新能源資源的隨機(jī)波動(dòng)性、間歇性，新能源發(fā)電并網(wǎng)設(shè)備的低抵抗性、弱支撐性客觀存在。為維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)壓、備用、黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)需求日益增加。因此，隨著新能源滲透率提升，需要探索新能源滲透率提升對(duì)輔助服務(wù)成本的影響。筆者基于國(guó)外電力市場(chǎng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)、輔助服務(wù)品種較為豐富、且部分國(guó)家或TSO新能源滲透率已達(dá)到較高水平的背景，研究國(guó)外新能源滲透率提升對(duì)輔助服務(wù)成本的影響，能夠?yàn)榻鉀Q我國(guó)輔助服務(wù)產(chǎn)品的劃分、定價(jià)機(jī)制設(shè)計(jì)等輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)關(guān)鍵問題提供參考與指導(dǎo)。

(來(lái)源：微信公眾號(hào)“中國(guó)電力企業(yè)管理” 作者：李陽(yáng)等)

國(guó)外新能源滲透率提升

對(duì)輔助服務(wù)市場(chǎng)的影響

新能源滲透率提升造成

英國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模增大

英國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)的發(fā)展與英國(guó)電力市場(chǎng)的改革緊密相連。英國(guó)電力市場(chǎng)自1990年開始改革，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)于同年開始在英格蘭及威爾士開展輔助服務(wù)相關(guān)交易。當(dāng)時(shí)的輔助服務(wù)品種主要包含頻率響應(yīng)、無(wú)功服務(wù)及商業(yè)服務(wù)等品種。隨后在2001年，英國(guó)電力市場(chǎng)從全電量競(jìng)價(jià)的強(qiáng)制性發(fā)電側(cè)競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)POOL模式向雙邊交易為主、市場(chǎng)主體自愿參與的新電力交易機(jī)制(NETA)模式轉(zhuǎn)變。由于此時(shí)英國(guó)電力市場(chǎng)雙邊交易比重占比攀升，為提升系統(tǒng)調(diào)度效率，維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，英國(guó)電力市場(chǎng)設(shè)立平衡機(jī)制。英國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商通過該機(jī)制保證每時(shí)刻電力供需平衡。在平衡市場(chǎng)中，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商接受所有市場(chǎng)參與者的報(bào)價(jià)及投標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)平衡。同時(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商也可提前與市場(chǎng)主體簽訂合約，保證系統(tǒng)安全高效運(yùn)行。此時(shí)，英國(guó)電力市場(chǎng)中備用容量服務(wù)和電能量市場(chǎng)交易是分開的，沒有進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化，在操作上較為簡(jiǎn)單。

2005年，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)將新電力交易機(jī)制(NETA)模式推廣至全國(guó)，在全國(guó)范圍內(nèi)形成統(tǒng)一的競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)(BETTA)，由英國(guó)電網(wǎng)公司統(tǒng)一負(fù)責(zé)系統(tǒng)調(diào)度交易和平衡市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。2011年7月，英國(guó)能源部正式發(fā)布《電力市場(chǎng)化改革白皮書》。2013年，英國(guó)頒布《2013年能源法案》，開始實(shí)施新一輪電力市場(chǎng)改革，主要內(nèi)容包括對(duì)可再生能源為主的電源引入固定電價(jià)和差價(jià)合約相結(jié)合的機(jī)制、建立容量市場(chǎng)等。隨著英國(guó)電力市場(chǎng)改革不斷推進(jìn)，英國(guó)平衡機(jī)制下輔助服務(wù)交易品種也在擴(kuò)充，當(dāng)前英國(guó)電力平衡市場(chǎng)主流的輔助服務(wù)交易品種(如表1所示)。

