摘要

 

為了解決電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行的供需平衡問題并提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,國外典型電力市場均建立了實(shí)時(shí)平衡市場,并取得了成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。而我國當(dāng)前正處于從中長期電量市場向中長期交易和現(xiàn)貨交易過渡的市場模式,目前采取的是電量交易和偏差考核結(jié)算,系統(tǒng)仍按照計(jì)劃調(diào)度方式運(yùn)行,缺乏促進(jìn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡的激勵(lì)機(jī)制,出現(xiàn)了結(jié)算考核費(fèi)用不能有效覆蓋系統(tǒng)平衡成本等問題,亟需建設(shè)適應(yīng)現(xiàn)貨交易的市場化平衡機(jī)制。為此,對國外典型平衡市場的運(yùn)作模式及其結(jié)算方法展開研究,首先總結(jié)了平衡市場的運(yùn)行框架,然后選取采用“輔助服務(wù)市場+調(diào)節(jié)電能市場+不平衡結(jié)算”模式的北歐和英國市場及“一體化交易”模式的美國PJM市場,從平衡資源獲取、平衡責(zé)任劃分和不平衡結(jié)算方法三方面對典型平衡市場進(jìn)行了介紹,分析了不平衡電量結(jié)算和平衡服務(wù)容量成本分?jǐn)傊g的耦合關(guān)系;隨后對兩類平衡市場模式進(jìn)行了對比,分析了不同模式的特點(diǎn)和適應(yīng)性;最后結(jié)合我國當(dāng)前偏差考核結(jié)算機(jī)制存在的問題及市場化平衡機(jī)制的發(fā)展需求,對我國市場過渡期乃至現(xiàn)貨市場開放后的平衡市場建設(shè)提出了相應(yīng)的建議。

 

作者：賀宜恒1, 周明1, 武昭原1, 龍?zhí)K巖2, 徐駿2

 

1．新能源電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué)),北京市 昌平區(qū) 102206

 

2．中國電力科學(xué)研究院(南京),江蘇省 南京市 210003

 

0 引言

 

保持發(fā)用電實(shí)時(shí)平衡是電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要任。為了提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性,反映系統(tǒng)實(shí)時(shí)供需情況和平衡成本,電力市場環(huán)境下有代表性的北歐、英國和美國PJM市場均引入了市場化的平衡管理機(jī)制,即基于實(shí)時(shí)調(diào)度的平衡市場,并取得了成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[1-2]。平衡市場是維持電力供需平衡的制度安排,通常由調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)運(yùn)行,調(diào)度通過調(diào)用平衡輔助服務(wù)、調(diào)節(jié)機(jī)組出力等方式,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)有功平衡[3-7]。盡管平衡市場的總交易電量較少,但它能為電能交易和輔助服務(wù)提供價(jià)格信號,為不平衡電量結(jié)算和系統(tǒng)平衡成本分?jǐn)偺峁┮罁?jù)[8],是現(xiàn)貨市場重要的組成。

 

目前我國電力市場以中長期電量交易為主,由交易中心提前將中長期電量分解到調(diào)度日。為保證系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)供需平衡,調(diào)度部門仍按照傳統(tǒng)調(diào)度模式調(diào)整機(jī)組出力。由于尚未建立現(xiàn)貨市場和有效的市場化平衡機(jī)制,缺乏實(shí)時(shí)價(jià)格信號,帶來了實(shí)際運(yùn)行功率與長期合同分解量出現(xiàn)偏差時(shí)偏差電量結(jié)算難題,偏差考核缺乏依據(jù),偏差結(jié)算缺乏公平性,且無法有效覆蓋系統(tǒng)運(yùn)行成本等問題。隨著交易規(guī)模的增大,以及大規(guī)模波動(dòng)性可再生能源跨區(qū)交易的增加,提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)平衡的難度和重要性,需要現(xiàn)貨市場提供短期價(jià)格信號,以充分發(fā)揮市場資源優(yōu)化配置的能力,而作為現(xiàn)貨市場的重要組成之一的市場化平衡管理機(jī)制尤為重要[9]。

 

