英國(guó)電力市場(chǎng)的平衡機(jī)制與輔助服務(wù) 我們可以學(xué)到什么？

2017-11-28 14:58:09 中國(guó)能源報(bào)　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

我國(guó)本輪電力改革中，《電力中長(zhǎng)期交易基本規(guī)則(暫行)》規(guī)定了計(jì)劃調(diào)度+直接交易為主的中長(zhǎng)期交易模式操作方法及流程，為現(xiàn)貨市場(chǎng)建立前的過渡期提供了落地方案，結(jié)合9號(hào)文提出的建立用戶參與的輔助服務(wù)分擔(dān)共享

我國(guó)本輪電力改革中，《電力中長(zhǎng)期交易基本規(guī)則(暫行)》規(guī)定了“計(jì)劃調(diào)度+直接交易為主的中長(zhǎng)期”交易模式操作方法及流程，為現(xiàn)貨市場(chǎng)建立前的過渡期提供了落地方案，結(jié)合“9號(hào)文”提出的“建立用戶參與的輔助服務(wù)分擔(dān)共享新機(jī)制”的任務(wù)，英國(guó)基于雙邊交易市場(chǎng)模式中的輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制具有顯著借鑒意義。

1調(diào)度模式

由于電力難以大量經(jīng)濟(jì)存儲(chǔ)的特點(diǎn)，發(fā)用電之間必須保持實(shí)時(shí)功率的即時(shí)平衡，以保持對(duì)用戶的可靠供電、避免事故和損傷電力設(shè)備;有功功率的平衡關(guān)系到系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定，無功功率則關(guān)系到各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓支撐。在英國(guó)這一平衡工作由英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)負(fù)責(zé)實(shí)施，我國(guó)的該項(xiàng)工作則由各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心負(fù)責(zé)。

在英國(guó)的電力批發(fā)市場(chǎng)中，發(fā)電廠和零售商主要通過簽訂遠(yuǎn)期電力交易合同來滿足發(fā)用電需求。遠(yuǎn)期電力交易合同包括通過雙邊協(xié)商達(dá)成的中長(zhǎng)期和短期雙邊合同，以及通過電力交易所(N2EX，APX)集中競(jìng)價(jià)達(dá)成的短期交易合同(通過拍賣市場(chǎng)、現(xiàn)貨市場(chǎng)和即期市場(chǎng)等)。

由于簽訂雙邊合同的發(fā)電企業(yè)與電力用戶均以追求經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，不會(huì)從系統(tǒng)運(yùn)行角度出發(fā)滿足整體電力實(shí)時(shí)平衡，因此，僅靠市場(chǎng)主體簽訂的遠(yuǎn)期與短期電力交易合同的組合，并不能完全滿足電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。由于輸電阻塞、預(yù)測(cè)偏差等原因，系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)需要以每30分鐘為一個(gè)結(jié)算周期進(jìn)行一系列操作，來確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)平衡。

與我國(guó)由調(diào)度統(tǒng)一安排電量計(jì)劃不同，從總量規(guī)模上看，英國(guó)實(shí)現(xiàn)電力平衡主要是通過激勵(lì)發(fā)電商和供電商自行兌現(xiàn)合同約定的發(fā)用電曲線。發(fā)電商和供電商提前一天中午11：00前，會(huì)提交一份初步物理發(fā)用電計(jì)劃;在關(guān)閘時(shí)間，調(diào)度執(zhí)行開始前1小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，物理發(fā)用電計(jì)劃還可進(jìn)一步修改。物理發(fā)電計(jì)劃不僅約定了發(fā)用電力曲線，還要對(duì)增減出力/負(fù)荷功率進(jìn)行報(bào)價(jià)。國(guó)家電網(wǎng)會(huì)根據(jù)報(bào)價(jià)情況，在必要時(shí)調(diào)用。

但是，最終合同執(zhí)行過程中由于負(fù)荷預(yù)測(cè)偏差、局部輸電阻塞、市場(chǎng)成員經(jīng)營(yíng)策略等因素，電力平衡總會(huì)發(fā)生或多或少偏差，維持平衡則由國(guó)家電網(wǎng)負(fù)責(zé)兜底，該部分不平衡電量約占總電量的2%。

