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深度文章 | 促进新能源消纳的省间、省内两级电力现货市场运行机制

北极星售电网  来源:电力系统自动化  作者:陈艺华 张炜 张成刚 乌鹏涛  2021/7/26 13:39:58  我要投稿  

北极星售电网讯:摘要

随着中国新能源装机容量的快速增长,消纳任务愈发艰巨。电力市场建设也需要结合电网发展特点,寻找高比例新能源背景下的市场模式。文中在分析西北区域现行两级调峰辅助服务市场运行机制存在问题的基础上,提出了未来区域电网省间、省内两级电力市场协调运行中的关键问题及解决措施,建立了以最大化消纳新能源为目标的市场间优化协调机制,设计的机制可以推动省间、省内多个市场之间的有序衔接,促进电能的优化配置和调峰资源的有效利用。通过某省级电力市场实际运行数据,对所提出的两级市场协调机制进行了模拟计算和对比分析,结果验证了设计机制的有效性。

0 引言

近年来,以风电和光伏为主的清洁能源在中国迅速发展[1-2]。风电、光伏的装机容量均已位列世界第一。截至2020年底,中国新能源装机容量为535 GW,占比已达24.31%。中国向全球承诺,二氧化碳排放量争取于2030年前达到峰值,努力争取在2060年前实现碳中和[3]。为达成此目标,在后续相当长一段时间内,中国均会大力推进新能源的并网。到2030年,中国非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,风电、太阳能总装机容量将达到1200 GW以上[3]。最大化消纳新能源将是电网运行长期面临的一项艰巨任务,也是未来电力现货市场的核心目标[4]。建立网源协调机制,充分挖掘潜力,优化市场规则,提升消纳能力,是适应新能源快速发展形势亟待解决的问题。

新能源消纳不能仅局限于本省范围,一方面是由于各省自身能力有限,另一方面,中国各区域、各省的资源分布、装机、负荷特性存在一定的差异及互补性,互相配合,协同消纳潜力巨大。在促进新能源消纳方面,电能市场与辅助服务市场虽然交易标的物不同,但都是有效手段。在现货市场尚未全面开展的情况下,为解决新能源消纳难题,西北区域调峰辅助服务市场率先建立,自2018年11月28日开始试运行。2020年西北区域调峰辅助服务市场累计出清352天,占全部天数的96.2%。通过省间调峰交易增发新能源5 380 GW·h,新能源利用率提升3%。在区域省间调峰辅助服务市场基础上,各省也纷纷建立了省内调峰辅助服务市场,有效利用省内调峰资源。2020年西北区域省间、省内两级调峰辅助服务市场共计增发新能源10 445 GW·h,补偿费用26亿元,在新能源消纳方面发挥了巨大作用。但市场建设周期短,机制在运行过程中尚有部分功能存在改进空间。此外,省间、省内两级市场交叉运行,由此产生的市场衔接及运营管理问题需要提升。

新能源消纳及电力市场建设是近年来电网运行面临的重大问题,许多学者针对电网调峰、现货市场设计等方面进行了深入研究。新能源的高渗透率和冬季供热机组的供热约束是导致电网调峰问题的主要因素,文献[5-6]对其影响进行了深入分析。文献[7]利用网省两级电网的负荷和电源互补性来提升调峰能力。文献[8]提出了热电联产机组参与调峰的新模式。在调峰机制设计方面,许多学者对区域或省级电网的调峰需求[9]、调节模式[10-13]、调峰效果[14-15]方面进行了讨论。在现货市场机制建设方面,文献[16-18]总结了国外现货市场特点,并提出了中国的建设思路。文献[19]研究了富余可再生能源跨区现货交易的方式。文献[20]对现货市场的增量优化与全电量优化模式进行了比较。文献[21]研究了考虑多日机组组合的日前市场出清策略。上述研究对现货电能市场和省级调峰辅助服务市场建设提供了有益的参考。但针对中国区域市场现状所开展的两级现货市场方面的研究还不充分。

