深度調(diào)峰輔助服務(wù)交易和成本分?jǐn)?/h1>
隨著我國電力市場的逐漸推進(jìn),輔助服務(wù)引起了較多的關(guān)注。關(guān)于輔助服務(wù)的交易方式、補償方式、成本的分?jǐn)偟龋灿行┎煌挠^點,引起了一些
隨著我國電力市場的逐漸推進(jìn),輔助服務(wù)引起了較多的關(guān)注。關(guān)于輔助服務(wù)的交易方式、補償方式、成本的分?jǐn)偟龋灿行┎煌挠^點,引起了一些爭議。其中目前爭議最多的就是調(diào)峰輔助服務(wù):調(diào)峰服務(wù)算不算輔助服務(wù)?調(diào)峰服務(wù)市場應(yīng)該如何設(shè)計?調(diào)峰輔助服務(wù)成本應(yīng)該如何分?jǐn)偅稍偕茉词欠裥枰袚?dān)調(diào)峰成本?應(yīng)該按實際發(fā)電量分?jǐn)傔€是按“超額”發(fā)電量分?jǐn)偅勘疚膹漠a(chǎn)品交易的一些基本原理出發(fā)對這些問題進(jìn)行一些分析。
(來源:能源研究俱樂部 ID:nyqbyj 作者:荊朝霞)
一
調(diào)峰服務(wù)算不算輔助服務(wù)
輔助服務(wù)并沒有統(tǒng)一的定義。簡單的說,輔助服務(wù)是為保證電安全、經(jīng)濟地從發(fā)電傳送到用戶,由發(fā)電、電網(wǎng)或需求側(cè)資源提供的一些服務(wù),如調(diào)頻、調(diào)壓、黑啟動等,不同地區(qū)、不同市場對輔助服務(wù)有不同的定義。輔助服務(wù)中的“輔助”是針對基本的能量服務(wù)而言的,因此什么服務(wù)算輔助服務(wù),與電力市場中基本的能量服務(wù)的定義及相關(guān)的權(quán)利、義務(wù)的規(guī)定有關(guān)。
對于調(diào)峰服務(wù)來說,算不算輔助服務(wù)?要看基本的能量服務(wù)中含不含調(diào)節(jié)的要求。
在以美國PJM為代表的全電量競價現(xiàn)貨市場中,發(fā)電企業(yè)在日前申報相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行報價,ISO通過安全約束機組組合和安全約束經(jīng)濟調(diào)度等形成發(fā)電計劃。這個發(fā)電計劃中已經(jīng)含有機組開停機、發(fā)電曲線等信息,發(fā)電企業(yè)按照能量市場的規(guī)定獲得相關(guān)收益。不同發(fā)電企業(yè)的負(fù)荷率可能不一樣,有些高一些,有些低一些,但不需要額外對負(fù)荷率低的發(fā)電進(jìn)行補償。但這并不意味著不同負(fù)荷率水平的發(fā)電機組獲得的收益相同。不同負(fù)荷率水平的發(fā)電機組的收益是通過不同時間能量市場實時電價的變化來反映、調(diào)整的:系統(tǒng)負(fù)荷較小的谷時段,電價可能較低(甚至可以為負(fù)),而在系統(tǒng)負(fù)荷較大的峰時段,電價可能很高,因此調(diào)節(jié)能力強的機組可以通過在谷時段少發(fā)電而在峰時段多發(fā)電獲得較高的平均電價,調(diào)節(jié)能力較差的機組如果無法在谷時段減小出力,就要接受較低的電價。這樣,通過實時電價的變化,自然引導(dǎo)了發(fā)電企業(yè)主動參與調(diào)峰,而這個調(diào)峰就反映在了基本的能量市場出清中,因此不需要一個額外的“調(diào)峰”市場。
我國大多數(shù)地區(qū)尚未建立以分時電價為基礎(chǔ)的現(xiàn)貨市場,中長期市場中交易的實際是一個較長時間內(nèi)(大多數(shù)地區(qū)是月)的電量。也就是說,發(fā)電機組在中長期市場中得到的是在一定的時間內(nèi)發(fā)一定數(shù)量(千瓦時,兆瓦時)電的合同。但這個電并不是可以隨意發(fā),發(fā)電企業(yè)有義務(wù)遵循相關(guān)的入網(wǎng)協(xié)議、輔助服務(wù)管理等規(guī)定,如很多地方的輔助服務(wù)管理兩個細(xì)則。
在我國大多數(shù)地區(qū)的電廠入網(wǎng)協(xié)議和輔助服務(wù)管理細(xì)則中,一般都對發(fā)電企業(yè)應(yīng)該承擔(dān)的輔助服務(wù)進(jìn)行了規(guī)定,并區(qū)分了“基本輔助服務(wù)”和“有償輔助服務(wù)”。基本輔助服務(wù)是發(fā)電機組接入電網(wǎng)應(yīng)該無償提供的服務(wù),不另外進(jìn)行補償,而發(fā)電機組提供的有償輔助服務(wù)是發(fā)電機組提供的基本輔助服務(wù)之外的其他的輔助服務(wù)。
對調(diào)峰服務(wù),我國大多數(shù)地區(qū)根據(jù)發(fā)電機組的負(fù)荷率水平來規(guī)定其基本調(diào)峰服務(wù)。比如,規(guī)定負(fù)荷率50%以上的發(fā)電調(diào)節(jié)服務(wù)是基本的,不給予另外的補償,而如果機組的出力在50%以下,則需要另外補償。
