湖南電力輔助服務(wù)深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟規(guī)律探討

羅炳華，胡浩遠(yuǎn)

（1.五凌電力有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 引言

經(jīng)過多年發(fā)展，我國電力市場(chǎng)體系構(gòu)建穩(wěn)步有序推進(jìn)，多元競(jìng)爭(zhēng)主體格局初步形成，市場(chǎng)化交易電量比重大幅提升，市場(chǎng)在資源優(yōu)化配置中作用明顯增強(qiáng)。2021年，全國市場(chǎng)化交易電量3.7萬億kW·h，同比增長(zhǎng)17.2%，占全社會(huì)用電量的44.6%，是2015年市場(chǎng)化交易電量的近7倍，年均增長(zhǎng)約40%。以省級(jí)電力市場(chǎng)為基礎(chǔ)、以跨省跨區(qū)市場(chǎng)為突破、以全國統(tǒng)一電力市場(chǎng)為方向的電力市場(chǎng)建設(shè)初見雛形[1]。

2020年5月15日，湖南能監(jiān)辦印發(fā)了《湖南省電力輔助服務(wù)市場(chǎng)交易模擬運(yùn)行規(guī)則》，湖南啟動(dòng)電力輔助服務(wù)市場(chǎng)模擬運(yùn)行，同年12月26日，湖南省內(nèi)輔助服務(wù)市場(chǎng)正式運(yùn)行。自試運(yùn)行以來，各項(xiàng)工作有效推進(jìn)，取得了階段性成果，不僅促進(jìn)市場(chǎng)機(jī)制在全省電力資源配置中決定性作用的有效發(fā)揮，還更好激發(fā)發(fā)電企業(yè)提供輔助服務(wù)的積極性，同時(shí)也對(duì)湖南水電的運(yùn)行帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

2 背景

2.1 湖南電網(wǎng)的特點(diǎn)

湖南電網(wǎng)地處華中電網(wǎng)的南部，通過500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線和±800 kV祁韶特高壓直流分別與湖北電網(wǎng)和甘肅電網(wǎng)相連。電源結(jié)構(gòu)和用電負(fù)荷呈逆向分布: 電源集中在西部和北部，負(fù)荷中心位于東部和南部[2]。省內(nèi)電力流呈豐水期“西電東送”、枯水期“北電南送”的格局。

湖南電網(wǎng)用電負(fù)荷一直保持較快幅度增長(zhǎng)，電網(wǎng)最大負(fù)荷從2016年的2 392萬kW增長(zhǎng)至2021年的3 626萬kW，年均增長(zhǎng)8.6%。而從2017年以來，湖南一直沒有火電、水電等有效裝機(jī)容量投產(chǎn)。發(fā)電能力增長(zhǎng)滯后于用電負(fù)荷增長(zhǎng)，因此在高峰負(fù)荷時(shí)段，湖南電網(wǎng)供電存在300～400萬kW的缺口。另一方面，湖南風(fēng)電、光伏發(fā)展較快，占比接近20%，未來新能源裝機(jī)占比仍將快速增加，新能源裝機(jī)增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)超電網(wǎng)負(fù)荷的自然增長(zhǎng)速度。湖南水電裝機(jī)占比較大，占29%，80%以上水電調(diào)節(jié)性能較差，且湖南來風(fēng)與來水重合性強(qiáng)，進(jìn)一步加大了清潔能源的消納困難，在采取所有調(diào)峰手段并向省外售出部分富余電量后，汛期棄水棄風(fēng)調(diào)峰仍難以避免。

