劉 勇，劉 行，蔣 磊，萬 燦

（湖南電力交易中心，湖南 長(zhǎng)沙 410009）

風(fēng)力、光伏等可再生能源在發(fā)電過程中不使用燃料，具有零碳排放、環(huán)境效益好等優(yōu)點(diǎn)，在綠色能源轉(zhuǎn)型中將成為主力電源，“十三五”以來，中國在能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型方面取得了顯著成效。2020年，全國風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)2.8億kW，占發(fā)電總裝機(jī)（22億kW）的12.8%；全國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)達(dá)2.5億kW，占發(fā)電總裝機(jī)的11.5%。2020年，風(fēng)電和光伏發(fā)電量分別為4 146億kW·h和14 09億kW·h，分別占全國發(fā)電量的5.59%和1.92%。預(yù)計(jì)2030年中國風(fēng)電、光伏發(fā)電總裝機(jī)18億kW，占比約48%；2060年中國風(fēng)電、光伏發(fā)電總 裝機(jī)將達(dá)到63億kW，占比約78%。

由于新能源發(fā)電的不確定性和波動(dòng)性，新型電力系統(tǒng)在高速發(fā)展的同時(shí)也將帶來一系列挑戰(zhàn)：新能源出力波動(dòng)大，常規(guī)電源調(diào)節(jié)困難；新能源高出力持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，大容量長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)能需求大，部分時(shí)段出力極低，需與其他電源共同實(shí)現(xiàn)功率平衡；新能源間歇性強(qiáng)，不確定性大，影響系統(tǒng)規(guī)劃；新能源尖峰出力功率大，電量小，全額消納代價(jià)大；日前功率預(yù)測(cè)誤差大，增加發(fā)電計(jì)劃制定的難度。

1 大峰谷差電力系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)概述

近3年來，中國全社會(huì)負(fù)荷水平、全社會(huì)用電量均呈上升趨勢(shì)。以某省為例，“十四五”期間負(fù)荷將保持年均6.5%增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年存在約1 000萬kW電力缺口，峰谷差也將進(jìn)一步增大。

從負(fù)荷上看，該省負(fù)荷在每日的10：45—23：30時(shí)段內(nèi)均保持較高水平，呈現(xiàn)午高峰和晚高峰2個(gè)峰段。白天高峰時(shí)期為每日的11：15—17：15，夜晚高峰時(shí)期為每日的19：45—23：15。2020年，該省日最大負(fù)荷為33 225.86 MW，日平均負(fù)荷為19 292.687 68 MW；日最大峰谷差為14 713.33 MW，日最大負(fù)荷波動(dòng)率為29.839 5%，日平均負(fù)荷波動(dòng)率為15.15%。

從風(fēng)電出力上看，該省風(fēng)電機(jī)組在深夜出力較高，白天出力較低，出力高峰期為每日20：00—次日01：00，低谷期為每日12：00—17：00。2020年，該省風(fēng)電日最大出力為3 663.2 MW，日平均出力為1 066.394 MW；日最大出力波動(dòng)率為183.7115%，日平均出力波動(dòng)率為42.3174%。2020年該省風(fēng)電典型出力曲線與典型負(fù)荷曲線對(duì)比如圖1所示。

圖1 某省2020年負(fù)荷曲線和風(fēng)電出力曲線

從光伏出力上看，該省光伏機(jī)組出力在白天較高，傍晚開始下降，夜間出力為0，出力時(shí)段在06：00—19：00，出力曲線呈倒“V”形。2020年該省光伏日最大出力為1 989.11 MW，日平均出力為582.9 MW；日最大出力波動(dòng)率為213.247 4%，日平均出力波動(dòng)率為126.381 2%。2020年該省典型日光伏出力曲線與典型負(fù)荷曲線對(duì)比如圖2所示。

圖2 某省2020年負(fù)荷曲線和光伏出力曲線

綜上所述，該省電網(wǎng)負(fù)荷日峰谷差大，且風(fēng)電、光伏日出力呈現(xiàn)反調(diào)峰特性。電網(wǎng)負(fù)荷高峰時(shí)電力不足，低谷時(shí)電力富余，電網(wǎng)調(diào)峰壓力加劇降低了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2 儲(chǔ)能參與的分時(shí)段中長(zhǎng)期交易技術(shù)