舉個例子,如果某30兆瓦的發(fā)電機組A在中長期市場中獲得了4月份的1000萬千瓦時的發(fā)電合同,相關(guān)的責(zé)任義務(wù)如下:
調(diào)度機構(gòu):有義務(wù)保證發(fā)電企業(yè)A在4月份發(fā)出1000萬千瓦時的電,在機組出力大于15兆瓦水平上可以隨便調(diào)度。如果在某個時間要求機組A出力水平低于15兆瓦,需要額外付費。
發(fā)電機組A:有權(quán)利在4月份發(fā)出1000萬千瓦時的電,但需要遵循調(diào)度的調(diào)度指令。在出力水平低于15兆瓦時,有權(quán)利獲得一定的調(diào)峰補償。
在這種情況下,發(fā)電機組A提供的出力低于15兆瓦的調(diào)峰服務(wù)即為深度調(diào)峰服務(wù),可以認(rèn)為是其提供的在發(fā)電這個基本服務(wù)之外的一種輔助服務(wù),即深度調(diào)峰輔助服務(wù)。深度調(diào)峰輔助服務(wù)的價格可以通過不同的方式形成,我們在后面再詳細(xì)討論。
注意,在討論調(diào)峰服務(wù)的時候,有些專家/文件的含義是包含向上調(diào)節(jié)、向下調(diào)節(jié)的完整的調(diào)峰服務(wù);而有些專家/文件中的調(diào)峰的含義實際僅僅是向下調(diào)節(jié),而且對電廠而言僅限于“深度調(diào)峰”,即出力低于某個出力水平情況下的向下調(diào)節(jié)的服務(wù)。在我國,大多數(shù)省份的調(diào)峰輔助服務(wù),實際上指的是深度調(diào)峰。本文中,如不另外聲明,后面的“調(diào)峰”均指深度調(diào)峰。
二
調(diào)峰輔助服務(wù)交易的“產(chǎn)品”和需求量
要進(jìn)行一個市場的分析、設(shè)計,首先要明確市場交易的對象,即產(chǎn)品是什么。
調(diào)峰輔助服務(wù)市場中,交易的產(chǎn)品是“功率調(diào)節(jié)”或者更準(zhǔn)確的說是“下調(diào)”這個服務(wù)。在一些情況下,比如負(fù)荷非常小的情況下,在現(xiàn)有的服務(wù)(所有機組出力都高于50%)下,系統(tǒng)無法安全、穩(wěn)定運行,需要一些機組出力降低出力到50%以下(通過某些用戶增加用電也可以解決,這里為了簡化分析僅考慮電廠調(diào)節(jié)的方式)。
市場中對“下調(diào)”這個產(chǎn)品的需求量是多少呢?取決于當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)。在所有機組都在50%的出力水平上,還需要下調(diào)多少才能滿足系統(tǒng)安全運行的需要?對某個確定的時刻,這個量應(yīng)該可以計算出來,是一個確定功率值。比如,某系統(tǒng)在某個時段的負(fù)荷水平為2000兆瓦,總發(fā)電容量為6000兆瓦,則需要調(diào)節(jié)量1000兆瓦(6000/2-2000)。發(fā)電容量中,有30臺100兆瓦機組,100臺30兆瓦機組。
三
賣方市場的設(shè)計
調(diào)峰輔助服務(wù)是由一個集中的機構(gòu)——電網(wǎng)調(diào)度——負(fù)責(zé)組織的一個市場,調(diào)度對調(diào)頻服務(wù)的提供者來說可以認(rèn)為是單一購買者,而對調(diào)頻服務(wù)的需求者來說又可以認(rèn)為是單一銷售者。所以,調(diào)峰輔助服務(wù)市場的設(shè)計可以分開為兩個部分:賣方(供給方)市場的設(shè)計和買方(需求方)市場的設(shè)計。
(一)基準(zhǔn)狀態(tài)的確定
基準(zhǔn)狀態(tài)就是,發(fā)電機組在什么狀態(tài)下算義務(wù)調(diào)峰,什么狀態(tài)下需要額外的補償?基準(zhǔn)狀態(tài)的確定與基本(義務(wù))調(diào)峰服務(wù)的定義有關(guān)。我國大多數(shù)地區(qū)對基準(zhǔn)狀態(tài)的確定都是按負(fù)荷率進(jìn)行的,比如出力在50%以上的調(diào)峰認(rèn)為是義務(wù)調(diào)峰,出力低于50%需要額外補償。京津冀地區(qū)采用了另外一種方式,即按峰谷差率進(jìn)行判斷:發(fā)電機組的峰谷差率小于系統(tǒng)的總體負(fù)荷峰谷差率,認(rèn)為是基本的服務(wù),不另外補償;發(fā)電機組的峰谷差率大于系統(tǒng)的總體負(fù)荷峰谷差率,認(rèn)為是額外的調(diào)峰服務(wù),得到另外的補償。
本文主要對第一種方式進(jìn)行分析,即根據(jù)負(fù)荷率水平確定基準(zhǔn)狀態(tài)。因此調(diào)峰市場的設(shè)計需要確定一個基準(zhǔn)負(fù)荷率,發(fā)電機組出力低于這個負(fù)荷率時可以得到額外的補償,補償?shù)膬r格由市場決定。基準(zhǔn)負(fù)荷率的設(shè)定需要考慮以下兩個大的問題:是否應(yīng)該對所有的機組設(shè)定相同的基準(zhǔn)負(fù)荷率?基準(zhǔn)負(fù)荷率應(yīng)該設(shè)定在什么水平?
