關(guān)立1, 周蕾2, 劉航航2, 周新生3, 陶瑋3, 趙梓州3
（1. 國(guó)家電網(wǎng)有限公司，北京 100031; 2. 國(guó)網(wǎng)山東省電力有限公司，山東 濟(jì)南 250000; 3. 北京清大科越股份有限公司，北京 100084）
摘要：隨著風(fēng)光新能源裝機(jī)容量迅速增長(zhǎng)，加快健全儲(chǔ)能設(shè)施參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制有利于促進(jìn)新能源消納。為提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，以山東省獨(dú)立電儲(chǔ)能參與現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制為研究對(duì)象，提出了獨(dú)立儲(chǔ)能以自調(diào)度模式參與現(xiàn)貨市場(chǎng)的運(yùn)行機(jī)制。仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，儲(chǔ)能裝置參與現(xiàn)貨市場(chǎng)對(duì)促進(jìn)新能源消納和提升電力供應(yīng)保障能力具有重要作用。
引文信息
關(guān)立, 周蕾, 劉航航, 等. 獨(dú)立儲(chǔ)能電站參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)機(jī)制及試運(yùn)行分析[J]. 中國(guó)電力, 2022, 55(10): 185-190.
GUAN Li, ZHOU Lei, LIU Hanghang, et al. Analysis of independent energy storage power station participating in power spot market mechanism and trial operation[J]. Electric Power, 2022, 55(10): 185-190.
引言
建設(shè)新型電力系統(tǒng)是中國(guó)推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵舉措[1]。隨著風(fēng)電、光伏等新能源快速發(fā)展，裝機(jī)容量在電力系統(tǒng)中占比與日俱增，電力系統(tǒng)迫切需要更充足的靈活調(diào)節(jié)資源以平抑大規(guī)模新能源隨機(jī)波動(dòng)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)的沖擊[2]。在此背景下，儲(chǔ)能及其配套市場(chǎng)機(jī)制研究成為當(dāng)前市場(chǎng)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)[3-4]。
目前，儲(chǔ)能裝置建設(shè)成本較高[5-6]。從具體實(shí)踐情況來(lái)看，初期儲(chǔ)能主要與火電、風(fēng)電、光伏等電源以聯(lián)合體形式打捆參與市場(chǎng)交易[7-8]。文獻(xiàn)[9-11]分別研究了火儲(chǔ)、風(fēng)儲(chǔ)、光儲(chǔ)一體化系統(tǒng)在調(diào)頻市場(chǎng)中的運(yùn)行控制策略。在廣東、山東等地，儲(chǔ)能以一體化系統(tǒng)形式廣泛應(yīng)用于調(diào)頻市場(chǎng)交易中[12-13]。此外，儲(chǔ)能裝置也可用于優(yōu)化新能源電站發(fā)電曲線。文獻(xiàn)[14-15]分別采用模糊控制算法、遺傳算法提出了面向風(fēng)儲(chǔ)、光儲(chǔ)一體化系統(tǒng)的優(yōu)化控制策略，進(jìn)而平抑新能源波動(dòng)。文獻(xiàn)[16-17]考慮儲(chǔ)能裝置運(yùn)行成本和新能源發(fā)電預(yù)測(cè)偏差，提出了以預(yù)期收益最大為目標(biāo)的優(yōu)化運(yùn)行策略，避免了因預(yù)測(cè)偏差造成的收益損失。文獻(xiàn)[18-19]討論了一體化系統(tǒng)電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)中的競(jìng)價(jià)策略問(wèn)題，提出了以預(yù)期效益最大化為目標(biāo)的現(xiàn)貨申報(bào)策略，進(jìn)一步應(yīng)用于電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)交易中。
現(xiàn)有研究主要探討了一體化系統(tǒng)參與市場(chǎng)交易的問(wèn)題。由于一體化系統(tǒng)中儲(chǔ)能裝置規(guī)模較小，在實(shí)現(xiàn)電能時(shí)間平移，促進(jìn)削峰填谷等方面效用有限。隨著新能源快速發(fā)展，電力系統(tǒng)迫切需要以獨(dú)立儲(chǔ)能形式參與市場(chǎng)[20-23]。隨著新型電力系統(tǒng)加速建設(shè)，新能源裝機(jī)和發(fā)電量占比將逐漸增大，亟須研究適應(yīng)獨(dú)立儲(chǔ)能的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)方案。
作為國(guó)內(nèi)首批電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)試點(diǎn)，山東率先推出獨(dú)立儲(chǔ)能設(shè)施現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制。本文圍繞山東獨(dú)立儲(chǔ)能現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制設(shè)計(jì)，探討?yīng)毩?chǔ)能參與市場(chǎng)概況和市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)問(wèn)題。結(jié)合試運(yùn)行情況，分析獨(dú)立儲(chǔ)能參與市場(chǎng)交易的效益，展望后續(xù)市場(chǎng)機(jī)制改進(jìn)方向。