2019年，英國(guó)通過《氣候變化法案》，明確2050年脫碳的目標(biāo)，但由于新型冠狀病毒肺炎疫情的流行及俄烏沖突導(dǎo)致的能源供需急劇變化讓英國(guó)的能源轉(zhuǎn)型備受挑戰(zhàn)，圖1為1990~2021年英國(guó)電源結(jié)構(gòu)變化情況，2021年英國(guó)全國(guó)發(fā)電出力相較于2020年下降1.4個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)，受極端天氣影響，新能源出力占比由2020年的43.2%下降至2021年的39.7%。但新能源出力占比依然較前幾年有較大的提升。

筆者結(jié)合英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)月度平衡服務(wù)公開數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)了近30年英國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模，圖2為英國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展情況。2019年以前，隨著新能源滲透率不斷提升，英國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步提升，但由于2020年以來(lái)新能源滲透率不斷提升以及新型冠狀病毒肺炎疫情流行引起的負(fù)荷水平降低的雙重影響，英國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模急劇擴(kuò)張。據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，在2020年5~7月，為應(yīng)對(duì)電網(wǎng)慣性水平持續(xù)下降以及電壓穩(wěn)定性等問題，英國(guó)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商不得不采購(gòu)大量輔助服務(wù)，輔助服務(wù)成本較2019年同期增加了2億英鎊。

英國(guó)為實(shí)現(xiàn)2050年的脫碳目標(biāo)，將快速推進(jìn)風(fēng)、光新能源建設(shè)及并網(wǎng)，可再生能源滲透率也將隨之提升。這將會(huì)在未來(lái)幾十年重現(xiàn)甚至加劇2020年疫情封鎖期間面臨的運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn)。英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)與倫敦帝國(guó)理工學(xué)院通過頻率保障調(diào)度模型仿真預(yù)測(cè)了未來(lái)英國(guó)在實(shí)現(xiàn)零碳排放目標(biāo)過程中可能面臨的挑戰(zhàn)。到2030年，英國(guó)輔助服務(wù)在總系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本中所占的份額將由2015年的2%提升至15%。

新能源滲透率提升造成

澳洲輔助服務(wù)單位成本上升

澳大利亞電力市場(chǎng)分為國(guó)家電力市場(chǎng)(NEM)和批發(fā)電力市場(chǎng)(WEM)，除西澳大利亞州采用批發(fā)電力市場(chǎng)外，其他州執(zhí)行國(guó)家電力市場(chǎng)。2001年起，澳大利亞電力工業(yè)結(jié)構(gòu)重組并構(gòu)建統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系，此時(shí)國(guó)家電力市場(chǎng)的輔助服務(wù)品種主要包含頻率控制輔助服務(wù)(FCAS)。2009年，澳大利亞重新建立電力監(jiān)管體系，國(guó)家電力市場(chǎng)的輔助服務(wù)品種進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)充。截至2022年，澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)的輔助服務(wù)品種如表2所示。

由于氣候變化等問題，澳大利亞與其他國(guó)家一樣，其國(guó)家電力市場(chǎng)也在經(jīng)歷電源的結(jié)構(gòu)性、供給側(cè)調(diào)整。在此階段，可再生能源投資政策的不連續(xù)性以及約500萬(wàn)千瓦的老舊燃煤電廠的無(wú)序退出，導(dǎo)致了電力中長(zhǎng)期及現(xiàn)貨價(jià)格大幅上漲。2016~2021年，澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)經(jīng)歷了較長(zhǎng)的投資周期，電力系統(tǒng)中新增并網(wǎng)1600萬(wàn)千瓦的大型可再生能源發(fā)電站(以及額外的800萬(wàn)千瓦的屋頂光伏項(xiàng)目)。

