一種適用于多種電源結構的 電力調峰輔助服務市場

李正文，劉 剛，許 靜，高 凱，韓子嬌

(1.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

專 論

一種適用于多種電源結構的 電力調峰輔助服務市場

李正文1，劉 剛1，許 靜2，高 凱1，韓子嬌2

(1.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

輔助服務是指為了保障電力系統安全、經濟、優質運行，一般由發電商提供的除正常電能生產外的額外服務。在不同的電力市場中，由于電源結構、電網結構和負荷特性的不同，所需要的輔助服務種類和數量均不相同。介紹了一種應用于多種電源結構、市場參與者自主決策的電力調峰輔助服務市場，對其價格形成機制、服務調用流程、跨省調峰交易以及補償分攤方式進行了詳細描述，期望對我國電力輔助服務市場建設有所啟示。

輔助服務；電力調峰；跨省調峰；交易機制

輔助服務貫穿電力系統運行的全過程，是發電企業、電網運營企業和電力用戶提供的用于保證系統安全、電力交易和電能質量的服務。根據其作用和對系統貢獻的不同，一般分為以下幾類[1]：用于平抑系統正常波動的服務，如一次調頻、自動發電控制、無功與電壓控制等；用于避免電力缺額的服務，如旋轉備用、負荷管理等；用于解決電力供應過剩的服務，如發電機組深度調峰、啟停調峰以及系統故障后恢復服務，如黑啟動容量等。其中，頻率控制、無功支持、旋轉備用、黑啟動服務為較常用的輔助服務[2]。

在傳統的垂直管理體制下，發、輸、配、供電都屬于同一電力公司，輔助服務根據系統需求由調度機構強制調用，其目標是在保證系統安全的前提下使總運營成本最低，不存在輔助服務定價及公平調用的問題。而在發電側放開的市場格局下，發電商成為獨立的市場主體，經濟高效發電成為它們的追求目標，輔助服務的供應充裕度及調用模式均發生了較大變化[3-4]。

“十二五”以來，我國風電、核電等清潔能源快速發展，北方地區的供熱機組容量及運行占比大幅增加。截止2015年10月底，遼寧省內風電及核電等清潔能源裝機占比達到21.7%，冬季供暖季(每年11月至次年3月)，熱電機組運行占比達到85.6%，電源調峰能力嚴重下降，低谷電力平衡及清潔能源消納十分困難，建立高效實用的調峰輔助服務市場成為各方關注的焦點。

1 遼寧電力調峰市場概述

1.1市場發展歷程

遼寧電力輔助服務市場是東北區域電力輔助服務市場的一部分，依照原國家電監會東北電監局印發的《東北區域并網發電廠輔助服務管理辦法實施細則》運作，主要經歷3個發展階段。第一階段是試運行階段，從2008年開始，此階段主要從事技術支持系統建設工作，同時進行模擬考核，不實際結算。第二階段是正式運行階段，于2010年正式啟動，在此階段，火電、風電機組被設計為有償調峰服務的提供者，按照調度指令，通過低谷時段提供的額外調峰服務(風電機組指棄風調峰)獲取補償(按照0.5元/kWh給予補償)；水電機組視為基本調峰機組，不參與有償調峰費用的分攤和補償；核電機組視為有償調峰服務的獲益者，僅參與有償調峰費用的分攤，不給予補償。此階段有償調峰服務的調用模式仍為傳統的強制性調用，發電企業根據調度指令被動參與調峰市場，各省級電網的調峰輔助服務市場獨立運作與結算，相互之間沒有直接聯系。第三階段從2014年10月開始，對市場交易規則進行了較大修改，尊重市場主體的主觀意愿，引入了日前競價、日內出清的市場模式，同時增加了聯絡線跨省調峰交易，將市場范圍由省級電網擴展至東北區域電網，全區域內所有參與調峰輔助服務市場的發電企業統一計算、分省結算。