1 山東省獨(dú)立儲(chǔ)能參與市場(chǎng)概況
山東電源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)顯著的“兩大一高”特點(diǎn)，即光伏和煤電裝機(jī)容量大、供熱機(jī)組裝機(jī)占比高。截至2021年底，山東煤電裝機(jī)為116 GW，光伏裝機(jī)為33.43 GW。其中，供熱機(jī)組裝機(jī)容量占直調(diào)煤電機(jī)組80%以上，造成電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力有限，加劇新能源消納困難。為解決新能源消納難題，山東持續(xù)加快能源轉(zhuǎn)型發(fā)展，使獨(dú)立儲(chǔ)能參與現(xiàn)貨市場(chǎng)，獨(dú)立儲(chǔ)能電站規(guī)模如表1所示。
為支持獨(dú)立儲(chǔ)能發(fā)展，形成可持續(xù)的良性發(fā)展模式，搭建了“1+2”的獨(dú)立儲(chǔ)能盈利模式架構(gòu)，其中“1”為獨(dú)立儲(chǔ)能投運(yùn)即可獲得的容量補(bǔ)償費(fèi)用，“2”為獨(dú)立儲(chǔ)能可參與電能量市場(chǎng)或調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)交易獲得收益。獨(dú)立儲(chǔ)能參與市場(chǎng)有3種機(jī)制，具體如下。
（1）容量補(bǔ)償電價(jià)機(jī)制。山東在中國(guó)率先建立了容量補(bǔ)償電價(jià)機(jī)制，以容量補(bǔ)償費(fèi)用形式補(bǔ)償發(fā)電機(jī)組固定成本，并將獨(dú)立儲(chǔ)能電站納入補(bǔ)償主體。獨(dú)立儲(chǔ)能月度可用容量主要由其有效充放電容量確定，即
（2）調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)交易。獨(dú)立儲(chǔ)能可通過(guò)參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)交易，提供調(diào)頻服務(wù)獲得收益。實(shí)際上，在廣東、山東的調(diào)頻市場(chǎng)建設(shè)中，大量常規(guī)電源已通過(guò)配套儲(chǔ)能參與調(diào)頻市場(chǎng)獲得收益[24-25]。獨(dú)立儲(chǔ)能調(diào)頻性能優(yōu)越，參與調(diào)頻市場(chǎng)有望獲得更高調(diào)頻補(bǔ)償。
（3）電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)交易。隨著電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn)建設(shè)，山東原調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)與電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)逐步融合。獨(dú)立儲(chǔ)能參與電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，本質(zhì)上是利用峰谷時(shí)段分時(shí)價(jià)差，通過(guò)提供削峰填谷服務(wù)獲得收益。因此，分時(shí)電價(jià)差水平?jīng)Q定了獨(dú)立儲(chǔ)能在電能量市場(chǎng)的收益高低。
儲(chǔ)能裝置利用分時(shí)價(jià)差，參與電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，既能夠?qū)崿F(xiàn)自身盈利，也有利于新能源消納。目前電儲(chǔ)能在調(diào)頻與電能量現(xiàn)貨間的銜接機(jī)制尚在研究，為保證系統(tǒng)安全，初期要求在任一運(yùn)行日電儲(chǔ)能僅能參與調(diào)頻或電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)，后期將研究銜接機(jī)制，實(shí)現(xiàn)其在多個(gè)市場(chǎng)聯(lián)合高效出清。
2 獨(dú)立儲(chǔ)能參與現(xiàn)貨市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)
當(dāng)前山東電力現(xiàn)貨市場(chǎng)采用全電量競(jìng)價(jià)模式。按照“發(fā)電側(cè)報(bào)量報(bào)價(jià)，用電側(cè)報(bào)量不報(bào)價(jià)”的原則，基于節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)出清確定現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格，并通過(guò)差價(jià)結(jié)算模式與中長(zhǎng)期市場(chǎng)交易實(shí)現(xiàn)有效銜接。山東電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)包括日前市場(chǎng)、日內(nèi)機(jī)組組合調(diào)整、及實(shí)時(shí)市場(chǎng)等階段，并與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)有序銜接，聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)。
