電力市場環境下灌區梯級水電站競價上網策略研究

韓貽明，蘇佩超，孫永紅，劉佳，朱麗曉，王國麗

（1.國家能源集團新疆吉林臺水電開發有限公司,新疆 伊犁 835199；2.國電南京自動化股份有限公司,江蘇 南京 210000）

1 前言

我國電力供需形式已由供不應求轉變為供大于求,為了實現電力工業的長期可持續發 展,我國電力市場的改革朝著“廠網分開、競價上網”的方向進行,以發電企業作為主體參與市場競爭。此項改革前期僅停留在火電競爭階段。但隨著電力市場的不斷深化,水電作為電能主要組成部分,競價上網勢在必行。

2 電力市場特點及交易類型

電力市場最大的特點是產品的不可存儲,這就要求供需量相對平衡。目前電力市場主要的交易類型包括：年月合約市場、日前市場[1]、實時平衡市場等多種交易,各交易類型互相補充。

（1）年月合約市場：是保證電價穩定、防止壟斷的重要手段,分為年度合約和月度合約,分別以年和月為單位競價上網。

（2）日前市場：介于年月合約市場與實時平衡市場之間,價格波動較大,有一定風險。將年度合約、月度合約電量分解到天。

（3）實時平衡市場：用來調節日前市場中計劃出力與實際負荷之間的偏差。

3 水電競價上網現狀

與上述交易類型對應的交易方式,分別是：年月合約申報、發電權交易[3]、報增減、實時平衡調度機制[5]。

（1）年月合約申報：主要包括合約電量、合約電價。如何報出合理的電量和電價,兼顧到企業利潤和中標概率,是各發電企業需要面對的問題。

（2）發電權交易：用來解決由于水電豐枯水問題造成的發電能力不確定問題,對年月市場進行調整。目前以水火置換方式為主。發電企業根據平等自愿的原則,進行合約電量轉讓,詳細的發電權流程可參見相關文獻[3]。

（3）報增減：是在日前交易的基礎上,建立的機組出力微調交易,主要是為了避免水電棄水問題,因此具有一定的強制性,詳細流程可參見相關文獻[4]。

（4）實時調度平衡機制：用于維持電力系統電能平衡,并保證電力系統運行的安全穩定性。主要包括：后續時段的實時平衡調度交易、實時平衡輔助服務、線路或斷面潮流實時校正等。詳細流程參見相關文獻[5]。

4 喀什河梯級電站水電競價策略

4.1 流域及梯級電站特點

4.1.1 洪水特點

洪水過程復雜,伊犁河流域是新疆降水最豐沛的地區之一,有干 旱區“濕島”之稱,洪水過程可分為消融型洪水和消融與暴雨疊加型的混合洪水。

4.1.2 水庫調蓄特點

（1）梯級電站一共有五級,其中有一級、二級、四級三個電站都是攔河引水式和徑流式電站,基本無調節能力；

（2）第三級電站（吉林臺一級）和第四級電站（尼勒克電站）之間隔著吉林臺二級電站,此電站是日調節電站,出庫流量隨機性較大；

（3）各級電站都承擔了生態流量任務,三級、四級、五級電站承擔了灌溉任務,灌溉計劃要根據作物面積、作物結構逐年進行調整。

4.2 競價上網策略

針對以上特點和三種交易類型,水電競價上網可采取相對應的競價上網策略。

4.2.1 年月合約申報

（1）電量申報

喀什河梯級電站全年各時段各站出力情況見表1和表2,匯總表見表3。

表1 2019年全年各時段各站出力情況表單位：億kW·h

表2 2020年全年各時段各站出力情況表單位：億kW·h

表3 歷年各時段出力匯總表 單位：億kW·h

圖1 歷年各月出力統計曲線

根據以上統計分析數據可以看出,歷年各月平均出力和全年匯總出力,有一定的偏差,這主要是由于豐水年和枯水年的影響。為此,分別采用平均值上下浮動法,以平均值為基準,加上豐平枯水年影響,以此值作為年月合約申報電量：

式中：TotalPower是申報電量；AveragePower是年月出力平均值；k 為系數；f是洪水頻率；根據中長期來水預報成果確定。

（2）電價申報

電價的確定,關系到中標概率和企業利潤,是比較關鍵的因素。

目前,新疆電網公司口徑總裝機8553.5 萬kW,其中,火電4874.6萬kW,占比57.81%；水電695.40 萬kW,占比8.10%；風電1920.1萬kW,占比21.89%；光伏951.6萬kW,占比10.42%；其他111.70萬kW,占比1.30%,同口徑用電負荷僅約3000萬kW,供需矛盾較為突出,同時風電和光伏等新能源機組在供給側占據較大的比重。根據新疆的發電上網序列和氣候條件,風電和光伏等新能源機組占據發電第一序列,且發電成本較低,對水電的發電負荷影響較大。

