來源:中國能源報 | 0評論 | 4754查看 | 2017-11-30 10:26:34
我國本輪電力改革中,《電力中長期交易基本規則(暫行)》規定了“計劃調度+直接交易為主的中長期”交易模式操作方法及流程,為現貨市場建立前的過渡期提供了落地方案,結合“9號文”提出的“建立用戶參與的輔助服務分擔共享新機制”的任務,英國基于雙邊交易市場模式中的輔助服務市場機制具有顯著借鑒意義。
一、調度模式
由于電力難以大量經濟存儲的特點,發用電之間必須保持實時功率的即時平衡,以保持對用戶的可靠供電、避免事故和損傷電力設備;有功功率的平衡關系到系統頻率的穩定,無功功率則關系到各個節點的電壓支撐。在英國這一平衡工作由英國國家電網負責實施,我國的該項工作則由各級電網調度中心負責。
在英國的電力批發市場中,發電廠和零售商主要通過簽訂遠期電力交易合同來滿足發用電需求。遠期電力交易合同包括通過雙邊協商達成的中長期和短期雙邊合同,以及通過電力交易所(N2EX,APX)集中競價達成的短期交易合同(通過拍賣市場、現貨市場和即期市場等)。由于簽訂雙邊合同的發電企業與電力用戶均以追求經濟效益為目標,不會從系統運行角度出發滿足整體電力實時平衡,因此,僅靠市場主體簽訂的遠期與短期電力交易合同的組合,并不能完全滿足電力系統的安全穩定運行要求。由于輸電阻塞、預測偏差等原因,系統調度機構需要以每30分鐘為一個結算周期進行一系列操作,來確保電力系統運行的實時平衡。
與我國由調度統一安排電量計劃不同,從總量規模上看,英國實現電力平衡主要是通過激勵發電商和供電商自行兌現合同約定的發用電曲線。發電商和供電商提前一天中午11:00前,會提交一份初步物理發用電計劃;在關閘時間,調度執行開始前1小時或更長時間內,物理發用電計劃還可進一步修改。物理發電計劃不僅約定了發用電力曲線,還要對增減出力/負荷功率進行報價。國家電網會根據報價情況,在必要時調用。但是,最終合同執行過程中由于負荷預測偏差、局部輸電阻塞、市場成員經營策略等因素,電力平衡總會發生或多或少偏差,維持平衡則由國家電網負責兜底,該部分不平衡電量約占總電量的2%。
二、平衡機制
平衡機制是國家電網平衡電力供需的主要工具,通過每天以半小時為周期的交易執行過程實現。在平衡機制中,由單臺機組或者負荷集成體構成的平衡單元,作為參加報價和受調度控制的基本單元。平衡單元需要在其最終物理發用電計劃的基礎上,向系統調度機構提交賣電報價和買電報價。賣電報價包括增加發電出力和降低負荷需求兩種類型;與此對應,買電報價則包括降低發電出力和增加負荷需求兩種類型。在關閘時間后,系統調度機構主要依靠接受平衡單元提交的報價來保障系統運行滿足各類安全約束。除了接受報價之外,調度機構還可以通過平衡調整機制和負荷控制機制等手段來保障系統安全運行。
比較有特色的是,英國國家電網為了降低系統運行成本,除通過平衡機制來解決電能不平衡和網絡阻塞之外,還可以在平衡機制開啟前,主動提前購買或出售一些電能。例如,當調度機構預測次日某些時段會出現電力短缺時,可參與電力交易所的日前或日內交易,提前購買部分電能;當調度機構預測某些區域會出現網絡阻塞時,可與特定區域的機組簽訂雙邊合同(一般為長期合同)進行阻塞管理。
三、輔助服務
平衡機制是通過組織準實時的短時交易(半小時為交易周期)實現的,而其他非電能量交易的平衡手段則可以納入輔助服務范疇,這些輔助服務連同平衡機制一起,在英國被稱為平衡服務。英國的輔助服務全部類型有22種,但多數僅在一些特殊情況下被調用,常用的服務品種有:頻率響應、快速備用、運行備用、短期運行備用、平衡機制啟動、基荷調整、無功服務等。國家電網通過平衡機制、招標和雙邊合同等方式獲取輔助服務。