2平衡機(jī)制

平衡機(jī)制是國(guó)家電網(wǎng)平衡電力供需的主要工具，通過每天以半小時(shí)為周期的交易執(zhí)行過程實(shí)現(xiàn)。在平衡機(jī)制中，由單臺(tái)機(jī)組或者負(fù)荷集成體構(gòu)成的平衡單元，作為參加報(bào)價(jià)和受調(diào)度控制的基本單元。平衡單元需要在其最終物理發(fā)用電計(jì)劃的基礎(chǔ)上，向系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)提交賣電報(bào)價(jià)和買電報(bào)價(jià)。賣電報(bào)價(jià)包括增加發(fā)電出力和降低負(fù)荷需求兩種類型;

與此對(duì)應(yīng)，買電報(bào)價(jià)則包括降低發(fā)電出力和增加負(fù)荷需求兩種類型。在關(guān)閘時(shí)間后，系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)主要依靠接受平衡單元提交的報(bào)價(jià)來保障系統(tǒng)運(yùn)行滿足各類安全約束。除了接受報(bào)價(jià)之外，調(diào)度機(jī)構(gòu)還可以通過平衡調(diào)整機(jī)制和負(fù)荷控制機(jī)制等手段來保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。

比較有特色的是，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)為了降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，除通過平衡機(jī)制來解決電能不平衡和網(wǎng)絡(luò)阻塞之外，還可以在平衡機(jī)制開啟前，主動(dòng)提前購(gòu)買或出售一些電能。例如，當(dāng)調(diào)度機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)次日某些時(shí)段會(huì)出現(xiàn)電力短缺時(shí)，可參與電力交易所的日前或日內(nèi)交易，提前購(gòu)買部分電能;當(dāng)調(diào)度機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)某些區(qū)域會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞時(shí)，可與特定區(qū)域的機(jī)組簽訂雙邊合同(一般為長(zhǎng)期合同)進(jìn)行阻塞管理。

3輔助服務(wù)

平衡機(jī)制是通過組織準(zhǔn)實(shí)時(shí)的短時(shí)交易(半小時(shí)為交易周期)實(shí)現(xiàn)的，而其他非電能量交易的平衡手段則可以納入輔助服務(wù)范疇，這些輔助服務(wù)連同平衡機(jī)制一起，在英國(guó)被稱為平衡服務(wù)。英國(guó)的輔助服務(wù)全部類型有22種，但多數(shù)僅在一些特殊情況下被調(diào)用，常用的服務(wù)品種有：頻率響應(yīng)、快速備用、運(yùn)行備用、短期運(yùn)行備用、平衡機(jī)制啟動(dòng)、基荷調(diào)整、無功服務(wù)等。國(guó)家電網(wǎng)通過平衡機(jī)制、招標(biāo)和雙邊合同等方式獲取輔助服務(wù)。

其中，頻率響應(yīng)服務(wù)用來保持系統(tǒng)頻率在安全范圍內(nèi)，提供者既可以是電源也可以是負(fù)荷。該服務(wù)可以在事故發(fā)生的第一時(shí)間投入使用。英國(guó)的頻率響應(yīng)服務(wù)又分為強(qiáng)制頻率響應(yīng)、固定頻率響應(yīng)和需求側(cè)頻率控制。強(qiáng)制頻率響應(yīng)包括一次調(diào)頻、二次調(diào)頻和高頻響應(yīng),這些服務(wù)由并網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組義務(wù)提供，沒有組織相應(yīng)的市場(chǎng)。

強(qiáng)制頻率響應(yīng)并不能完全滿足系統(tǒng)運(yùn)行的需求，剩余需求由固定頻率響應(yīng)實(shí)現(xiàn)，通過自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)完成控制和記錄。固定頻率響應(yīng)允許集成資源(如負(fù)荷和可再生能源發(fā)電等資源的整合)參與提供，并通過月度或多月招標(biāo)方式獲取。需求側(cè)頻率控制由可中斷負(fù)荷提供，則是一個(gè)低頻減載的預(yù)先約定，要求至少能在2秒鐘響應(yīng)指令，且提供持續(xù)30分鐘3MW以上的容量，該服務(wù)通過雙邊合同協(xié)商確定。

快速備用相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)備用，是對(duì)上述頻率響應(yīng)的補(bǔ)充，可根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)的指令由發(fā)電機(jī)組增加出力或者負(fù)荷減少用電實(shí)現(xiàn)，通過月度招標(biāo)獲取。技術(shù)上要求2分鐘內(nèi)啟動(dòng)，并達(dá)到25MW/分鐘的爬坡速率，至少有50MW的容量且能持續(xù)15分鐘。