1.不同機組的基準(zhǔn)負(fù)荷率
發(fā)電機組出力高于基準(zhǔn)負(fù)荷率時,其調(diào)節(jié)是義務(wù)的、免費的。所以,是否對不同機組設(shè)定相同的基準(zhǔn)負(fù)荷率,主要是一個公平的問題。需要各地根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、歷史上各類機組的電價和調(diào)節(jié)要求等確定。比如,在東北的調(diào)峰輔助服務(wù)市場中,在供熱期和非供熱期,對純凝火電機組和熱電機組采用了相反的基準(zhǔn)負(fù)荷率,就是從公平的角度進(jìn)行的設(shè)計。
2.基準(zhǔn)負(fù)荷率水平
目前,大多數(shù)地區(qū)的調(diào)峰輔助服務(wù)市場設(shè)計中,將基準(zhǔn)負(fù)荷率水平定在50%左右。這一方面是考慮與之前的輔助服務(wù)兩個細(xì)則的銜接,另一方面是考慮機組一般在出力在50%以下時成本會增高較多。
山東的調(diào)峰輔助服務(wù)市場設(shè)計中,將基準(zhǔn)負(fù)荷率設(shè)定在70%。而福建將燃煤火電機組定為60%,核電機組定為75%。這種提高的基準(zhǔn)實際上會提高市場的效率。
因為大多數(shù)火電機組的效率在較大的出力范圍內(nèi)是隨出力的增加(負(fù)荷率的提高)而降低的。在目前僅僅有下調(diào)市場的情況下,在基準(zhǔn)負(fù)荷率以上的調(diào)度大多數(shù)是按照等比例等公平原則調(diào)度的,而在基準(zhǔn)負(fù)荷率以下按照調(diào)峰的報價進(jìn)行調(diào)度。因此,系統(tǒng)相當(dāng)于僅進(jìn)行了單向的優(yōu)化,即僅在基準(zhǔn)負(fù)荷率以下進(jìn)行了優(yōu)化。提高基準(zhǔn)負(fù)荷率的水平,可以提高發(fā)電調(diào)度優(yōu)化的空間。
(二)調(diào)峰服務(wù)的購買
對賣方市場,需要考慮的是,購買的是什么服務(wù)?這里考慮兩種選項:負(fù)荷率、功率。
1.負(fù)荷率。市場的申報、出清、結(jié)算都是按照負(fù)荷率來進(jìn)行的。這是目前我國大多數(shù)調(diào)峰市場的設(shè)計。發(fā)電機組申報的是,在基準(zhǔn)負(fù)荷率以下的不同的負(fù)荷率出力水平上,需要得到的補償。市場出清時,將不同機組相同負(fù)荷率水平的報價疊加,得到每個負(fù)荷率水平上的總報價,最終市場出清得到一個負(fù)荷率水平和市場出清價格。最終中標(biāo)的、入圍提供調(diào)峰服務(wù)的機組,負(fù)荷率水平是相同的(或在同一個等級)。
2.功率。目前尚未看到這種設(shè)計。這種設(shè)計下,和常規(guī)的能量市場報價、出清沒有太多的區(qū)別,每臺機組申報在基準(zhǔn)負(fù)荷率下降低不同的出力需要得到的補償,市場出清的是每個發(fā)電機組具體“下調(diào)”的量以及一個統(tǒng)一的價格。這種方式下,最終中標(biāo)的、入圍提供調(diào)峰服務(wù)的機組,負(fù)荷率可能是不同的。比如,調(diào)節(jié)能力大、調(diào)節(jié)成本低的機組,負(fù)荷率水平可能比調(diào)節(jié)能力小、調(diào)節(jié)成本高的機組的負(fù)荷率更低。
3.兩種方式的比較。可以證明,在按下調(diào)的功率進(jìn)行交易的方式下,最終可以實現(xiàn)不同機組調(diào)峰的邊際成本相等,從而實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)峰成本的最小。按負(fù)荷率進(jìn)行報價的情況下,無法實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)峰成本的最小。
四
買方市場的設(shè)計
買方市場設(shè)計中,首先需要考慮的是,誰是調(diào)峰輔助服務(wù)的買方?誰需要為調(diào)峰輔助服務(wù)付費?這與整體系統(tǒng)、市場的權(quán)利、責(zé)任、義務(wù)等的界定有關(guān)。
在本輪電力體制改革前,廠、網(wǎng)分開,電網(wǎng)公司從用戶按政府核定的目錄電價收費,向電廠按政府核定的上網(wǎng)電價支付。政府核定每個電廠年度的發(fā)電計劃。這種情況下,由于用戶是按照政府核定的固定的目錄電價繳納電費,而這個目錄電價中已經(jīng)包含了電廠、電網(wǎng)的所有費用,包括基本的發(fā)電費用,以及進(jìn)行各種輔助服務(wù)的費用。因此,發(fā)電企業(yè)提供的輔助服務(wù),包括基本輔助服務(wù)之外的需要補償?shù)妮o助服務(wù),都不應(yīng)該由負(fù)荷承擔(dān)。
這種模式下,所有發(fā)電企業(yè)有義務(wù)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。輔助服務(wù)市場的設(shè)計,主要是解決不同發(fā)電機組承擔(dān)的、提供的輔助服務(wù)的數(shù)量和質(zhì)量不一樣的問題。這也是為什么目前我國大多數(shù)地區(qū)的輔助服務(wù)由發(fā)電側(cè)承擔(dān)的原因。