2.2 湖南電力輔助服務(wù)市場(chǎng)現(xiàn)狀

電力輔助服務(wù)是指為維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電能質(zhì)量，除正常電能生產(chǎn)、輸送、使用外，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)和電力用戶提供的服務(wù)。我國電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的交易品種包括調(diào)頻、調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)、備用、黑啟動(dòng)服務(wù)等多個(gè)品種，但目前在市場(chǎng)建設(shè)初期，各地主要圍繞調(diào)峰、部分地區(qū)輔以調(diào)頻開展輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)[3]。從目前運(yùn)行的實(shí)際效果來看，電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的建立提升了發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰能力，通過市場(chǎng)化手段充分調(diào)動(dòng)了火電企業(yè)參與調(diào)峰的積極性和主動(dòng)性，降低了新能源的棄電率，促進(jìn)了節(jié)能減排。

2020年12月26日，湖南省內(nèi)輔助服務(wù)市場(chǎng)正式運(yùn)行，現(xiàn)階段主要開展深度調(diào)峰及啟停調(diào)峰交易。由于湖南電網(wǎng)清潔能源比重大、外購電逐年增加且峰谷差日益增大，電網(wǎng)調(diào)峰壓力不斷加重，近幾年火電機(jī)組啟停、深度調(diào)峰次數(shù)大幅增加[4]。尤其是2018年祁韶直流入湘并入湖南電網(wǎng)后，電源結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架形態(tài)和負(fù)荷特性均發(fā)生顯著變化，給湖南電網(wǎng)運(yùn)行帶來諸多挑戰(zhàn)[5]，不僅增加了湖南電網(wǎng)的調(diào)峰困難，導(dǎo)致火電機(jī)組的輔助服務(wù)加重，同時(shí)也對(duì)水電廠的發(fā)電效益造成了一定的影響。

2.3 湖南深度調(diào)峰市場(chǎng)對(duì)水電的影響

根據(jù)《湖南省電力輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則（試行）》規(guī)定，深度調(diào)峰交易賣方為市場(chǎng)主體中的火電廠（機(jī)組）和抽水蓄能電站（機(jī)組）、儲(chǔ)能電站等，深度調(diào)峰交易買方為相應(yīng)交易周期內(nèi)產(chǎn)生上網(wǎng)電量的湖南電網(wǎng)內(nèi)市場(chǎng)主體。

五凌電力公司是湖南省最大的清潔能源發(fā)電企業(yè)，其水電、風(fēng)電和光伏裝機(jī)占比達(dá)到90%以上，2021年深度調(diào)峰輔助服務(wù)開啟以來，深度調(diào)峰分?jǐn)傎M(fèi)較大。以五凌電力有限公司在資江流域的東坪、株溪口、馬跡塘3座水電站為例，由于它們都是徑流式水電站，水庫不具備調(diào)節(jié)能力，尤其是在汛期一旦深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟，他們的輔助服務(wù)分?jǐn)傎M(fèi)明顯增加（見圖1）。據(jù)統(tǒng)計(jì)2021年東坪全年分?jǐn)傎M(fèi)用259.644 9萬元，株溪口全年分?jǐn)傎M(fèi)用249.605 3萬元，馬跡塘全年分?jǐn)傎M(fèi)用190.500 3萬元，折算成電量占據(jù)各電廠約4%總發(fā)電量的損失，由此可見深度調(diào)峰市場(chǎng)對(duì)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來較大影響。隨著湖南電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，新能源比重逐步增大，深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟的頻次還會(huì)增加，為了更好地保證電網(wǎng)安全和各類發(fā)電企業(yè)效益，做好深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟規(guī)律預(yù)測(cè)是十分必要的。

圖1 2021年東坪、株溪口、馬跡塘深調(diào)分?jǐn)傇露冉y(tǒng)計(jì)

3 湖南深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟規(guī)律分析

3.1 思路

湖南省調(diào)在日前或者日內(nèi)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)和電力電量平衡預(yù)測(cè)，滿足以下條件之一時(shí)，可啟動(dòng)深度調(diào)峰交易，一是系統(tǒng)負(fù)備用不足；二是可再生能源無法實(shí)現(xiàn)全額保障性消納，將導(dǎo)致棄電或向省外售電，或購買華中電網(wǎng)其他省負(fù)備用輔助服務(wù)。根據(jù)深度調(diào)峰的啟動(dòng)條件，收集跟其相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)其加以匯總和理解，提取其中的有用信息，進(jìn)而形成結(jié)論，用于判斷深度調(diào)峰市場(chǎng)是否會(huì)開啟。

