中國儲能網(wǎng)訊：2021年12月，國家能源局印發(fā)《電力輔助服務(wù)管理辦法》（國能發(fā)監(jiān)管規(guī)〔2021〕61號），首次提出增設(shè)爬坡和轉(zhuǎn)動慣量輔助服務(wù)新品種。2024年3月，《山東電力爬坡輔助服務(wù)市場交易規(guī)則（試行）》開始執(zhí)行，標(biāo)志著國內(nèi)首個爬坡輔助服務(wù)市場在山東電網(wǎng)啟動運行，爬坡輔助服務(wù)的價值開始得到量化補償，這對于完善輔助服務(wù)品種、促進快速調(diào)節(jié)資源建設(shè)、保障新型電力系統(tǒng)運行安全具有重要的現(xiàn)實意義，同時也拉開了省級爬坡輔助服務(wù)市場建設(shè)運行的序幕。
爬坡輔助服務(wù)市場功能定位
按照《電力輔助服務(wù)管理辦法》的定義，爬坡輔助服務(wù)是指為應(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)。根據(jù)爬坡方向，爬坡輔助服務(wù)分為向上爬坡和向下爬坡兩類產(chǎn)品。這個定義隱含了以下兩個概念：其一，爬坡輔助服務(wù)的主要功能是應(yīng)對可再生能源發(fā)電波動。在電能量市場出清模型中，無論是日前市場還是實時市場，機組的爬坡率均已是約束條件之一，一旦爬坡率約束觸發(fā)，出清的節(jié)點電價中將包含爬坡率約束對應(yīng)的影子價格。換句話說，非可再生能源發(fā)電波動引起的系統(tǒng)凈負荷變化由常規(guī)火電等機組調(diào)用爬坡跟蹤，并且這種爬坡調(diào)用在出清電價中已經(jīng)得到了完全補償。其二，爬坡輔助服務(wù)的供應(yīng)商應(yīng)是具備較強負荷調(diào)節(jié)速率的并網(wǎng)主體。在部分時段，可再生能源發(fā)電波動周期可能為十秒級或者分鐘級，而常規(guī)燃煤火電機組調(diào)節(jié)速率通常為每分鐘1%的額定發(fā)電容量。可見，在分鐘級層面，常規(guī)燃煤火電機組能夠提供的爬坡容量非常有限，因此，爬坡輔助服務(wù)的主要供應(yīng)商應(yīng)該是調(diào)節(jié)速率更快的其他電源，如水電機組、抽蓄機組、新型儲能等。
爬坡輔助服務(wù)的用途是維持系統(tǒng)功率平衡，屬于有功功率類輔助服務(wù)。當(dāng)采購的爬坡輔助服務(wù)數(shù)量不能滿足系統(tǒng)需求時，系統(tǒng)頻率將出現(xiàn)波動，可見，爬坡輔助服務(wù)的終極目標(biāo)是確保系統(tǒng)頻率安全。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)區(qū)域電網(wǎng)頻率控制體系采用省間聯(lián)絡(luò)線有功功率控制（CPS）考核機制，即省網(wǎng)通過“守聯(lián)絡(luò)線口子”的方式分擔(dān)區(qū)域交流電網(wǎng)調(diào)頻責(zé)任。從這個意義上分析，省網(wǎng)采購爬坡輔助服務(wù)是為了“守聯(lián)絡(luò)線口子”，其功效完全等同于自動發(fā)電控制（AGC）調(diào)頻輔助服務(wù)。爬坡輔助服務(wù)和AGC調(diào)頻輔助服務(wù)的主要區(qū)別是前者對機組調(diào)節(jié)速率的要求很高，而后者的要求較低。對新能源占比不高的省網(wǎng)而言，聯(lián)絡(luò)線口子功率波動的速率不高，常規(guī)燃煤火電機組的調(diào)節(jié)速率完全跟得上，因此，省網(wǎng)“守聯(lián)絡(luò)線口子”只需采購AGC輔助服務(wù)即可，對爬坡輔助服務(wù)并沒有需求，這也是以前沒有爬坡輔助服務(wù)的主要原因。值得指出的是，CPS考核機制下“守聯(lián)絡(luò)線口子”的方式限制了有功功率類輔助服務(wù)的跨省交易，爬坡輔助服務(wù)也不例外，因此，目前區(qū)域?qū)蛹壍呐榔螺o助服務(wù)市場難以建立，省級爬坡輔助服務(wù)市場將是唯一的現(xiàn)實選擇。考慮到迄今世界范圍內(nèi)還沒有比CPS考核機制更好的頻率控制體系，短期內(nèi)CPS考核機制不存在被替代的可能，所以這個局面可能還將長期持續(xù)。
