四川電力輔助服務(wù)市場建設(shè)的思考

馬瑞光,王瀟笛,劉潔穎,馬天男

(國網(wǎng)四川省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院, 四川 成都 610041)

0 引 言

實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo),能源綠色低碳轉(zhuǎn)型是必由之路,大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能等新能源是關(guān)鍵。但由于風(fēng)電、光伏等新能源天然不具備調(diào)節(jié)能力,發(fā)電出力具有很強的波動性、間歇性和隨機性,電力系統(tǒng)中新能源接入比例的持續(xù)提升,將給系統(tǒng)電力電量平衡帶來巨大挑戰(zhàn),從而對調(diào)峰、調(diào)頻、備用等電力輔助服務(wù)提出了更多需求。與此同時,隨著儲能、電動汽車和溫控負荷等多元互動負荷的增長,具有快速響應(yīng)能力和調(diào)節(jié)能力的靈活性資源成為了系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻和備用等輔助服務(wù)的提供者。因此,通過設(shè)計合理的輔助服務(wù)市場機制,充分調(diào)動發(fā)用兩側(cè)資源主動參與供需調(diào)節(jié),對于消除或弱化新能源不確定性對系統(tǒng)安全以及經(jīng)濟運行的影響,構(gòu)建可持續(xù)的電力保供格局具有十分重要的意義。

隨著中國電力市場化改革的不斷深入,售電側(cè)市場逐漸放開,電力輔助服務(wù)市場的建設(shè)也在不斷加速,多個省份和地區(qū)均已陸續(xù)出臺電力輔助服務(wù)市場建設(shè)的指導(dǎo)性文件[1-3]。國內(nèi)已有多位學(xué)者在輔助服務(wù)市場機制方面開展了較為深入的研究,通過定性分析和定量評估的手段,對中國各個區(qū)域電網(wǎng)、省級電網(wǎng)的輔助服務(wù)進行了總結(jié)分析,并對典型地區(qū)補償機制的優(yōu)缺點進行了較為細致的探討[4-7]。但從四川地區(qū)來看,目前省內(nèi)電力輔助服務(wù)市場建設(shè)仍處于初期,面臨著產(chǎn)品種類不夠豐富、市場交易規(guī)則不夠完善、補償分攤機制不夠合理等諸多挑戰(zhàn)。

下面系統(tǒng)歸納總結(jié)了中國電力輔助服務(wù)市場的發(fā)展歷程和經(jīng)驗,梳理了四川電力輔助服務(wù)市場的發(fā)展現(xiàn)狀和建設(shè)難點,提出了加快推進四川電力輔助服務(wù)市場建設(shè)的相關(guān)建議。

1 中國電力輔助服務(wù)市場發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 發(fā)展歷程

普遍認為,2014年東北電網(wǎng)啟動電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場建設(shè),是中國電力輔助服務(wù)市場化探索的開始。2015年,中發(fā)9號文《關(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見》提出,以市場化原則建立輔助服務(wù)分擔(dān)共享新機制,則進一步確立了電力輔助服務(wù)市場化建設(shè)的方向。在此背景下,中國多個區(qū)域和省級電網(wǎng)在電力輔助服務(wù)市場建設(shè)方面開展了大量探索。截至2020年年底,電力輔助服務(wù)市場已經(jīng)基本實現(xiàn)全國各區(qū)域、省級電網(wǎng)的全面覆蓋[8]。

除了電力體制改革的直接驅(qū)動外,中國電力輔助服務(wù)市場建設(shè)的提速,與近年來新能源的快速發(fā)展密切相關(guān)。以風(fēng)電、光伏為代表的新能源大規(guī)模并網(wǎng)后,其出力的波動性、隨機性直接導(dǎo)致電力系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰等調(diào)節(jié)需求增加。在2020年中國提出“雙碳”目標(biāo)之后,新能源產(chǎn)生的調(diào)節(jié)能力需求則更加突顯。2021年12月,國家能源局修訂發(fā)布《電力并網(wǎng)運行管理規(guī)定》《電力輔助服務(wù)管理辦法》,為能源綠色低碳轉(zhuǎn)型背景下電力輔助服務(wù)市場的建設(shè)指明了方向,勢必將推動全國電力輔助服務(wù)市場不斷向縱深推進。

