俄烏沖突給歐洲能源供需格局帶來深刻變革，英國電網2022年冬季的電力供應安全受到嚴峻挑戰。英國電網在冬季來臨之前，已對極端情況予以充分考慮，其中包括一次能源供給受阻疊加歐洲大陸電力支援能力不確定等情況，有針對性地提出了應對措施，并在每年定期的迎峰度冬報告中向社會發布，取得了積極成效。從中國源網分開經營、電力體制機制逐漸成熟、區域性供需結構矛盾不時發生的實際情況看，這種基于電網企業對能源電力供給極端情況的分析十分必要，在極端情景的分析范式、應急資源的充分儲備、公共信息的及時發布方面，能夠為中國新型電力系統建設下的電力保供工作提供充分借鑒。建議源網荷各方市場主體與政府部門協同發力，在電力系統極端情況運行模擬、需求響應資源準備和信息透明化建設方面取得更進一步的成效。
01 英國電網電力保供面臨的形勢
1.1 英國電網基本情況
英國較早提出了棄煤計劃，從20世紀90年代的30%以上，逐步降低燃煤發電的比例，逐漸形成以天然氣、核電和可再生能源為主的電源結構。天然氣、風能、核能也成為英國電力主要來源，在保證了英國自身需求的同時，還經跨國輸電通道同歐洲大陸保持電網連接，長期保持凈出口狀態。高比例的燃氣機組和跨國電力交易，也是英國在保持高比例可再生能源消納并維護自身能源電力穩定供應的關鍵。
英國電網與多國電網互聯，形成歐洲互聯電網。為促進經濟發展、提高能效和保障可再生能源消納，加強各國間電網互聯成為歐洲共識。英國電網作為歐洲互聯電網的重要組成部分，主網架以400 kV、275 kV及132 kV為主，并通過13條跨海輸電線路與丹麥、法國、荷蘭等國家相連。
圖為英國跨海輸電線路
英國的電力保供工作的極端情景在俄烏沖突發生后發生變化，需要考慮一次能源不足和供需情勢反轉下的歐洲大陸的電力支援能力。英國的電源結構以天然氣、核電、可再生新能源為主，長期保持電力盈余，扮演向其他歐洲國家出口電力的角色。俄烏沖突前電網的傳統安全風險主要來自新能源的波動性和不確定性，英國的調峰電源較為豐富，其能源電力安全能夠得到有效保障。英國總裝機量達113.9 GW，以天然氣、風力發電為主，其中天然氣裝機27.6 GW，占比約24%，風電裝機28.3 GW，占比約25%，光伏裝機15.4 GW，占比約14%。燃氣機組、調峰機組、儲能是保證系統可靠性的重要依托，到2022年底，其裝機容量約占總裝機容量的36%，燃煤發電裝機則從2015年的22%逐步降低至1%，如圖2所示。從供需角度來看，2022年英國電力進出口情況發生了重大變化，總發電量約386 TW·h，總用電量約396 TW·h，進口43.4 TW·h，出口33.8 TW·h，從傳統的電力出口國轉向電力進口國。天然氣發電、風電、核電是英國電力主要來源，合計發電量占比達到75%以上。隨著俄烏沖突的發生，英國的電力安全除了受到傳統風險的威脅，還將受到天然氣資源來源不足、進口電力不足等新的風險影響。
圖為2022年英國裝機和發電結構
英國的電力體制機制經歷了私有化和市場化改革，電力保供工作的政策舉措都建立在市場化的體制機制之下。英國涉及能源電力安全的能源宏觀政策制定由英國商務、能源與產業戰略部(BEIS)負責。天然氣與電力市場管理局(GEMA)是政府能源主管部門，負責制定能源發展戰略，起草電力法案并負責執法。其中，天然氣和電力市場辦公室(OFGEM)主要負責電力市場及電網政策落實情況等電網業務監管。英國國家電力公司則負責電力系統的具體運營，有權根據電網公司的預測直接向市場發布“夏季展望”“冬季展望”等關于能源電力供需形勢的分析報告，并可以在報告中聲明所面臨的風險及為了降低風險將要在市場中采取的行動。
由于俄烏沖突給歐洲天然氣市場帶來的不確定性，英國國家電力公司在2022年《冬季展望報告》中模擬了天然氣短缺下發電站供應受限的斷電風險，預測英國部分地區可能將拉閘限電。而實際上，在冬季風力發電量下降和寒潮導致用電需求最高時期，英國國家電網僅通過啟用冬季備用的2臺燃煤機組填補電力供應缺口，未造成具體的斷電事故。
1.2 英國2022年冬季的供需概況
