中國儲能網(wǎng)訊：
一、背景
2023年8月8日，國家能源局山東監(jiān)管辦公室公布了《山東電力爬坡輔助服務(wù)市場交易規(guī)則（征求意見稿）》（以下簡稱意見稿）?！渡綎|電力爬坡輔助服務(wù)市場交易規(guī)則》一旦正式發(fā)布，將成為國內(nèi)首個針對電力爬坡輔助服務(wù)的專項政策，對各省電力爬坡輔助服務(wù)市場建設(shè)具有很好的借鑒意義。
“爬坡”指的是為應(yīng)對可再生能源發(fā)電波動等不確定因素帶來的系統(tǒng)凈負荷短時大幅變化，具備較強負荷調(diào)節(jié)速率的并網(wǎng)主體根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整出力，以維持系統(tǒng)功率平衡所提供的服務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)向上爬坡能力不足，存在供應(yīng)不足限電風(fēng)險；當(dāng)系統(tǒng)向下爬坡能力不足，存在供應(yīng)過剩棄電風(fēng)險。因此，在現(xiàn)貨市場出清（或發(fā)電計劃安排）過程中，需要在各時段預(yù)留足夠的爬坡能力。
在國際上，以美國、英國、德國為代表的一些國家已經(jīng)在積極探索爬坡輔助服務(wù)市場建設(shè)，并取得了一定經(jīng)驗。目前美國中西部獨立系統(tǒng)運營商（MISO）、加州獨立系統(tǒng)運營商（CAISO）、英國和德國的電力市場均已通過市場化方式進行爬坡產(chǎn)品采購。
MISO和CAISO將爬坡和調(diào)頻服務(wù)歸于運行備用范疇，與事故備用相區(qū)別。事故備用通常在出現(xiàn)概率低但影響重大的突發(fā)情況下被調(diào)用，而調(diào)頻和爬坡在正常運行狀態(tài)下被連續(xù)的調(diào)用，爬坡資源在5-15min內(nèi)根據(jù)調(diào)度指令進行出力。英國國家電力市場通過提供頻率響應(yīng)、備用、無功調(diào)節(jié)等平衡服務(wù)來保障電網(wǎng)的實時供需平衡?？焖賯溆米鳛閭溆梅?wù)的一種，其發(fā)揮的作用與MISO/CAISO中爬坡輔助服務(wù)的作用類似，采用月度競價的方式，中標(biāo)資源在接收調(diào)度指令后2min內(nèi)提供爬坡速率大于25MW/min的響應(yīng)能力。德國在日內(nèi)市場交易靈活性資源的爬坡能力，并據(jù)此對日前市場的機組組合進行調(diào)整，以應(yīng)對小時內(nèi)的靈活爬坡需求，合約拍賣的市場為15min市場。
除MISO外，CAISO、英國和德國的電力市場均允許儲能參與爬坡輔助服務(wù)。
二、山東省能源現(xiàn)狀及存在問題
山東省是國內(nèi)第一大煤電裝機省份，是全國唯一一個煤電裝機過億的省份。截至2023年6月底，山東省發(fā)電總裝機約2億kW，其中，煤電1.075億kW，光伏4946萬kW（集中式1369萬kW，分布式3556萬kW），風(fēng)電2421萬kW，風(fēng)、光占比超過36.8%。同期，新型儲能裝機約283萬kW，其中獨立儲能約198萬kW。
圖2-1 山東省電力裝機規(guī)模（截至2023年6月）
傳統(tǒng)火電機組在深度調(diào)峰或啟停調(diào)峰過程中為保證爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定充分，需緩慢調(diào)整燃燒參數(shù)，爬坡時間長，爬坡速率約為1.5%/min（1000MW的火電機組，每分鐘變化15MW左右），不適宜大規(guī)模參與爬坡服務(wù)。聯(lián)合循環(huán)燃氣機組可以達到10%額定功率/min的爬坡速率，電化學(xué)儲能可以達到100%額定功率/min的爬坡速率，二者均可以實現(xiàn)快速的響應(yīng)及正反向調(diào)節(jié)，但山東省燃氣機組、電化學(xué)儲能電站總量占比小。常規(guī)水電機組標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)速率約20%額定功率%/min，但山東抽水蓄能電站較少，本次意見稿也未將抽水蓄能電站列入爬坡輔助服務(wù)供應(yīng)商。
與此同時，山東電網(wǎng)風(fēng)光新能源占比較高，光伏裝機總量全國第一，早晚時段光伏出力快速變化，電網(wǎng)系統(tǒng)爬坡壓力大。午間光伏發(fā)電能力大增，使得凈負荷呈現(xiàn)出兩頭高、中間低的“鴨形曲線”，而隨著光伏發(fā)電規(guī)模進一步提升，凈負荷曲線將演變成中間極低的“峽谷曲線”。“鴨形曲線”、“峽谷曲線”將給電網(wǎng)帶來持續(xù)和大規(guī)模的爬坡壓力。
圖2-2 加州電網(wǎng)凈負荷曲線圖（鴨子曲線、峽谷曲線）