電力市場改革后的情況比較復(fù)雜,成本應(yīng)該如何分?jǐn)偛]有絕對的最優(yōu)方案,具體的選擇取決于系統(tǒng)的具體情況。
1.調(diào)峰成本由用戶承擔(dān)。最簡單的是按郵票法,按用戶的用電量比例分?jǐn)傉{(diào)峰成本。
2.調(diào)峰成本仍然由所有發(fā)電機組承擔(dān)。這又有兩種情況。
1)所有發(fā)電機組按各自總發(fā)電量的比例分?jǐn)傉{(diào)峰成本。這種情況下,如果所有發(fā)電機組都參與了分?jǐn)偅宜邪l(fā)電機組都進(jìn)入了中長期電量市場,則這種方法與將調(diào)峰成本分?jǐn)偨o用戶是一樣的,因為發(fā)電機組如果需要承擔(dān)額外的調(diào)峰成本,其在能量市場中的報價就會提高(或者說降價幅度減小),所以最終調(diào)峰成本還是由用戶承擔(dān)。當(dāng)然,如果有部分電廠未進(jìn)入中長期市場、市場對電廠的報價有最高限價、有部分電廠未參與調(diào)峰成本的分?jǐn)偅@些情況都會造成最終的結(jié)果和直接分?jǐn)偨o用戶方案的一些差別。
2)按照某種修正方法修正后的發(fā)電量分?jǐn)傉{(diào)峰成本。也就是說,分?jǐn)傉{(diào)峰成本不是依據(jù)發(fā)電機組總的發(fā)電量,而是基于調(diào)整后的某種發(fā)電量。比如,很多市場中按所在時段機組出力超過基準(zhǔn)負(fù)荷率對應(yīng)的發(fā)電量的值進(jìn)行分?jǐn)偂稍偕茉礄C組,一些市場還考慮往年的發(fā)電情況(是否完成保障性發(fā)電計劃)。這種方法存在的一種問題是,需要分?jǐn)傉{(diào)峰成本的電量減小,相應(yīng)的單價會升高。一般會設(shè)定最高價格,并規(guī)定分?jǐn)偟膬r格超過一定值時的處理方法。
3)兩種方法的比較。不同方法的區(qū)別體現(xiàn)在對相關(guān)責(zé)任、權(quán)利、義務(wù)的考慮不同。第一種方法,認(rèn)為電廠具有出力水平高于基準(zhǔn)負(fù)荷率的權(quán)利,此外沒有其他的義務(wù)。對于機組在基準(zhǔn)負(fù)荷率以上的不同的出力、負(fù)荷率水平不進(jìn)行區(qū)分和補償。調(diào)峰是由負(fù)荷曲線的峰谷差過大造成的,應(yīng)該由負(fù)荷承擔(dān)。在目前無法另外向用戶收費的情況下,調(diào)峰成本由所有機組按照發(fā)電量的比例分?jǐn)偅缟纤觯喈?dāng)于按郵票法分?jǐn)偨o了用戶。第二種方法,則認(rèn)為電廠除了具有出力水平高于基準(zhǔn)負(fù)荷率的權(quán)利,不同的機組具有在相同或相似的負(fù)荷率上發(fā)電的權(quán)利。也就是說,不能讓某臺(某些)機組的出力水平高,而另外一臺(一些)機組的出力水平低。因此,如果機組的實際出力水平不同,則需要承擔(dān)不同的調(diào)峰成本。對可再生能源機組的調(diào)峰成本的分?jǐn)偡绞剑饕彩强紤]其具有的權(quán)利。一般認(rèn)為其具有按照政府核定的保障性發(fā)電量發(fā)電的權(quán)利,如果上一年發(fā)電不足,則本年度減少其需要承擔(dān)的調(diào)峰成本。
五
總 結(jié)
本文從市場設(shè)計基本理論的角度對我國目前的調(diào)峰輔助服務(wù)市場的產(chǎn)品設(shè)計、交易方式、定價方式、成本分?jǐn)偡绞降冗M(jìn)行了討論。市場設(shè)計的一個基礎(chǔ),或者說首要的內(nèi)容是明確各方的權(quán)利、義務(wù)和責(zé)任。這不僅僅是技術(shù)問題,更多的是政策問題,影響到不同市場主體的利益的分配問題,需要在政府等相關(guān)機構(gòu)的協(xié)調(diào)下通過協(xié)商、討論等確定。在相關(guān)權(quán)利、義務(wù)和責(zé)任明確的情況下,對不同市場設(shè)計方面評判的依據(jù)就是效率。市場效率的一個基本原則是邊際原則,即使得所有生產(chǎn)者的邊際成本相同,等于消費者的邊際效益。對我國目前階段的調(diào)峰輔助服務(wù),有以下結(jié)論或建議。
1)深度調(diào)峰服務(wù)是在缺乏分時的現(xiàn)貨市場的情況下的一種特殊的輔助服務(wù)。
2)基準(zhǔn)負(fù)荷率的選取一方面是要考慮對不同機組的公平,另外一方面要盡量增加優(yōu)化調(diào)度的可優(yōu)化空間。從增加優(yōu)化空間的角度,可以適當(dāng)提高基準(zhǔn)負(fù)荷率水平。
3)從提高市場效率的角度,可以將調(diào)峰的報價從按“負(fù)荷率”報價轉(zhuǎn)為按下調(diào)功率報價,以便實現(xiàn)更優(yōu)的調(diào)峰調(diào)度,降低調(diào)峰成本。
4)調(diào)峰成本不同的分?jǐn)偡椒ǜ饔衅鋬?yōu)缺點。在間歇性可再生能源比例增加,調(diào)節(jié)需求增大的情況下,根據(jù)發(fā)電機組不同的負(fù)荷率承擔(dān)不同的調(diào)峰成本是一種可行的思路,但可能存在分?jǐn)們r格高、波動大等問題。