伴隨著大規(guī)模新能源并網(wǎng)以及電源結(jié)構(gòu)的顯著變化，澳大利亞電力系統(tǒng)頻率急劇惡化。在原有的電源結(jié)構(gòu)下，以頻率控制輔助服務(wù)(FCAS)為主的輔助服務(wù)，由于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及各類同步電源提供輔助服務(wù)資源的充裕性，其價(jià)格一直處于較低的水平。2016年以前，澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)中頻率控制輔助服務(wù)通常占全年電力市場(chǎng)交易額的0.5%以下。圖3為2010~2022年的澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)頻率控制輔助服務(wù)市場(chǎng)價(jià)格，其中2003~2005年頻率輔助服務(wù)成本為1.6美元/兆瓦時(shí)，備用輔助服務(wù)成本為4美元/兆瓦時(shí)，而2006~2021年，頻率輔助服務(wù)成本躍升至26美元/兆瓦時(shí)，備用輔助服務(wù)成本躍升至23美元/兆瓦時(shí)。

新能源滲透率提升造成

德國(guó)輔助服務(wù)成本占比提升

1990 年代和 2000 年代，大部分歐洲國(guó)家都建立了電力市場(chǎng)。德國(guó)的電力市場(chǎng)自由化是始于1990 年代多項(xiàng)努力的成果，隨著《能源產(chǎn)業(yè)法》(EnWG)的修訂而成形。德國(guó)過去的能源結(jié)構(gòu)與中國(guó)相似，主要是以傳統(tǒng)化石能源為主導(dǎo)的電力系統(tǒng)，利用以傳統(tǒng)能源為燃料的同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)壓、提供慣量，以及維持頻率穩(wěn)定，從而維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2000 年，德國(guó)頒布了第一部《可再生能源法(EEG)》，自此發(fā)起了能源轉(zhuǎn)型。轉(zhuǎn)型很快就影響到了能量實(shí)時(shí)平衡/調(diào)度、頻率等各個(gè)層面上的系統(tǒng)運(yùn)行，帶來(lái)了越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。

對(duì)此，德國(guó)通過二十余年對(duì)輔助服務(wù)機(jī)制的優(yōu)化，交易品種的不斷細(xì)分，并于2020年啟動(dòng)能源平衡市場(chǎng)，并在能源平衡市場(chǎng)中開展相應(yīng)輔助服務(wù)品種的交易，目前德國(guó)輔助服務(wù)交易品種主要包含頻率響應(yīng)、快速備用、無(wú)功支撐及黑啟動(dòng)能力。

伴隨著新能源滲透率的持續(xù)提升，德國(guó)輔助服務(wù)成本的占比也日益提升。同時(shí)也造成以風(fēng)、光為主的新能源并網(wǎng)成本不斷增加。當(dāng)新能源滲透率達(dá)到40%時(shí)(中低滲透率)，以風(fēng)、光為主的新能源并網(wǎng)的成本在1.6~49美元/兆瓦時(shí);而以風(fēng)、光為主的新能源并網(wǎng)成本隨著新能源滲透率提高而顯著增加，在滲透率達(dá)到80%~100%時(shí)并網(wǎng)成本高達(dá)133美元/兆瓦時(shí)。

我國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)現(xiàn)狀

我國(guó)現(xiàn)行的輔助服務(wù)品種劃分依據(jù)主要為2021年修訂的《電力輔助服務(wù)管理辦法》。各類電力輔助服務(wù)品種補(bǔ)償機(jī)制如表3所示，主要包含有功平衡服務(wù)、無(wú)功平衡服務(wù)以及事故應(yīng)急恢復(fù)服務(wù)。各區(qū)域、省內(nèi)的輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制主要包含基本輔助服務(wù)、輔助服務(wù)固定補(bǔ)償以及輔助服務(wù)市場(chǎng)交易。基本輔助服務(wù)以及輔助服務(wù)的固定補(bǔ)償主要參照各區(qū)域以及部分省內(nèi)頒布的“兩個(gè)細(xì)則”進(jìn)行考核以及補(bǔ)償。圖4為目前我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)及南方電網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)下各區(qū)域、各省份在開展的省間、省內(nèi)輔助服務(wù)市場(chǎng)交易品種。

