四川電力輔助服務市場建設的思考

馬瑞光,王瀟笛,劉潔穎,馬天男

(國網四川省電力公司經濟技術研究院, 四川 成都 610041)

0 引 言

實現“雙碳”目標,能源綠色低碳轉型是必由之路,大力發展風能、太陽能等新能源是關鍵。但由于風電、光伏等新能源天然不具備調節能力,發電出力具有很強的波動性、間歇性和隨機性,電力系統中新能源接入比例的持續提升,將給系統電力電量平衡帶來巨大挑戰,從而對調峰、調頻、備用等電力輔助服務提出了更多需求。與此同時,隨著儲能、電動汽車和溫控負荷等多元互動負荷的增長,具有快速響應能力和調節能力的靈活性資源成為了系統調峰、調頻和備用等輔助服務的提供者。因此,通過設計合理的輔助服務市場機制,充分調動發用兩側資源主動參與供需調節,對于消除或弱化新能源不確定性對系統安全以及經濟運行的影響,構建可持續的電力保供格局具有十分重要的意義。

隨著中國電力市場化改革的不斷深入,售電側市場逐漸放開,電力輔助服務市場的建設也在不斷加速,多個省份和地區均已陸續出臺電力輔助服務市場建設的指導性文件[1-3]。國內已有多位學者在輔助服務市場機制方面開展了較為深入的研究,通過定性分析和定量評估的手段,對中國各個區域電網、省級電網的輔助服務進行了總結分析,并對典型地區補償機制的優缺點進行了較為細致的探討[4-7]。但從四川地區來看,目前省內電力輔助服務市場建設仍處于初期,面臨著產品種類不夠豐富、市場交易規則不夠完善、補償分攤機制不夠合理等諸多挑戰。

下面系統歸納總結了中國電力輔助服務市場的發展歷程和經驗,梳理了四川電力輔助服務市場的發展現狀和建設難點,提出了加快推進四川電力輔助服務市場建設的相關建議。

1 中國電力輔助服務市場發展現狀

1.1 發展歷程

普遍認為,2014年東北電網啟動電力調峰輔助服務市場建設,是中國電力輔助服務市場化探索的開始。2015年,中發9號文《關于進一步深化電力體制改革的若干意見》提出,以市場化原則建立輔助服務分擔共享新機制,則進一步確立了電力輔助服務市場化建設的方向。在此背景下,中國多個區域和省級電網在電力輔助服務市場建設方面開展了大量探索。截至2020年年底,電力輔助服務市場已經基本實現全國各區域、省級電網的全面覆蓋[8]。

除了電力體制改革的直接驅動外,中國電力輔助服務市場建設的提速,與近年來新能源的快速發展密切相關。以風電、光伏為代表的新能源大規模并網后,其出力的波動性、隨機性直接導致電力系統調頻、調峰等調節需求增加。在2020年中國提出“雙碳”目標之后,新能源產生的調節能力需求則更加突顯。2021年12月,國家能源局修訂發布《電力并網運行管理規定》《電力輔助服務管理辦法》,為能源綠色低碳轉型背景下電力輔助服務市場的建設指明了方向,勢必將推動全國電力輔助服務市場不斷向縱深推進。

1.2 主要特點

1)品種設置

根據《電力輔助服務管理辦法》,中國電力輔助服務可劃分為基本輔助服務與有償輔助服務。基本輔助服務一般是指根據電力系統安全穩定運行需求,發電機組和電力用戶必須無償提供的服務,如基本調峰、一次調頻等。有償輔助服務則充分考慮不同機組和電力用戶自身的性能特點,以及在電力系統中實際發揮的作用,可為相關提供主體提供一定的資金補償的服務,如自動發電控制(automatic generation control,AGC)、自動電壓控制(automatic voltage control,AVC)、頂峰發電(或深度調峰)、有償無功調節、旋轉備用與黑啟動等。目前,中國范圍內各區域有償輔助服務以調峰、調頻和黑啟動服務為主,部分區域展開了備用品種的探索與嘗試。

