中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
一、背景
2023年8月8日，國(guó)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(chǎng)交易規(guī)則（征求意見(jiàn)稿）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)意見(jiàn)稿）?！渡綎|電力爬坡輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則》一旦正式發(fā)布，將成為國(guó)內(nèi)首個(gè)針對(duì)電力爬坡輔助服務(wù)的專(zhuān)項(xiàng)政策，對(duì)各省電力爬坡輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)具有很好的借鑒意義。
“爬坡”指的是為應(yīng)對(duì)可再生能源發(fā)電波動(dòng)等不確定因素帶來(lái)的系統(tǒng)凈負(fù)荷短時(shí)大幅變化，具備較強(qiáng)負(fù)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(xiǎn)；當(dāng)系統(tǒng)向下爬坡能力不足，存在供應(yīng)過(guò)剩棄電風(fēng)險(xiǎn)。因此，在現(xiàn)貨市場(chǎng)出清（或發(fā)電計(jì)劃安排）過(guò)程中，需要在各時(shí)段預(yù)留足夠的爬坡能力。
在國(guó)際上，以美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)為代表的一些國(guó)家已經(jīng)在積極探索爬坡輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)，并取得了一定經(jīng)驗(yàn)。目前美國(guó)中西部獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（MISO）、加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（CAISO）、英國(guó)和德國(guó)的電力市場(chǎng)均已通過(guò)市場(chǎng)化方式進(jìn)行爬坡產(chǎn)品采購(gòu)。
MISO和CAISO將爬坡和調(diào)頻服務(wù)歸于運(yùn)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(yùn)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(jìn)行出力。英國(guó)國(guó)家電力市場(chǎng)通過(guò)提供頻率響應(yīng)、備用、無(wú)功調(diào)節(jié)等平衡服務(wù)來(lái)保障電網(wǎng)的實(shí)時(shí)供需平衡。快速備用作為備用服務(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(lèi)似，采用月度競(jìng)價(jià)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(guó)在日內(nèi)市場(chǎng)交易靈活性資源的爬坡能力，并據(jù)此對(duì)日前市場(chǎng)的機(jī)組組合進(jìn)行調(diào)整，以應(yīng)對(duì)小時(shí)內(nèi)的靈活爬坡需求，合約拍賣(mài)的市場(chǎng)為15min市場(chǎng)。
除MISO外，CAISO、英國(guó)和德國(guó)的電力市場(chǎng)均允許儲(chǔ)能參與爬坡輔助服務(wù)。
二、山東省能源現(xiàn)狀及存在問(wèn)題
山東省是國(guó)內(nèi)第一大煤電裝機(jī)省份，是全國(guó)唯一一個(gè)煤電裝機(jī)過(guò)億的省份。截至2023年6月底，山東省發(fā)電總裝機(jī)約2億kW，其中，煤電1.075億kW，光伏4946萬(wàn)kW（集中式1369萬(wàn)kW，分布式3556萬(wàn)kW），風(fēng)電2421萬(wàn)kW，風(fēng)、光占比超過(guò)36.8%。同期，新型儲(chǔ)能裝機(jī)約283萬(wàn)kW，其中獨(dú)立儲(chǔ)能約198萬(wàn)kW。
圖2-1 山東省電力裝機(jī)規(guī)模（截至2023年6月）
傳統(tǒng)火電機(jī)組在深度調(diào)峰或啟停調(diào)峰過(guò)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(shí)間長(zhǎng)，爬坡速率約為1.5%/min（1000MW的火電機(jī)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?xì)鈾C(jī)組可以達(dá)到10%額定功率/min的爬坡速率，電化學(xué)儲(chǔ)能可以達(dá)到100%額定功率/min的爬坡速率，二者均可以實(shí)現(xiàn)快速的響應(yīng)及正反向調(diào)節(jié)，但山東省燃?xì)鈾C(jī)組、電化學(xué)儲(chǔ)能電站總量占比小。常規(guī)水電機(jī)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(jiàn)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(shí)，山東電網(wǎng)風(fēng)光新能源占比較高，光伏裝機(jī)總量全國(guó)第一，早晚時(shí)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(fù)荷呈現(xiàn)出兩頭高、中間低的“鴨形曲線(xiàn)”，而隨著光伏發(fā)電規(guī)模進(jìn)一步提升，凈負(fù)荷曲線(xiàn)將演變成中間極低的“峽谷曲線(xiàn)”。“鴨形曲線(xiàn)”、“峽谷曲線(xiàn)”將給電網(wǎng)帶來(lái)持續(xù)和大規(guī)模的爬坡壓力。
圖2-2 加州電網(wǎng)凈負(fù)荷曲線(xiàn)圖（鴨子曲線(xiàn)、峽谷曲線(xiàn)）