其中,頻率響應服務用來保持系統頻率在安全范圍內,提供者既可以是電源也可以是負荷。該服務可以在事故發生的第一時間投入使用。英國的頻率響應服務又分為強制頻率響應、固定頻率響應和需求側頻率控制。強制頻率響應包括一次調頻、二次調頻和高頻響應,這些服務由并網運行的機組義務提供,沒有組織相應的市場。強制頻率響應并不能完全滿足系統運行的需求,剩余需求由固定頻率響應實現,通過自動發電控制系統完成控制和記錄。固定頻率響應允許集成資源(如負荷和可再生能源發電等資源的整合)參與提供,并通過月度或多月招標方式獲取。需求側頻率控制由可中斷負荷提供,則是一個低頻減載的預先約定,要求至少能在2秒鐘響應指令,且提供持續30分鐘3MW以上的容量,該服務通過雙邊合同協商確定。
快速備用相當于旋轉備用,是對上述頻率響應的補充,可根據國家電網的指令由發電機組增加出力或者負荷減少用電實現,通過月度招標獲取。技術上要求2分鐘內啟動,并達到25MW/分鐘的爬坡速率,至少有50MW的容量且能持續15分鐘。
短期運行備用即事故備用,也可以由發電和負荷提供,通過每年三輪的競爭性招標獲取。技術上要求至少3MW容量,240分鐘內完全啟動,至少持續2小時。
平衡機制啟動服務給予國家電網在必要時啟動離線平衡機組的手段,通過標準合同獲取,按小時付費。該服務包括平衡機組冷啟動和熱備用兩種形式,冷啟動要求在89分鐘內完成,而熱備用則要求更快。
綜上,英國電力市場對有功平衡的服務,按響應時間、持續時間、最小容量、在線\離線狀態,根據系統運行的具體需要和相關資源的技術性能,產生一系列產品類型的組合,并根據裝機結構、負荷特性、供需形勢等條件的變化隨時進行調整。我國目前仍將調峰作為一個重要輔助服務品種,仍帶有計劃模式的鮮明特征。隨著電力改革的深入,對計劃電量的再分配過程將被競爭性的現貨市場取代,傳統意義上的調峰服務也將逐漸退出歷史舞臺。
四、輔助服務交易
雙邊合同的執行偏差需要國家電網兜底,以確保系統整體供需保持平衡,而國家電網在維持系統平衡過程中所扮演角色是經過政府授權的,具體措施主要在平衡與結算規則里規定。類似于電能量交易,發電商也能通過談判和競價等形式賣出各類服務,一般而言,發電商出售輔助服務時通常會得到兩筆費用:容量費用和使用費用。
輔助服務的最小時段為半小時,并以此作為結算周期。市場成員之間簽約并在每個結算周期之前1小時將合同約定執行的詳細信息報送國家電網。這些信息包括供需關系、預計發用電功率以及買賣報價等。然后,基于綜合報價信息,國家電網就可以調用各種服務。
我國目前的輔助服務責任主要由發電企業承擔,通過采取強制提供、按需調用、事后補償等方式,在一定程度上激發了發電企業參與提供輔助服務的積極性。隨著我國電力改革的深入,輔助服務市場化也將成為必然趨勢,現有輔助服務的分類和技術要求亟待進一步細化。改革初期,借鑒英國對部分輔助服務采取中長期招標獲取的方式,雖然不足以保證全局經濟性最優,仍不失為一種實操性較強的實現路徑。
五、輔助服務費用分攤
英國國家電網首先通過系統平衡使用費(BSUoS)回收調用平衡機制和輔助服務產生的成本。該費用是基于發用雙方在接入點的上網或下網電量按固定比率征收的,并根據網損有所微調。具體核算工作由國家電網的子公司Elxon完成,該公司相當于一個主營平衡機制和輔助服務業務的交易中心。國家電網把調用信息發送給Elxon公司,后者會根據偏差結算定價規則,對各種平衡手段進行更為詳細的分類、標記、以及重新定價(針對某些特定的平衡手段),最后計算出偏差結算價格。Elxon公司根據每一個市場成員的相對合同約定電力曲線的偏差對整個系統帶來的影響向其收費。設計不平衡費用是為了激勵發電商和供電商在結算周期之前根據合同約定主動實現自身平衡。
國家電網對每種輔助服務的可用量確定一個范圍,以應對不同情況的發生。2014-2015年度,總成本中超過50%是用來支付頻率響應和各種備用服務的。這些服務通常在國家電網面對短期供需不匹配時被調用,例如主力發電機組發生臨時故障的情況。大約40%的成本來自于為滿足地區網絡約束,對發電機組發出調整出力的指令。
隨著約束成本上升,