張 豪，周建為

(中國(guó)南方電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電有限公司廣州蓄能水電廠，廣東廣州510950)

0 引 言

當(dāng)前對(duì)抽水蓄能電廠的研究?jī)H限于技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)層面：①?gòu)某樗钅茈姀S獨(dú)立運(yùn)行角度，得出發(fā)電成本高企時(shí)適用于租賃制，峰谷電價(jià)比提高且機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)較高時(shí)，采用差異電價(jià)有利于抽水蓄能電廠和電網(wǎng)獲得合理收益[1]；②抽水蓄能電廠與風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性電源，或與核電等高負(fù)荷調(diào)節(jié)代價(jià)電源聯(lián)合運(yùn)營(yíng)下，證明了抽水蓄能電廠向電網(wǎng)輔助服務(wù)合理性和經(jīng)濟(jì)性[2]；③基于大電網(wǎng)背景，運(yùn)用最優(yōu)化計(jì)算，對(duì)抽水蓄能電廠等進(jìn)行建模，通過(guò)對(duì)比投運(yùn)前后的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，驗(yàn)證了抽水蓄能電廠在電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、減少?zèng)_擊負(fù)荷影響方面發(fā)揮的作用日趨重要[3- 4]。而對(duì)于經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)模式的探討少有報(bào)道，也尚無(wú)關(guān)于抽水蓄能電廠具備售電牌照運(yùn)營(yíng)模式的研究。

國(guó)內(nèi)抽水蓄能電站的運(yùn)營(yíng)模式主要有單一電量電價(jià)(響洪甸電廠)、兩部制電價(jià)(天荒坪電廠)、租賃制(廣州蓄能水電廠)以及電網(wǎng)全資建設(shè)經(jīng)營(yíng)(清遠(yuǎn)抽水蓄能電廠)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)抽水蓄能電廠裝機(jī)容量占比不足2%，與發(fā)達(dá)國(guó)家5%以上的占比存在差距。此外，平均年利用小時(shí)數(shù)僅為1 419 h[5]。各種模式均暴露了問(wèn)題，影響了抽水蓄能電廠經(jīng)濟(jì)性的發(fā)揮，造成了資源浪費(fèi)，不利于電廠的健康發(fā)展。具體問(wèn)題可概括為：①抽水蓄能電廠機(jī)組在實(shí)際調(diào)用中受調(diào)度員影響大，電價(jià)機(jī)制不夠科學(xué)，成本回收困難，租賃制下25%的能量損耗消化于電網(wǎng)公司成本中，加大電網(wǎng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)成本；②運(yùn)營(yíng)模式不利于調(diào)動(dòng)抽水蓄能電廠參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的活力，抽水蓄能電廠的效益待進(jìn)一步挖掘[6]；③租賃費(fèi)用一般與電站投資掛鉤，不利于促進(jìn)基建節(jié)約投資。可見(jiàn)，優(yōu)化抽水蓄能電廠運(yùn)營(yíng)模式，提高抽水蓄能電廠競(jìng)爭(zhēng)力，在抽水蓄能行業(yè)引入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，促進(jìn)抽水蓄能電廠的健康發(fā)展顯得十分重要。

我國(guó)70%的用電量來(lái)自工業(yè)大用戶。大用戶作為電力需求側(cè)的重要組成部分[7]，如果能由轉(zhuǎn)換效率76%的抽水蓄能電廠直接售電，代替轉(zhuǎn)換效率低下、技術(shù)不成熟而依賴于高峰谷差電價(jià)和高補(bǔ)貼的分散儲(chǔ)能[8-9]；以及改變過(guò)去100多年來(lái)依靠供給側(cè)實(shí)時(shí)跟蹤用戶負(fù)荷變動(dòng)局面，引進(jìn)需求側(cè)參與電力供需平衡，無(wú)疑具有較大現(xiàn)實(shí)意義。鑒于此，本文提出抽水蓄能電廠具備售電公司牌照的售電制運(yùn)營(yíng)模式，即從電網(wǎng)購(gòu)入低谷電量再跟蹤大用戶負(fù)荷趨勢(shì)，售電給大用戶，促使所轄負(fù)荷在電網(wǎng)電量盈余時(shí)多用電，電網(wǎng)電量不足時(shí)不用電，甚至向電網(wǎng)反售電量的運(yùn)營(yíng)模式；從而解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電廠、電網(wǎng)、需求側(cè)三方共贏，進(jìn)而降低社會(huì)電價(jià)成本。

1 售電制的運(yùn)營(yíng)模式

售電制運(yùn)營(yíng)下，在夜間(23:00～次日07:00)電網(wǎng)呈現(xiàn)負(fù)荷低谷時(shí)，或者風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性能源電量大發(fā)時(shí)，抽水蓄能電廠作為大用戶，與其他工業(yè)大用戶一樣，其用電由大電網(wǎng)的低價(jià)低谷電量直接供售，用于抽水儲(chǔ)能。