1.2 主要特點

1)品種設(shè)置

根據(jù)《電力輔助服務(wù)管理辦法》,中國電力輔助服務(wù)可劃分為基本輔助服務(wù)與有償輔助服務(wù)?；据o助服務(wù)一般是指根據(jù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行需求,發(fā)電機組和電力用戶必須無償提供的服務(wù),如基本調(diào)峰、一次調(diào)頻等。有償輔助服務(wù)則充分考慮不同機組和電力用戶自身的性能特點,以及在電力系統(tǒng)中實際發(fā)揮的作用,可為相關(guān)提供主體提供一定的資金補償?shù)姆?wù),如自動發(fā)電控制(automatic generation control,AGC)、自動電壓控制(automatic voltage control,AVC)、頂峰發(fā)電(或深度調(diào)峰)、有償無功調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)備用與黑啟動等。目前,中國范圍內(nèi)各區(qū)域有償輔助服務(wù)以調(diào)峰、調(diào)頻和黑啟動服務(wù)為主,部分區(qū)域展開了備用品種的探索與嘗試。

2)提供主體

目前,中國可提供輔助服務(wù)的主體仍以常規(guī)火電、水電等發(fā)電側(cè)主體為主。但為了充分激勵源網(wǎng)荷儲市場化主體參與至電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)服務(wù)中,各地區(qū)紛紛出臺需求側(cè)資源、儲能設(shè)備、自備電廠、電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)、聚合商、虛擬電廠等新型調(diào)節(jié)資源參與調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)的市場規(guī)則,促進電力輔助服務(wù)市場主體多元化發(fā)展。主要區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場參與主體如表1所示。

表1 主要區(qū)域調(diào)峰輔助服務(wù)市場參與主體

3)分攤機制

不同的電力輔助服務(wù)市場組織模式,適用的費用分攤機制也不盡相同,一般可分為發(fā)電企業(yè)承擔(dān)、終端用戶承擔(dān)、共同承擔(dān)和引發(fā)負責(zé)4種。中國大多數(shù)地區(qū)按照“誰提供、誰獲利;誰受益、誰承擔(dān)”的原則,結(jié)合電網(wǎng)運行特性和需求,對有償輔助服務(wù)費用進行補償和分攤。一般情況下,發(fā)電側(cè)按照發(fā)電量或上網(wǎng)電量進行分攤,用戶側(cè)按照用電量進行分攤。主要區(qū)域輔助服務(wù)費用分攤主體與模式如表2所示。

表2 主要區(qū)域輔助服務(wù)市場費用分攤主體與模式

4)市場出清

總體來看,中國各地區(qū)電力輔助服務(wù)市場仍獨立于電能量市場,各類輔助服務(wù)產(chǎn)品分開報價、分別交易、分別調(diào)度。輔助服務(wù)市場產(chǎn)品報價一般采用賣方單向報價、集中競爭、統(tǒng)一價格出清的交易方式[9],出清價格一般為成交主體報價的邊際價格。部分輔助服務(wù)產(chǎn)品采用雙邊或多邊協(xié)商、固定補償?shù)慕灰追绞?。為避免輔助服務(wù)市場增加系統(tǒng)運行成本,實現(xiàn)經(jīng)濟最優(yōu),調(diào)度方一般根據(jù)按需調(diào)用、按序調(diào)用、價格優(yōu)先的原則進行調(diào)用。