2.1 分時(shí)段中長(zhǎng)期交易方法

電力商品具有顯著的時(shí)間價(jià)值，電力負(fù)荷和新能源出力均具有顯著的時(shí)變特征，不同時(shí)段的電價(jià)體現(xiàn)了電力供需形勢(shì)隨時(shí)間的變化。中長(zhǎng)期合約作為規(guī)避電力現(xiàn)貨價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)的金融工具，必須進(jìn)行曲線分解，為電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的推進(jìn)打好基礎(chǔ)[1]。

維持電力供需平衡是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。當(dāng)用電負(fù)荷較大且可再生能源出力不足時(shí)，火電機(jī)組可能受限于最大出力，無法保障用戶用電，導(dǎo)致強(qiáng)制拉閘限電；當(dāng)負(fù)荷較小且可再生能源出力富余時(shí)，火電機(jī)組可能受限于最小出力，無法保障清潔能源消納，導(dǎo)致棄水、棄風(fēng)嚴(yán)重。

分時(shí)段交易，即根據(jù)日內(nèi)不同時(shí)段的電力供需關(guān)系，通過在負(fù)荷高峰時(shí)段適當(dāng)調(diào)高電價(jià)、低谷時(shí)段適當(dāng)降低電價(jià)，引導(dǎo)電力用戶響應(yīng)電價(jià)變化，合理調(diào)整用電計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)削峰填谷，緩解電力供需矛盾。

中長(zhǎng)期分時(shí)段交易從月度分時(shí)段交易起步組織交易，用戶可自行申報(bào)/按典型曲線形成分時(shí)段交易電量需求，發(fā)電企業(yè)通過歷史出力數(shù)據(jù)確定分時(shí)段交易計(jì)劃。發(fā)用雙方通過雙邊自主協(xié)商、集中競(jìng)價(jià)等方式形成分時(shí)段成交電量和價(jià)差。電力交易機(jī)構(gòu)基于市場(chǎng)主體各時(shí)段成交合同及發(fā)用電量偏差，分時(shí)段結(jié)算不同主體的發(fā)/用電費(fèi)用。

2.2 分時(shí)段中長(zhǎng)期交易下儲(chǔ)能主體界定技術(shù)

儲(chǔ)能作為靈活性調(diào)節(jié)資源參與電力中長(zhǎng)期市場(chǎng)，其作用是保障電力系統(tǒng)供需平衡。在電網(wǎng)電力供應(yīng)不足的場(chǎng)景下，儲(chǔ)能作為電源向電網(wǎng)放電，緩解電網(wǎng)供電壓力；在電網(wǎng)電力供應(yīng)富余的時(shí)段，儲(chǔ)能作為負(fù)荷從電網(wǎng)充電，促進(jìn)電網(wǎng)可再生能源消納，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置[2-3]。

儲(chǔ)能主體指在電力交易中心完成注冊(cè)，具備獨(dú)立身份的市場(chǎng)主體，可以是集中式儲(chǔ)能電站，也可通過儲(chǔ)能聚合商對(duì)分散式儲(chǔ)能進(jìn)行聚合，代理所管轄儲(chǔ)能簽訂市場(chǎng)交易合同，安排所管轄儲(chǔ)能設(shè)備的充放電計(jì)劃。儲(chǔ)能主體應(yīng)具備獲取所管轄儲(chǔ)能設(shè)備SOC狀態(tài)、最大最小充放電速率、最長(zhǎng)最短連續(xù)充放電時(shí)間等物理參數(shù)能力，滿足儲(chǔ)能聚合及其充放電控制的技術(shù)支持手段。儲(chǔ)能參與的中長(zhǎng)期交易組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 儲(chǔ)能參與的中長(zhǎng)期交易組織結(jié)構(gòu)

