山西電網(wǎng)機(jī)組供熱及非供熱電量分解交易方案研究

徐宏銳，楊林濤，尹莉欣

(國網(wǎng)山西省電力公司，太原 030001)

山西電網(wǎng)機(jī)組供熱及非供熱電量分解交易方案研究

徐宏銳，楊林濤，尹莉欣

(國網(wǎng)山西省電力公司，太原 030001)

針對(duì)山西電網(wǎng)現(xiàn)行市場(chǎng)交易機(jī)制與當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行方式的矛盾，介紹了根據(jù)山西電網(wǎng)運(yùn)行特性制定的供熱及非供熱電量分解交易方案。從總電量上限和月度電量上限對(duì)方案特性進(jìn)行了分析，并通過歷史數(shù)據(jù)測(cè)算驗(yàn)證了該方案的有效性和可行性。

電力網(wǎng)；電力交易；供熱電量分解；非供熱電量分解

受宏觀經(jīng)濟(jì)影響，山西省用電負(fù)荷持續(xù)低迷，電力供大于求的局面進(jìn)一步凸顯，電力平衡更加困難。隨著新投機(jī)組陸續(xù)并網(wǎng)，裝機(jī)規(guī)模不斷攀升，供熱機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組容量持續(xù)增長(zhǎng)，電力平衡、民生供熱、新能源消納等矛盾更加突出，山西電網(wǎng)機(jī)組運(yùn)行方式明顯呈現(xiàn)“供熱期供熱機(jī)組運(yùn)行(部分供熱機(jī)及全部非供熱機(jī)組停運(yùn))、其他時(shí)段非供熱機(jī)組運(yùn)行(部分非供熱機(jī)組及全部供熱機(jī)組停運(yùn))”的態(tài)勢(shì)。為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)配合電改過渡，迫切需要有合理高效的過渡期交易機(jī)制來匹配現(xiàn)行的電網(wǎng)方式，從而促進(jìn)電力市場(chǎng)健康發(fā)展。結(jié)合山西電網(wǎng)運(yùn)行情況，本文研究制定過渡期交易方案供熱及非供熱電量分解交易方案。

1 機(jī)組供熱及非供熱電量分解交易方案

按照供熱期和非供熱期的時(shí)間分界點(diǎn)，將發(fā)電單元的年度發(fā)電量分解為供熱期電量和非供熱期電量。根據(jù)發(fā)電單元的歷史利用小時(shí)數(shù)，可以分別折算得到發(fā)電單元供熱期折算容量P熱和非供熱期折算容量P非，二者之和為發(fā)電單元的實(shí)際裝機(jī)容量。各類市場(chǎng)交易開始前，交易中心判斷發(fā)電企業(yè)機(jī)組是否為供熱機(jī)組，如果是，再判斷當(dāng)前發(fā)電企業(yè)所得全部電量是否大于供熱期以熱定電電量歷史值，如果大于，則該發(fā)電企業(yè)按照折算容量P非參與本次交易，否則按照常規(guī)容量參與交易；如果為非供熱機(jī)組，再判斷當(dāng)前發(fā)電企業(yè)所得全部電量是否大于非供熱期發(fā)電量的歷史值，如果大于，則該發(fā)電企業(yè)按照折算容量P熱參與本次交易?？梢孕纬砂l(fā)電單元參與市場(chǎng)容量的分段函數(shù)如下。如果發(fā)電單元為供熱機(jī)組，則：

(1)

如果發(fā)電單元為非供熱機(jī)組，則：

(2)

式中P額——發(fā)電單元的額定容量；Q獲——發(fā)電單元當(dāng)前所獲得的總電量；Q總——發(fā)電單元上一年總發(fā)電量；Q熱——發(fā)電單元供熱期以熱定電電量；Q非——發(fā)電單元非供熱期發(fā)電量。

同樣，可以得到電量平衡公式：

Q=Q計(jì)劃+Q市場(chǎng)=Q熱+Q非

(3)