5)跨區(qū)銜接

目前多數(shù)區(qū)域市場設(shè)計堅持市場化導(dǎo)向,按照集中報價、統(tǒng)一邊際出清的方式開展,市場主體自主自愿參與,根據(jù)“先省內(nèi)、后跨省”的優(yōu)先級順序,優(yōu)先滿足省網(wǎng)(控制區(qū))調(diào)節(jié)服務(wù)需求,再參與區(qū)域市場。然而,輔助服務(wù)交易的區(qū)域間壁壘依然存在,如存在區(qū)域價格壁壘、跨省區(qū)輔助服務(wù)交易價格普遍較低等,阻礙了跨省區(qū)資源的優(yōu)化配置。后續(xù)仍需堅持全國統(tǒng)一電力市場的建設(shè)與全國統(tǒng)一輔助服務(wù)市場的建設(shè),實現(xiàn)電力資源在更大范圍內(nèi)共享互濟和優(yōu)化配置,提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和靈活調(diào)節(jié)能力。

1.3 發(fā)展趨勢

在“雙碳”目標(biāo)和能源綠色低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的驅(qū)動下,中國新能源開發(fā)不斷提速,風(fēng)電、光伏裝機規(guī)模持續(xù)擴大,電力系統(tǒng)運行管理的復(fù)雜性不斷提高,對調(diào)節(jié)能力的需求量顯著增加,電力輔助服務(wù)市場建設(shè)的迫切性也在不斷增強。在此背景下,中國電力輔助服務(wù)市場的建設(shè)不斷加速,并呈現(xiàn)出一些新的特點。

1) 輔助服務(wù)市場產(chǎn)品種類不斷豐富?！峨娏o助服務(wù)管理辦法》對電力輔助服務(wù)進行了標(biāo)準(zhǔn)化分類,分為有功平衡服務(wù)、無功平衡服務(wù)和事故應(yīng)急及恢復(fù)服務(wù)[9]。同時為適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的發(fā)展需求,新增引入轉(zhuǎn)動慣量、爬坡、穩(wěn)定切機服務(wù)、穩(wěn)定切負荷服務(wù)等輔助服務(wù)新品種。

2)輔助服務(wù)費用分攤機制持續(xù)優(yōu)化。逐步推動輔助服務(wù)費用向用戶側(cè)疏導(dǎo)的分攤機制,將輔助服務(wù)補償費用由發(fā)電企業(yè)、市場化電力用戶等所有并網(wǎng)主體共同分攤。按照“誰提供、誰獲利;誰受益、誰承擔(dān)”的原則,推動為特定并網(wǎng)主體服務(wù)的電力輔助服務(wù),補償費用由相關(guān)發(fā)電側(cè)或用戶側(cè)特定并網(wǎng)主體分攤[9]。

3)輔助服務(wù)市場出清規(guī)則有序完善。由于輔助服務(wù)市場的只要交易標(biāo)的與傳統(tǒng)電能量市場有著顯著區(qū)別,目前大部分地區(qū)暫采用電力輔助服務(wù)市場獨立于電能量市場出清的模式,以降低出清工作的難度。但隨著現(xiàn)貨市場等市場組織模式的快速發(fā)展,未來輔助服務(wù)市場將和電能量市場有一定的功能重疊,可由電網(wǎng)調(diào)度和交易機構(gòu)統(tǒng)一組織,采用聯(lián)合出清的邊際價格結(jié)算輔助服務(wù)費用,以在系統(tǒng)全局實現(xiàn)電力資源的優(yōu)化配置。

2 四川電力輔助服務(wù)市場建設(shè)特點

2.1 四川電力系統(tǒng)的基本特性

1)電源側(cè)

水能資源富集,水電將長期處于主體地位,如圖1所示。截至2021年年底,四川電網(wǎng)全口徑水電裝機容量達到88.87 GW,居全國首位。預(yù)計至“十五五”末,四川水電裝機容量將分別增加112 GW和128 GW,約占全省全口徑裝機容量的71%和63%。