短期運(yùn)行備用即事故備用，也可以由發(fā)電和負(fù)荷提供，通過每年三輪的競(jìng)爭(zhēng)性招標(biāo)獲取。技術(shù)上要求至少3MW容量，240分鐘內(nèi)完全啟動(dòng)，至少持續(xù)2小時(shí)。

平衡機(jī)制啟動(dòng)服務(wù)給予國(guó)家電網(wǎng)在必要時(shí)啟動(dòng)離線平衡機(jī)組的手段，通過標(biāo)準(zhǔn)合同獲取，按小時(shí)付費(fèi)。該服務(wù)包括平衡機(jī)組冷啟動(dòng)和熱備用兩種形式，冷啟動(dòng)要求在89分鐘內(nèi)完成，而熱備用則要求更快。

綜上，英國(guó)電力市場(chǎng)對(duì)有功平衡的服務(wù)，按響應(yīng)時(shí)間、持續(xù)時(shí)間、最小容量、在線\離線狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的具體需要和相關(guān)資源的技術(shù)性能，產(chǎn)生一系列產(chǎn)品類型的組合，并根據(jù)裝機(jī)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷特性、供需形勢(shì)等條件的變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

我國(guó)目前仍將調(diào)峰作為一個(gè)重要輔助服務(wù)品種，仍帶有計(jì)劃模式的鮮明特征。隨著電力改革的深入，對(duì)計(jì)劃電量的再分配過程將被競(jìng)爭(zhēng)性的現(xiàn)貨市場(chǎng)取代，傳統(tǒng)意義上的調(diào)峰服務(wù)也將逐漸退出歷史舞臺(tái)。

4輔助服務(wù)交易

雙邊合同的執(zhí)行偏差需要國(guó)家電網(wǎng)兜底，以確保系統(tǒng)整體供需保持平衡，而國(guó)家電網(wǎng)在維持系統(tǒng)平衡過程中所扮演角色是經(jīng)過政府授權(quán)的，具體措施主要在平衡與結(jié)算規(guī)則里規(guī)定。類似于電能量交易，發(fā)電商也能通過談判和競(jìng)價(jià)等形式賣出各類服務(wù)，一般而言，發(fā)電商出售輔助服務(wù)時(shí)通常會(huì)得到兩筆費(fèi)用：容量費(fèi)用和使用費(fèi)用。

輔助服務(wù)的最小時(shí)段為半小時(shí)，并以此作為結(jié)算周期。市場(chǎng)成員之間簽約并在每個(gè)結(jié)算周期之前1小時(shí)將合同約定執(zhí)行的詳細(xì)信息報(bào)送國(guó)家電網(wǎng)。這些信息包括供需關(guān)系、預(yù)計(jì)發(fā)用電功率以及買賣報(bào)價(jià)等。然后，基于綜合報(bào)價(jià)信息，國(guó)家電網(wǎng)就可以調(diào)用各種服務(wù)。

我國(guó)目前的輔助服務(wù)責(zé)任主要由發(fā)電企業(yè)承擔(dān)，通過采取強(qiáng)制提供、按需調(diào)用、事后補(bǔ)償?shù)确绞剑谝欢ǔ潭壬霞ぐl(fā)了發(fā)電企業(yè)參與提供輔助服務(wù)的積極性。隨著我國(guó)電力改革的深入，輔助服務(wù)市場(chǎng)化也將成為必然趨勢(shì)，現(xiàn)有輔助服務(wù)的分類和技術(shù)要求亟待進(jìn)一步細(xì)化。改革初期，借鑒英國(guó)對(duì)部分輔助服務(wù)采取中長(zhǎng)期招標(biāo)獲取的方式，雖然不足以保證全局經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)，仍不失為一種實(shí)操性較強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)路徑。