我國(guó)新一輪電力體制改革已開展多年，第一、二批現(xiàn)貨試點(diǎn)省份已成功開展模擬試運(yùn)行、結(jié)算試運(yùn)行，并逐步進(jìn)行長(zhǎng)周期結(jié)算連續(xù)試運(yùn)行，各省區(qū)也在逐步推動(dòng)調(diào)峰輔助服務(wù)與現(xiàn)貨市場(chǎng)深度融合。

我國(guó)輔助服務(wù)

應(yīng)對(duì)新能源滲透率提升的思考

截至2022年，我國(guó)風(fēng)電、光伏發(fā)電量突破1萬(wàn)億千瓦時(shí)，達(dá)到1.19萬(wàn)億千瓦時(shí)，較2021年增加2073億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)21%，占全社會(huì)用電量的13.8%。同時(shí)風(fēng)電、光伏發(fā)電新增裝機(jī)突破1.2億千瓦，占全國(guó)新增發(fā)電裝機(jī)的六成有余。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，風(fēng)電、光伏新能源滲透率會(huì)持續(xù)上升。通過前文分析英國(guó)、澳洲、美國(guó)等成熟電力市場(chǎng)下新能源滲透率提升對(duì)當(dāng)?shù)剌o助服務(wù)市場(chǎng)的影響，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)輔助服務(wù)交易品種、補(bǔ)償機(jī)制改革現(xiàn)狀，筆者對(duì)我國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)的建設(shè)與發(fā)展有以下三點(diǎn)思考：

一是輔助服務(wù)市場(chǎng)的交易品種有待探索。當(dāng)具有隨機(jī)波動(dòng)性的新能源滲透率持續(xù)上升時(shí)，電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性、暫態(tài)過電壓水平、慣性能力、穩(wěn)態(tài)電壓支撐能力、備用需求等將受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。我國(guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)交易品種需要結(jié)合電力市場(chǎng)的實(shí)際情況持續(xù)優(yōu)化，擴(kuò)充輔助服務(wù)類型，包括系統(tǒng)慣性、爬坡、無(wú)功等交易品種。

二是輔助服務(wù)市場(chǎng)的交易需求有待釋放。我國(guó)當(dāng)前輔助服務(wù)市場(chǎng)總規(guī)模占比較少，以各區(qū)域2019年一季度電力輔助服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)用占上網(wǎng)費(fèi)用比重為例，各區(qū)域輔助服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)用占上網(wǎng)費(fèi)用不超過3%。開設(shè)省內(nèi)輔助服務(wù)市場(chǎng)后，輔助服務(wù)總成交量占電力市場(chǎng)總成交量也不足2%。在我國(guó)傳統(tǒng)火電資源逐步減少及儲(chǔ)能等新型輔助服務(wù)成本較高背景下，應(yīng)尋求釋放輔助服務(wù)市場(chǎng)交易需求的各項(xiàng)途徑。

三是輔助服務(wù)市場(chǎng)的市場(chǎng)規(guī)模有待提升。風(fēng)電、光伏新能源的邊際成本較低，在參與以變動(dòng)成本為主的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中報(bào)價(jià)具備優(yōu)勢(shì)，通常在市場(chǎng)出清計(jì)算中可實(shí)現(xiàn)全額消納。當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)中，新能源主要以保障性收購(gòu)、新能源機(jī)組自報(bào)價(jià)、跨區(qū)交易等方式參與市場(chǎng)，保證新能源的優(yōu)先和完全消納。隨著新能源滲透率的持續(xù)提升，存在對(duì)輔助服務(wù)價(jià)值度量不足的問題，因此應(yīng)提升輔助服務(wù)交易的市場(chǎng)規(guī)模以達(dá)到提升輔助服務(wù)機(jī)制潛在價(jià)值的目的。

本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2023年06期，作者李陽(yáng)、史岳、王江波供職于國(guó)網(wǎng)河南省電力公司，作者紀(jì)明舜供職于北京清能互聯(lián)科技有限公司