爬坡輔助服務(wù)市場問題分析
爬坡輔助服務(wù)是隨著近年來新能源滲透比越來越高而出現(xiàn)的新型輔助服務(wù)，其在世界范圍內(nèi)的研究和實踐尚未完全成熟，特別在國內(nèi)僅有山東建立了爬坡輔助服務(wù)市場，與爬坡輔助服務(wù)相關(guān)的中文文獻也僅有十余篇，因此，爬坡輔助服務(wù)市場建設(shè)中的關(guān)鍵問題值得深入研究和探討。
爬坡輔助服務(wù)提供的產(chǎn)品是爬坡容量，這個值必須大于或等于相應(yīng)調(diào)度時段系統(tǒng)凈負荷的變化值。影響系統(tǒng)凈負荷變化值的因素有四個：系統(tǒng)負荷預(yù)測、新能源出力預(yù)測、系統(tǒng)負荷預(yù)測誤差和新能源出力預(yù)測誤差，前兩個因素是確定性數(shù)值，而后兩個因素是不確定性數(shù)值。在后兩個因素中，系統(tǒng)負荷預(yù)測誤差較小，而新能源預(yù)測出力誤差較大，是主要的不確定性數(shù)值來源。
山東爬坡輔助服務(wù)市場采用日前申報、實時出清的方式，爬坡供應(yīng)商在日前僅申報爬坡速率，不申報價格。在實時市場安全約束調(diào)度（SCED）出清模型中，山東增加了系統(tǒng)爬坡容量需求約束，系統(tǒng)爬坡容量需求在日前確定，考慮了影響系統(tǒng)凈負荷變化值的所有四個因素，其中最重要的新能源預(yù)測出力誤差是基于歷史相同時段的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將置信度設(shè)為95%計算得出。在實時市場優(yōu)化計算時，如果新增的系統(tǒng)爬坡容量需求約束被觸發(fā)，那么可以算出對應(yīng)的約束影子價格，這就是爬坡輔助服務(wù)的出清價格，同時還可以得到爬坡容量分機組中標(biāo)結(jié)果。由此可見，山東爬坡輔助服務(wù)市場是和電能量市場聯(lián)合優(yōu)化出清的。毋庸置疑，山東爬坡輔助服務(wù)市場在國內(nèi)具有開創(chuàng)性意義，其在爬坡輔助服務(wù)市場化方面的首創(chuàng)精神和探索實踐值得充分肯定。但是，山東爬坡輔助服務(wù)市場并不完美，分析其中可能存在的問題，為后來者提供可借鑒的經(jīng)驗，有利于提高爬坡輔助服務(wù)市場的整體建設(shè)水平，可進一步增進社會福利。
一是爬坡輔助服務(wù)與電能量聯(lián)合優(yōu)化出清可能對節(jié)點電價產(chǎn)生較大影響。一般來說，聯(lián)合出清的優(yōu)化效果肯定好于順序出清，但是這個結(jié)論成立是有前提的，那就是輔助服務(wù)必須報價。在輔助服務(wù)不報價且需求量較大的情況下，聯(lián)合出清可能大幅抬高節(jié)點電價。考慮到電能購買成本遠高于輔助服務(wù)購買成本，因此，聯(lián)合出清可能反而有損社會福利。目前，國內(nèi)所有省份新能源裝機容量均已超過火電裝機容量，在負荷側(cè)未完全進入市場的情形下，爬坡輔助服務(wù)需求量不是一個小數(shù)值且還在不斷快速增長，在聯(lián)合出清尋優(yōu)過程中，為了滿足爬坡輔助服務(wù)需求約束將被迫調(diào)用更高報價的機組，這可能導(dǎo)致節(jié)點電價水平大幅攀升。因此，在新能源發(fā)電還在迅猛增長的當(dāng)下，爬坡輔助服務(wù)市場與電能量市場解耦單獨出清是更優(yōu)的選擇。
二是爬坡輔助服務(wù)市場的出清方式存在重復(fù)補償?shù)目赡?。在出清模型中，有兩個與機組爬坡率相關(guān)的約束，一個是原模型中已有的機組爬坡率約束，另一個是新增的系統(tǒng)爬坡容量需求約束。假設(shè)在某個時段出清中，某機組的爬坡率約束和系統(tǒng)爬坡容量需求約束均被觸發(fā)，那么該機組對應(yīng)節(jié)點的節(jié)點電價中已包含爬坡率約束的影子價格分量，也就是說該機組的爬坡能力已經(jīng)得到了補償。此外，該機組還能得到爬坡輔助服務(wù)市場出清價格的補償。簡言之，機組同一個爬坡能力收到了雙份補償，這顯然是不合理的。