在白天及電網(wǎng)平峰、高峰期間，抽水蓄能電廠作為發(fā)電廠，需求側(cè)大用戶用電時(shí)由抽水蓄能電廠發(fā)電并投入AGC，使得總出力曲線跟蹤所轄負(fù)荷的日負(fù)荷曲線變化。抽水蓄能電廠還可根據(jù)調(diào)度要求向電網(wǎng)反售高峰電量補(bǔ)充電網(wǎng)電量的不足。

此外，抽水蓄能電廠還可按電網(wǎng)調(diào)度輔助服務(wù)的定價(jià)要求結(jié)算并提供機(jī)組應(yīng)急啟動(dòng)、旋轉(zhuǎn)備用等輔助服務(wù)；從而可最大限度地利用抽水蓄能機(jī)組服務(wù)電網(wǎng)和需求側(cè)的電量平衡。

2 負(fù)荷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)

售電盈利不僅與電價(jià)和售電量相關(guān)，也與供電可靠性密不可分。傳統(tǒng)意義上，售電公司習(xí)慣把上層電網(wǎng)當(dāng)作平衡節(jié)點(diǎn)，有功、無(wú)功不夠就跟上層電網(wǎng)索要，過(guò)剩則倒送給上層電網(wǎng)?？梢?jiàn)，售電公司對(duì)于客戶電量供應(yīng)的可靠性主要依賴于電網(wǎng)和調(diào)度；使得售電公司有提高電量供應(yīng)可靠性的動(dòng)力，卻受限于運(yùn)營(yíng)模式而力不從心。

同時(shí)，由于負(fù)荷中心電源越來(lái)越少、電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，過(guò)去僅依賴于省調(diào)和地調(diào)調(diào)用有功無(wú)功平衡調(diào)控設(shè)備調(diào)控的模式，在極端運(yùn)行方式下或在故障處理中，往往由于雙方的無(wú)功調(diào)控目標(biāo)不一致，容易出現(xiàn)諸如電壓調(diào)控失配等情況[10]；或者因?yàn)榈卣{(diào)調(diào)控力量有限，無(wú)法直接調(diào)用遠(yuǎn)方抽水蓄能機(jī)組出力快速反應(yīng)支持空缺電量，導(dǎo)致負(fù)荷停電時(shí)間增加或停電范圍擴(kuò)大的情況發(fā)生[11]。

抽水蓄能電廠具備售電牌照后，本質(zhì)上通過(guò)為大用戶提供廉價(jià)日間電量，為電網(wǎng)提供快速可調(diào)電量，達(dá)到必要的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。極端方式下，抽水蓄能電廠可先于電網(wǎng)調(diào)度令增發(fā)或抽水響應(yīng)電量差值，最終使得抽水蓄能電廠運(yùn)營(yíng)所轄負(fù)荷亦能跟蹤電網(wǎng)發(fā)電情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 經(jīng)濟(jì)分析實(shí)例

以廣東某抽水蓄能電廠為例，該抽水蓄能電廠共有8臺(tái)300 MW蓄能機(jī)組，平均轉(zhuǎn)換效率η為76%，可以提供2 400 MW×8 h的正負(fù)調(diào)節(jié)能力，考慮機(jī)組檢修的情況，綜合利用率β為88%，綜合網(wǎng)損ζ為6%，機(jī)組啟動(dòng)及負(fù)荷爬坡性能滿足跟蹤負(fù)荷波動(dòng)的快速響應(yīng)需求，當(dāng)前以租賃制運(yùn)營(yíng)。

在租賃制模式下電網(wǎng)除了要負(fù)擔(dān)租賃費(fèi)外，還要負(fù)擔(dān)能量轉(zhuǎn)化的電量損失。因此，綜合網(wǎng)損由電網(wǎng)承擔(dān)。售電制的年利潤(rùn)Qs由抽水蓄能電廠總發(fā)電容量M∑、綜合利用率β、夜間抽水工況運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)Tn、天數(shù)D、平均轉(zhuǎn)換效率η、日間電價(jià)Pd、夜間電價(jià)Pn計(jì)算獲得。即

Qs=M∑×β×Tn×D×[η×Pd-Pn]

(1)

某城市A的峰谷分時(shí)電價(jià)(見(jiàn)表1)，算例采取保守方式計(jì)算，Pd僅取高峰電價(jià)和平峰電價(jià)的平均值。獲得售電制的年利潤(rùn)Qs和租賃制年利潤(rùn)Qz比較如表2所示。

兩部制電價(jià)與售電制的電量結(jié)算模式相似，但由于兩部制電價(jià)下，抽水蓄能電廠不能自主售電給大用戶，使得抽水蓄能電廠機(jī)組不能最大限度的參與系統(tǒng)電量平衡。因此，售電制經(jīng)濟(jì)性明顯優(yōu)于兩部制電價(jià)運(yùn)營(yíng)模式。

