中國儲能網(wǎng)訊：隨著可再生能源的大規(guī)模接入，電力系統(tǒng)的靈活性越來越引起各方面的關(guān)注。2018年11月13日，國際能源署發(fā)布的世界能源展望提出“靈活性是電力系統(tǒng)的新口號”。在世界范圍，風電和光伏發(fā)電的快速增長都對電力系統(tǒng)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(wǎng)調(diào)峰能力與開展火電靈活性改造已成為國家有關(guān)部門關(guān)注的重點。電力系統(tǒng)“靈活性”的定義目前還比較含糊，可以認為是電力系統(tǒng)應對發(fā)電、負荷和電網(wǎng)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(tǒng)規(guī)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(wǎng)的空間尺度上則可分為就地、區(qū)域以及全網(wǎng)。靈活性資源包括調(diào)峰資源、調(diào)頻資源、儲能、需求側(cè)響應、電網(wǎng)靈活控制等。
如何評價資源的靈活性
與其他電能產(chǎn)品一樣，價格形成機制也是靈活性資源發(fā)展的關(guān)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(xié)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(zhì)化特征，電網(wǎng)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(chǎn)銷方的。因此電力市場中交易的并非物理的電能，而是發(fā)電權(quán)與用電權(quán)，最終通過調(diào)度計劃來實現(xiàn)，因此電網(wǎng)調(diào)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(diào)度、控制模型，資源靈活性也通過調(diào)度、控制層面體現(xiàn)出來。
電源和負荷實時平衡是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基本條件，而當前電力系統(tǒng)中由于風、光等新能源的大量接入，在電源側(cè)引入大量的隨機性和波動性，給電網(wǎng)的調(diào)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(zhì)。
由于電能難以大量儲存，發(fā)用功率必須實時平衡，從對電力系統(tǒng)調(diào)度運行和功率平衡的影響看，筆者認為，電能商品品質(zhì)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(nèi)自由調(diào)節(jié)的難易程度。隨機性與易控性有一定的關(guān)聯(lián)，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(diào)節(jié)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(chǎn)和需方（負荷）所消費的電能商品品質(zhì)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(zhì)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(zhì)一般的煤電經(jīng)過靈活性改造，可升級為高品質(zhì)的調(diào)峰電源。
可以看出，資源靈活性與這里的電能商品品質(zhì)是對應的，品質(zhì)越高的電能商品，靈活性越高，而品質(zhì)越低的電能商品，靈活性也越低。
傳統(tǒng)電力現(xiàn)貨交易理論“失效”
當前國內(nèi)外電力現(xiàn)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(fā)電側(cè)，在1個時段中成交的發(fā)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(jié)算價是相同的，均為該時段成交機組的最高價格（見圖1）。
由于“同質(zhì)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(zhì)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(zhì)的，因此不同時段的負荷有不同價格?？梢钥闯觯瑐鹘y(tǒng)的基于實時電價理論的電力現(xiàn)貨（批發(fā)）市場設計忽略了電能生產(chǎn)和消費的時間連續(xù)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(zhì)的，因此無法區(qū)別基荷、腰荷和峰荷機組區(qū)別明顯的技術(shù)特征及成本構(gòu)成，也無法分辨不同品質(zhì)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(tǒng)火力發(fā)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(xiàn)負值，因此火力發(fā)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(tǒng)的運行和控制帶來重大挑戰(zhàn)，對靈活性的需求急劇增加。在可再生能源大規(guī)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(xiàn)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(fā)電機組，靈活性的提升主要體現(xiàn)在：深度調(diào)峰（降低最小技術(shù)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(chǎn)品交易，取得了良好的效果。我國在實踐中總結(jié)出來的深度調(diào)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(qū)啟動以來成效顯著，深入挖掘了電網(wǎng)調(diào)峰潛力，促進了風電核電等清潔能源消納，顯著提高了電網(wǎng)安全運行水平和供熱可靠性。
東北調(diào)峰服務市場體現(xiàn)公平、自愿的原則，并實現(xiàn)全電網(wǎng)調(diào)峰成本最低。根據(jù)火電機組調(diào)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(fā)電企業(yè)加大提供調(diào)峰服務的意愿。調(diào)峰服務分為基本（無償）調(diào)峰服務以及有償調(diào)峰服務（針對靈活性供方）?；菊{(diào)峰服務指機組調(diào)峰率小于等于48%時所提供的輔助服務；有償調(diào)峰服務指機組調(diào)峰率大于48%或按調(diào)度要求進行啟停調(diào)峰所提供的服務。假設某火電廠提供了深度調(diào)峰有償調(diào)峰服務，其發(fā)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(diào)峰有必要進行穩(wěn)燃技術(shù)改造，并且可能需要投油，增大發(fā)電成本，這種降低發(fā)電功率反而增大成本的情況是無法通過國外的現(xiàn)貨價格來真實反映的。
為實現(xiàn)國家發(fā)展改革委、國家能源局提出的提升電力系統(tǒng)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(tǒng)的電力現(xiàn)貨市場解決不了靈活性資源合理定價的問題。有關(guān)部門及專家應在充分總結(jié)國內(nèi)外已有實踐經(jīng)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(gòu)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(guān)新技術(shù)的發(fā)展。
（作者系華南理工大學電力經(jīng)濟與電力市場研究所所長）
