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(xiàn)“雙碳”目標,能源綠色低碳轉型是必由之路,大力發(fā)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(jié)能力,發(fā)電出力具有很強的波動性、間歇性和隨機性,電力系統(tǒng)中新能源接入比例的持續(xù)提升,將給系統(tǒng)電力電量平衡帶來巨大挑戰(zhàn),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(jié)能力的靈活性資源成為了系統(tǒng)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(fā)用兩側資源主動參與供需調節(jié),對于消除或弱化新能源不確定性對系統(tǒng)安全以及經濟運行的影響,構建可持續(xù)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(qū)均已陸續(xù)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(qū)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(qū)補償機制的優(yōu)缺點進行了較為細致的探討[4-7]。但從四川地區(qū)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(guī)則不夠完善、補償分攤機制不夠合理等諸多挑戰(zhàn)。

下面系統(tǒng)歸納總結了中國電力輔助服務市場的發(fā)展歷程和經驗,梳理了四川電力輔助服務市場的發(fā)展現(xiàn)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(fā)展現(xiàn)狀

1.1 發(fā)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(fā)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(qū)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(xiàn)全國各區(qū)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(fā)展密切相關。以風電、光伏為代表的新能源大規(guī)模并網后,其出力的波動性、隨機性直接導致電力系統(tǒng)調頻、調峰等調節(jié)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(jié)能力需求則更加突顯。2021年12月,國家能源局修訂發(fā)布《電力并網運行管理規(guī)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(jù)《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(jù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行需求,發(fā)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(tǒng)中實際發(fā)揮的作用,可為相關提供主體提供一定的資金補償?shù)姆?如自動發(fā)電控制(automatic generation control,AGC)、自動電壓控制(automatic voltage control,AVC)、頂峰發(fā)電(或深度調峰)、有償無功調節(jié)、旋轉備用與黑啟動等。目前,中國范圍內各區(qū)域有償輔助服務以調峰、調頻和黑啟動服務為主,部分區(qū)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(guī)火電、水電等發(fā)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(jié)服務中,各地區(qū)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(jié)資源參與調峰、調頻等輔助服務的市場規(guī)則,促進電力輔助服務市場主體多元化發(fā)展。主要區(qū)域調峰輔助服務市場參與主體如表1所示。

表1 主要區(qū)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(fā)電企業(yè)承擔、終端用戶承擔、共同承擔和引發(fā)負責4種。中國大多數(shù)地區(qū)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(fā)電側按照發(fā)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(qū)域輔助服務費用分攤主體與模式如表2所示。

表2 主要區(qū)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(qū)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(tǒng)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(xié)商、固定補償?shù)慕灰追绞健楸苊廨o助服務市場增加系統(tǒng)運行成本,實現(xiàn)經濟最優(yōu),調度方一般根據(jù)按需調用、按序調用、價格優(yōu)先的原則進行調用。

5)跨區(qū)銜接

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

1.3 發(fā)展趨勢

在“雙碳”目標和能源綠色低碳轉型戰(zhàn)略的驅動下,中國新能源開發(fā)不斷提速,風電、光伏裝機規(guī)模持續(xù)擴大,電力系統(tǒng)運行管理的復雜性不斷提高,對調節(jié)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(xiàn)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(tǒng)的發(fā)展需求,新增引入轉動慣量、爬坡、穩(wěn)定切機服務、穩(wěn)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(xù)優(yōu)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(fā)電企業(yè)、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(fā)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(guī)則有序完善。由于輔助服務市場的只要交易標的與傳統(tǒng)電能量市場有著顯著區(qū)別,目前大部分地區(qū)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(xiàn)貨市場等市場組織模式的快速發(fā)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(tǒng)一組織,采用聯(lián)合出清的邊際價格結算輔助服務費用,以在系統(tǒng)全局實現(xiàn)電力資源的優(yōu)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(tǒng)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(fā)展情況

新能源資源豐富,裝機加速增長態(tài)勢明顯。四川全省新能源技術可開發(fā)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(qū)。目前已開發(fā)規(guī)模相對較小,但“十四五”期規(guī)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(fā)展趨勢出現(xiàn)明顯分化。四川省內煤炭資源相對貧乏,燃煤火電發(fā)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(fā)電為目的的燃煤火電機組。省內天然氣儲量豐富,具有發(fā)展燃氣機組的先天優(yōu)勢。“十四五”期燃氣機組發(fā)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(wěn)定性不高。伴隨新型電力系統(tǒng)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(xù)投產,四川電網將呈現(xiàn)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(tǒng)低轉動慣量等問題將進一步削弱四川電網的穩(wěn)定運行能力。

3)負荷側

全網用電負荷率低、峰谷差大,對調節(jié)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(jié)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(jié)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(yè)化、城鎮(zhèn)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(qū)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(qū)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(tǒng)建設面臨調節(jié)需求大但調節(jié)能力不夠充足的現(xiàn)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(jié)潛力,以保障系統(tǒng)的安全經濟運行,更好地服務于省內新能源的快速發(fā)展。

但目前四川尚未發(fā)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(xiàn)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(jiān)辦于2019年發(fā)布。一次調頻、調峰、無功功率調節(jié)、AVC、備用等輔助服務品種尚未開展市場化探索,主要依據(jù)華中能源監(jiān)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(zhí)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(jiān)辦2022年發(fā)布的《川渝一體化電力調峰輔助服務市場運營規(guī)則》執(zhí)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(xiàn)階段,四川輔助服務品種僅含調峰、調頻、備用、無功調節(jié)、黑啟動等常規(guī)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(tǒng)機組。后續(xù)需結合四川電力系統(tǒng)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(xiàn)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(xù)提升,但仍然以中長期電量交易為主,現(xiàn)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(xiàn)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(fā)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(guī)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(qū)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(qū)、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(jié)能力差異較大,除大量徑流式電站外,具有較好調節(jié)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(xiàn)貨市場為例,受豐枯差異影響,省內電力現(xiàn)貨市場交易在枯水期以火電現(xiàn)貨為主,豐水期以水電現(xiàn)貨為主,輔助服務市場與現(xiàn)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(tǒng)籌協(xié)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(xié)調優(yōu)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(fā)電、應急備用、穩(wěn)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(tǒng)提供更大的靈活性調節(jié)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(fā)揮新型市場主體在消納新能源、削峰填谷、增強電網穩(wěn)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(yè)模式,有效擴大輔助服務提供主體。

3)持續(xù)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(tǒng)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(xiàn)過補償與欠補償造成市場主體投機現(xiàn)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(fā)電企業(yè)逐步擴大到市場化電力用戶等所有并網主體。

4)推動現(xiàn)貨市場與輔助服務市場的融合發(fā)展。以交易規(guī)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(xiàn)貨市場的過渡銜接機制,以現(xiàn)貨市場帶動輔助服務市場、以輔助服務市場互補現(xiàn)貨市場,實現(xiàn)現(xiàn)貨市場與輔助服務市場的平穩(wěn)融合發(fā)展,充分發(fā)揮市場在電力保供中的支撐調節(jié)作用。

4 結 論

電力輔助服務是保障電力系統(tǒng)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(fā)力,全面加快輔助服務市場建設進度,為省內新能源的大規(guī)模開發(fā)利用、構建四川特色新型電力系統(tǒng)創(chuàng)造有利條件。