5)大多數(shù)省份已經(jīng)開始了中長期電力交易市場,部分省份開始了現(xiàn)貨市場的建設(shè)。需要盡快在用戶側(cè)電價中增加輔助服務(wù)相關(guān)的項目,以便逐漸理順相關(guān)交易和價格機制。
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2019年3月1日第8期
華南理工大學(xué)教授 荊朝霞
原標(biāo)題:深度調(diào)峰輔助服務(wù)交易和成本分?jǐn)?/div>
責(zé)任編輯:葉雨田
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隨著我國電力市場的逐漸推進(jìn),輔助服務(wù)引起了較多的關(guān)注。關(guān)于輔助服務(wù)的交易方式、補償方式、成本的分?jǐn)偟龋灿行┎煌挠^點,引起了一些
隨著我國電力市場的逐漸推進(jìn),輔助服務(wù)引起了較多的關(guān)注。關(guān)于輔助服務(wù)的交易方式、補償方式、成本的分?jǐn)偟龋灿行┎煌挠^點,引起了一些爭議。其中目前爭議最多的就是調(diào)峰輔助服務(wù):調(diào)峰服務(wù)算不算輔助服務(wù)?調(diào)峰服務(wù)市場應(yīng)該如何設(shè)計?調(diào)峰輔助服務(wù)成本應(yīng)該如何分?jǐn)偅稍偕茉词欠裥枰袚?dān)調(diào)峰成本?應(yīng)該按實際發(fā)電量分?jǐn)傔€是按“超額”發(fā)電量分?jǐn)偅勘疚膹漠a(chǎn)品交易的一些基本原理出發(fā)對這些問題進(jìn)行一些分析。
(來源:能源研究俱樂部 ID:nyqbyj 作者:荊朝霞)
一
調(diào)峰服務(wù)算不算輔助服務(wù)
輔助服務(wù)并沒有統(tǒng)一的定義。簡單的說,輔助服務(wù)是為保證電安全、經(jīng)濟地從發(fā)電傳送到用戶,由發(fā)電、電網(wǎng)或需求側(cè)資源提供的一些服務(wù),如調(diào)頻、調(diào)壓、黑啟動等,不同地區(qū)、不同市場對輔助服務(wù)有不同的定義。輔助服務(wù)中的“輔助”是針對基本的能量服務(wù)而言的,因此什么服務(wù)算輔助服務(wù),與電力市場中基本的能量服務(wù)的定義及相關(guān)的權(quán)利、義務(wù)的規(guī)定有關(guān)。
對于調(diào)峰服務(wù)來說,算不算輔助服務(wù)?要看基本的能量服務(wù)中含不含調(diào)節(jié)的要求。
在以美國PJM為代表的全電量競價現(xiàn)貨市場中,發(fā)電企業(yè)在日前申報相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行報價,ISO通過安全約束機組組合和安全約束經(jīng)濟調(diào)度等形成發(fā)電計劃。這個發(fā)電計劃中已經(jīng)含有機組開停機、發(fā)電曲線等信息,發(fā)電企業(yè)按照能量市場的規(guī)定獲得相關(guān)收益。不同發(fā)電企業(yè)的負(fù)荷率可能不一樣,有些高一些,有些低一些,但不需要額外對負(fù)荷率低的發(fā)電進(jìn)行補償。但這并不意味著不同負(fù)荷率水平的發(fā)電機組獲得的收益相同。不同負(fù)荷率水平的發(fā)電機組的收益是通過不同時間能量市場實時電價的變化來反映、調(diào)整的:系統(tǒng)負(fù)荷較小的谷時段,電價可能較低(甚至可以為負(fù)),而在系統(tǒng)負(fù)荷較大的峰時段,電價可能很高,因此調(diào)節(jié)能力強的機組可以通過在谷時段少發(fā)電而在峰時段多發(fā)電獲得較高的平均電價,調(diào)節(jié)能力較差的機組如果無法在谷時段減小出力,就要接受較低的電價。這樣,通過實時電價的變化,自然引導(dǎo)了發(fā)電企業(yè)主動參與調(diào)峰,而這個調(diào)峰就反映在了基本的能量市場出清中,因此不需要一個額外的“調(diào)峰”市場。
我國大多數(shù)地區(qū)尚未建立以分時電價為基礎(chǔ)的現(xiàn)貨市場,中長期市場中交易的實際是一個較長時間內(nèi)(大多數(shù)地區(qū)是月)的電量。也就是說,發(fā)電機組在中長期市場中得到的是在一定的時間內(nèi)發(fā)一定數(shù)量(千瓦時,兆瓦時)電的合同。但這個電并不是可以隨意發(fā),發(fā)電企業(yè)有義務(wù)遵循相關(guān)的入網(wǎng)協(xié)議、輔助服務(wù)管理等規(guī)定,如很多地方的輔助服務(wù)管理兩個細(xì)則。
在我國大多數(shù)地區(qū)的電廠入網(wǎng)協(xié)議和輔助服務(wù)管理細(xì)則中,一般都對發(fā)電企業(yè)應(yīng)該承擔(dān)的輔助服務(wù)進(jìn)行了規(guī)定,并區(qū)分了“基本輔助服務(wù)”和“有償輔助服務(wù)”。基本輔助服務(wù)是發(fā)電機組接入電網(wǎng)應(yīng)該無償提供的服務(wù),不另外進(jìn)行補償,而發(fā)電機組提供的有償輔助服務(wù)是發(fā)電機組提供的基本輔助服務(wù)之外的其他的輔助服務(wù)。
對調(diào)峰服務(wù),我國大多數(shù)地區(qū)根據(jù)發(fā)電機組的負(fù)荷率水平來規(guī)定其基本調(diào)峰服務(wù)。比如,規(guī)定負(fù)荷率50%以上的發(fā)電調(diào)節(jié)服務(wù)是基本的,不給予另外的補償,而如果機組的出力在50%以下,則需要另外補償。