而如蓄冷空調(diào)等分散式儲(chǔ)能由于平均轉(zhuǎn)換效率η僅有65%，蓄冰率不足45%，且長(zhǎng)期依賴于4倍以上的高峰谷差電價(jià)和補(bǔ)貼，使其經(jīng)濟(jì)性明顯劣于適用于大功率儲(chǔ)能的抽水蓄能電廠售電制。

表1 A市峰谷分時(shí)電價(jià) 元/kW·h

表2 售電制和租賃制模式下抽水蓄能電廠盈利情況 億元/a

當(dāng)然，這里還沒(méi)有考慮在售電制模式下的其他盈利方式，如為電網(wǎng)提供緊急啟動(dòng)、黑啟動(dòng)、調(diào)相啟動(dòng)等方式。表2看出，盡管采用保守方式進(jìn)行計(jì)算，售電制下，由于抽水蓄能電廠機(jī)組得到最大限度調(diào)用，使得抽水蓄能電廠獲利增大。同時(shí)，由于抽水蓄能電廠的運(yùn)營(yíng)成本按“誰(shuí)受益，誰(shuí)分?jǐn)偂钡脑瓌t，由過(guò)去的電網(wǎng)承擔(dān)轉(zhuǎn)變?yōu)椋呻娋W(wǎng)和需求側(cè)大用戶共同分擔(dān)，也使得電網(wǎng)用于調(diào)用抽水蓄能電廠機(jī)組的支出減少。需求側(cè)大用戶由于無(wú)需支付高峰電價(jià)，僅平峰電價(jià)即能滿足電網(wǎng)和抽水蓄能電廠的運(yùn)營(yíng)要求，也使得需求側(cè)的電價(jià)下降，需求側(cè)盈利。

博弈的最后結(jié)果如表3所示。電網(wǎng)和需求側(cè)都希望能調(diào)用抽水蓄能電廠機(jī)組。如此，既充分利用了抽水蓄能電廠的調(diào)節(jié)資源，使得抽水蓄能電廠所轄負(fù)荷得到跟蹤，又可促成抽水蓄能電廠盈利、電網(wǎng)節(jié)約成本、需求側(cè)大用戶電價(jià)下降的三方共贏局面。

表3 關(guān)于抽水蓄能電廠機(jī)組調(diào)用費(fèi)用的博弈

4 總 結(jié)

本文提出的抽水蓄能電廠采用售電制運(yùn)營(yíng)，可以促使需求側(cè)參與電力供需平衡，并具備所轄負(fù)荷自主動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，最后實(shí)現(xiàn)了售電公司所轄負(fù)荷能跟蹤電網(wǎng)發(fā)電情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，抽水蓄能電廠、電網(wǎng)、需求側(cè)大用戶三方共贏的經(jīng)營(yíng)情況。

[1] 胡斌奇, 王江波, 成濤, 等. 不同經(jīng)營(yíng)模式的抽水蓄能電站并網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性分析[J]. 水電能源科學(xué), 2010, 28(10)： 131- 133．

[2] 肖白, 叢晶, 高曉峰, 等. 風(fēng)電-抽水蓄能聯(lián)合系統(tǒng)綜合效益評(píng)價(jià)方法[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2014, 38(2)： 400- 404．

[3] 梁量, 李普明, 劉嘉寧, 等. 抽水蓄能電站自主調(diào)頻控制策略研究[J]. 高電壓技術(shù), 2015, 41(10)： 3288- 3295．

[4] 王曉暉, 張粒子, 程世軍. 多元電力系統(tǒng)中抽水蓄能的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2014, 42(4)： 8- 15．

[5] 程路, 白建華. 新時(shí)期中國(guó)抽水蓄能電站發(fā)展定位及前景展望[J]. 中國(guó)電力, 2013, 46(11)： 155- 159．

[6] 唐瑱, 高蘇杰, 鄭愛(ài)民. 國(guó)外抽水蓄能電站的運(yùn)營(yíng)模式和電價(jià)機(jī)制[J]. 中國(guó)電力, 2007, 40(9)： 15- 18．

[7] 毛文博, 王珂, 劉建濤, 等. 大用戶移峰負(fù)荷調(diào)控策略與建模[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào), 2016, 28(9)： 68- 73．

[8] 徐青山, 楊辰星, 顏慶國(guó). 計(jì)及規(guī)模化空調(diào)熱平衡慣性的電力負(fù)荷日前削峰策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2016, 40(1)： 156- 163．

[9] 黨曉婧. 含蓄冰空調(diào)的樓宇分布式能源系統(tǒng)優(yōu)化[D]. 廣州：華南理工大學(xué), 2014．

[10] 周保榮, 弈應(yīng)棋, 張勇軍. 大方式下省地電網(wǎng)無(wú)功電壓實(shí)時(shí)趨優(yōu)控制方法[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2017, 41(11)： 126- 133．

[11] 張勇軍, 張豪, 唐捷. 小方式下省地電網(wǎng)無(wú)功電壓調(diào)控的去失配策略[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(1)： 144- 149．