5輔助服務(wù)費(fèi)用分?jǐn)?/span>

英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)首先通過系統(tǒng)平衡使用費(fèi)(BSUoS)回收調(diào)用平衡機(jī)制和輔助服務(wù)產(chǎn)生的成本。該費(fèi)用是基于發(fā)用雙方在接入點(diǎn)的上網(wǎng)或下網(wǎng)電量按固定比率征收的，并根據(jù)網(wǎng)損有所微調(diào)。具體核算工作由國(guó)家電網(wǎng)的子公司Elxon完成，該公司相當(dāng)于一個(gè)主營(yíng)平衡機(jī)制和輔助服務(wù)業(yè)務(wù)的交易中心。國(guó)家電網(wǎng)把調(diào)用信息發(fā)送給Elxon公司，后者會(huì)根據(jù)偏差結(jié)算定價(jià)規(guī)則，對(duì)各種平衡手段進(jìn)行更為詳細(xì)的分類、標(biāo)記、以及重新定價(jià)(針對(duì)某些特定的平衡手段)，最后計(jì)算出偏差結(jié)算價(jià)格。Elxon公司根據(jù)每一個(gè)市場(chǎng)成員的相對(duì)合同約定電力曲線的偏差對(duì)整個(gè)系統(tǒng)帶來的影響向其收費(fèi)。設(shè)計(jì)不平衡費(fèi)用是為了激勵(lì)發(fā)電商和供電商在結(jié)算周期之前根據(jù)合同約定主動(dòng)實(shí)現(xiàn)自身平衡。

國(guó)家電網(wǎng)對(duì)每種輔助服務(wù)的可用量確定一個(gè)范圍，以應(yīng)對(duì)不同情況的發(fā)生。2014-2015年度，總成本中超過50%是用來支付頻率響應(yīng)和各種備用服務(wù)的。這些服務(wù)通常在國(guó)家電網(wǎng)面對(duì)短期供需不匹配時(shí)被調(diào)用，例如主力發(fā)電機(jī)組發(fā)生臨時(shí)故障的情況。大約40%的成本來自于為滿足地區(qū)網(wǎng)絡(luò)約束，對(duì)發(fā)電機(jī)組發(fā)出調(diào)整出力的指令。

隨著約束成本上升，自2010年起，輔助服務(wù)總成本在持續(xù)顯著上漲。主要原因是蘇格蘭等地輸電設(shè)施升級(jí)滯后造成的。另外，還有一小部分原因是引入了“即并網(wǎng)即管理”政策。由于英國(guó)預(yù)期新增裝機(jī)投資慢于其現(xiàn)有機(jī)組退役速度，為追求足夠的容量充裕度，該政策要求國(guó)家電網(wǎng)在未完成相關(guān)輸電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)前就接入新機(jī)組。

6輔助服務(wù)鼓勵(lì)計(jì)劃

英國(guó)政府還出臺(tái)了一個(gè)輔助服務(wù)鼓勵(lì)計(jì)劃，用來鼓勵(lì)國(guó)家電網(wǎng)更加經(jīng)濟(jì)高效地使用輔助服務(wù)。在此計(jì)劃中，國(guó)家電網(wǎng)可以從相對(duì)政府預(yù)期花費(fèi)節(jié)約的成本中得到一定比例的獎(jiǎng)勵(lì)，但也會(huì)因?yàn)槌鲱A(yù)期的花費(fèi)承擔(dān)一定的額外支出。

例如，如果調(diào)度機(jī)構(gòu)在平衡機(jī)制開啟前提前購(gòu)買或出售電能來解決電能不平衡或網(wǎng)絡(luò)阻塞的成本，比通過平衡機(jī)制中購(gòu)買的成本還低，則所節(jié)約成本的38%將分享給調(diào)度機(jī)構(gòu)。遺憾的是，自從2005年實(shí)施以來，多數(shù)情況下輔助服務(wù)支出都是超出預(yù)期的。

7對(duì)我國(guó)的啟示

輔助服務(wù)存在的意義是為了確保整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保障電能量交易合同的切實(shí)履行。輔助服務(wù)機(jī)制的建設(shè)與電能量市場(chǎng)模式的選擇是密切相關(guān)的，兩者的建設(shè)需要統(tǒng)籌考慮、并行推進(jìn)，在不同的電能量市場(chǎng)建設(shè)階段，均應(yīng)構(gòu)建與之配合的輔助服務(wù)機(jī)制。

從英國(guó)經(jīng)驗(yàn)看，電力平衡是通過“約定電力曲線的實(shí)物雙邊交易+平衡機(jī)制+輔助服務(wù)”配合實(shí)現(xiàn)的，雖然與北美主要ISO“日前+實(shí)時(shí)+輔助服務(wù)”的市場(chǎng)模式有所差異，但通過市場(chǎng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)電力實(shí)時(shí)平衡的本質(zhì)是統(tǒng)一的。平衡過程所涉及的電量變化均記入電能量交易(雙邊合同電力曲線的提交或者上下調(diào)節(jié)出力報(bào)價(jià))，而輔助服務(wù)則僅產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的容量費(fèi)用和被調(diào)用費(fèi)用。