2)提供主體

目前,中國可提供輔助服務的主體仍以常規火電、水電等發電側主體為主。但為了充分激勵源網荷儲市場化主體參與至電網靈活性調節服務中,各地區紛紛出臺需求側資源、儲能設備、自備電廠、電動汽車充電網絡、聚合商、虛擬電廠等新型調節資源參與調峰、調頻等輔助服務的市場規則,促進電力輔助服務市場主體多元化發展。主要區域調峰輔助服務市場參與主體如表1所示。

表1 主要區域調峰輔助服務市場參與主體

3)分攤機制

不同的電力輔助服務市場組織模式,適用的費用分攤機制也不盡相同,一般可分為發電企業承擔、終端用戶承擔、共同承擔和引發負責4種。中國大多數地區按照“誰提供、誰獲利;誰受益、誰承擔”的原則,結合電網運行特性和需求,對有償輔助服務費用進行補償和分攤。一般情況下,發電側按照發電量或上網電量進行分攤,用戶側按照用電量進行分攤。主要區域輔助服務費用分攤主體與模式如表2所示。

表2 主要區域輔助服務市場費用分攤主體與模式

4)市場出清

總體來看,中國各地區電力輔助服務市場仍獨立于電能量市場,各類輔助服務產品分開報價、分別交易、分別調度。輔助服務市場產品報價一般采用賣方單向報價、集中競爭、統一價格出清的交易方式[9],出清價格一般為成交主體報價的邊際價格。部分輔助服務產品采用雙邊或多邊協商、固定補償的交易方式。為避免輔助服務市場增加系統運行成本,實現經濟最優,調度方一般根據按需調用、按序調用、價格優先的原則進行調用。

5)跨區銜接

目前多數區域市場設計堅持市場化導向,按照集中報價、統一邊際出清的方式開展,市場主體自主自愿參與,根據“先省內、后跨省”的優先級順序,優先滿足省網(控制區)調節服務需求,再參與區域市場。然而,輔助服務交易的區域間壁壘依然存在,如存在區域價格壁壘、跨省區輔助服務交易價格普遍較低等,阻礙了跨省區資源的優化配置。后續仍需堅持全國統一電力市場的建設與全國統一輔助服務市場的建設,實現電力資源在更大范圍內共享互濟和優化配置,提升電力系統穩定性和靈活調節能力。

1.3 發展趨勢

在“雙碳”目標和能源綠色低碳轉型戰略的驅動下,中國新能源開發不斷提速,風電、光伏裝機規模持續擴大,電力系統運行管理的復雜性不斷提高,對調節能力的需求量顯著增加,電力輔助服務市場建設的迫切性也在不斷增強。在此背景下,中國電力輔助服務市場的建設不斷加速,并呈現出一些新的特點。

1) 輔助服務市場產品種類不斷豐富。《電力輔助服務管理辦法》對電力輔助服務進行了標準化分類,分為有功平衡服務、無功平衡服務和事故應急及恢復服務[9]。同時為適應新型電力系統的發展需求,新增引入轉動慣量、爬坡、穩定切機服務、穩定切負荷服務等輔助服務新品種。

2)輔助服務費用分攤機制持續優化。逐步推動輔助服務費用向用戶側疏導的分攤機制,將輔助服務補償費用由發電企業、市場化電力用戶等所有并網主體共同分攤。按照“誰提供、誰獲利;誰受益、誰承擔”的原則,推動為特定并網主體服務的電力輔助服務,補償費用由相關發電側或用戶側特定并網主體分攤[9]。

3)輔助服務市場出清規則有序完善。由于輔助服務市場的只要交易標的與傳統電能量市場有著顯著區別,目前大部分地區暫采用電力輔助服務市場獨立于電能量市場出清的模式,以降低出清工作的難度。但隨著現貨市場等市場組織模式的快速發展,未來輔助服務市場將和電能量市場有一定的功能重疊,可由電網調度和交易機構統一組織,采用聯合出清的邊際價格結算輔助服務費用,以在系統全局實現電力資源的優化配置。

2 四川電力輔助服務市場建設特點

2.1 四川電力系統的基本特性

1)電源側

水能資源富集,水電將長期處于主體地位,如圖1所示。截至2021年年底,四川電網全口徑水電裝機容量達到88.87 GW,居全國首位。預計至“十五五”末,四川水電裝機容量將分別增加112 GW和128 GW,約占全省全口徑裝機容量的71%和63%。