在電力批發(fā)市場(chǎng)，儲(chǔ)能主體作為用戶主體向發(fā)電主體購電時(shí)，可通過雙邊協(xié)商與發(fā)電主體簽訂年/月度合同，或者通過集中競(jìng)價(jià)，由交易中心進(jìn)行統(tǒng)一月度磋商和出清，確定儲(chǔ)能主體的購電量及購電價(jià)格；儲(chǔ)能主體作為發(fā)電主體向售電主體售電時(shí)，可通過雙邊協(xié)商與發(fā)電主體簽訂年/月度合同，或者通過集中競(jìng)價(jià)，由交易中心進(jìn)行統(tǒng)一月度磋商和出清，確定儲(chǔ)能主體的售電量及售電價(jià)格。

在電力零售市場(chǎng)，儲(chǔ)能聚合商與分布式儲(chǔ)能自主選擇交易對(duì)象，平等協(xié)商建立購售電關(guān)系，按規(guī)定與電網(wǎng)企業(yè)簽訂《市場(chǎng)化零售業(yè)務(wù)協(xié)議》，明確各方的權(quán)利和義務(wù)等。儲(chǔ)能聚合商與分布式儲(chǔ)能通過雙邊協(xié)商方式簽訂年/月度購/售電合同，儲(chǔ)能聚合商可按合同獲取一定的代理費(fèi)用。

獨(dú)立儲(chǔ)能放電作為電源時(shí)，權(quán)利和義務(wù)與發(fā)電主體相同；獨(dú)立儲(chǔ)能充電作為負(fù)荷時(shí)，權(quán)利和義務(wù)與售電主體相同，獨(dú)立儲(chǔ)能獲得公平的輸電服務(wù)和電網(wǎng)接入服務(wù)，以獨(dú)立身份參與中長(zhǎng)期批發(fā)和零售交易。

在“分時(shí)段，帶曲線”的競(jìng)價(jià)交易方法下，儲(chǔ)能在不同時(shí)段以不同主體身份參與分時(shí)段集中競(jìng)價(jià)交易（充電時(shí)作為用電主體，放電時(shí)作為發(fā)電主體）。在電力供過于求（負(fù)荷低谷、可再生能源出力富余）時(shí)，儲(chǔ)能作為用戶主體與售電公司、大用戶同臺(tái)競(jìng)價(jià)；在電力供不應(yīng)求（負(fù)荷高峰、可再生能源出力不足）時(shí)，儲(chǔ)能作為發(fā)電主體與發(fā)電企業(yè)同臺(tái)競(jìng)價(jià)。儲(chǔ)能2種類型主體身份的時(shí)段不重疊，身份可以轉(zhuǎn)換。

3 儲(chǔ)能參與的分時(shí)段中長(zhǎng)期交易集中競(jìng)價(jià)交易技術(shù)及流程

儲(chǔ)能參與的分時(shí)段中長(zhǎng)期交易集中競(jìng)價(jià)流程如圖4所示。

圖4 儲(chǔ)能參與的分時(shí)段中長(zhǎng)期交易集中競(jìng)價(jià)流程

在集中競(jìng)價(jià)交易模式下，市場(chǎng)主體申報(bào)電量、電價(jià)，電力交易機(jī)構(gòu)按申報(bào)價(jià)格由高到低的次序排列用電側(cè)主體申報(bào)電量，形成價(jià)格單調(diào)遞減的購方申報(bào)電量隊(duì)列，按申報(bào)價(jià)格由低到高的排列發(fā)電側(cè)主體申報(bào)電量，形成價(jià)格單調(diào)遞增的售方申報(bào)電量隊(duì)列，高低匹配，撮合出清，直到用電側(cè)的報(bào)價(jià)低于發(fā)電側(cè)的報(bào)價(jià)或其中一方電量全部成交。

分時(shí)段集中競(jìng)價(jià)交易將競(jìng)價(jià)交易周期分成多個(gè)競(jìng)價(jià)時(shí)段，以某個(gè)月度/旬的電量作為交易標(biāo)的物，并分解到時(shí)段，按時(shí)段對(duì)電能量進(jìn)行交易。