英國在2022年冬季中，“迎峰度冬”電力需求較往年相比略有所下降，并且因為是暖冬，天然氣需求不足。在入冬前，一方面，英國電網面對越來越嚴峻的天然氣市場供需緊張形勢，做了天然氣嚴重不足的極端情景假設;另一方面，英國電網就從電力出口國向電力受入國的轉變，也對可能發生的跨國電力支援中斷表現出了擔憂。英國電網冬季展望報告主要就來自歐洲大陸電力支援能力受阻和天然氣等一次燃料供給受限等做了極端情景假設分析。
英國電網就2022年冬季用電情況的預測，受整體經濟不景氣影響，保持悲觀態度。最大預測值為45.4 GW，最大電力負荷將不會超過46 GW，都較2021年最大負荷46.8 GW和2020年最大負荷46.4 GW要低，最大負荷預測如圖3所示。實際上，受冬季風力發電量下降和寒潮影響，英國冬季最大負荷達47.1 GW。
圖為英國2022年冬季電力需求預測
電網供給側風險主要來源于歐洲大陸電力支援能力不足和天然氣等一次能源供給不足。如不考慮上述風險，各類電源最小可用容量約62.4 GW，考慮寒冷天氣及旋轉備用下，英國最大用電需求約58.7 GW，可保有6.3%的系統裕度，英國電網2022年冬季電力供給能力。
圖4 英國2022年冬季電力供給能力
02 英國電網面臨的極端情景及采取的措施
2.1 英國電力保供考慮的極端情景
ESO對極端場景的分析建立在2類極端場景疊加的基礎上，極端場景的預演分析體現了對可能風險的關切，分析結果重點在于對電力供應能力和對用戶用電可靠性的影響。極端場景建立在供需基礎場景的分析上，并在此基礎上，一是疊加了電力進口不足的場景，二是疊加了天然氣供給減弱的極端場景。總體的判斷是，在基礎場景上基本能滿足用電需求，依然具有較好的充裕性，但是在2個極端場景的疊加上，將導致2022年11月—2023年1月(除圣誕節期間)會造成輪流限電的情況。
在英國電力供應保持穩定的基礎場景下，ESO分析最小可用容量依然能夠保持6.3%的充裕度。在此基礎上疊加電力進口大規模受阻的單一因素，實際是考慮了英國從法國、比利時和荷蘭進口電力完全中斷，僅從挪威進口一定規模的電力，并保持本土對北愛爾蘭和愛爾蘭的出口穩定，屆時挪威進口電力為1.2 GW，并對北愛爾蘭和愛爾蘭出口0.4 GW。此時，ESO可通過與EDF(法國)、DRAX(英國)和Uniper(德國)3家能源公司簽署的多份應急合同，調用市場化資源以外的2 GW煤電機組，并能夠通過部署2 GW需求響應服務來予以應對。在以上應對措施基礎上，將導致電力系統裕度從3.7 GW降至3.3 GW，充裕度也從最大用電負荷的6.3%下降至5.7%。在此種情況下，ESO通過考慮用電需求、風機出力及停電的變化，進行了分月度的電力系統充裕度生產模擬。結果顯示，英國電力系統整體充裕，若考慮90%置信度的日內波動下，2022年12月—2023年1月(不包括圣誕節)偏緊，預期負荷損失將達到0.5 h/年，結果如圖5所示。從英國電力系統裕度實際情況看，實際運行情況基本沒有在預測區間內。
天然氣的供應是ESO擔心的另一主要因素。在此基礎上英國電力供應在極端場景考慮時，除了電力進口受阻，進一步疊加了英國本土天然氣供給不足的場景。進一步假定，10 GW天然氣發電機組在2023年的1月的兩周內不可用。在此基礎上進行生產模擬可知，這將使電力系統裕度在此期間多次降低到負值。由此產生的后果是，ESO將不得不對部分用戶實施每天約3 h的輪流停電措施。
這樣的極端情景選擇，有其現實合理性。進口困難和天然氣供應不濟是影響英國2023年冬季電力供應的兩大重要因素。從電力進口情況看，互聯線路的安全可靠性和電力來源國的能源困境直接影響英國電力進口，尤其需要考慮英國東南部連接法國、比利時海底電纜完全退出的可能，以及法國、比利時、荷蘭、挪威等供應受阻的情況。從天然氣供給情況看，英國2022年冬季47.4%的可靠電力容量來自燃氣機組，約占天然氣總需求量的23% 。在需求高峰期主要由LNG和歐洲大陸進口氣進行調節，高達單日供應量的37%。寒冬期間，英國單日天然氣需求約4.81億m3，LNG約1.04億m3，占其高峰期單日供應量21.6%，歐洲大陸來源的天然氣約7500萬m3，占其高峰期單日供應量15.6%。10 GW天然氣發電容量損失大致相當于用氣高峰期間LNG和歐洲大陸天然氣進口完全中斷，其反映了供應鏈上游的極端情景。但受2023年冬季俄烏沖突等地緣政治因素影響，天然氣進口充滿不確定性。