式中Q——發(fā)電單元年度總發(fā)電量；Q計(jì)劃——年度計(jì)劃發(fā)電量；Q市場(chǎng)——年度直接交易發(fā)電量；Q熱——若為供熱機(jī)組，該值為年度供熱期以熱定電電量，若為非供熱機(jī)組，該值為非供熱機(jī)組在供熱期的發(fā)電量；Q非——年度非供熱期發(fā)電量。

根據(jù)公式

P=Q/H

(4)

可以得到：

P=P計(jì)劃+P市場(chǎng)=P熱+P非

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

式中H——發(fā)電單元利用小時(shí)數(shù)；P——發(fā)電單元裝機(jī)容量；P計(jì)劃——年度計(jì)劃電量折算容量；P市場(chǎng)——年度直接交易電量折算容量；P熱——若為供熱機(jī)組，該值為供熱期以熱定電電量折算的容量，若為非供熱機(jī)組，該值為非供熱機(jī)組在供熱期的折算容量；P非——年度非供熱期電量折算容量。

最后可以得到滿足保底電量后按折算容量可獲得的市場(chǎng)電量：

Q市場(chǎng)折=P折×0.75×24×365

(10)

式中Q市場(chǎng)折——滿足保底電量后按折算容量可獲得的市場(chǎng)電量。

方案流程圖如圖1所示。

圖1 供熱及非供熱電量分解折算流程圖

2 方案特性分析

2.1總電量上限分析

根據(jù)容量計(jì)算公式，可以得到發(fā)電企業(yè)電量上限公式如下：

如果發(fā)電單元為供熱機(jī)組，則

Q總上限=

(11)

如果發(fā)電單元為非供熱機(jī)組，則

Q總上限=

(12)

由此可以得出，本方案沒有固化發(fā)電企業(yè)的電量上限，符合市場(chǎng)自由競(jìng)爭(zhēng)的規(guī)律。

2.2月度電量上限分析

常規(guī)上限計(jì)算公式為

Q月上限=Q月極值-Q年計(jì)分-Q年市分

(13)

對(duì)應(yīng)公式意義為：允許機(jī)組申報(bào)的月電量上限=月機(jī)組最大可上網(wǎng)電量—月機(jī)組年度計(jì)劃分解電量-月年度直接交易分解電量。

結(jié)合本方案考慮，上限有可能為

Q月上限=P折×24×Tm

(14)

對(duì)應(yīng)公式意義為：允許機(jī)組申報(bào)的月電量上限=機(jī)組折算容量×24×當(dāng)月天數(shù)。

所以，月度電量上限應(yīng)該取兩者的較小值：

Q月上限=min(Q月極值-Q年計(jì)分-Q年市分×P折×24×Tm)

(15)

3 方案測(cè)算方法

3.1測(cè)算方法

(1)按照地理位置劃分供熱時(shí)段，北部機(jī)組供熱期為10月15日～次年4月15日，中部機(jī)組供熱期為11月1日～次年3月31日，南部機(jī)組供熱期為11月15日～次年3月15日，年中其他時(shí)段為非供熱期。

(2)剔除風(fēng)電、光伏、水電及年內(nèi)新投產(chǎn)機(jī)組相關(guān)數(shù)據(jù)，為避免對(duì)分析數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，剔除2014年新投產(chǎn)的機(jī)組數(shù)據(jù)。部分發(fā)電企業(yè)的廠內(nèi)電量互轉(zhuǎn)對(duì)測(cè)算產(chǎn)生一定影響，在計(jì)算中剔除。

(3)按照供熱時(shí)段分別統(tǒng)計(jì)發(fā)電單元供熱、非供熱電量。定義供熱及非供熱保底量，對(duì)于供熱機(jī)組就是供熱期滿足供熱要求所需的電量，對(duì)于非供熱機(jī)組就是非供熱期滿足機(jī)組運(yùn)行所需的電量。這里不單獨(dú)考慮調(diào)峰調(diào)頻機(jī)組的相關(guān)電量，因總電量中已經(jīng)考慮了該部分電量。