發(fā)電企業(yè)、電力用戶和售電公司、獨(dú)立儲(chǔ)能等市場(chǎng)主體通過電力交易中心，按時(shí)段進(jìn)行電量、價(jià)差申報(bào)（即對(duì)各個(gè)交易時(shí)段分別申報(bào)電量、價(jià)差），由電力交易平臺(tái)按時(shí)段獨(dú)立開展出清計(jì)算，各時(shí)段交易市場(chǎng)出清結(jié)果各自獨(dú)立，互不影響。

獨(dú)立儲(chǔ)能主體采用報(bào)量不報(bào)價(jià)的參與方法：儲(chǔ)能作為價(jià)格接受者，采用報(bào)量不報(bào)價(jià)的模式參與集中競(jìng)價(jià)交易。在高峰、尖峰時(shí)段，儲(chǔ)能作為發(fā)電主體僅申報(bào)對(duì)應(yīng)時(shí)段的售電量，電力交易中心按發(fā)電主體最低報(bào)價(jià)對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行優(yōu)先出清；在谷荷、腰荷時(shí)段，儲(chǔ)能作為用戶主體僅申報(bào)對(duì)應(yīng)時(shí)段的購電量，電力交易中心按用戶主體最高報(bào)價(jià)對(duì)儲(chǔ)能進(jìn)行優(yōu)先出清。

獨(dú)立儲(chǔ)能主體采用報(bào)量報(bào)價(jià)的參與方法：儲(chǔ)能作為自主決策者，依據(jù)自身成本，采用報(bào)量報(bào)價(jià)的模式集中競(jìng)價(jià)交易。在高峰、尖峰時(shí)段，儲(chǔ)能作為發(fā)電主體申報(bào)對(duì)應(yīng)時(shí)段的售電量、價(jià)差；在谷荷、腰荷時(shí)段，儲(chǔ)能作為用戶主體申報(bào)對(duì)應(yīng)時(shí)段的購電量、價(jià)差，電力交易中心按照市場(chǎng)規(guī)則對(duì)市場(chǎng)主體共同進(jìn)行市場(chǎng)出清。

4 技術(shù)特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

在儲(chǔ)能參與分時(shí)段中長(zhǎng)期交易技術(shù)下，儲(chǔ)能在低谷時(shí)段作為購電方參與市場(chǎng)，使發(fā)電側(cè)發(fā)電能力充分發(fā)揮，提升市場(chǎng)生產(chǎn)者剩余；在高峰時(shí)段作為售電方參與電力市場(chǎng)，使用戶側(cè)用電能力充分發(fā)揮，提升市場(chǎng)消費(fèi)者剩余，在促進(jìn)市場(chǎng)供需平衡、保證市場(chǎng)資源高效配置、增加社會(huì)福利的同時(shí)，獲取自身收益[4-5]。

5 結(jié)論

首先以某省2020年電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)為例分析了大峰谷差系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)，電網(wǎng)負(fù)荷日峰谷差大，風(fēng)電、光伏日出力呈現(xiàn)反調(diào)峰特性，電網(wǎng)高峰時(shí)電力不足，低谷時(shí)電力富余；引出了分時(shí)段中長(zhǎng)期交易方法，即根據(jù)日內(nèi)不同時(shí)段的電力供需關(guān)系，按時(shí)段進(jìn)行電能量交易；進(jìn)一步分析了儲(chǔ)能參與的分時(shí)段中長(zhǎng)期交易技術(shù)，分析了儲(chǔ)能參與分時(shí)段中長(zhǎng)期交易的市場(chǎng)功能，對(duì)儲(chǔ)能主體身份及參與方式進(jìn)行了界定，提出了儲(chǔ)能在不同時(shí)段以不同主體身份參與分時(shí)段集中競(jìng)價(jià)交易方法；最后提出了儲(chǔ)能主體參與分時(shí)段中長(zhǎng)期交易集中競(jìng)價(jià)的技術(shù)及流程，并提出了“報(bào)量報(bào)價(jià)”“報(bào)量不報(bào)價(jià)”2種儲(chǔ)能競(jìng)價(jià)方法，為儲(chǔ)能參與中長(zhǎng)期市場(chǎng)及向現(xiàn)貨市場(chǎng)過渡奠定了基礎(chǔ)。