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什么是与电力现货相协调的辅助服务市场?

北极星售电网  来源:享能汇  作者:电力现货老骥谈  2021/9/7 10:31:33  我要投稿  

北极星售电网讯:电是一种无法经济的大规模储存的商品,电力的生产和消费必须实现毫秒级的精确平衡,如果这一平衡被打破,轻则电能质量出现问题,重则导致电力系统的崩溃。因此在电力市场的设计中,既有频繁(每15分钟甚至每5分钟)出清的现货电能量市场来保证电能供需的大致相等,还需要设计配套的辅助服务市场,使电网调度获得保证电网瞬时平衡的足够资源,为电能量的顺利交割保驾护航。

(来源:微信公众号“享能汇”ID:Encoreport 作者:电力现货老骥谈)

在一个全电量集中出清的电力市场中,电能量与和某些辅助服务之间存在着紧耦合关系,因为并网主体在提供该类辅助服务的同时,将伴随着电能量(有功功率)的增加或减少,并引起电能量价格的变动,其中最典型的就是调频和备用服务。由于两者密不可分的关系,在电力市场的顶层设计中,现货电能量市场与调频、备用等辅助服务市场不但在资源安排上需要联合优化,其价格形成机制也须一并考虑,才能真正实现资源配置的效率与公平,最终实现电力市场的社会福利最大化。

在我国的电力市场实践中,由于电力现货交易尚处于起步和试点阶段,大部分省份并未开展,但由于调频、备用等服务并不是因为现货交易才出现的新需求,因此很多省份已先于现货试点开展了调频辅助服务交易。

另外,在我国的辅助服务市场中还有一个特殊的服务——调峰,调峰是指为了跟踪负荷的峰谷变化及新能源出力变化,并网主体根据调度指令进行的发/用电功率调整或启停所提供的服务。这显然也是与电能量紧密耦合的一种服务,也被称为“负备用”。这个服务最早在东北电力市场出现,据说其主要目的是为了给新能源机组让路,让火电机组在最低稳燃出力之下运行,并给予其补偿。

随着电力现货市场的开启,调峰服务的功能应该被现货市场所取代。在国家发改委《关于进一步做好电力现货市场建设试点工作的通知》(发改办体改〔2021〕339号)中已明确要求“现货市场运行期间由现货电能量市场代替调峰市场”。

下面我们来看看什么是调频和备用辅助服务,以及它们与现货电能量市场的关系:

一、调频服务

调频服务是指电力系统频率偏离目标频率(我国为50Hz)时,并网主体通过调速系统、自动功率控制等方式,调整有功出力、减少和消除频率偏差所提供的服务。该服务还可细分为一次调频和二次调频,一次调频是指当电力系统频率偏离目标频率时,常规机组通过调速系统的自动反应、新能源和储能等并网主体通过快速频率响应,调整有功出力、减少频率偏差所提供的服务。二次调频是指并网主体通过自动功率控制技术,包括自动发电控制(AGC)、自动功率控制(APC)等,跟踪电力调度机构下发的指令,按照一定调节速率实时调整发用电功率,以满足电力系统频率、联络线功率控制要求的服务。由于一次调频响应主要以调节负荷(出力)为目的,因此个人认为也可将其归入现货电能量市场;而二次调频响应以调节频率为目的,属于典型的辅助服务。

二、备用服务

备用是指为了保证电力系统可靠供电,并网主体通过预留调节能力,并在规定的时间内响应调度指令所提供的服务。一般根据响应时间的不同也可进一步细分一级备用(在10至15分钟内进行响应)和二级备用(在30至45分钟内进行响应)。由于备用的响应时间与调频相比相对较长,因此用电侧也可以参与。不管是发电侧(包括抽水蓄能和储能电厂)通过发电调节能力(即提升出力)来提供备用服务,还是用电侧通过负荷调节能力(即降低负荷)来提供备用服务,对于电网而言都具有相同的作用和价值,因此可以同台竞价。目前方兴未艾的需求侧响应和虚拟电厂,正是用电侧提供备用服务的具体场景。

那么为何这两种辅助服务需要和现货电能量市场联合出清呢?我们以发电侧为例来说明这个问题。不管是调频还是备用服务,对于发电侧而言都需要对其发电容量进行占用。

假如某66万kW(最低稳燃出力为33万kW)的火电机组在辅助服务市场中标了某时刻10万kW的调频服务,那么它在相同时刻现货电能量市场的容量出清范围只能在43万至56万kW之间:如果中标33万kW(最低稳燃出力),则无法提供需要降负荷的调频服务;如果满负荷(66万kW)中标,则无法提供需要升负荷的调频服务。为保证调频中标结果得以执行,必须将其进入现货电能量市场的可用容量上下各扣除10万kW。

备用服务也是相同原理,区别在于提供备用服务对于发电机组而言,只需预留升负荷的调节能力,所以仅扣除最大出力(一般情况下为其额定容量)即可。

既然调频或备用的辅助服务,需要对发电容量进行了占用(或者说预留),那么安排哪些机组预留容量是否可由电网调度随意安排或者根据简单的辅助服务报价高低来决定呢?恐怕事情没有这么简单,下面我们通过一个简单的备用服务场景来说明。

假设某个电力系统有一台30万kW机组和一台60万kW的机组,某小时的负荷需求为80万kWh。30万kW机组在现货市场的报价为0.3元/kWh,60万kW机组的报价为0.2元/kWh。在不考虑备用约束的情况下,根据全网购电成本最低的原则,该小时60万kW机组满负荷中标,30万kW机组中标20万kW出力。

假设,此时30万kW机组还能提供5万kW的一级备用。但如果此时电力系统对一级备用的需求为10万kW,那么这时就需要调整出清结果,让60万kW机组降低5万kW出力,以提供系统所需的另外5万kW的一级备用,而相应的30万kW机组必须多中标5万kW出力来满足负荷需求。这无疑将提升此时刻电力系统的电价:

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这0.1元的电价提升被称为由一级备用约束导致的影子价格。

根据上述算例,我们发现安排不同的机组提供调频或备用辅助服务,将对现货市场价格产生不同的影响。为了实现电力市场的福利最大化或全网购电成本最低,我们显然需要将现货市场与调频或备用辅助服务联合优化,以实现电能量费用+辅助服务费用最低。

在没有现货交易的电力市场中,由于没有不同约束下的现货价格进行对标,也就无从判断因发电容量被占用是否会造成电能量价格的增减,因此调频、备用和调峰服务费用实际上是一种补偿或奖励机制,其价格形成不必与电能量费用挂钩,可由简单的竞价形成。

在现货市场开启后,调频和备用辅助服务则需要与现货电能量市场联合出清,并以现货电价为标杆,形成电能量与辅助服务相统一的价格体系。调峰服务则应该归入现货电能量市场。不管是降低出力还是机组的启停,这都是现货电能量市场的功能范畴,在现货低价格时段,由于电价不能弥补火电机组的变动成本,其本身就有意愿不断压低出力直至停机,以避免利润损失。因此也不需要在现货电能量市场之外,对机组提供额外的补偿或奖励。

此外,如果有机组既参与省间调峰市场也参与省内现货电能量市场,省间调峰市场的出清结果将改变该机组在省内现货市场的中标出力,从而引发省内现货市场重新运行出清程序,并偏离全网购电成本最低的目标函数,造成送端省份的市场福利损失。所以省内调峰应被省内现货市场取代,省间调峰应被省间现货市场取代。

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原标题:老骥谈现货:什么是与电力现货相协调的辅助服务市场?

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