鑒于國外典型平衡市場的成功經(jīng)驗(yàn)和中國對市場化平衡機(jī)制的需求,有必要對國外典型電力平衡市場的運(yùn)作和交易結(jié)算模式進(jìn)行研究,為我國建立現(xiàn)貨市場、平衡市場提供參考。為此,本文對3個(gè)國外典型電力平衡市場的運(yùn)作模式及其交易結(jié)算方法展開對比研究,首先總結(jié)了平衡市場的運(yùn)行框架,然后從平衡資源獲取、平衡責(zé)任劃分和不平衡結(jié)算3個(gè)方面詳細(xì)介紹了采用“輔助服務(wù)市場+調(diào)節(jié)電能市場+不平衡結(jié)算”模式的北歐和英國市場及采用“一體化交易”模式的美國PJM市場,分析了不平衡電量結(jié)算和容量成本分?jǐn)傊g的耦合關(guān)系。隨后對2類平衡市場模式進(jìn)行對比,分析了不同模式的特點(diǎn)和適應(yīng)性。最后梳理了我國當(dāng)前系統(tǒng)平衡和偏差考核結(jié)算機(jī)制的現(xiàn)狀和平衡市場發(fā)展需求,進(jìn)而對我國電力市場過渡期乃至現(xiàn)貨市場開放后的平衡市場設(shè)計(jì)提出了相應(yīng)的建議。

 

 

典型電力市場通過引入市場化的平衡管理機(jī)制,有效銜接了開放分散的市場運(yùn)營與系統(tǒng)化的集中調(diào)度,保證了市場環(huán)境下系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性,同時(shí)起到發(fā)現(xiàn)實(shí)時(shí)價(jià)格的功能[1]。歐洲大陸將基于市場的平衡管理機(jī)制稱之為平衡市場,英國稱為平衡機(jī)制(balancing mechanism,BM),美國則稱之為實(shí)時(shí)平衡市場[7,10-11]。為方便敘述,除特別說明外,本文將其統(tǒng)稱為平衡市場。平衡市場由調(diào)度組織運(yùn)行,調(diào)度通過調(diào)用提前獲取的平衡資源,組織實(shí)時(shí)電能交易來進(jìn)行功率平衡和阻塞管理[2]。

 

市場環(huán)境下,調(diào)度職能歸屬系統(tǒng)運(yùn)營商(system operator,SO)。除SO外,參與平衡市場運(yùn)行和結(jié)算的市場成員包括平衡資源提供方(balance service provider,BSP)、平衡責(zé)任方(balance responsibility party,BRP)和結(jié)算機(jī)構(gòu)等。其中,BSP是提供平衡資源的市場成員,在實(shí)際運(yùn)行中根據(jù)系統(tǒng)頻率變化或調(diào)度指令改變自身出力或負(fù)荷,以幫助系統(tǒng)恢復(fù)平衡。BRP是承擔(dān)平衡責(zé)任并參與不平衡結(jié)算的市場成員或其代理,它既可以是某個(gè)市場成員的一部分,如一個(gè)發(fā)電廠的某一個(gè)機(jī)組,又可以是多個(gè)市場成員的組合。結(jié)算機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)平衡資源補(bǔ)償和不平衡電能結(jié)算。

 

平衡市場的運(yùn)行框架如圖1所示。在實(shí)時(shí)運(yùn)行前,SO需通過市場機(jī)制獲取平衡資源。平衡資源包括平衡輔助服務(wù)(簡稱平衡服務(wù))和平衡電能兩類,前者指維持系統(tǒng)有功和頻率穩(wěn)定的輔助服務(wù),通常包括頻率響應(yīng)、調(diào)頻和備用3類。SO作為單一買方,負(fù)責(zé)組織輔助服務(wù)市場,并按照系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)則購買一定容量的平衡服務(wù)。平衡服務(wù)按“容量可用性”為標(biāo)的進(jìn)行交易,報(bào)價(jià)被出清的BSP需要在實(shí)時(shí)運(yùn)行中保留相應(yīng)的容量供SO調(diào)度,即使不被調(diào)用也可獲得報(bào)酬,被調(diào)用后產(chǎn)生的電量也可在電能市場結(jié)算,因此可以說平衡服務(wù)具有容量和電量2個(gè)屬性[3,12-13]。而平衡電能又稱為調(diào)節(jié)電能或上下調(diào)電能,由SO作為單一買方在調(diào)節(jié)電能市場中購買,通常在日前市場結(jié)束后開啟交易,至實(shí)時(shí)運(yùn)行前結(jié)束。平衡電能以電量為交易標(biāo)的,按運(yùn)行中實(shí)際被調(diào)用的電量進(jìn)行結(jié)算,不進(jìn)行容量補(bǔ)償,類似于無容量支付的備用,僅具有電量屬性。

 

 

圖1 平衡市場的運(yùn)行框架圖

 

在實(shí)時(shí)運(yùn)行期間,SO通過頻率響應(yīng)、調(diào)頻等進(jìn)行快速平衡,維持頻率穩(wěn)定,當(dāng)通過超短期負(fù)荷預(yù)測發(fā)現(xiàn)潛在的能量不平衡時(shí),SO則會主動(dòng)調(diào)整上下調(diào)電能報(bào)價(jià)或是備用機(jī)組的出力。市場成員實(shí)際發(fā)用電量與交易計(jì)劃有差異的部分,被視為與SO間的實(shí)時(shí)電能交易,在事后進(jìn)行不平衡電量結(jié)算。

