• 定價方式不合理!現行電力現貨交易難以提升系統靈活性

    2019-01-12 16:20:27      點擊:

    隨著可再生能源的大規模接入,電力系統的靈活性越來越引起各方面的關注。2018年11月13日,國際能源署發布的世界能源展望提出“靈活性是電力系統的新口號”。在世界范圍,風電和光伏發電的快速增長都對電力系統的靈活性提出了前所未有的要求。

    在我國,由于棄風棄光問題嚴重,提高電網調峰能力與開展火電靈活性改造已成為國家有關部門關注的重點。電力系統“靈活性”的定義目前還比較含糊,可以認為是電力系統應對發電、負荷和電網擾動的預期的和非預期的變化情況的一種能力。靈活性涉及電力系統規劃、運行、控制各個層面,時間跨度可以從秒、分鐘、小時到日、月、年以及多年,從電網的空間尺度上則可分為就地、區域以及全網。靈活性資源包括調峰資源、調頻資源、儲能、需求側響應、電網靈活控制等。

    文丨陳皓勇

    如何評價資源的靈活性

    與其他電能產品一樣,價格形成機制也是靈活性資源發展的關鍵。價格形成機制的研究主要包括兩個部分:一是靈活性資源成本分析(即什么是合理價格),二是市場中的價格形成機制(集中競價、雙邊協商或其他交易機制)。成本分析是衡量價格是否合理的基礎,但最終價格要通過市場機制來形成。

    由于電能在物理上的同質化特征,電網的作用像水池,因此從物理電能的角度,實際上是無法分清產銷方的。因此電力市場中交易的并非物理的電能,而是發電權與用電權,最終通過調度計劃來實現,因此電網調度也成為整個電力市場的“交通指揮中心”。電力市場交易則完全基于所采用的調度、控制模型,資源靈活性也通過調度、控制層面體現出來。

    電源和負荷實時平衡是電力系統安全穩定運行的基本條件,而當前電力系統中由于風、光等新能源的大量接入,在電源側引入大量的隨機性和波動性,給電網的調度運行帶來諸多困難。因此,應在電力市場設計時考慮功率曲線在時間維度上的形狀,考慮不同電能商品的靈活性品質。

    由于電能難以大量儲存,發用功率必須實時平衡,從對電力系統調度運行和功率平衡的影響看,筆者認為,電能商品品質應從波動性、易控性、隨機性3個維度進行衡量。其中波動性指功率相對于自身容量的變化幅度;易控性指將功率在一定范圍內自由調節的難易程度。隨機性與易控性有一定的關聯,隨機性大的電源或負荷一定難于控制,而隨機性小的電源或負荷可能易控,如可靈活調節的資源,也可能難控,如功率相對固定的資源。對當前各類常見供方(電廠)所生產和需方(負荷)所消費的電能商品品質可以給出表1所示的排級。需要注意的是,這僅按一般情況依照電能商品品質高低對電源和負荷進行大致分類,而非給電源或負荷“貼標簽”。例如,如果品質一般的煤電經過靈活性改造,可升級為高品質的調峰電源。

    表一電能商品品質(資源靈活性)排級

    可以看出,資源靈活性與這里的電能商品品質是對應的,品質越高的電能商品,靈活性越高,而品質越低的電能商品,靈活性也越低。

    傳統電力現貨交易理論“失效”

    當前國內外電力現貨市場的電能商品模型為:將交易周期的功率曲線下的面積按等長時段切分成若干“條”,然后每條又分為若干可不等高的“段”。在發電側,在1個時段中成交的發電商各取1“段”(即1個商品),同一時段的各段負荷(即所有商品)的結算價是相同的,均為該時段成交機組的最高價格(見圖1)。

    圖一 電力現貨市場電能商品概念示意圖

    由于“同質同價”是市場中商品定價的基本原則,這種定價方式隱含的假設是,同一時段負荷下的所有電能商品是同質的,因此都取相同的價格;而不同時段負荷下的電能商品是異質的,因此不同時段的負荷有不同價格。可以看出,傳統的基于實時電價理論的電力現貨(批發)市場設計忽略了電能生產和消費的時間連續性這個十分重要的特征,并假設同一時段的電能商品都是同質的,因此無法區別基荷、腰荷和峰荷機組區別明顯的技術特征及成本構成,也無法分辨不同品質的電能商品并進行合理定價。

    在這種定價方式下,由于光伏、風電近零邊際成本的特點,將傳統火力發電在以邊際成本為準的競價交易中擠出,使得市場出清價格降低,甚至出現負值,因此火力發電難以生存。而同時,光伏和風電的隨機性、波動性,給電力系統的運行和控制帶來重大挑戰,對靈活性的需求急劇增加。在可再生能源大規模接入的背景下,世界各國基于這種定價機理所建立的電力市場運行紛紛出現問題,因此都在改進市場設計,比如引入另外的靈活性資源交易品種。

    亟需探索建立價格形成新機制

    對于發電機組,靈活性的提升主要體現在:深度調峰(降低最小技術出力)、快速啟停、增強爬坡能力(即提高加減負荷速度)。對于熱電機組,熱電解耦也是增強靈活性的方式。

    在美國加州電力市場(CAISO)和中部大陸電力市場(MISO),建立了靈活爬坡產品交易,取得了良好的效果。我國在實踐中總結出來的深度調峰定價方式值得肯定。該定價方式首先在東北電力輔助服務市場建立,并且在全國推廣。作為國家電力體制改革專項試點,自2017年1月在東北地區啟動以來成效顯著,深入挖掘了電網調峰潛力,促進了風電核電等清潔能源消納,顯著提高了電網安全運行水平和供熱可靠性。

    東北調峰服務市場體現公平、自愿的原則,并實現全電網調峰成本最低。根據火電機組調峰深度的不同,采用“階梯式”補償及分攤機制,按照非線性比例“多減多得、少減多罰”的原則加大獎罰力度,以激勵發電企業加大提供調峰服務的意愿。調峰服務分為基本(無償)調峰服務以及有償調峰服務(針對靈活性供方);菊{峰服務指機組調峰率小于等于48%時所提供的輔助服務;有償調峰服務指機組調峰率大于48%或按調度要求進行啟停調峰所提供的服務。假設某火電廠提供了深度調峰有償調峰服務,其發電曲線如圖2所示,則以每檔電價與積分電量計算每檔補償,三檔補償總計為其補償費用。由于火電機組參與深度調峰有必要進行穩燃技術改造,并且可能需要投油,增大發電成本,這種降低發電功率反而增大成本的情況是無法通過國外的現貨價格來真實反映的。

    圖2火電廠深度調峰服務(靈活性供方)定價原理圖

    作為靈活性資源市場化交易的初步嘗試,東北調峰服務市場算是成功的。但也有一些缺陷,特別是人為指定的參數太多,需要在實踐中進一步深入研究。

    為實現國家發展改革委、國家能源局提出的提升電力系統靈活性、促進可再生能源消納的目標,靈活性資源價格形成機制的研究與建立已成當務之急。如前所述,傳統的電力現貨市場解決不了靈活性資源合理定價的問題。有關部門及專家應在充分總結國內外已有實踐經驗的基礎上,拓寬思路,在更先進的電力市場理論的指導下研究和構建新型的靈活性資源交易機制,保障合理的投資回報,促進相關新技術的發展。

    (作者系華南理工大學電力經濟與電力市場研究所所長)