圖1 四川電源裝機未來發展情況

新能源資源豐富,裝機加速增長態勢明顯。四川全省新能源技術可開發量約為120 GW(其中風電20 GW,光伏100 GW),主要集中在以“三州一市”為代表的西部地區。目前已開發規模相對較小,但“十四五”期規劃新增裝機約為16 GW,預計2025年新能源裝機總量可以達到約為22 GW。

煤少氣豐,火電裝機發展趨勢出現明顯分化。四川省內煤炭資源相對貧乏,燃煤火電發展受限。截至2021年年底,全省燃煤火電裝機容量為14.12 GW,僅占全省裝機容量的12.35%,且未來將不再新建單純以發電為目的的燃煤火電機組。省內天然氣儲量豐富,具有發展燃氣機組的先天優勢。“十四五”期燃氣機組發展將明顯加速,預計2025年裝機容量可由目前的1.19 GW增加至6.00 GW。

2)電網側

四川電網因資源大多集中于盆地周邊而遠離負荷中心,形成了長距離、大容量、接力式外送的特殊電網網架,電網穩定性不高。伴隨新型電力系統建設,新能源裝機容量逐年增長,同時隨著新一批特高壓直流的陸續投產,四川電網將呈現出高比例新能源及高比例電力電子設備的“雙高”特性。由此帶來的系統低轉動慣量等問題將進一步削弱四川電網的穩定運行能力。

3)負荷側

全網用電負荷率低、峰谷差大,對調節能力需求高。從負荷率來看,四川平均負荷率維持在80%左右,相較于全國90%左右的平均水平明顯偏低,電網調峰和經濟運行難度較大。從負荷側的波動情況看,四川電網因季節性制冷取暖負荷波動導致分月負荷呈夏、冬“雙峰”特征;因居民生產生活方式影響又導致日內負荷呈午、晚“雙峰”分布。為確保電力供需的實時平衡,四川對調節能力的需求大于其他省份。

電能消費量較低,如圖2所示。2020年四川省人均用電量為3421 kWh,僅為全國平均水平的64%,全省用電量占全省終端能源消費比例為21.1%,較全國平均水平低近6個百分點。但四川正處于快速工業化、城鎮化階段,全省用電量保持年均7.8%的增速增長。隨著成渝地區雙城經濟圈建設推進及“雙碳”目標下以電能為中心的能源消費格局加速形成,四川能源消費量與電能消費水平將迎來顯著提升。

圖2 四川和全國各地區平均用電負荷率對比

2.2 四川輔助服務市場建設基本情況

如上面所述,四川新型電力系統建設面臨調節需求大但調節能力不夠充足的現實問題,亟需要通過加快輔助服務市場建設,充分挖掘源網荷側各類靈活性資源的調節潛力,以保障系統的安全經濟運行,更好地服務于省內新能源的快速發展。

但目前四川尚未發布省級電力輔助服務管理細則,省內電力輔助服務市場化建設尚處于探索階段。四川現有的市場化電力輔助服務主要有AGC和黑啟動兩個品種,相關交易細則由四川能監辦于2019年發布。一次調頻、調峰、無功功率調節、AVC、備用等輔助服務品種尚未開展市場化探索,主要依據華中能源監管局于2020年頒布的電廠并網運行管理和輔助服務管理的“兩個細則”執行。省間市場方面,已建立四川、重慶之間的電力調峰輔助服務市場,主要參照華中能監辦2022年發布的《川渝一體化電力調峰輔助服務市場運營規則》執行。

具體來看,四川電力輔助服務市場的建設還存在以下問題。

1)輔助服務市場產品種類與提供主體較為單一。現階段,四川輔助服務品種僅含調峰、調頻、備用、無功調節、黑啟動等常規品種,且調峰、備用、調頻等輔助服務提供商僅局限于直調水電、火電等傳統機組。后續需結合四川電力系統運行需求,明確各類輔助服務的市場功能定位,豐富服務品種,拓展提供主體,逐步將新能源、儲能、需求側資源、抽水蓄能等新型主體納入輔助服務體系。