 

在運(yùn)行結(jié)束后,結(jié)算機(jī)構(gòu)從交易機(jī)構(gòu)獲取交易信息,從SO獲取計(jì)量信息和平衡資源的調(diào)用信息,對產(chǎn)生不平衡的BRP開展不平衡結(jié)算,并向提供平衡服務(wù)和上下調(diào)電能的BSP進(jìn)行支付。

 

 

2.1 北歐平衡市場的運(yùn)行和結(jié)算模式

 

北歐電力市場依據(jù)歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營商聯(lián)盟ENTSO-E的標(biāo)準(zhǔn),將平衡資源分為頻率控制備用(frequency containment reserve,FCR)、頻率恢復(fù)備用(frequency restoration reserve,FRR)兩大類,后者又分為自動(dòng)FRR(automatic FRR,aFRR)和手動(dòng)FRR(manual FRR,mFRR)[14]。FCR屬于一次調(diào)頻,能保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在額定頻率的±0.1 Hz內(nèi),能在1 min內(nèi)響應(yīng);aFRR主要通過AGC實(shí)現(xiàn),可在5 min內(nèi)響應(yīng);mFRR是可在15 min內(nèi)響應(yīng)的備用服務(wù)。SO可在輔助服務(wù)市場中與BSP簽訂合約獲取上述資源,合約以容量為標(biāo)的物,交易模式以日前自愿投標(biāo)為主[3,15-17]。

 

mFRR作為北歐地區(qū)最主要的平衡資源,為保證其充分有效供應(yīng),除了通過輔助服務(wù)市場鎖定一定的容量外,還需要調(diào)節(jié)電能市場(regulating power market,RPM)作為支撐。RPM在日前市場結(jié)束后開啟,在實(shí)時(shí)運(yùn)行前關(guān)閉,具有額外調(diào)節(jié)能力的市場成員可以提交上下調(diào)能量報(bào)價(jià),該報(bào)價(jià)可視為無容量補(bǔ)償?shù)膍FRR。此外,已經(jīng)簽訂中長期mFRR服務(wù)合同的市場成員可以參與RPM的能量報(bào)價(jià)。當(dāng)系統(tǒng)備用容量不足時(shí),SO還會開設(shè)額外的備用市場,如峰荷備用市場等,簽訂了備用合約的BSP被強(qiáng)制要求能量報(bào)價(jià)[18]。為了消除中小用戶面臨的提供平衡服務(wù)的屏障,北歐在現(xiàn)有平衡市場的基礎(chǔ)上,建立了試點(diǎn)性的Ecogrid EU市場,該市場是一個(gè)無報(bào)價(jià)的實(shí)時(shí)市場,小容量分布式電源和終端用戶可根據(jù)接收到的實(shí)時(shí)電價(jià)做出提供平衡資源的響應(yīng)[19]。此外,北歐地區(qū)的平衡資源的跨國交易也取得了成功的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)[13]。

 

在平衡資源的調(diào)用策略上,北歐SO按平行調(diào)用法調(diào)用aFRR,按排隊(duì)法依次調(diào)用mFRR。當(dāng)價(jià)區(qū)之間出現(xiàn)阻塞時(shí),啟動(dòng)特殊調(diào)節(jié)機(jī)制,并由2個(gè)價(jià)區(qū)的SO共同決定是否將原有的報(bào)價(jià)隊(duì)列分開。

 

 

 

 

表1 北歐平衡服務(wù)的容量補(bǔ)償結(jié)算方式

 

eSett作為專門結(jié)算機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)瑞典、挪威和芬蘭的不平衡結(jié)算,而在丹麥仍由Energine.dk負(fù)責(zé)。北歐平衡市場的運(yùn)行時(shí)段長度為1h,出清的上下調(diào)電價(jià)為該時(shí)段被調(diào)用的邊際mFRR能量報(bào)價(jià)。不平衡電量根據(jù)上下調(diào)電價(jià)和日前電價(jià)對不平衡電量進(jìn)行結(jié)算,其中,發(fā)電不平衡量采用兩價(jià)法結(jié)算,用電不平衡量采用一價(jià)法結(jié)算,文獻(xiàn)[20]對該結(jié)算方法進(jìn)行了整理。eSett還根據(jù)BRP的實(shí)際發(fā)用電量收取結(jié)算手續(xù)費(fèi),以支付部分平衡容量成本[22]。