1.2調峰輔助服務分類

遼寧調峰輔助服務市場主體為省調直接調度的火電、風電、核電、水電、光伏發電企業。火電機組是有償調峰輔助服務的供應者，參與范圍為10萬kW及以上容量；風電、光伏電站等間歇性電源以及核電機組視為不具備調峰輔助服務能力，是調峰服務的獲利者，僅參與有償調峰費用的分攤；水電機組僅提供基本調峰服務，不參與有償調峰服務的補償與分攤。

1.2.1 基本調峰服務

基本調峰輔助服務定義為火電廠單位統計周期內平均調峰率小于或等于48%時所提供的調峰輔助服務。如式(1)：

σ=(Gmax-G)/Gmax×100%

(1)

式中：σ為平均調峰率；Gmax為最大可發電量，指按照機組額定容量所計算的單位統計周期內的發電量；G為實際發電量，指機組在單位統計周期內的發電量。

1.2.2 有償調峰服務

按照補償方式分為深度調峰、啟停調峰以及聯絡線跨省調峰3種。

深度調峰：指調峰率σ大于48%時所提供的調峰服務。

啟停調峰：指火電機組按照調度指令，在規定時間內完成啟停機所提供的有償調峰。

聯絡線跨省調峰：指為減少風電棄風，通過日內調整省間聯絡線計劃進行的跨省有償調峰支援。

1.3有償調峰服務交易流程

遼寧調峰輔助服務市場按照日前集中競價、日內調用出清、月度統計結算的程序實施。市場總體流程見圖1。

圖1 遼寧電力調峰輔助服務市場總體流程

2 省內有償調峰補償與分攤

有償調峰服務包括火電機組深度調峰服務和火電機組啟停調峰服務。深度調峰服務費用由火電機組根據調峰率參與分攤或補償。風電、核電機組僅參與輔助服務費用的分攤。

2.1有償調峰價格

火電機組提供的有償調峰服務價格通過日前集中競價、日內調用出清的市場機制形成。

2.1.1 日前集中競價

火電企業每日10時前，根據自身意愿，向調度機構申報次日深度調峰、啟停調峰有償服務報價以及機組有功出力可調空間。

深度調峰服務采用“階梯式”補償機制，根據調峰率劃分三檔補償價格。火電企業在各檔調峰限價區間內自愿浮動報價，見表1。

表1 火電機組深度調峰報價分檔 元/kWh

火電機組啟停調峰有償服務采用一次性補償機制，根據機組額定容量分別設置相應補償價格上限。火電企業可以根據自身啟停調峰成本在最高限價內自愿下浮報價，見表2。

表2 火電機組啟停調峰補償價格分檔

2.1.2 日內調用出清

調峰輔助服務遵循“按需調用，優先調用基本調峰輔助服務”的原則，由調度機構按照日前競價形成的報價由低到高的順序進行調電，并通過技術支持系統向各火電企業公開發布。對于特殊情況下由調度機構臨時調用的額外深度調峰或機組應急啟停調峰服務，按照調峰率σ對應補償分檔的報價上限執行。

有償調峰服務按照檔內出清價格結算。檔內出清價格指當日單位統計周期內實際發生調峰補償的最高報價。

2.2深度調峰服務補償

按照電力調度指令，調峰率大于48%的火電機組獲得深度調峰補償。補償費用根據火電機組不同調峰深度所對應的三檔報價采用“階梯式”補償機制計算，具體補償金額如式(2)：

(2)

全省有償調峰補償費用如式(3)：

(3)

式中：R為全省有償調峰補償總金額；n為全省獲取有償調峰補償的火電機組臺數。

2.3深度調峰費用分攤

2.3.1 火電分攤方法

調峰率小于48%的火電機組參與深度調峰費用分攤。其中：參與分攤的火電機組根據實際調峰率的不同，按照“少調多罰”的原則，分三檔依次加大分攤比重。具體的分攤算法如式(4)—(6)：

(4)

(5)

(6)