舉個例子,如果某30兆瓦的發(fā)電機組A在中長期市場中獲得了4月份的1000萬千瓦時的發(fā)電合同,相關(guān)的責(zé)任義務(wù)如下:
調(diào)度機構(gòu):有義務(wù)保證發(fā)電企業(yè)A在4月份發(fā)出1000萬千瓦時的電,在機組出力大于15兆瓦水平上可以隨便調(diào)度。如果在某個時間要求機組A出力水平低于15兆瓦,需要額外付費。
發(fā)電機組A:有權(quán)利在4月份發(fā)出1000萬千瓦時的電,但需要遵循調(diào)度的調(diào)度指令。在出力水平低于15兆瓦時,有權(quán)利獲得一定的調(diào)峰補償。
在這種情況下,發(fā)電機組A提供的出力低于15兆瓦的調(diào)峰服務(wù)即為深度調(diào)峰服務(wù),可以認(rèn)為是其提供的在發(fā)電這個基本服務(wù)之外的一種輔助服務(wù),即深度調(diào)峰輔助服務(wù)。深度調(diào)峰輔助服務(wù)的價格可以通過不同的方式形成,我們在后面再詳細(xì)討論。
注意,在討論調(diào)峰服務(wù)的時候,有些專家/文件的含義是包含向上調(diào)節(jié)、向下調(diào)節(jié)的完整的調(diào)峰服務(wù);而有些專家/文件中的調(diào)峰的含義實際僅僅是向下調(diào)節(jié),而且對電廠而言僅限于“深度調(diào)峰”,即出力低于某個出力水平情況下的向下調(diào)節(jié)的服務(wù)。在我國,大多數(shù)省份的調(diào)峰輔助服務(wù),實際上指的是深度調(diào)峰。本文中,如不另外聲明,后面的“調(diào)峰”均指深度調(diào)峰。
二
調(diào)峰輔助服務(wù)交易的“產(chǎn)品”和需求量
要進(jìn)行一個市場的分析、設(shè)計,首先要明確市場交易的對象,即產(chǎn)品是什么。
調(diào)峰輔助服務(wù)市場中,交易的產(chǎn)品是“功率調(diào)節(jié)”或者更準(zhǔn)確的說是“下調(diào)”這個服務(wù)。在一些情況下,比如負(fù)荷非常小的情況下,在現(xiàn)有的服務(wù)(所有機組出力都高于50%)下,系統(tǒng)無法安全、穩(wěn)定運行,需要一些機組出力降低出力到50%以下(通過某些用戶增加用電也可以解決,這里為了簡化分析僅考慮電廠調(diào)節(jié)的方式)。
市場中對“下調(diào)”這個產(chǎn)品的需求量是多少呢?取決于當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)。在所有機組都在50%的出力水平上,還需要下調(diào)多少才能滿足系統(tǒng)安全運行的需要?對某個確定的時刻,這個量應(yīng)該可以計算出來,是一個確定功率值。比如,某系統(tǒng)在某個時段的負(fù)荷水平為2000兆瓦,總發(fā)電容量為6000兆瓦,則需要調(diào)節(jié)量1000兆瓦(6000/2-2000)。發(fā)電容量中,有30臺100兆瓦機組,100臺30兆瓦機組。
三
賣方市場的設(shè)計
調(diào)峰輔助服務(wù)是由一個集中的機構(gòu)——電網(wǎng)調(diào)度——負(fù)責(zé)組織的一個市場,調(diào)度對調(diào)頻服務(wù)的提供者來說可以認(rèn)為是單一購買者,而對調(diào)頻服務(wù)的需求者來說又可以認(rèn)為是單一銷售者。所以,調(diào)峰輔助服務(wù)市場的設(shè)計可以分開為兩個部分:賣方(供給方)市場的設(shè)計和買方(需求方)市場的設(shè)計。
(一)基準(zhǔn)狀態(tài)的確定
基準(zhǔn)狀態(tài)就是,發(fā)電機組在什么狀態(tài)下算義務(wù)調(diào)峰,什么狀態(tài)下需要額外的補償?基準(zhǔn)狀態(tài)的確定與基本(義務(wù))調(diào)峰服務(wù)的定義有關(guān)。我國大多數(shù)地區(qū)對基準(zhǔn)狀態(tài)的確定都是按負(fù)荷率進(jìn)行的,比如出力在50%以上的調(diào)峰認(rèn)為是義務(wù)調(diào)峰,出力低于50%需要額外補償。京津冀地區(qū)采用了另外一種方式,即按峰谷差率進(jìn)行判斷:發(fā)電機組的峰谷差率小于系統(tǒng)的總體負(fù)荷峰谷差率,認(rèn)為是基本的服務(wù),不另外補償;發(fā)電機組的峰谷差率大于系統(tǒng)的總體負(fù)荷峰谷差率,認(rèn)為是額外的調(diào)峰服務(wù),得到另外的補償。
本文主要對第一種方式進(jìn)行分析,即根據(jù)負(fù)荷率水平確定基準(zhǔn)狀態(tài)。因此調(diào)峰市場的設(shè)計需要確定一個基準(zhǔn)負(fù)荷率,發(fā)電機組出力低于這個負(fù)荷率時可以得到額外的補償,補償?shù)膬r格由市場決定。基準(zhǔn)負(fù)荷率的設(shè)定需要考慮以下兩個大的問題:是否應(yīng)該對所有的機組設(shè)定相同的基準(zhǔn)負(fù)荷率?基準(zhǔn)負(fù)荷率應(yīng)該設(shè)定在什么水平?