在上述現(xiàn)貨市場(chǎng)框架下，提出了基于自調(diào)度模式的獨(dú)立儲(chǔ)能現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制。該模式的基本特征在于獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商日前申報(bào)自調(diào)度曲線，并在滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行和新能源優(yōu)先消納條件下先出清。同時(shí)，獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商作為現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格接受者，根據(jù)市場(chǎng)出清、實(shí)際運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行結(jié)算。
本文從申報(bào)模式、出清模式、價(jià)格與結(jié)算機(jī)制3個(gè)方面探究獨(dú)立儲(chǔ)能自調(diào)度模式參與的機(jī)制設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
（1）申報(bào)模式設(shè)計(jì)。獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商僅須在競(jìng)價(jià)日申報(bào)自調(diào)度曲線。自調(diào)度曲線本質(zhì)上為獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商根據(jù)市場(chǎng)出清價(jià)格預(yù)測(cè)，制定的最優(yōu)運(yùn)行曲線，以明確運(yùn)行日各時(shí)段充放電狀態(tài)及功率。
為便于獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商合理申報(bào)自調(diào)度曲線，在競(jìng)價(jià)日，市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)將次日負(fù)荷預(yù)測(cè)、新能源預(yù)測(cè)出力、發(fā)輸變電設(shè)備檢修情況等市場(chǎng)運(yùn)行信息進(jìn)行信息披露。獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商須自行開展市場(chǎng)出清價(jià)格預(yù)測(cè)，并以此作為申報(bào)依據(jù)。為了規(guī)范申報(bào)數(shù)據(jù)，初期要求獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商采用不超過(guò)2次申報(bào)自調(diào)度曲線。
山東3座獨(dú)立儲(chǔ)能電站某競(jìng)價(jià)日實(shí)際申報(bào)的自調(diào)度曲線如圖1所示。在圖1中，功率 ＞ 0，表明該時(shí)刻處于放電狀態(tài)；功率 ＜ 0，則處于充電狀態(tài)。等效負(fù)荷曲線能夠反映供需變化形勢(shì)，從而為測(cè)算提供依據(jù)。對(duì)獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，等效負(fù)荷曲線可根據(jù)市場(chǎng)公開信息得到。運(yùn)行日的等效負(fù)荷曲線如圖2所示。從圖2可以看出，當(dāng)天3座獨(dú)立儲(chǔ)能均選擇在午間低谷時(shí)段充電，并在晚間高峰時(shí)段放電。自調(diào)度曲線與凈負(fù)荷曲線峰谷變化緊密相關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)削峰填谷，緩解高峰供應(yīng)緊張問(wèn)題。
（2）出清模式設(shè)計(jì)。獨(dú)立儲(chǔ)能作為優(yōu)先出清電源，僅需要對(duì)其是否滿足電網(wǎng)安全約束和新能源優(yōu)先消納要求進(jìn)行判定。出清結(jié)果將作為日前和實(shí)時(shí)現(xiàn)貨市場(chǎng)出清模型的邊界條件，從而構(gòu)建安全約束機(jī)組組合、安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。
在電網(wǎng)安全約束校驗(yàn)中，目前采用離線安全分析方式，校驗(yàn)獨(dú)立儲(chǔ)能自調(diào)度曲線是否滿足所在地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行約束。當(dāng)前三個(gè)獨(dú)立儲(chǔ)能所處地區(qū)電網(wǎng)整體可靠性較強(qiáng)，自調(diào)度曲線一般均能滿足電網(wǎng)安全約束，未出現(xiàn)因電網(wǎng)原因?qū)е陋?dú)立儲(chǔ)能自調(diào)度曲線難以出清的情況。
在新能源優(yōu)先消納校驗(yàn)中，采用等效峰谷差校驗(yàn)方法，在凈負(fù)荷曲線基礎(chǔ)上進(jìn)一步疊加獨(dú)立儲(chǔ)能自調(diào)度曲線，若疊加自調(diào)度曲線后所得的等效負(fù)荷曲線較原凈負(fù)荷曲線高峰時(shí)段負(fù)荷需求降低且低谷時(shí)段負(fù)荷需求增加，則表明獨(dú)立儲(chǔ)能申報(bào)的自調(diào)度曲線有助于提升低谷時(shí)段新能源消納，可以出清，否則不予出清。