(7)

2.3.2 風電分攤方法

根據風電場實際發電量比例進行分攤，同時考慮風資源差異，通過設定修正系數，減少風資源較差風電場的分攤金額。具體算法如式(8)：

(8)

式中：sw為風電場深度調峰分攤費用；gw為風電場實際發電量；kw為風電場發電量修正系數。當風電場利用小時數h>1 700 h，kw=1；當700

2.3.3 核電分攤方法

考慮核電機組發電出力不能頻繁調節的技術特點，僅設定核電機組負荷率超過52%以上的部分電量參與分攤。具體算法如式(9):

(9)

2.3.4 分攤費用約束機制

設置了風電場和火電廠有償調峰服務分攤金額上限，防止調峰能力差的發電商承擔過大的有償調峰分攤費用。當調峰費用大于分攤上限時，按分攤金額上限進行支付。具體的算法如式(10)—(12)：

(10)

(11)

(12)

因風電場調峰分攤費用階梯修正或火電廠、風電場分攤費用達到上限，導致補償金額存在資金缺額時，通過下面方式進行平衡。

a. 上年度新機并網調試差額資金的50%填補調峰補償金額缺口。

b. 仍然存在調峰補償缺額時，由調峰率高于48%的火電機組分攤，如式(13):

(13)

2.4應急啟停調峰補償與分攤

火電機組啟停調峰實行一次性定額補償，按月進行統計和結算。補償費用按照當日實際發生啟停調峰的同容量級別機組的最高報價出清，用除該機組外的其他火電機組、風電場、核電廠月度深度調峰分攤費用比例進行分攤。具體算法如式(14)：

(14)

3 跨省有償調峰輔助服務

當省級調峰市場無法解決本省電網調峰(包括棄風)問題時,區域調度機構組織各省級調度開展跨省調峰輔助服務。跨省調峰輔助服務僅對深度調峰部分進行補償和分攤。跨省調峰價格為支援提供省內實際發生的深度調峰各檔出清電價；跨省調峰電量為支援提供省內火電機組在各有償調峰分檔區間內的未發電量。補償費用計算如式(2)、式(3)所示。

跨省調峰輔助服務補償和分攤費用與相關省的省內調峰費用一并統計和結算。支援提供省的補償費用優先用于支付省內火電機組深度調峰補償費用，跨省調峰服務補償上限為省內實際發生的全部深度調峰有償服務補償費用。被支援省的跨省調峰服務分攤費用按省內機組的深度調峰費用分攤比例分攤。具體算法如式(15)：

s?t、s?w、s?n=(st、sw、sn)/S×R?

(15)

式中：s?t、s?w、s?n分別為各火電機組、風電場、核電廠月度跨省調峰分攤金額；R?為跨省調峰服務補償總費用。

4 市場運行情況

選取2013年和2014年11—12月份有償調峰結算數據作為算例進行分析。在當前模式下，火電企業是有償調峰的唯一提供者，通過自主競價，直接影響市場的出清價格。為了獲得最大收益，火電企業更加關注電網調峰需求，根據市場出清情況，優化燃煤摻燒配比，及時消除設備缺陷，主動保障機組調峰能力。與初期市場相比，當前市場在優化配置調峰資源方面發揮了更大作用。詳見表3、表4。

表3 2013—2014年供暖期有償調峰費用補償情況萬元

注：冬季供暖期是遼寧電網低谷調峰最為困難的時期，此階段有償調峰交易最為活躍。

表4 2013—2014年供暖期火電機組調峰率情況 %

由表3、表4可見，與2013年的初期市場相比，2014年11—12月份，火電機組有償調峰補償金額同比增長26%，機組綜合調峰率提升1.31%，對應多接納風電電力25萬kW。特別是11月供暖初期，有償調峰補償金額同比增長52%，調峰率同比提升1.58%，說明供暖初期熱電機組的調峰能力得到了充分利用，解決了長期以來熱電企業以供熱為由消極參與電網調峰的問題。