三是爬坡輔助服務(wù)市場出清價格未能正確反映爬坡輔助服務(wù)的市場價值，而是更多地體現(xiàn)了其運行價值。原因是：其一，供應(yīng)商不申報價格，是價格接受者，未能反映爬坡輔助服務(wù)的生產(chǎn)成本；其二，出清價格不是由供需雙方報價匹配得出，而是在復(fù)雜的安全約束的經(jīng)濟調(diào)度（SCED）優(yōu)化算法中得出，不夠簡單透明，不能反映爬坡輔助服務(wù)市場的供需關(guān)系，其價格信號不能有效激勵爬坡輔助服務(wù)的供應(yīng)與調(diào)用。
筆者認為，影響系統(tǒng)爬坡容量需求的確定性因素和不確定性因素應(yīng)該分開處理。確定性因素系統(tǒng)負荷預(yù)測和新能源出力預(yù)測通過電能量市場出清模型中的機組爬坡率約束來考慮，以期盡可能減少新能源出力波動對節(jié)點電價的影響，這也符合現(xiàn)有出清模型的一貫做法（已考慮確定性因素系統(tǒng)負荷預(yù)測）。不確定性因素系統(tǒng)負荷預(yù)測誤差和新能源出力預(yù)測誤差應(yīng)通過獨立的市場機制來考慮，其中系統(tǒng)負荷預(yù)測誤差已經(jīng)通過AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場得到處理。
爬坡輔助服務(wù)市場發(fā)展建議
在電網(wǎng)調(diào)度運行實踐中，對爬坡輔助服務(wù)需求最迫切的時刻通常發(fā)生在春節(jié)、國慶等節(jié)假日，這期間，系統(tǒng)負荷較平日大幅降低，常規(guī)火電機組運行在最小運行方式，此時如果恰逢風(fēng)光新能源大發(fā)，那么在部分時段例如日出時刻，有限的火電機組向下爬坡速率遠跟不上光伏出力上升的速率，造成相應(yīng)省網(wǎng)CPS考核指標(biāo)迅速變差，區(qū)域交流電網(wǎng)頻率出現(xiàn)短時高頻。綜合考慮爬坡輔助服務(wù)市場功能定位和電網(wǎng)調(diào)度運行實際需求，筆者認為，爬坡輔助服務(wù)市場不是一個獨立輔助服務(wù)市場，而應(yīng)該是AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場的有機組成部分。
在考慮爬坡輔助服務(wù)之后，新型AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場將分為兩個，一個是傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場，主要面向低爬坡速率的常規(guī)火電機組競標(biāo)，另一個是爬坡輔助服務(wù)市場，主要面向高爬坡速率的水電、抽蓄、新型儲能等靈活調(diào)節(jié)機組競標(biāo)。從理論上分析，爬坡輔助服務(wù)市場功能可以完全替代傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場，但是這種替代可能并不經(jīng)濟。簡言之，通過低爬坡速率機組和高爬坡速率機組的分臺競爭，傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場和爬坡輔助服務(wù)市場能夠以最小的經(jīng)濟成本助力新能源高占比省網(wǎng)“守好聯(lián)絡(luò)線口子”，確保區(qū)域大電網(wǎng)頻率安全。
