王小海　齊軍　姜希偉　劉譯陽　徐飛　李偉

[摘 要]大量可再生能源的發(fā)電對于電力系統(tǒng)靈活性提出了更高的要求，為解決我國某些地區(qū)大量棄風棄光、切負荷等現(xiàn)象，參照美國加州獨立運行機構(gòu)提出的靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品（Flexible Ramping Product， FRP）設(shè)計符合我國電力市場特點的靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品交易機制。首先概述靈活性產(chǎn)品提出的必要性和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，然后介紹靈活性產(chǎn)品的基本概念、與傳統(tǒng)負荷的區(qū)別;簡述對靈活性產(chǎn)品的運行機理和可提供靈活性產(chǎn)品的方式;接著根據(jù)算例對靈活性產(chǎn)品的定價過程進行說明，并介紹了靈活性產(chǎn)品的出清價格和交易流程;最后對于靈活性產(chǎn)品仍需研究的方面進行了總結(jié)。

[關(guān)鍵詞]電力市場;靈活性產(chǎn)品;輔助服務

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2020.05.065

2015年，隨著國務院9號文的頒布，在習總書記提出的能源革命和電力行業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的大背景下，新一輪電力體制改革試點工作在全國迅速鋪開。如何踐行9號文件的電力改革方向，實現(xiàn)更加靈活的電力系統(tǒng)調(diào)度、運行方式，并且吸納和充分利用更多的靈活性資源，使電網(wǎng)更加靈活，從根本上保障可再生能源優(yōu)先上網(wǎng)和全額收購，是當前社會各界關(guān)注的焦點。

目前我國電力系統(tǒng)靈活性供給與需求不平衡導致大量清潔能源的浪費。以棄風為例，2017年我國棄風電量達到419億千瓦時，其中內(nèi)蒙古地區(qū)棄風達到95億千瓦時，2017年盡管我國棄風率同比下降 6.7 個百分點，但離國家規(guī)劃的2020年棄風率達到 5%的目標還有很大距離，因此如何實現(xiàn)靈活性資源的充分利用和協(xié)調(diào)運行已然成為電力企業(yè)亟須改善的問題。因此，在我國電力市場化改革的大背景下研究靈活性調(diào)節(jié)產(chǎn)品，不僅能夠極大地激發(fā)靈活性資源參與提升電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力的積極性，而且對于解決電網(wǎng)靈活性不足，提高電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟運行具有重大現(xiàn)實意義。

由于我國新型能源的使用導致用電負荷變化波動較大，傳統(tǒng)輔助服務如調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓以及備用等對于提高電力系統(tǒng)靈活性有著積極的影響，但新能源發(fā)電具有隨機性和不穩(wěn)定性，系統(tǒng)實際負荷與新能源出力之差，即凈負荷值波動較大，因此本文提出了一種靈活性產(chǎn)品來應對更高的電力系統(tǒng)靈活性要求。

目前國外對于靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的關(guān)注較為普遍，尤其是美國。美國加州獨立運行機構(gòu)已經(jīng)依據(jù)當?shù)仉娏κ袌銮闆r提出了一種靈活性產(chǎn)品。我國可再生能源發(fā)電率較低，對于靈活性產(chǎn)品的發(fā)展仍處于探索階段。但目前我國某些地區(qū)棄風棄光等現(xiàn)象較為嚴重，靈活性產(chǎn)品對于改善此類現(xiàn)象提供了有效途徑，因此靈活性產(chǎn)品是目前需要研究的一項課題。在上述背景下，本文分析引入靈活性產(chǎn)品的必要性，概述其與傳統(tǒng)輔助服務的區(qū)別，重點研究產(chǎn)品的調(diào)用方式以及產(chǎn)品的定價和出清方式，并對有待研究的問題進行探討。