另外，在當前模式下，風電企業僅參與有償調峰費用分攤，不再獲得棄風調峰補償，在市場初期由火電企業承擔的全部調峰費用，改由不提供有償調峰服務的火電、風電及核電企業共同承擔，體現了誰受益誰付費的市場原則。當前模式下有償調峰費用分攤比例見圖2。

圖2 2014年11—12月有償調峰服務費用分攤比例

由圖2可見，供暖初期，火電企業在滿足基本供熱需求的前提下，積極參與調峰市場交易，深度調峰分攤費用比例比供暖中期降低9.5%；風電企業是深度調峰服務的獲益者，分攤了較多的深度調峰補償費用，分攤費用比例比供暖中期升高8.7%。供暖中期，火電機組的供熱需求增加，機組深度調峰能力下降，有償調峰分攤費用比例上升。

跨省調峰作為省級電網調峰市場的補充，補償費用與省間聯絡線電力曲線形狀以及相關省級電網的調峰能力、風電發電情況密切相關。2014年11月供暖初期，由于省外火電機組的調峰能力較強，當省內風電消納空間不足時，省外火電機組提供了較多的跨省調峰服務，產生了較多的跨省調峰分攤費用；供暖中期，省外火電機組的深度調峰能力下降，對省內調峰市場的支援減少，跨省調峰分攤費用隨之大幅下降。如圖3所示。

圖3 2014年11—12月跨省調峰服務費用分攤情況

5 結論

本文介紹了一種應用于多種復雜電源結構的電力調峰輔助服務市場，對其價格形成機制、服務調用流程、跨省調峰交易以及補償分攤方式進行了詳細描述。通過實際運行數據，可以得出以下幾點結論。

a.調峰服務價格由市場競價形成，調動了火電企業提供深度調峰服務的積極性，有效發揮了市場資源配置的重要作用。

b.補償分攤方式考慮了不同類型機組的固有調峰特性，兼顧了不同企業的利益訴求，體現了“責權利對等”的基本原則。

c.跨省調峰交易是對省級調峰輔助服務市場的有益補充，在一定程度上起到了區域電網調峰互濟的作用。但是由于跨省調峰電量與省間聯絡線受電計劃密切相關，因此在省間調峰支援補償方面仍存在較大的計劃經濟模式，需要結合我國電力體制改革進展深入討論研究。

[1] 葛 炬,張粒子,周小兵.電力市場環境下輔助服務問題的研究[J].現代電力,2003,20(1)：80-85.

[2] 趙大溥,陳志姚,鐘 金,等.電力市場環境下輔助服務市場的實現[J].中國電力,2007, 40(2)：80-84.

[3] 黃永皓,尚金成,康重慶,等.電力輔助服務交易市場的運作機制及模型[J].電力系統自動化,2007,27(2)：33-36.

[4] 劉廷輝.電力市場化進程中若干問題的探討[J].黑龍江電力,2008,30(2)：81-85.

One Market of a Variety of Power Structures for Peaking Regulation Ancillary Service

LI Zhengwen1, LIU Gang1, XU Jing2, GAO Kai1, HAN Zijiao2

(1. State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

Ancillary services means additional services which protect the power system security, economic and high-quality operation.It is usually provided by the production of electricity generation company in addition to the normal outside. Due to the different power structure, grid structure and load characteristics, type and quantity of ancillary services required, electricity markets are different. This article describes one power peaking ancillary services market which includes power structures used in a variety of market and participants autonomous decision-making. It describes in details form.Its price formation mechanism, the service call process, as well as inter-provincial transactions peaking compensation payments and hopes building some inspiration for China’s power ancillary services market.

ancillary services; power peaking regulation; power peaking regulation across provinces; trading mechanism

F426.61

A

1004-7913(2017)08-0001-05

李正文(1980)，男，碩士，高級工程師，從事發電調度及新能源管理工作。

2017-05-10)