一般而言，負荷變化的爬坡特征明顯、模式清晰，相對易于預(yù)測。相關(guān)研究表明，疊加風(fēng)電后，凈負荷的爬坡容量需求提高，并且爬坡曲線更為陡峭，表明風(fēng)電增加了電網(wǎng)的爬坡總量需求，同時短時間內(nèi)要求更高的爬坡功率。另外，山東用電負荷大，2022年最大用電負荷超過1億kW，2023年預(yù)計突破1.1億kW，短時間的負荷波動也會帶來較大的爬坡需求。風(fēng)、光出力以及用電負荷三者的波動性和隨機性疊加，再加上靈活性調(diào)節(jié)資源有限，電網(wǎng)爬坡壓力劇增?？梢灶A(yù)見，山東電網(wǎng)的爬坡需求隨著風(fēng)光發(fā)電比例的提高和負荷的增長，將逐年提升。
根據(jù)山東能監(jiān)辦的數(shù)據(jù)，山東電網(wǎng)當(dāng)前調(diào)節(jié)能力已不能滿足實際需求。在現(xiàn)貨市場運行中，部分時段已出現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足的情況。2022年實時市場共出現(xiàn)爬坡能力不足219次。其中，頂峰爬坡（向上爬坡）179次、調(diào)峰爬坡（向下爬坡）40次，爬坡能力不足時段占比0.625%（約55小時）。
頂峰爬坡（向上爬坡）能力不足主要原因是短時電源出力不足、負荷上升過快等。氣候條件突變導(dǎo)致風(fēng)光出力不足或出現(xiàn)尖峰負荷時，易引發(fā)頂峰爬坡能力不足，導(dǎo)致短時間內(nèi)供電能力不足。
調(diào)峰爬坡（向下爬坡）能力不足主要原因是短時電源出力過足、電網(wǎng)消納困難。風(fēng)光大發(fā)、用電負荷短時間內(nèi)下降較多，易引發(fā)電網(wǎng)向下爬坡能力不足，導(dǎo)致棄風(fēng)棄光。
三、爬坡輔助市場分析
結(jié)合山東電網(wǎng)2022年爬坡能力不足的情況，分析2023年山東電網(wǎng)爬坡能力需求。爬坡功率考慮光伏、風(fēng)電和負荷三個因素，光伏、風(fēng)電按最大出力的5%，用電負荷按最大需求的3%粗略估算，對應(yīng)的爬坡功率需求分別約400萬kW、300萬kW。其中，向上爬坡持續(xù)時長約50小時（200次），向下爬坡持續(xù)時長約15小時（60次）。隨著用電負荷的增長、風(fēng)光新能源滲透率的不斷提高，這一需求也將進一步擴大。
儲能系統(tǒng)具備快速響應(yīng)、雙向調(diào)節(jié)能力，可以通過靈活可控的充放電時段調(diào)節(jié)降低尖峰負荷、風(fēng)光大發(fā)或跌落帶來的發(fā)用電不平衡對電力系統(tǒng)的影響，減少爬坡能力不足事件的發(fā)生?？紤]山東現(xiàn)有獨立儲能全部參與爬坡調(diào)節(jié)，當(dāng)前階段也僅能覆蓋約1/2的電網(wǎng)爬坡能力需求。
2025年，山東省風(fēng)、光新能源裝機規(guī)模將達到9000萬kW，屆時電網(wǎng)爬坡能力不足問題將愈發(fā)突出。2025年，山東省新型儲能的裝機目標(biāo)是500萬kW，爬坡輔助服務(wù)市場容量足以允許全部的獨立儲能電站參與。獨立儲能電站憑借優(yōu)異的調(diào)節(jié)性能，有望獲得優(yōu)先調(diào)用，最大化地獲取爬坡服務(wù)收益。
意見稿提出，爬坡輔助服務(wù)與實時電能量市場聯(lián)合出清，按日統(tǒng)計（每日按96點）、按月結(jié)算，但并未給出爬坡服務(wù)參考價格。2023年上半年山東電力現(xiàn)貨市場放電價格平均在0.54元/kWh左右。如爬坡服務(wù)價格與此價格相當(dāng)?shù)脑?，約為135元/MW（按單次爬坡服務(wù)15min折算）。2023年4月，國家能源局東北監(jiān)管局發(fā)布了《關(guān)于開展<東北區(qū)域電力運行管理實施細則><東北區(qū)域電力輔助服務(wù)管理實施細則>模擬運行的通知》（東北監(jiān)能市場〔2023〕22號），對爬坡輔助服務(wù)給出了50元/MW的補償標(biāo)準(zhǔn)。
山東獨立儲能電站目前主要有容量租賃費、現(xiàn)貨市場價差收益、容量補償費三項收益。以100MW/200MWh儲能站為例，年收益合計約4000萬元。爬坡輔助服務(wù)單次持續(xù)時間短（5-10min）、日響應(yīng)次數(shù)少，響應(yīng)時段上大多可與其他服務(wù)錯開，基本不會對現(xiàn)有收益造成影響。此次新增爬坡輔助服務(wù)后，按滿功率參與爬坡、200次/年或400次/年，補償標(biāo)準(zhǔn)取較低的50元/MW，預(yù)計可新增收益100萬元/年或200萬元/年，約為現(xiàn)有收益的2%或4%。
山東省目前電力輔助服務(wù)市場暫時只開放調(diào)頻和AVC服務(wù)（儲能僅參與調(diào)頻服務(wù)），本次意見稿的公布，釋放了山東將進一步擴大電力輔助服務(wù)市場，通過市場手段實現(xiàn)儲能等靈活性電力資源高效調(diào)配的信號。隨著電力輔助服務(wù)市場的不斷擴充完善，獨立儲能電站勢必更積極地參與其中，提供包括爬坡在內(nèi)的更多類型的輔助服務(wù)。