1.不同機組的基準(zhǔn)負(fù)荷率
發(fā)電機組出力高于基準(zhǔn)負(fù)荷率時,其調(diào)節(jié)是義務(wù)的、免費的。所以,是否對不同機組設(shè)定相同的基準(zhǔn)負(fù)荷率,主要是一個公平的問題。需要各地根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、歷史上各類機組的電價和調(diào)節(jié)要求等確定。比如,在東北的調(diào)峰輔助服務(wù)市場中,在供熱期和非供熱期,對純凝火電機組和熱電機組采用了相反的基準(zhǔn)負(fù)荷率,就是從公平的角度進(jìn)行的設(shè)計。
2.基準(zhǔn)負(fù)荷率水平
目前,大多數(shù)地區(qū)的調(diào)峰輔助服務(wù)市場設(shè)計中,將基準(zhǔn)負(fù)荷率水平定在50%左右。這一方面是考慮與之前的輔助服務(wù)兩個細(xì)則的銜接,另一方面是考慮機組一般在出力在50%以下時成本會增高較多。
山東的調(diào)峰輔助服務(wù)市場設(shè)計中,將基準(zhǔn)負(fù)荷率設(shè)定在70%。而福建將燃煤火電機組定為60%,核電機組定為75%。這種提高的基準(zhǔn)實際上會提高市場的效率。
因為大多數(shù)火電機組的效率在較大的出力范圍內(nèi)是隨出力的增加(負(fù)荷率的提高)而降低的。在目前僅僅有下調(diào)市場的情況下,在基準(zhǔn)負(fù)荷率以上的調(diào)度大多數(shù)是按照等比例等公平原則調(diào)度的,而在基準(zhǔn)負(fù)荷率以下按照調(diào)峰的報價進(jìn)行調(diào)度。因此,系統(tǒng)相當(dāng)于僅進(jìn)行了單向的優(yōu)化,即僅在基準(zhǔn)負(fù)荷率以下進(jìn)行了優(yōu)化。提高基準(zhǔn)負(fù)荷率的水平,可以提高發(fā)電調(diào)度優(yōu)化的空間。
(二)調(diào)峰服務(wù)的購買
對賣方市場,需要考慮的是,購買的是什么服務(wù)?這里考慮兩種選項:負(fù)荷率、功率。
1.負(fù)荷率。市場的申報、出清、結(jié)算都是按照負(fù)荷率來進(jìn)行的。這是目前我國大多數(shù)調(diào)峰市場的設(shè)計。發(fā)電機組申報的是,在基準(zhǔn)負(fù)荷率以下的不同的負(fù)荷率出力水平上,需要得到的補償。市場出清時,將不同機組相同負(fù)荷率水平的報價疊加,得到每個負(fù)荷率水平上的總報價,最終市場出清得到一個負(fù)荷率水平和市場出清價格。最終中標(biāo)的、入圍提供調(diào)峰服務(wù)的機組,負(fù)荷率水平是相同的(或在同一個等級)。
2.功率。目前尚未看到這種設(shè)計。這種設(shè)計下,和常規(guī)的能量市場報價、出清沒有太多的區(qū)別,每臺機組申報在基準(zhǔn)負(fù)荷率下降低不同的出力需要得到的補償,市場出清的是每個發(fā)電機組具體“下調(diào)”的量以及一個統(tǒng)一的價格。這種方式下,最終中標(biāo)的、入圍提供調(diào)峰服務(wù)的機組,負(fù)荷率可能是不同的。比如,調(diào)節(jié)能力大、調(diào)節(jié)成本低的機組,負(fù)荷率水平可能比調(diào)節(jié)能力小、調(diào)節(jié)成本高的機組的負(fù)荷率更低。
3.兩種方式的比較。可以證明,在按下調(diào)的功率進(jìn)行交易的方式下,最終可以實現(xiàn)不同機組調(diào)峰的邊際成本相等,從而實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)峰成本的最小。按負(fù)荷率進(jìn)行報價的情況下,無法實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)峰成本的最小。
四
買方市場的設(shè)計
買方市場設(shè)計中,首先需要考慮的是,誰是調(diào)峰輔助服務(wù)的買方?誰需要為調(diào)峰輔助服務(wù)付費?這與整體系統(tǒng)、市場的權(quán)利、責(zé)任、義務(wù)等的界定有關(guān)。
在本輪電力體制改革前,廠、網(wǎng)分開,電網(wǎng)公司從用戶按政府核定的目錄電價收費,向電廠按政府核定的上網(wǎng)電價支付。政府核定每個電廠年度的發(fā)電計劃。這種情況下,由于用戶是按照政府核定的固定的目錄電價繳納電費,而這個目錄電價中已經(jīng)包含了電廠、電網(wǎng)的所有費用,包括基本的發(fā)電費用,以及進(jìn)行各種輔助服務(wù)的費用。因此,發(fā)電企業(yè)提供的輔助服務(wù),包括基本輔助服務(wù)之外的需要補償?shù)妮o助服務(wù),都不應(yīng)該由負(fù)荷承擔(dān)。
這種模式下,所有發(fā)電企業(yè)有義務(wù)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。輔助服務(wù)市場的設(shè)計,主要是解決不同發(fā)電機組承擔(dān)的、提供的輔助服務(wù)的數(shù)量和質(zhì)量不一樣的問題。這也是為什么目前我國大多數(shù)地區(qū)的輔助服務(wù)由發(fā)電側(cè)承擔(dān)的原因。
電力市場改革后的情況比較復(fù)雜,成本應(yīng)該如何分?jǐn)偛]有絕對的最優(yōu)方案,具體的選擇取決于系統(tǒng)的具體情況。