1 靈活性產(chǎn)品的含義

1.1 靈活性產(chǎn)品的含義及其發(fā)展

靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品（FRP）是一種新的市場產(chǎn)品，其主要用于提高實時調(diào)度中的系統(tǒng)運行靈活性，以減輕含間歇性可再生能源發(fā)電滲透率較高的電力系統(tǒng)在維持實時平衡時所面臨的壓力。靈活性產(chǎn)品可以提供的調(diào)節(jié)容量是指在需求響應時間內(nèi)，即5～15分鐘內(nèi)，為了滿足系統(tǒng)凈負荷的變化情況而提供的爬坡或者滑坡能力。靈活性產(chǎn)品可以為系統(tǒng)提供上行調(diào)節(jié)能力和下行調(diào)節(jié)能力，為系統(tǒng)提供實時調(diào)度能力，對于可再生能源出力的不確定提高較高的靈活性。當面對系統(tǒng)凈負荷波動時，首先可以進行短期負荷預測，其次在可再生能源發(fā)電特性的同時，確定系統(tǒng)所需爬坡或滑坡能力，最后向具有資質(zhì)的靈活性產(chǎn)品供應商處購買合適的靈活性產(chǎn)品。

2011年，美國加州獨立系統(tǒng)運行機構(gòu)在面對靈活調(diào)節(jié)能力問題時首次提出靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的雛形——“靈活爬坡約束”（Flexible Ramping Constraints，F(xiàn)RC）。FRC的提出是為了確保實時機組在未來15分鐘內(nèi)具有一定的爬坡能力，即只有上行調(diào)節(jié)能力，因此只能部分地解決靈活調(diào)節(jié)需求不足的問題。為了全面解決靈活調(diào)節(jié)需求，2016年11月1日，美國加州獨立系統(tǒng)運行機構(gòu)正式將FRP作為一種新型交易產(chǎn)品進入電力市場，從此靈活性產(chǎn)品成為一個新的輔助服務產(chǎn)品。

1.2 靈活性產(chǎn)品與傳統(tǒng)輔助服務的區(qū)別

靈活性產(chǎn)品與傳統(tǒng)輔助服務都可以提高電力系統(tǒng)運行靈活性，但它們的目的、定義、調(diào)度過程、需求確定方式以及價格確定方式各不相同。下面?zhèn)鹘y(tǒng)輔助服務以調(diào)頻和備用為例，三者之間的主要區(qū)別如表1所示。

2 靈活性產(chǎn)品的設(shè)計

2.1 靈活性產(chǎn)品的價值形成機理

為了提高電力系統(tǒng)的靈活性，F(xiàn)RP首先預留一部分靈活性容量，對實時調(diào)度時下一時段可能出現(xiàn)的凈負荷變動進行應對，滿足變動引起的系統(tǒng)爬坡或者滑坡需求，即靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的上行和下行。當靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品預留出足夠的上行和下行靈活調(diào)節(jié)容量后，通過發(fā)電再調(diào)度發(fā)揮可控發(fā)電資源跟蹤凈負荷變動的能力，提升具有高滲透率間歇性可再生能源發(fā)電的能力，從而提高電力系統(tǒng)的運行靈活性，有效緩解因爬坡或滑坡能力不足而造成的棄風、棄光以及切負荷問題。

2.2 靈活產(chǎn)品的供給

目前的電力系統(tǒng)調(diào)度中，靈活調(diào)節(jié)容量主要由傳統(tǒng)發(fā)電機組提供，也有少部分風電、電動汽車以及電暖器等提供靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品?？稍偕茉粗?，如風能可以為靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品提供下行靈活調(diào)節(jié)能力，即滑坡能力;需求側(cè)可以通過降低負荷從而提供上行靈活調(diào)節(jié)能;長期儲能資源由于其本身特性，既可以作為電源產(chǎn)生負荷，也可以作為消耗電能，因此可以提供上行或下行靈活調(diào)節(jié)能力;短期儲能資源不能長期儲存能量，因此不適合提供靈活調(diào)節(jié)能力。可以提供靈活調(diào)節(jié)容量的資源如表2所示。

2.3 靈活性產(chǎn)品的需求

靈活性產(chǎn)品主要是由下一時段系統(tǒng)凈需求確定的。一是系統(tǒng)下一個時段的凈負荷相較當前時段變化量，即預測負荷波動;二是為了滿足系統(tǒng)凈負荷預測一定置信區(qū)間（如95%）內(nèi)的偏差而產(chǎn)生的需求量。靈活性產(chǎn)品的組成公式如下：