圖1 四川電源裝機未來發(fā)展情況

新能源資源豐富,裝機加速增長態(tài)勢明顯。四川全省新能源技術(shù)可開發(fā)量約為120 GW(其中風(fēng)電20 GW,光伏100 GW),主要集中在以“三州一市”為代表的西部地區(qū)。目前已開發(fā)規(guī)模相對較小,但“十四五”期規(guī)劃新增裝機約為16 GW,預(yù)計2025年新能源裝機總量可以達到約為22 GW。

煤少氣豐,火電裝機發(fā)展趨勢出現(xiàn)明顯分化。四川省內(nèi)煤炭資源相對貧乏,燃煤火電發(fā)展受限。截至2021年年底,全省燃煤火電裝機容量為14.12 GW,僅占全省裝機容量的12.35%,且未來將不再新建單純以發(fā)電為目的的燃煤火電機組。省內(nèi)天然氣儲量豐富,具有發(fā)展燃氣機組的先天優(yōu)勢。“十四五”期燃氣機組發(fā)展將明顯加速,預(yù)計2025年裝機容量可由目前的1.19 GW增加至6.00 GW。

2)電網(wǎng)側(cè)

四川電網(wǎng)因資源大多集中于盆地周邊而遠離負荷中心,形成了長距離、大容量、接力式外送的特殊電網(wǎng)網(wǎng)架,電網(wǎng)穩(wěn)定性不高。伴隨新型電力系統(tǒng)建設(shè),新能源裝機容量逐年增長,同時隨著新一批特高壓直流的陸續(xù)投產(chǎn),四川電網(wǎng)將呈現(xiàn)出高比例新能源及高比例電力電子設(shè)備的“雙高”特性。由此帶來的系統(tǒng)低轉(zhuǎn)動慣量等問題將進一步削弱四川電網(wǎng)的穩(wěn)定運行能力。

3)負荷側(cè)

全網(wǎng)用電負荷率低、峰谷差大,對調(diào)節(jié)能力需求高。從負荷率來看,四川平均負荷率維持在80%左右,相較于全國90%左右的平均水平明顯偏低,電網(wǎng)調(diào)峰和經(jīng)濟運行難度較大。從負荷側(cè)的波動情況看,四川電網(wǎng)因季節(jié)性制冷取暖負荷波動導(dǎo)致分月負荷呈夏、冬“雙峰”特征;因居民生產(chǎn)生活方式影響又導(dǎo)致日內(nèi)負荷呈午、晚“雙峰”分布。為確保電力供需的實時平衡,四川對調(diào)節(jié)能力的需求大于其他省份。

電能消費量較低,如圖2所示。2020年四川省人均用電量為3421 kWh,僅為全國平均水平的64%,全省用電量占全省終端能源消費比例為21.1%,較全國平均水平低近6個百分點。但四川正處于快速工業(yè)化、城鎮(zhèn)化階段,全省用電量保持年均7.8%的增速增長。隨著成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈建設(shè)推進及“雙碳”目標(biāo)下以電能為中心的能源消費格局加速形成,四川能源消費量與電能消費水平將迎來顯著提升。

圖2 四川和全國各地區(qū)平均用電負荷率對比

2.2 四川輔助服務(wù)市場建設(shè)基本情況

如上面所述,四川新型電力系統(tǒng)建設(shè)面臨調(diào)節(jié)需求大但調(diào)節(jié)能力不夠充足的現(xiàn)實問題,亟需要通過加快輔助服務(wù)市場建設(shè),充分挖掘源網(wǎng)荷側(cè)各類靈活性資源的調(diào)節(jié)潛力,以保障系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行,更好地服務(wù)于省內(nèi)新能源的快速發(fā)展。

