热弃水弃风弃光的本质是担心供需失衡导致失稳引发严重的系统问题，进而导致严重浪费。
电力成为能源发展中心的原因有很多，最关键的是其传输、转化和使用方便，能够在更大范围内将各种能源能量的供应与使用进行匹配，将局部因缺少负荷而只能浪费的能量加以充分利用。比如鼓励水泥窑开展余热发电，并不是余热发电效率高，而是余热转化成电力上网后可以在更大范围内进行负荷匹配，将大量在水泥厂无法利用只能浪费的余热利用起来。大量的工程实践证明，能量供需匹配度高的常规背压机组的热效率很容易达到80%以上，而能量匹配度较低的超超临界纯凝机组的热效率却只能达到45%左右。
电力调度对调频调峰系统也有严苛的时间要求，对功率型电池储能的响应时间要求是200毫秒以内，对抽水蓄能是30秒，对燃气轮机调峰机组是10分钟左右，这与物质维度的供需匹配响应时间相比，就是“稍纵即逝”。
供大于求时，“源随荷动”本质是浪费能量或降低能源效率
理论上，在电力供应不能与腰荷匹配的发展阶段，电力系统的发展只能执行“源随荷动”，以满足电力负荷的基本需求，但其本质还是解决供需匹配的问题，只不过解决的是结构性供不应求的问题。我国在1953—1997年间的电力消费弹性系数为1.566，其中，80年代前的1953—1980年为2.333，电力超前发展为国民经济高速发展提供了强大的动力保障。
其实我国早就解决了结构性缺电的问题，大面积长时间停电已经是很遥远的事情了。2008年，时任国家能源局局长的张国宝曾表示，我国电力供应绝大部分时间处于供大于求的状态，缺电只发生在每年个别时段的尖峰时刻，这个时刻并不长，缺口并不大，完全可以通过在上海等负荷中心建造燃气轮机组进行解决，没必要继续按最大负荷匹配常规发电机组。这些年我国火电机组年利用小时低于4000小时，远低于设计的5500小时。
在结构性供大于求的情况下，难免有这样的疑问：继续执行“源随荷动”或“源荷互动”，继续在源侧搞“鞭打快牛”、“响鼓猛锤”的高精尖手术是否合适，是否有效？
以煤电机组深度调峰为例，让600兆瓦级火电机组深度调峰运行在200兆瓦左右，度电煤耗会增加近70克。这无异于是让中国煤电30年来引以为傲的“高参数、大容量”的成就化为笑话；一些地方让风光发电项目高比例强配储能，对此，至今还拿不出一个科学的理由，是为了让风光发电自己平滑出力还是为了让风光发电自产自销？至今说法不一。笔者曾在2020年11月撰文《这种储能要求以促消纳之名行违法之实》中，呼吁能源主管部门不要强迫风光发电企业大比例强配储能，而应该引导发电企业在负荷侧共建共享储能。2023年8月，山东省发展改革委、山东能源监管办、山东省能源局联合印发了《关于开展我省配建储能转为独立储能试点工作的通知》，这就说明了配建储能的效果并不理想。
爱因斯坦曾说，“我们不能用产生问题的方法来解决问题”。既然包含高比例可再生能源发电是新型电力系统的特征，也可以说是问题的根源，那么在结构性供大于求的情况下，“源随荷动”或“源荷互动”的本质就是弃热、弃水、弃风、弃光，技术性的修饰掩盖不了这个事实。
煤电机组深度调峰的本质就是用弃热替代弃风、弃光。在笔者的认知中，传统电力调度将50%负载率视为燃煤机组的调节下限，继续降低负载率就会对该机组予以经济补偿，其原因就是太低的负载率既影响煤电机组运行的稳定性，也极大地影响效率。目前一些煤电企业和燃煤锅炉企业宣传本企业可以实现15%—100%，甚至0—100%的调节范围，笔者相信技术上一定能够实现，但经济上是否划算尚待研究，关键是有没有更好的替代方案。
“荷随源动”对能量系统的稳定高效运行更友好
当前，我国以电力为中心的能源系统最大的任务是建设新型电力系统。面临的最大问题就是，如何在结构性供大于求的基础上，稳定高效地解决大规模可再生能源发电带来的间歇性供不应求。
水泥窑余热发电，化工生产线热电机组本质上都是以热定电，是通过“荷随源动”来解决供大于求，也是能量系统稳定高效运行的的典型实践。
水泥窑生产线要将矿石生料高温煅烧成熟料，这个过程会伴生大量的高品位余热，由于水泥生产线周围热负荷较少，这些伴生热能（余热）只能大量废弃，但余热发电可通过电力系统大范围进行能量供需匹配，将这些原本废弃的热能充分利用，以提升整个水泥厂的能效。炼化企业生产工艺需要大量的蒸气，这些蒸气有严格的温度压力要求。确保产生品位合格且数量充分的蒸气是炼化工艺实现的基础，所以需要先生产温度压力高于工艺要求的蒸汽，然后调节成工艺需求的蒸汽，这个调压调温过程可以发电，俗称为“以热定电”。因为用于发电的热能是主工艺节余产生，炼化企业曾经以此为由拒绝“以热定电”机组参与调峰调频，但此举显著提高了炼化企业热力系统的稳定高效水平。
无论是余热发电、还是以热发电都是借助电力系统在更大范围内进行负荷匹配，进而有效解决供大于求的浪费及因此造成的不稳定。但如果电网企业不允许余热发电上网或要求以热定电机组调峰调频，就相当于“源随荷动”或者“源荷互动”，其结果必然导致这两类能量系统不稳且低效。
燃气蒸汽联合循环机组也希望通过电（功）、热、冷、暖梯级综合利用实现更好的“荷随源动”以尽可能地实现稳定高效运行，但困难总是重重，其症结也有“源随荷动”指导思想的影子。
虽然余热发电、以热定电和燃气蒸汽联合循环系统是比较小的能量系统，但“荷随源动”带来的好处是有目共睹的，而“源随荷动”和“源荷互动”的弊端也是被反复证明的。
随着储能、虚拟电厂工作的逐步推进，以及用户对可中断负荷接受程度的提升，“荷随源动”的理念将逐渐深入人心。在笔者看来，与传统电力系统相比，新型电力系统的“新”主要体现在两个方面：一是默认并接受电源系统的波动性；二是储能不再是配角，而是将成为新型电力系统的重要环节。这将倒逼电力系统深化体制改革，构建可以稳定高效接纳电源系统波动性的新型电力系统，所以新型电力系统建设的发力重点应该在于荷和储。新型电力系统建设将为“荷随源动”和“储随源动”工作的开展创造有利条件，而“储随源动”的本质就是“荷随源动”。
(本文作者系中华环保联合会能源环境专委会秘书长)
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