3 靈活產(chǎn)品的出清價格及交易機制

3.1 靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的出清價格及形成過程

在靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品供需服務相關(guān)費用的市場主體之間，并不存在明顯的一一對應關(guān)系。需要市場主體對系統(tǒng)運行不確定性貢獻程度進行費用分配。因此其價格由機會成本決定，這里的機會成本指參與者由于提供靈活調(diào)節(jié)容量而不能提供能量所損失的收益。即機會成本就是該時段能量市場上邊際出清價格。當某一靈活性資源被調(diào)用時，無論FRUs和FRDs出清價格都是該時段實時電價。因此，靈活性產(chǎn)品交易中不需要提前報價，只要提供其調(diào)節(jié)容量。

假設(shè)市場上有六位參與者可提供上行靈活調(diào)節(jié)能力，其能量報價和機會成本如表3所示。假設(shè)參與者1為能量市場的邊際出清單元，其能量統(tǒng)一出清價格為3$/MWh，機會成本等于能量報價與能量統(tǒng)一出清價格之差。由于參與者2至參與者6為了提供靈活調(diào)節(jié)能力而預留部分靈活調(diào)節(jié)容量，且參與者2至參與者6的能量報價比參與者1的低，因此應該給這五位參與者提供一定的補償，保證他們不會因為提供靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品而損失利益。

以上述六位參與者為例，靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的定價過程如圖1所示，當系統(tǒng)所需爬坡能力小于等于20MW時，參與者1即可提供足夠的上行靈活調(diào)節(jié)能力，因此靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品價格為0。當系統(tǒng)所需爬坡能力大于20MW小于等于30MW時，參與者2為邊際單元，產(chǎn)品價格為2.5$/MWh。參與者3至參與者5的情況以此類推。價格閾值為10$/MWh，即當系統(tǒng)所需爬坡能力超過60MW時，由于參與者6的機會成本高于10$/MWh，假設(shè)系統(tǒng)仍需爬坡能力，參與者6也不會提供靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品。

圖1 靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的需求曲線

3.2 靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的交易機制流程

首先由電力交易機構(gòu)公布靈活性需求，靈活性產(chǎn)品主體以在能量市場、調(diào)頻市場及靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品最優(yōu)決策上報15min靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品申報容量。電力調(diào)度機構(gòu)按各靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品需求，能量市場出清價格對靈活性資源調(diào)用容量聯(lián)合出清，并向各參與主體公開發(fā)布。電力調(diào)度機構(gòu)按照參與靈活性產(chǎn)品容量交易的主體被調(diào)用的靈活調(diào)節(jié)容量進行調(diào)度，計算調(diào)用費用及分攤結(jié)果。交易機構(gòu)按照當日單位統(tǒng)計周期內(nèi)實際發(fā)生補償金額進行結(jié)算。財務部門依據(jù)靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品補償辦法兌現(xiàn)當月補償金。

4 結(jié)論

本文從當前電力市場清潔能源消納的問題出發(fā)，為提高電力系統(tǒng)靈活性，使清潔能源得到充分利用，定義了靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品，介紹了其與傳統(tǒng)輔助服務的區(qū)別，總結(jié)了靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的運行機理、可提供靈活調(diào)節(jié)的產(chǎn)品、定價過程、出清價格、交易機制等多個方面。目前我國靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的應用仍處于初期，現(xiàn)有研究也處于理論階段。未來仍需研究如何在市場中引入靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品，并且根據(jù)不同地區(qū)的市場特征設(shè)計合理的交易機制和補償價格，并且對靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品的成本及報價策略進行深入探討。

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[基金項目]內(nèi)蒙古電力公司2018年科技項目“電力系統(tǒng)靈活性成本量化與協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度研究”（項目編號：2018-14）;吉林省社會科學基金項目“吉林省新能源扶貧項目可持續(xù)發(fā)展及對策建議研究——以光伏扶貧項目為例”（項目編號2017B45） ; 吉林省教育廳“十三五”社會科學項目“能源革命背景下吉林省新能源發(fā)展戰(zhàn)略研究”（項目編號： JJKH20170116SK）。

[作者簡介]王小海（1968—）， 男，碩士，高級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)調(diào)度運行;齊軍（1979—）， 男，碩士，高級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。