1.調(diào)峰成本由用戶承擔(dān)。最簡單的是按郵票法,按用戶的用電量比例分?jǐn)傉{(diào)峰成本。
2.調(diào)峰成本仍然由所有發(fā)電機組承擔(dān)。這又有兩種情況。
1)所有發(fā)電機組按各自總發(fā)電量的比例分?jǐn)傉{(diào)峰成本。這種情況下,如果所有發(fā)電機組都參與了分?jǐn)偅宜邪l(fā)電機組都進(jìn)入了中長期電量市場,則這種方法與將調(diào)峰成本分?jǐn)偨o用戶是一樣的,因為發(fā)電機組如果需要承擔(dān)額外的調(diào)峰成本,其在能量市場中的報價就會提高(或者說降價幅度減小),所以最終調(diào)峰成本還是由用戶承擔(dān)。當(dāng)然,如果有部分電廠未進(jìn)入中長期市場、市場對電廠的報價有最高限價、有部分電廠未參與調(diào)峰成本的分?jǐn)偅@些情況都會造成最終的結(jié)果和直接分?jǐn)偨o用戶方案的一些差別。
2)按照某種修正方法修正后的發(fā)電量分?jǐn)傉{(diào)峰成本。也就是說,分?jǐn)傉{(diào)峰成本不是依據(jù)發(fā)電機組總的發(fā)電量,而是基于調(diào)整后的某種發(fā)電量。比如,很多市場中按所在時段機組出力超過基準(zhǔn)負(fù)荷率對應(yīng)的發(fā)電量的值進(jìn)行分?jǐn)偂稍偕茉礄C組,一些市場還考慮往年的發(fā)電情況(是否完成保障性發(fā)電計劃)。這種方法存在的一種問題是,需要分?jǐn)傉{(diào)峰成本的電量減小,相應(yīng)的單價會升高。一般會設(shè)定最高價格,并規(guī)定分?jǐn)偟膬r格超過一定值時的處理方法。
3)兩種方法的比較。不同方法的區(qū)別體現(xiàn)在對相關(guān)責(zé)任、權(quán)利、義務(wù)的考慮不同。第一種方法,認(rèn)為電廠具有出力水平高于基準(zhǔn)負(fù)荷率的權(quán)利,此外沒有其他的義務(wù)。對于機組在基準(zhǔn)負(fù)荷率以上的不同的出力、負(fù)荷率水平不進(jìn)行區(qū)分和補償。調(diào)峰是由負(fù)荷曲線的峰谷差過大造成的,應(yīng)該由負(fù)荷承擔(dān)。在目前無法另外向用戶收費的情況下,調(diào)峰成本由所有機組按照發(fā)電量的比例分?jǐn)偅缟纤觯喈?dāng)于按郵票法分?jǐn)偨o了用戶。第二種方法,則認(rèn)為電廠除了具有出力水平高于基準(zhǔn)負(fù)荷率的權(quán)利,不同的機組具有在相同或相似的負(fù)荷率上發(fā)電的權(quán)利。也就是說,不能讓某臺(某些)機組的出力水平高,而另外一臺(一些)機組的出力水平低。因此,如果機組的實際出力水平不同,則需要承擔(dān)不同的調(diào)峰成本。對可再生能源機組的調(diào)峰成本的分?jǐn)偡绞剑饕彩强紤]其具有的權(quán)利。一般認(rèn)為其具有按照政府核定的保障性發(fā)電量發(fā)電的權(quán)利,如果上一年發(fā)電不足,則本年度減少其需要承擔(dān)的調(diào)峰成本。
五
總 結(jié)
本文從市場設(shè)計基本理論的角度對我國目前的調(diào)峰輔助服務(wù)市場的產(chǎn)品設(shè)計、交易方式、定價方式、成本分?jǐn)偡绞降冗M(jìn)行了討論。市場設(shè)計的一個基礎(chǔ),或者說首要的內(nèi)容是明確各方的權(quán)利、義務(wù)和責(zé)任。這不僅僅是技術(shù)問題,更多的是政策問題,影響到不同市場主體的利益的分配問題,需要在政府等相關(guān)機構(gòu)的協(xié)調(diào)下通過協(xié)商、討論等確定。在相關(guān)權(quán)利、義務(wù)和責(zé)任明確的情況下,對不同市場設(shè)計方面評判的依據(jù)就是效率。市場效率的一個基本原則是邊際原則,即使得所有生產(chǎn)者的邊際成本相同,等于消費者的邊際效益。對我國目前階段的調(diào)峰輔助服務(wù),有以下結(jié)論或建議。
1)深度調(diào)峰服務(wù)是在缺乏分時的現(xiàn)貨市場的情況下的一種特殊的輔助服務(wù)。
2)基準(zhǔn)負(fù)荷率的選取一方面是要考慮對不同機組的公平,另外一方面要盡量增加優(yōu)化調(diào)度的可優(yōu)化空間。從增加優(yōu)化空間的角度,可以適當(dāng)提高基準(zhǔn)負(fù)荷率水平。
3)從提高市場效率的角度,可以將調(diào)峰的報價從按“負(fù)荷率”報價轉(zhuǎn)為按下調(diào)功率報價,以便實現(xiàn)更優(yōu)的調(diào)峰調(diào)度,降低調(diào)峰成本。
4)調(diào)峰成本不同的分?jǐn)偡椒ǜ饔衅鋬?yōu)缺點。在間歇性可再生能源比例增加,調(diào)節(jié)需求增大的情況下,根據(jù)發(fā)電機組不同的負(fù)荷率承擔(dān)不同的調(diào)峰成本是一種可行的思路,但可能存在分?jǐn)們r格高、波動大等問題。
5)大多數(shù)省份已經(jīng)開始了中長期電力交易市場,部分省份開始了現(xiàn)貨市場的建設(shè)。需要盡快在用戶側(cè)電價中增加輔助服務(wù)相關(guān)的項目,以便逐漸理順相關(guān)交易和價格機制。
原文首發(fā)于《電力決策與輿情參考》2019年3月1日第8期
華南理工大學(xué)教授 荊朝霞
原標(biāo)題:深度調(diào)峰輔助服務(wù)交易和成本分?jǐn)?/div>
責(zé)任編輯:葉雨田
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