2.2 英國電網企業所采取的措施
英國電力系統運營商針對極端情景所采取的措施與國內有比較類似的地方，關注疏通需求響應，并積極調用煤電等提供保障。由于發電企業的電力資源配置基本由市場機制決定，因此ESO將專注于為系統提供需求響應資源和納入市場交易的額外電力資源。
在需求響應方面，ESO就2022年11月—2023年3月運行的需求響應服務與能源行業進行協商，要求供應商提供的容量為1~100 MW，至少響應30 min，并于2022年10月份開始對投標的供應商進行測試。
在煤電保障方面，在英國商業、能源和工業戰略部要求下，ESO與EDF(法國)、DRAX(英國)和Uniper(德國)3家能源公司簽署了多份應急合同，使他們能夠在市場化手段用盡以后，為英國電力系統提供總計約2 GW的額外煤電可用容量，并通過提供輔助服務中的備用服務參與英國電力市場。
英國“迎峰度冬”為應對極端場景，充分考慮了能夠采取的措施。作為對極端場景的應對，ESO有信心部署至少2 GW的需求響應，這將占最大負荷的4.4%，與可調用額外的火電機組基本具有相同的份額。2項舉措綜合相當于為英國電力系統減少了約4 GW的電力供應缺口，能夠基本應對跨國電力輸送受阻的問題。
03 對中國電力保供的主要借鑒
3.1 極限情景的分析范式
ESO針對極限情景多因素疊加的極端情況推演的分析范式值得被充分借鑒。以“歷史數據+預測數據”結合的方式，首先明確邊界條件，確定今冬電力供給和需求的基本面信息;其次逐次疊加供給側電力進口、一次能源等影響因素，按日進行供需情況模擬，分析出極限情景的電力最大缺口及影響因素，明確應對措施發揮的作用和用戶影響。
2023年“迎峰度夏”“迎峰度冬”期間，中國一些區域供需形勢仍然偏緊，尤其要根據各地區電力供需的特點，重視可能出現的多因素疊加、交互影響帶來的電力保供的風險，在極限情景推演中重點考慮以下3個方面因素，及其疊加帶來的極端場景。
1)極端天氣方面，2023年大氣環流異常，氣候預測難度較大，極端天氣不確定因素較高。尤其較多氣象預報認為今冬可能是整體偏暖，反而可能會導致應對極端天氣的疏忽大意，場景分析要充分考慮臺風、霜凍等極端天氣對關鍵設施破壞帶來的電力供應影響以及短期寒潮帶來取暖負荷激增對電力需求的影響。
2)一次能源供給方面，受國際天然氣市場需求旺盛的影響，要充分考慮天然氣供給不足的場景，尤其是華東地區，其燃氣機組裝機約4500萬kW，占全國燃氣機組容量約40%。雖然在總裝機中占比不足1.7%，但是多處于經濟發達和冬季無供暖地區，影響力大。
3)近端輸電通道支撐方面，從去年夏天歐美和國內川渝地區電力短缺情況看，供給不足往往帶有區域性特點，短期內難以從臨近地區得到充足支撐，依賴于跨省跨區輸電通道的資源大范圍配置和互濟。除電網設備外，極端場景下，要重點考慮送端電源對充裕性和關鍵時間段的支撐能力。
3.2 應急資源的充分儲備
充分借鑒ESO應對極端場景所采用的調動需求側資源的有效措施，尤其要進一步發揮中國有效市場和有為政府協同發力的制度優勢，進一步重視需求響應資源的高效配置。ESO報告指出緊平衡期間，將向容量市場下發調用容量資源的通知，并且在現有市場機制以外，儲備了在商業合同用盡后可調用的煤電機組及需求響應資源，預計可提供相當于預測最大負荷8.8%的容量支撐。
以市場手段調節電網尖峰負荷邊際波動，經濟性和科學性顯著，有利于資源的高效配置。中國負荷高峰具有峰值高、持續時間短、溫度負荷占比高的特點，需要的電源及電網投資規模較大、效率低。以市場化手段調用需求響應資源將降低對備用容量和靈活性電源的投資需求，能夠充分利用需求側資源促進供需平衡，避免了大規模投資成本疏導后帶來的設備利用效率下降和全社會用電成本增加。