但目前四川尚未發(fā)布省級電力輔助服務(wù)管理細則,省內(nèi)電力輔助服務(wù)市場化建設(shè)尚處于探索階段。四川現(xiàn)有的市場化電力輔助服務(wù)主要有AGC和黑啟動兩個品種,相關(guān)交易細則由四川能監(jiān)辦于2019年發(fā)布。一次調(diào)頻、調(diào)峰、無功功率調(diào)節(jié)、AVC、備用等輔助服務(wù)品種尚未開展市場化探索,主要依據(jù)華中能源監(jiān)管局于2020年頒布的電廠并網(wǎng)運行管理和輔助服務(wù)管理的“兩個細則”執(zhí)行。省間市場方面,已建立四川、重慶之間的電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場,主要參照華中能監(jiān)辦2022年發(fā)布的《川渝一體化電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場運營規(guī)則》執(zhí)行。

具體來看,四川電力輔助服務(wù)市場的建設(shè)還存在以下問題。

1)輔助服務(wù)市場產(chǎn)品種類與提供主體較為單一?，F(xiàn)階段,四川輔助服務(wù)品種僅含調(diào)峰、調(diào)頻、備用、無功調(diào)節(jié)、黑啟動等常規(guī)品種,且調(diào)峰、備用、調(diào)頻等輔助服務(wù)提供商僅局限于直調(diào)水電、火電等傳統(tǒng)機組。后續(xù)需結(jié)合四川電力系統(tǒng)運行需求,明確各類輔助服務(wù)的市場功能定位,豐富服務(wù)品種,拓展提供主體,逐步將新能源、儲能、需求側(cè)資源、抽水蓄能等新型主體納入輔助服務(wù)體系。

2)市場化補償機制不夠完善,難以激勵市場主體自主提供服務(wù)?，F(xiàn)階段,部分輔助服務(wù)品種補償價格設(shè)計并不完全合理,如火電機組運行調(diào)峰參照華中“兩個細則”深度調(diào)峰價格進行補償,不符合四川火電深度調(diào)峰能力普遍不足的生產(chǎn)實際,難以激勵火電機組進行靈活性改造。需進一步對各品類輔助服務(wù)補償價格進行測算,以設(shè)定更加科學(xué)合理的補償標(biāo)準(zhǔn),建立更加完善的補償機制。

3)電力市場建設(shè)成熟度偏低,參與主體市場意識不強。近年來,四川市場化交易電量比例持續(xù)提升,但仍然以中長期電量交易為主,現(xiàn)貨市場仍處于試點推進階段。用戶、售電公司、新型儲能等市場主體的市場成熟度有待提高,相關(guān)主體的市場意識、技術(shù)手段,距離參與以電力為標(biāo)的的現(xiàn)貨交易、輔助服務(wù)交易仍相距較遠。

2.3 四川電力輔助服務(wù)市場建設(shè)難點

1)以水電為主的電源結(jié)構(gòu)決定了豐枯季電網(wǎng)運行方式差異明顯。豐水期,為保障清潔水電的高水平消納,火電一般以最小開機方式運行;枯水期,為了保障省內(nèi)用電需求,火電一般需要滿負荷發(fā)電。豐枯季電網(wǎng)運行方式差異巨大,水電、火電承擔(dān)的角色不盡相同,增大了輔助服務(wù)市場規(guī)則設(shè)計的難度。

2)源荷分離的電力格局決定了輔助服務(wù)需求具有地區(qū)性差異。四川電源多分布于川西高原,用電負荷多分布于成都平原,省內(nèi)電網(wǎng)呈西電東送格局,存在多個輸電通道斷面。受限于斷面輸送能力,斷面內(nèi)外的輔助服務(wù)需求和供給無法互相替代,輔助服務(wù)市場的設(shè)計需要充分考慮分區(qū)、分片的局部供需平衡問題。