基于貝葉斯博弈的競價上網模型[2]研究表明：參與競價的企業數越多,各企業的報價更趨于理性,當所有發電企業均采用線性策略時,各企業通常會把自己預測值的（n-1）/n作為自己的報價。

據公開資料顯示,風、光、水發電成本主要包括機組成本、建設成本、運維成本、人員成本與材料費等；火電成本除了這些成本之外,還包括燃料成本,占發電成本50%~70%。

幾種發電方式相比較而言,火電成本較高,其他幾種方式成本類似,因此,應主要針對光伏和風電企業歷史報價和報價趨勢進行分析,以不高于風電和光伏平均報價為準則,確保爭取到合理市場份額。

4.2.2 發電權交易

針對喀什河梯級實際情況,可以考慮與火電廠及光伏電廠合作,進行發電權交易。

（1）可與有合作意向的火電廠進行合作。由于火電廠燃料成本是硬成本,且占發電成本50%~70%,因此對于火電廠來說,豐水期出讓發電權,節約煤炭資源,枯水期購買發電權,可獲取合理利潤；對于水電廠來說：豐水期購買部分發電權,可避免棄水,減少損失,枯水期出讓發電權,防止水庫拉空影響水庫性能和其他用水需求。

（2）可與有合作意向的光伏電廠進行合作。在汛期,如果陰雨天較多,輻照能量嚴重不足,使得光伏系統的功能性大打折扣；同時,陰雨天較多導致來水量偏多,陰雨天蒸發減少。因此對于光伏電廠來說,陰雨天較多時出讓發電權,晴天多時購買發電權；對于水電廠來說,陰雨天較多時購買部分發電權,晴天多時出讓發電權,正好可以形成互補。

（3）對于喀什河地區,還需要考慮融雪問題,陽光充足時,融雪會引起來水增加,此時光伏電廠發電能力沒有減弱,需要結合天氣預報,分析風電發電廠是否有合作的可能。

4.2.3 報增減

喀什河流域梯級水電站報增減策略如下：

（1）在豐水期,水位低時,應以一個略低的價格報增出力,購買到份額后,可以為后續騰出庫容,購買不到也不太影響后續水庫調蓄；在水位高時,應以一個略高的價格報增出力,因為此時必須要爭取到份額,以避免棄水。

（2）在枯水期,前期以一個略高的價格報減出力,如果能出讓部分份額,可以增加利潤,出讓不了也沒關系；后期以一個略低的價格報減出力,因為此時必須要爭取到份額,降低出力,以避免春灌期間水資源短缺。

（3）以上均要通過歷史資料、當前降雪情況、天氣情況進行分析后,慎重決策。

4.2.4 實時平衡調度機制喀什河流域梯級水電站參與實時平衡交易策略如下：

由于其交易量可能很小,電價波動卻可能很大,因此,對于水電機組來說,由于機組啟停靈活,啟停成本可以忽略不計,因此可以適當參與實時平衡交易,即使下調出力,也可以在下一個時段上調出力,因為按照統計規則,上調出力和下調出力幾率應該均等的,對總的出力影響不大。

4.2.5 灌區緩沖作用

喀什河流域下游灌區引水樞紐(渠首)每日計劃引水量見表4。

表4 灌溉引水計劃表

梯級電站全年平均入庫流量分別為：62.65 m3/s,73.32 m3/s,117.2 m3/s,61.7 m3/s~112 m3/s,127.9 m3/s,總的平均入庫流量442.77 m3/s~493.07 m3/s,灌溉高峰時,灌溉流量約占40%。

灌溉任務的特點是彈性較大,在水量充足時,可在限度范圍內適當多灌溉,利用田間渠道保持土壤濕度,在水量不足時,土壤濕度略有下降,也不會有太大影響,因此對小幅度的發電流量變化起到一個緩沖作用,對水電競價上網尤其是參與實時平衡調度機制調節,有較大作用。

5 結語

通過以上水電競價策略,可基本保證梯級電站綜合效益不低于競價上網之前。由于水電參與競價上網的歷史不長,可供參考的經驗不多,加上水電自身種種條件限制,尤其是來水不確定的局限性,對水電競價上網也造成了一定的影響。在實際運行過程中,要不斷地積累經驗,分析市場規律,分析風電、光伏、火電等各發電企業在全年各時段、各種天氣情況下的運行特點以及相應的報價行為,積極探索風光水火互補的方法,為能源和環境的可持續發展提供更好的解決方案。