（3）價(jià)格與結(jié)算機(jī)制設(shè)計(jì)。獨(dú)立儲(chǔ)能電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)結(jié)算中采用“日清月結(jié)”模式，作為價(jià)格接受者，接受日前市場(chǎng)出清價(jià)格。實(shí)際交換功率與申報(bào)自調(diào)度曲線間的偏差電量按照實(shí)時(shí)現(xiàn)貨市場(chǎng)出清價(jià)格結(jié)算。
獨(dú)立儲(chǔ)能在電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)中結(jié)算電費(fèi)為
3 山東獨(dú)立儲(chǔ)能參與現(xiàn)貨市場(chǎng)試運(yùn)行分析
自2022年3月起，山東獨(dú)立儲(chǔ)能電站作為市場(chǎng)主體參與現(xiàn)貨市場(chǎng)結(jié)算試運(yùn)行，期間獨(dú)立儲(chǔ)能電站積極參與電能量現(xiàn)貨交易，獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商參與市場(chǎng)交易的業(yè)務(wù)銜接更為順暢，市場(chǎng)申報(bào)更加合理。
自調(diào)度模式下，獨(dú)立儲(chǔ)能電站根據(jù)現(xiàn)貨市場(chǎng)披露信息，預(yù)測(cè)市場(chǎng)出清價(jià)格，申報(bào)自調(diào)度曲線。由于采用優(yōu)先出清模式，試運(yùn)行期間獨(dú)立儲(chǔ)能所申報(bào)的自調(diào)度曲線均全額出清。自調(diào)度曲線與日前市場(chǎng)出清價(jià)格匹配程度實(shí)際上決定了獨(dú)立儲(chǔ)能電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)交易收益預(yù)期。近一個(gè)月的市場(chǎng)申報(bào)和出清結(jié)果顯示獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商申報(bào)的自調(diào)度曲線與出清價(jià)格匹配性呈逐步提升趨勢(shì)，該結(jié)果表明了獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商自調(diào)度模式下的市場(chǎng)預(yù)測(cè)分析能力逐步提升，更加適應(yīng)現(xiàn)貨市場(chǎng)交易環(huán)境。
以某獨(dú)立儲(chǔ)能2022年3月5日、20日申報(bào)自調(diào)度曲線和日前現(xiàn)貨市場(chǎng)出清價(jià)格為例，申報(bào)與出清結(jié)果匹配程度如圖3所示。從圖3可以看出，2022年3月20日自調(diào)度曲線與日前市場(chǎng)出清價(jià)格契合程度較2022年3月5日有顯著提升。
對(duì)試運(yùn)行期間獨(dú)立儲(chǔ)能電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)交易情況進(jìn)行結(jié)算分析。獨(dú)立儲(chǔ)能電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)結(jié)算收益變化如圖4所示。從圖4可以看出，獨(dú)立儲(chǔ)能逐日結(jié)算費(fèi)用整體呈上升趨勢(shì)。日結(jié)算電費(fèi)均值達(dá)到32萬(wàn)元，則預(yù)計(jì)月度結(jié)算收入可達(dá)900萬(wàn)~1 000萬(wàn)元。
獨(dú)立儲(chǔ)能參與現(xiàn)貨交易在創(chuàng)造自身交易收益的同時(shí)，通過(guò)高峰發(fā)電、低谷充電，能夠發(fā)揮緩解高峰電力緊張、促進(jìn)低谷新能源消納的作用。2022年3月5日—4月5日，獨(dú)立儲(chǔ)能電站通過(guò)現(xiàn)貨市場(chǎng)交易日均促進(jìn)負(fù)荷削峰260 MW，低谷期間消納新能源日均超過(guò)5.5 GW·h。獨(dú)立儲(chǔ)能設(shè)施市場(chǎng)交易機(jī)制逐漸完善，將對(duì)能源轉(zhuǎn)型發(fā)揮突出作用。
4 結(jié)語(yǔ)
本文講述了山東省獨(dú)立儲(chǔ)能參與市場(chǎng)的盈利模式，重點(diǎn)介紹了獨(dú)立儲(chǔ)能參與電能量現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制設(shè)計(jì)和試運(yùn)行情況。作為實(shí)現(xiàn)獨(dú)立儲(chǔ)能參與現(xiàn)貨市場(chǎng)的省份，山東提出了基于自調(diào)度模式的獨(dú)立儲(chǔ)能現(xiàn)貨市場(chǎng)交易機(jī)制。試運(yùn)行情況表明獨(dú)立儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)貨市場(chǎng)中申報(bào)策略日趨成熟，收益呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，同時(shí)獨(dú)立儲(chǔ)能在緩解高峰電力緊張和促進(jìn)新能源消納方面發(fā)揮了重要作用。與此同時(shí)，從實(shí)踐情況來(lái)看，獨(dú)立儲(chǔ)能調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)有待進(jìn)一步發(fā)揮，要進(jìn)一步為投資者提供長(zhǎng)期穩(wěn)定收益，不利于引導(dǎo)投資。為此，亟待研究與獨(dú)立儲(chǔ)能相配套的中長(zhǎng)期市場(chǎng)機(jī)制，形成可量化收益評(píng)估模型，以激勵(lì)更多的市場(chǎng)主體投資獨(dú)立儲(chǔ)能。