雖然得益于中國需求響應資源潛力大，但是更加需要市場手段形成長效激勵機制。中國電動汽車保有量大，截至2022年6月底，全國新能源汽車保有量達1001萬輛，以每輛車3.3 kW的放電功率、40 kW·h的電池容量計算，相當于3000萬kW、13.3 h的儲能(4億kW·h的電量)。中國夏季空調負荷占比高，以上海為例，2022年最大空調負荷預計將超過1400萬kW，占全社會最大用電負荷的40%以上，電力緊張的川渝地區空調負荷超過50%。電動汽車充電負荷和溫度調節負荷都能作為可調節負荷構成巨大且有效的需求響應資源池。但目前需求響應規模仍然有限，主要在于缺乏市場化手段形成可持續性激勵措施，仍然依賴于政府財政支出，可推動協調現有峰谷電價差和現有市場機制，盡快落實需求響應的長效激勵機制。
此外，中國未來20年內退役煤電機組規模較大，也需要提前研究，提早準備，為新型電力系統建設提供充裕的應急備用資源。預計從2021年末至2030年，按30年設計壽命估算須退役的煤電機組容量預測約1億kW，到2040年預計達到5.5億kW以上。從短期看，對于“三北”“三華”地區現有“關而不拆”煤電機組，及時組織并網測試，確保調用資源切實可用。從長期看，根據《關于開展全國煤電機組改造升級的通知》，“十四五”期間“關而不拆”煤電機組須保持1500萬kW應急備用能力，對應需要加快構建“關而不拆”的煤電機組的激勵和補償機制，進一步細化規定，并推動制定在極限情景下可降低能效、環保方面的標準要求。
3.3 公共信息的及時發布
英國每年定期對外發布《Winter Outlook Early View(冬季早期預測)》《Winter Outlook(冬季展望報告)》《Winter Review and Consultation(冬季回顧與咨詢報告)》等3種“迎峰度冬”系列報告，爭取廣泛社會支持，并及時回溯、科學總結、提出建議。本次冬季展望報告發布后4天，得到了法國電網運營商(RTE)的積極回應，稱其將在關鍵時刻為英國提供電力。
中國也可推動建立電力行業制定者同公眾的廣泛聯系，促進相關電力迎峰度夏政策受到社會廣泛認同與支持。越是在電力緊平衡的時期，越需要全社會節能節電的良好氛圍，越需要參與有序用電的市場主體和全體民眾的廣泛支持。隨著產業結構的調整和居民對舒適性追求的提高，負荷尖峰時期，工業的主導地位已然發生動搖，限制大規模用戶用電所發揮的作用正在減弱，越來越需要聚合全社會方方面面的零散資源。尤其在電力局部區域緊平衡、風險因素層出不窮的當下，日常就要形成倡行節約的良好用能用電習慣。因此，越來越需要政府、能源電力主管部門及時準確地向社會發布供需情勢，培育厲行節約的社會氛圍，在緊平衡時間段，鼓勵全社會共同發揮作用。
公開透明的信息披露容易在電力保供期間形成政府、企業、用戶的良好合作。隨著民生保障需求的持續增加，電力保供壓力逐漸增大，且保供工作的系統性越來越強，一次能源供應保障、應急搶修、極端天氣應對等方面越來越需要不同行業間、政府部門間進行協調。以企業協會等組織和政府部門共同作為主導，定期進行電力保供形勢研判和分析并公開透明發布，能夠更好地促進各方形成相互信任、相互支持的良好合作。
04 結語
通過學習借鑒英國電網企業對英國迎峰度冬的應對措施及其發布的迎峰度冬報告，中國電力系統研判極端情景、儲備源荷側備用資源以及加快電網開放都有助于電力保供。由此提出以下相關建議，以期在電力保供期間形成電力系統中各企業的整體合力提供支持和幫助。
1)建議各省政府部門組織電力企業，協同相關咨詢單位及企業，充分考慮跨省跨區輸電通道受阻、極端天氣、一次能源供給不足等極端情況，尤其考慮多因素疊加的極端情況，按日進行電力供需情況模擬，明確需要重點關注的時間段和場景，有針對性地設計極限情景演練方案，尤其需要提出多種因素疊加的最壞情況及其應急方案。集約資源，科學應對，盡可能做最壞準備，才有可能爭取不壞的結果。
2)建議地方能源主管部門，對于可能產生電力硬缺口的省份，進行跨省跨區電力支援的源網荷儲聯合調控運行的模擬，重點保障人財物等各類資源準備，提前為送端電源應發盡發創造條件。
3)建議電網企業和地方政府部門之間加強協調，以公平開放的手段，開展需求響應，備足專項資金，確保激勵力度，鼓勵更多用戶在電力保供期間積極參與需求響應。對于具有需求響應機制和退役煤電機組調用條件的地區，備足政府專項資金，保證有效激勵。
4)建議政府能源電力主管部門及時并如實向社會發布電力保供情況報告，爭取社會的廣泛理解和支持。并推動在每年迎峰度夏、迎峰度冬期間，形成向社會定期發布相關情勢分析報告的常態化機制。