2)市場化補償機制不夠完善,難以激勵市場主體自主提供服務。現階段,部分輔助服務品種補償價格設計并不完全合理,如火電機組運行調峰參照華中“兩個細則”深度調峰價格進行補償,不符合四川火電深度調峰能力普遍不足的生產實際,難以激勵火電機組進行靈活性改造。需進一步對各品類輔助服務補償價格進行測算,以設定更加科學合理的補償標準,建立更加完善的補償機制。

3)電力市場建設成熟度偏低,參與主體市場意識不強。近年來,四川市場化交易電量比例持續提升,但仍然以中長期電量交易為主,現貨市場仍處于試點推進階段。用戶、售電公司、新型儲能等市場主體的市場成熟度有待提高,相關主體的市場意識、技術手段,距離參與以電力為標的的現貨交易、輔助服務交易仍相距較遠。

2.3 四川電力輔助服務市場建設難點

1)以水電為主的電源結構決定了豐枯季電網運行方式差異明顯。豐水期,為保障清潔水電的高水平消納,火電一般以最小開機方式運行;枯水期,為了保障省內用電需求,火電一般需要滿負荷發電。豐枯季電網運行方式差異巨大,水電、火電承擔的角色不盡相同,增大了輔助服務市場規則設計的難度。

2)源荷分離的電力格局決定了輔助服務需求具有地區性差異。四川電源多分布于川西高原,用電負荷多分布于成都平原,省內電網呈西電東送格局,存在多個輸電通道斷面。受限于斷面輸送能力,斷面內外的輔助服務需求和供給無法互相替代,輔助服務市場的設計需要充分考慮分區、分片的局部供需平衡問題。

3)水-電耦合特性導致輔助服務補償費用測算困難。四川水電的調節能力差異較大,除大量徑流式電站外,具有較好調節能力的大型水電站多為三江流域大型梯級電站,上下游水電站具有較強的水力耦合特性。在參與輔助服務市場時,上游水電站的出力變化會影響到下游水電站,導致輔助服務補償費用的科學測算存在一定困難。

4)多種類市場銜接難度較大。以現貨市場為例,受豐枯差異影響,省內電力現貨市場交易在枯水期以火電現貨為主,豐水期以水電現貨為主,輔助服務市場與現貨市場的銜接存在一定的難度。在輔助服務市場品種方面,調頻與備用存在一定的復用空間,如何統籌協調各類輔助服務品種的調用和結算出清機制,也是一大難點。

3 四川電力輔助服務市場建設建議

1)豐富輔助服務品種,增強電源協調優化運行能力。加大對火電機組深度調峰、啟停調峰的補償力度,探索建立短期發電、應急備用、穩定切機、轉動慣量等輔助服務品種,激勵水電、火電等市場主體為系統提供更大的靈活性調節空間。處理好多品種輔助服務之間的運行結算銜接機制,分階段、逐步建立交易品種齊全的輔助服務市場。

2)鼓勵新型儲能電站、虛擬電廠等新型主體參與輔助服務市場。發揮新型市場主體在消納新能源、削峰填谷、增強電網穩定性和應急供電等方面的多重作用,明確各類新型主體獨立參與深度調峰、調頻等輔助服務交易的商業模式,有效擴大輔助服務提供主體。

3)持續完善輔助服務產品成本測算與補償分攤機制。針對各類輔助服務品種,按照電力系統實際運行需求和各市場主體實際投入成本構成情況,合理測算補償標準,避免出現過補償與欠補償造成市場主體投機現象。結合電力市場化改革進展,推動輔助服務補償費用分攤主體由發電企業逐步擴大到市場化電力用戶等所有并網主體。

4)推動現貨市場與輔助服務市場的融合發展。以交易規則、價格機制、出清模式等為重點,建立并完善電力輔助服務市場和電力現貨市場的過渡銜接機制,以現貨市場帶動輔助服務市場、以輔助服務市場互補現貨市場,實現現貨市場與輔助服務市場的平穩融合發展,充分發揮市場在電力保供中的支撐調節作用。

4 結 論

電力輔助服務是保障電力系統安全、經濟、高效運行的公共產品,但四川電力輔助服務市場建設相對滯后,應充分立足四川電源、電網和負荷特點,在豐富輔助服務品種、培育新型市場主體、完善補償分攤機制、做好市場銜接等方面重點發力,全面加快輔助服務市場建設進度,為省內新能源的大規模開發利用、構建四川特色新型電力系統創造有利條件。