3.2 方法

根據(jù)深度調(diào)峰的啟動(dòng)條件和啟動(dòng)情況，收集2021年全年深度調(diào)峰開啟前跟其可能有相關(guān)的數(shù)據(jù)，主要包括以下數(shù)據(jù)：全省最大負(fù)荷、全省最小負(fù)荷、峰谷比、火電開機(jī)臺(tái)數(shù)、火電開機(jī)容量、火電最大出力、火電最小出力、水電最大出力、水電最小出力、風(fēng)電最大出力、風(fēng)電最小出力、光伏最大出力、平均氣溫等，通過初步匯總分析，主要有以下4個(gè)數(shù)據(jù)跟深度調(diào)峰開啟關(guān)聯(lián)度較大。

3.2.1 全省最大負(fù)荷

全省最大負(fù)荷為當(dāng)日湖南省最大發(fā)電出力，它直接反映省內(nèi)電力負(fù)荷的需求。全省最大負(fù)荷越小，代表省內(nèi)發(fā)電空間越小，在低谷時(shí)段由于水電和新能源占據(jù)了大部分負(fù)荷空間，留給火電的空間就很有限，火電機(jī)組就被迫降低出力進(jìn)入深度調(diào)峰運(yùn)行，深度調(diào)峰市場(chǎng)就會(huì)開啟。

從表1可以得出，當(dāng)全省最大負(fù)荷小于26 000 MW時(shí)，次日深度調(diào)峰市場(chǎng)有超過90%的時(shí)間是開啟的，因此，可以判斷次日深度調(diào)峰會(huì)開啟。

表1 全省最大負(fù)荷分析

3.2.2 峰谷比

峰谷比是全省最大負(fù)荷與最小負(fù)荷的比值，它反映了當(dāng)日負(fù)荷的變化趨勢(shì)，通常日峰谷比越大，表示當(dāng)日需要調(diào)節(jié)的機(jī)組越多，深度調(diào)峰開啟的幾率也越大。

從表2可以得出，當(dāng)全省負(fù)荷峰谷比大于1.5時(shí)，次日深度調(diào)峰市場(chǎng)有超過87%的時(shí)間是開啟的，因此，可以判斷次日深度調(diào)峰會(huì)開啟。

表2 峰谷比分析

3.2.3 火電最小出力占比

火電最小出力占比是當(dāng)日火電最小出力與當(dāng)日全省最小出力的比值，它反映了當(dāng)日火電機(jī)組出力的變化趨勢(shì)，火電最小出力占比值越小，表示當(dāng)日火電低谷時(shí)段所帶的負(fù)荷越低，深度調(diào)峰開啟的幾率反而越大。

從表3可以得出，火電最小出力占比小于0.35時(shí)，次日深度調(diào)峰市場(chǎng)有超過90%的時(shí)間是開啟的，因此，可以判斷次日深度調(diào)峰會(huì)開啟。

表3 火電最小出力占比分析

3.2.4 火電開機(jī)臺(tái)數(shù)

火電開機(jī)臺(tái)數(shù)是指湖南統(tǒng)調(diào)火電的開機(jī)臺(tái)數(shù)，火電機(jī)組開機(jī)臺(tái)數(shù)越多，表示水電及新能源出力越小，低谷時(shí)段仍需火電提供大量負(fù)荷，深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟幾率越小；反之火電開機(jī)臺(tái)數(shù)越少，表示水電及新能源出力越大，低谷時(shí)段由于水電及新能源仍有大量負(fù)荷，火電就被迫出力降至50%以下運(yùn)行，深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟幾率就會(huì)越大。