在省調(diào)預(yù)測次日96時段的AGC調(diào)頻容量總需求后，分別考慮系統(tǒng)負荷預(yù)測偏差和新能源出力預(yù)測偏差，將AGC調(diào)頻容量總需求分解為傳統(tǒng)AGC調(diào)頻容量需求和爬坡容量需求兩部分，然后面向不同供應(yīng)商分別啟動傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場和爬坡輔助服務(wù)市場。在此特別強調(diào)，爬坡輔助服務(wù)市場的競價、出清、調(diào)用、結(jié)算等市場環(huán)節(jié)基本等同于傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場，可以直接套用其市場規(guī)則。為了更好地建設(shè)爬坡輔助服務(wù)市場，省調(diào)可能需要進行以下兩個工作改進：其一，區(qū)分向上爬坡容量需求和向下爬坡容量需求，分別進行預(yù)測；目前在AGC調(diào)頻容量需求預(yù)測中，大部分省份并不區(qū)分向上調(diào)節(jié)容量和向下調(diào)節(jié)容量。其二，增加分鐘級系統(tǒng)負荷預(yù)測流程。按照最新版《電網(wǎng)運行準(zhǔn)則》（GB/T 31464-2022）規(guī)定，AGC發(fā)送指令的周期不大于30秒，這就需要至少是分鐘級系統(tǒng)負荷預(yù)測數(shù)據(jù)來計算區(qū)域控制偏差（ACE）。然而，目前即使是在超短期負荷預(yù)測中，系統(tǒng)負荷預(yù)測也是以15分鐘為預(yù)測單位，分鐘級負荷預(yù)測是用15分鐘負荷預(yù)測數(shù)據(jù)插值計算得出，這顯然在精度上無法滿足爬坡輔助服務(wù)市場實際需求，亟需在全時段或部分敏感時段（如日出、日落時段）進行獨立的分鐘級系統(tǒng)負荷預(yù)測。
值得討論的是，盡管爬坡輔助服務(wù)市場的模式類似于AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場，但是AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場的現(xiàn)有出清方式值得商榷。目前，大部分省份AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場是放在電能量市場中間過程進行市場出清的。在電能量市場安全約束機組組合（SCUC）優(yōu)化完成后，確定開機的機組申報AGC調(diào)頻容量和價格，市場出清后機組AGC中標(biāo)容量在可發(fā)容量中預(yù)留，然后電能量市場再進行SCED優(yōu)化算出節(jié)點邊際電價?？梢?，AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場和電能量市場實質(zhì)上并非聯(lián)合出清，而是順序出清，且AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場先于電能量市場出清，這種做法的優(yōu)點是可以確保能采購到足夠的AGC調(diào)頻容量，但隨之而來的缺點也是明顯的：一是AGC調(diào)頻容量事先預(yù)留的處理方式直接減少了機組在電能量市場的可競價容量，可能顯著抬高出清電價，以成本相對較低的輔助服務(wù)市場出清影響成本較高的電能量市場出清是不明智的。二是最近國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《電力輔助服務(wù)市場基本規(guī)則》（發(fā)改能源規(guī)〔2025〕411號）明確了調(diào)頻服務(wù)市場只補償實際調(diào)頻里程，對調(diào)頻容量和機會成本不予補償。由于實際調(diào)頻里程是在實時調(diào)度結(jié)束后才能確定，在市場申報階段供應(yīng)商無法預(yù)測，而中標(biāo)AGC調(diào)頻容量進而損失電能量市場機會成本是可以預(yù)見的，因此，供應(yīng)商非常有可能對調(diào)頻里程申報高價，從而抬高AGC調(diào)頻輔助服務(wù)出清價格。綜上，這種做法有可能同時抬高電能量出清價格和AGC調(diào)頻輔助服務(wù)出清價格，權(quán)衡利弊是得不償失的，存在較大的改進空間。筆者建議，爬坡輔助服務(wù)市場應(yīng)和傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務(wù)市場一樣，依然采用順序出清方式，但是應(yīng)該放在電能量市場出清之后再進行出清。（本文僅代表作者本人觀點）