3)水-電耦合特性導(dǎo)致輔助服務(wù)補償費用測算困難。四川水電的調(diào)節(jié)能力差異較大,除大量徑流式電站外,具有較好調(diào)節(jié)能力的大型水電站多為三江流域大型梯級電站,上下游水電站具有較強的水力耦合特性。在參與輔助服務(wù)市場時,上游水電站的出力變化會影響到下游水電站,導(dǎo)致輔助服務(wù)補償費用的科學(xué)測算存在一定困難。

4)多種類市場銜接難度較大。以現(xiàn)貨市場為例,受豐枯差異影響,省內(nèi)電力現(xiàn)貨市場交易在枯水期以火電現(xiàn)貨為主,豐水期以水電現(xiàn)貨為主,輔助服務(wù)市場與現(xiàn)貨市場的銜接存在一定的難度。在輔助服務(wù)市場品種方面,調(diào)頻與備用存在一定的復(fù)用空間,如何統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各類輔助服務(wù)品種的調(diào)用和結(jié)算出清機制,也是一大難點。

3 四川電力輔助服務(wù)市場建設(shè)建議

1)豐富輔助服務(wù)品種,增強電源協(xié)調(diào)優(yōu)化運行能力。加大對火電機組深度調(diào)峰、啟停調(diào)峰的補償力度,探索建立短期發(fā)電、應(yīng)急備用、穩(wěn)定切機、轉(zhuǎn)動慣量等輔助服務(wù)品種,激勵水電、火電等市場主體為系統(tǒng)提供更大的靈活性調(diào)節(jié)空間。處理好多品種輔助服務(wù)之間的運行結(jié)算銜接機制,分階段、逐步建立交易品種齊全的輔助服務(wù)市場。

2)鼓勵新型儲能電站、虛擬電廠等新型主體參與輔助服務(wù)市場。發(fā)揮新型市場主體在消納新能源、削峰填谷、增強電網(wǎng)穩(wěn)定性和應(yīng)急供電等方面的多重作用,明確各類新型主體獨立參與深度調(diào)峰、調(diào)頻等輔助服務(wù)交易的商業(yè)模式,有效擴大輔助服務(wù)提供主體。

3)持續(xù)完善輔助服務(wù)產(chǎn)品成本測算與補償分攤機制。針對各類輔助服務(wù)品種,按照電力系統(tǒng)實際運行需求和各市場主體實際投入成本構(gòu)成情況,合理測算補償標(biāo)準(zhǔn),避免出現(xiàn)過補償與欠補償造成市場主體投機現(xiàn)象。結(jié)合電力市場化改革進展,推動輔助服務(wù)補償費用分攤主體由發(fā)電企業(yè)逐步擴大到市場化電力用戶等所有并網(wǎng)主體。

4)推動現(xiàn)貨市場與輔助服務(wù)市場的融合發(fā)展。以交易規(guī)則、價格機制、出清模式等為重點,建立并完善電力輔助服務(wù)市場和電力現(xiàn)貨市場的過渡銜接機制,以現(xiàn)貨市場帶動輔助服務(wù)市場、以輔助服務(wù)市場互補現(xiàn)貨市場,實現(xiàn)現(xiàn)貨市場與輔助服務(wù)市場的平穩(wěn)融合發(fā)展,充分發(fā)揮市場在電力保供中的支撐調(diào)節(jié)作用。

4 結(jié) 論

電力輔助服務(wù)是保障電力系統(tǒng)安全、經(jīng)濟、高效運行的公共產(chǎn)品,但四川電力輔助服務(wù)市場建設(shè)相對滯后,應(yīng)充分立足四川電源、電網(wǎng)和負荷特點,在豐富輔助服務(wù)品種、培育新型市場主體、完善補償分攤機制、做好市場銜接等方面重點發(fā)力,全面加快輔助服務(wù)市場建設(shè)進度,為省內(nèi)新能源的大規(guī)模開發(fā)利用、構(gòu)建四川特色新型電力系統(tǒng)創(chuàng)造有利條件。