一般而言，負(fù)荷變化的爬坡特征明顯、模式清晰，相對(duì)易于預(yù)測(cè)。相關(guān)研究表明，疊加風(fēng)電后，凈負(fù)荷的爬坡容量需求提高，并且爬坡曲線(xiàn)更為陡峭，表明風(fēng)電增加了電網(wǎng)的爬坡總量需求，同時(shí)短時(shí)間內(nèi)要求更高的爬坡功率。另外，山東用電負(fù)荷大，2022年最大用電負(fù)荷超過(guò)1億kW，2023年預(yù)計(jì)突破1.1億kW，短時(shí)間的負(fù)荷波動(dòng)也會(huì)帶來(lái)較大的爬坡需求。風(fēng)、光出力以及用電負(fù)荷三者的波動(dòng)性和隨機(jī)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(jiàn)，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(fù)荷的增長(zhǎng)，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(mǎn)足實(shí)際需求。在現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行中，部分時(shí)段已出現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足的情況。2022年實(shí)時(shí)市場(chǎng)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(shí)段占比0.625%（約55小時(shí)）。
頂峰爬坡（向上爬坡）能力不足主要原因是短時(shí)電源出力不足、負(fù)荷上升過(guò)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(fù)荷時(shí)，易引發(fā)頂峰爬坡能力不足，導(dǎo)致短時(shí)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(shí)電源出力過(guò)足、電網(wǎng)消納困難。風(fēng)光大發(fā)、用電負(fù)荷短時(shí)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(chǎng)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(fù)荷三個(gè)因素，光伏、風(fēng)電按最大出力的5%，用電負(fù)荷按最大需求的3%粗略估算，對(duì)應(yīng)的爬坡功率需求分別約400萬(wàn)kW、300萬(wàn)kW。其中，向上爬坡持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約50小時(shí)（200次），向下爬坡持續(xù)時(shí)長(zhǎng)約15小時(shí)（60次）。隨著用電負(fù)荷的增長(zhǎng)、風(fēng)光新能源滲透率的不斷提高，這一需求也將進(jìn)一步擴(kuò)大。
儲(chǔ)能系統(tǒng)具備快速響應(yīng)、雙向調(diào)節(jié)能力，可以通過(guò)靈活可控的充放電時(shí)段調(diào)節(jié)降低尖峰負(fù)荷、風(fēng)光大發(fā)或跌落帶來(lái)的發(fā)用電不平衡對(duì)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(dú)立儲(chǔ)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(jī)規(guī)模將達(dá)到9000萬(wàn)kW，屆時(shí)電網(wǎng)爬坡能力不足問(wèn)題將愈發(fā)突出。2025年，山東省新型儲(chǔ)能的裝機(jī)目標(biāo)是500萬(wàn)kW，爬坡輔助服務(wù)市場(chǎng)容量足以允許全部的獨(dú)立儲(chǔ)能電站參與。獨(dú)立儲(chǔ)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(jiàn)稿提出，爬坡輔助服務(wù)與實(shí)時(shí)電能量市場(chǎng)聯(lián)合出清，按日統(tǒng)計(jì)（每日按96點(diǎn)）、按月結(jié)算，但并未給出爬坡服務(wù)參考價(jià)格。2023年上半年山東電力現(xiàn)貨市場(chǎng)放電價(jià)格平均在0.54元/kWh左右。如爬坡服務(wù)價(jià)格與此價(jià)格相當(dāng)?shù)脑?huà)，約為135元/MW（按單次爬坡服務(wù)15min折算）。2023年4月，國(guó)家能源局東北監(jiān)管局發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展<東北區(qū)域電力運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則><東北區(qū)域電力輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則>模擬運(yùn)行的通知》（東北監(jiān)能市場(chǎng)〔2023〕22號(hào)），對(duì)爬坡輔助服務(wù)給出了50元/MW的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。
山東獨(dú)立儲(chǔ)能電站目前主要有容量租賃費(fèi)、現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)差收益、容量補(bǔ)償費(fèi)三項(xiàng)收益。以100MW/200MWh儲(chǔ)能站為例，年收益合計(jì)約4000萬(wàn)元。爬坡輔助服務(wù)單次持續(xù)時(shí)間短（5-10min）、日響應(yīng)次數(shù)少，響應(yīng)時(shí)段上大多可與其他服務(wù)錯(cuò)開(kāi)，基本不會(huì)對(duì)現(xiàn)有收益造成影響。此次新增爬坡輔助服務(wù)后，按滿(mǎn)功率參與爬坡、200次/年或400次/年，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)取較低的50元/MW，預(yù)計(jì)可新增收益100萬(wàn)元/年或200萬(wàn)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(chǎng)暫時(shí)只開(kāi)放調(diào)頻和AVC服務(wù)（儲(chǔ)能僅參與調(diào)頻服務(wù)），本次意見(jiàn)稿的公布，釋放了山東將進(jìn)一步擴(kuò)大電力輔助服務(wù)市場(chǎng)，通過(guò)市場(chǎng)手段實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能等靈活性電力資源高效調(diào)配的信號(hào)。隨著電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的不斷擴(kuò)充完善，獨(dú)立儲(chǔ)能電站勢(shì)必更積極地參與其中，提供包括爬坡在內(nèi)的更多類(lèi)型的輔助服務(wù)。