從表4可以得出，當(dāng)全省火電開機(jī)臺(tái)數(shù)小于30臺(tái)時(shí)，次日深度調(diào)峰市場(chǎng)有超過97%的時(shí)間是開啟的，因此，可以判斷次日深度調(diào)峰會(huì)開啟。

表4 火電開機(jī)臺(tái)數(shù)分析

表4 五強(qiáng)溪3月6日～3月14日實(shí)際特征值

3.3 結(jié)論驗(yàn)證

從2020年1月至5月隨機(jī)抽取20天進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果如表5所示，從表中可以看出，抽取的20 d只有3 d預(yù)測(cè)與實(shí)際不相符，準(zhǔn)確率達(dá)到85%，基本可以判斷預(yù)測(cè)實(shí)用有效。

表5 凌津?yàn)┎煌鹫{(diào)水位運(yùn)行特征值

表5 深度調(diào)峰開啟預(yù)測(cè)驗(yàn)證

4 深調(diào)市場(chǎng)開啟環(huán)境模式下集控水電運(yùn)行建議

隨著湖南新能源的加速發(fā)展和電網(wǎng)峰谷差日益增大，湖南電網(wǎng)調(diào)峰形勢(shì)面臨巨大壓力，尤其是冬季大負(fù)荷期間及主汛期水電和新能源同時(shí)大發(fā)的情況下，清潔能源發(fā)電需求超過低谷用電負(fù)荷，省內(nèi)電源的調(diào)節(jié)能力已不能滿足電網(wǎng)調(diào)峰需要[6]，深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟愈發(fā)頻繁。因此，針對(duì)深度調(diào)峰市場(chǎng)頻繁開啟的情況下，對(duì)水力發(fā)電企業(yè)合理規(guī)避分?jǐn)偅岣呓?jīng)濟(jì)運(yùn)行提出以下建議：

（1）利用集控水電統(tǒng)一調(diào)度的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化水電運(yùn)行方式，充分發(fā)揮多年調(diào)節(jié)水庫的反調(diào)節(jié)庫容調(diào)峰能力，及時(shí)調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行方式，最大程度地挖掘水電調(diào)峰潛能。

（2）利用湖南深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟規(guī)律，預(yù)測(cè)次日深度調(diào)峰是否會(huì)開啟，根據(jù)預(yù)測(cè)情況提前做好方式安排，避免產(chǎn)生不必要的深度調(diào)峰分?jǐn)偂?/p>

（3）精準(zhǔn)預(yù)測(cè)氣象和水情，提前合理安排運(yùn)行方式，水電可以通過提前滕庫消落水位，盡量避開深調(diào)時(shí)段發(fā)電或深調(diào)時(shí)段少發(fā)電。

（4）開展流域電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，利用流域上游具備調(diào)節(jié)的水電站進(jìn)行調(diào)節(jié)，在確保防汛安全的前提下，在午高峰和晚高峰時(shí)大發(fā)，在深度調(diào)峰開啟時(shí)盡量少發(fā)或者不發(fā)。

5 結(jié)語

隨著湖南電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與用電結(jié)構(gòu)的變化，深度調(diào)峰市場(chǎng)開啟的頻次會(huì)越來越多，僅僅通過日前深度調(diào)峰預(yù)測(cè)已不能完全滿足當(dāng)前湖南電網(wǎng)運(yùn)行的要求，需要的是做好日內(nèi)實(shí)時(shí)深度調(diào)峰預(yù)測(cè)。因此通過電力輔助服務(wù)市場(chǎng)已漸漸不能滿足當(dāng)前湖南電網(wǎng)的運(yùn)行與發(fā)展，為了提高電網(wǎng)調(diào)峰能力和確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，開啟電力現(xiàn)貨市場(chǎng)是湖南電網(wǎng)發(fā)展的迫切需求。