伴随着中国电力市场建设进程的不断加快,已有部分省份开始试点省级现货市场。现货市场在实现电能价格发现、帮助新能源消纳的同时,也应当与辅助服务市场协同建设,实现省间与省内市场、电能与辅助服务市场、日前与实时市场等多维度、多层次的深度统筹,有效利用市场信息,提高市场运行效率。本文在分析西北区域省间调峰辅助服务市场现有运行机制存在问题的基础上,构建了基于最大化消纳新能源的省间、省内两级电力现货市场协调运行机制。并针对西北区域电网实际系统进行算例仿真,验证了所提机制的正确性和有效性。

1 现有两级调峰辅助服务市场协调存在的问题

西北区域省间调峰辅助服务市场是由国家电网西北分部组织陕、甘、青、宁、新五省(区)电力公司共同参与,依托各省省内调峰辅助服务市场,搭建形成的区域内调峰资源省间交易平台。区域省间调峰辅助服务市场可以实现西北五省(区)的调峰资源与调峰需求的区域内优化配置,有效提高新能源的消纳能力。

省间调峰辅助服务市场的调峰资源提供方为西北调控分中心在各省的直调火电机组。调峰需求方为存在新能源消纳困难的西北五省(区)网内的新能源场站,市场初期由省级调控中心代理各新能源场站提报调峰需求。各省调预测本省有调峰需求时,首先启动省内调峰辅助服务市场,如果仍无法消纳本省新能源,则提交跨省调峰需求至省间调峰辅助服务市场,寻求邻省调峰资源支持,由西北分中心组织其直调火电机组完成省间调峰辅助服务市场出清。通过省内与省间两级调峰辅助服务市场,实现区域调峰资源共享及充分利用。

省间调峰辅助服务市场出清结果通过省间联络线曲线、机组发电曲线下达,省内调峰辅助服务市场出清结果通过机组发电曲线下达。

在两级市场中,西北调控分中心直调火电机组在参与省内调峰辅助服务市场的同时也参与省间调峰辅助服务市场。为保证省内调峰资源优先为本省所用,避免出现省内弃电的同时又在消纳省外新能源的情况,落实新能源消纳“先省内、后省外”主体责任,各省调可基于预测数据在日前及日内环节提出本省分中心直调机组的调峰容量占用,被申请占用的调峰容量将被预留来参与省内调峰辅助服务市场而不再参与省间调峰辅助服务市场。省间调峰辅助服务市场运行流程如图1所示。

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省间调峰辅助服务市场的占用机制保证了参与省间调峰的分中心直调机组优先参与省内调峰。但省调在日前或日内环节提交的调峰容量占用可能由于新能源出力预测及负荷预测的偏差,在实时环节不再需要该调峰容量,但已被占用的这一部分调峰容量将不再参与省间调峰,无法为邻省需求方利用,可能造成调峰资源的浪费。

当前机制保证了本省优先、区域共享的调峰辅助服务市场运营原则,在优先消纳新能源方面做出了很大的贡献。但也存在明显的问题:①两级市场衔接方式不够优化,为了保证“先省内、后省外”的调峰资源利用次序,使用了人工干预的“调峰占用”措施。对机制的市场化运行产生了影响;②相应调度机构为最大化消纳新能源,主动代理新能源,作为“调峰占用”的执行者,未体现出新能源的市场主体作用;③“调峰占用”的核心目标是为了消纳超出预测水平的新能源,部分情况下,由于预测偏差可能造成调峰资源的浪费,但机制中未设计新能源的担责环节,造成责权界面不清;④当前机制可以适应电网调峰缺口不大的情况,后期,随着新能源投运规模的进一步扩大,电网调峰缺口将不断增加,需要建立责权清晰的市场化规则,促进新能源企业通过市场化的方式为其预测偏差承担责任。

以上以西北区域现行省间、省内两级调峰辅助服务市场运行实际为例,阐述了两级市场协调运行的重要性。在一个完整的电力现货市场中,省间与省内市场、电能与辅助服务市场、日前与日内市场的衔接协调将更为复杂,需要在市场设计环节,着眼关键细节,进行深入的研究和思考。

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