相對(duì)于北美的輔助服務(wù)市場(chǎng)，英國(guó)月度甚至多月競(jìng)價(jià)的的輔助服務(wù)獲取方式略顯粗曠，與電能量市場(chǎng)解耦運(yùn)行。

事實(shí)上，英國(guó)電力市場(chǎng)中有“兩個(gè)半”現(xiàn)貨價(jià)格信號(hào)，即APX和N2EX兩個(gè)交易所交易的現(xiàn)貨價(jià)格，再加上平衡機(jī)制調(diào)用的出清價(jià)格，這些價(jià)格信號(hào)對(duì)于輔助服務(wù)報(bào)價(jià)肯定是有影響的，但英國(guó)之所以沒有選擇聯(lián)合出清，是在交易成本和競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度之間的抉擇，由于物理雙邊交易已將絕大部分發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行計(jì)劃提前確定，因此英國(guó)的輔助服務(wù)市場(chǎng)并不像全電量競(jìng)爭(zhēng)的北美主要市場(chǎng)那樣激烈，選擇更為簡(jiǎn)潔的短期輔助服務(wù)競(jìng)價(jià)也就可以理解了。

隨著我國(guó)本輪電力市場(chǎng)化改革的深入，關(guān)于建立輔助服務(wù)分擔(dān)共享新機(jī)制的配套文件和各省出臺(tái)的輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)方案，給出了近期輔助服務(wù)市場(chǎng)化的原則和方向。

其中，配套文件《關(guān)于推進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)的實(shí)施意見》中提到“在現(xiàn)貨市場(chǎng)開展備用、調(diào)頻等輔助服務(wù)交易，中長(zhǎng)期市場(chǎng)開展可中斷負(fù)荷、調(diào)壓等輔助服務(wù)交易。日前發(fā)電計(jì)劃編制過程中，應(yīng)考慮輔助服務(wù)與電能量統(tǒng)一出清、統(tǒng)一安排。”首次明確的將我國(guó)建立現(xiàn)貨市場(chǎng)后，輔助服務(wù)市場(chǎng)與現(xiàn)貨市場(chǎng)的關(guān)系進(jìn)行了說明。目前公布的各省輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)方案則更多著眼于現(xiàn)貨市場(chǎng)建立前的過渡期，更多關(guān)注計(jì)劃調(diào)度模式下的調(diào)峰問題。

隨著電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的建立，調(diào)峰問題可以通過競(jìng)價(jià)上網(wǎng)解決，不必另行補(bǔ)償;備用服務(wù)和調(diào)頻服務(wù)由于提供服務(wù)與發(fā)電均需要使用機(jī)組的一部分容量，競(jìng)價(jià)過程會(huì)將機(jī)會(huì)成本考慮其中。因此，現(xiàn)貨市場(chǎng)建立與否會(huì)直接決定輔助服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)價(jià)的本質(zhì)。在由于缺少現(xiàn)貨市場(chǎng)中電能量的價(jià)格信號(hào)的情況下，輔助服務(wù)所對(duì)應(yīng)的機(jī)會(huì)成本和調(diào)用過程中所產(chǎn)生的電量費(fèi)用將不能完全反映其真實(shí)價(jià)值。可以說，現(xiàn)貨市場(chǎng)建立前的輔助服務(wù)市場(chǎng)仍處于一個(gè)有形無質(zhì)的不完全狀態(tài)。

另外，輔助服務(wù)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，普遍采用的方式是按其成本補(bǔ)償，這是因?yàn)闅W美主要市場(chǎng)最初設(shè)計(jì)輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)，是基于傳統(tǒng)的水火電機(jī)組參數(shù)設(shè)計(jì)的。隨著可再生能源、儲(chǔ)能技術(shù)和需求側(cè)響應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的資源參與到輔助服務(wù)中來，原有輔助服務(wù)的分類和補(bǔ)償方式隨之顯現(xiàn)出其局限性。我國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)推薦采用基于效果補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)思路，以達(dá)到更好的兼容性，從系統(tǒng)需要的角度，基于實(shí)際表現(xiàn)的輔助服務(wù)補(bǔ)償方式則對(duì)所有資源一視同仁，能夠更好滿足系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行需要且經(jīng)濟(jì)性更好的資源將得到更高的補(bǔ)償，這有利于鼓勵(lì)服務(wù)提供者更關(guān)注系統(tǒng)需求，真正回歸到系統(tǒng)購(gòu)買輔助服務(wù)的初衷。

作者系華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)博士

責(zé)任編輯：lixin

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