(4)按照發(fā)電單元對(duì)應(yīng)的利用小時(shí)折算供熱容量和非供熱容量。

(5)計(jì)算滿足供熱及非供熱保底量后，發(fā)電單元可獲得最大市場(chǎng)量。對(duì)于供熱機(jī)組，獲得量為滿足供熱電量后，機(jī)組按照P非參與市場(chǎng)所獲得電量；對(duì)于非供熱機(jī)組，獲得量為滿足非供熱期運(yùn)行電量后，機(jī)組按照P熱參與市場(chǎng)所獲得電量。

3.2實(shí)例說明

某發(fā)電企業(yè)甲機(jī)組容量共600 MW，且為供熱機(jī)組，按照供熱時(shí)間段劃分(10月15日～次年4月15日)，2015年供熱電量Q熱為21.07億kWh，非供熱期電量Q非為9.74億kWh，實(shí)際電量為30.81億kWh，2015年利用小時(shí)為5 135.5 h。

甲機(jī)組的保底電量即為21.07億kWh。供熱電量與非供熱電量分別除以利用小時(shí)，得到供熱折算容量P熱及非供熱折算容量P非分別為41.03和189.7 MW，那么再參與市場(chǎng)的容量為P非即189.7 MW，理論上可獲得的最大電量為16.6億kWh，考慮到0.75的負(fù)荷率，可獲得12.46億kWh的電量，總電量即為21.07+12.46=33.53億kWh。

4 數(shù)據(jù)分析

4.1供熱及非供熱電量比分析

供熱期電量比非供熱期電量，如果比值越大說明季節(jié)運(yùn)行特性明顯，即供熱運(yùn)行特性明顯，反之如果比值越小，說明非供熱運(yùn)行特性明顯。供熱及非供熱電量比越接近1，說明機(jī)組運(yùn)行季節(jié)影響較小，機(jī)組在電網(wǎng)中調(diào)頻作用明顯。

分析得到，供熱及非供熱電量比值最大的10家電廠全部為供熱機(jī)組，這些機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中供熱運(yùn)行特性明顯。比值最小的10家電廠全部為非供熱機(jī)組，非供熱運(yùn)行特性明顯。比值均衡的電廠正體現(xiàn)其在電網(wǎng)中的調(diào)頻特性，都是電網(wǎng)中重要的電源支撐點(diǎn)。2014年和2015年數(shù)據(jù)基本一致，體現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效性較強(qiáng)，可參考性較大。

4.2測(cè)算分析

按照方案思路，可以測(cè)算得到發(fā)電單元在滿足保底電量后理論上可從市場(chǎng)獲得的最大電量，然后對(duì)比分析測(cè)算總電量與實(shí)際總電量的偏差。分別對(duì)兩年的數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差百分比最大和最小值進(jìn)行比對(duì)。通過計(jì)算可知，實(shí)際電量與計(jì)算電量偏差占總量百分比最小的發(fā)電企業(yè)；全部為受季節(jié)特性影響較大的發(fā)電企業(yè)，實(shí)際電量與計(jì)算電量偏差占總量百分比最大的發(fā)電企業(yè)，全部為受季節(jié)特性影響較小的發(fā)電企業(yè)。

4.3測(cè)算值與實(shí)際值供熱及非供熱電量占比分析

根據(jù)方案，可以測(cè)算得到發(fā)電企業(yè)獲得的供熱期電量和非供熱期電量以及各自的占比。對(duì)比分析2014—2015年發(fā)電企業(yè)供熱電量與非供熱電量的測(cè)算值與實(shí)際值的占比變化情況(見表1)，可以得出每年發(fā)電企業(yè)供熱電量與非供熱電量占比基本沒有變化，因此本方案對(duì)供熱電量和非供熱電量的電量占比沒有影響。

表1 供熱電量與非供熱電量的測(cè)算值

4.4按容量等級(jí)分析

(1)按容量等級(jí)對(duì)電量占比進(jìn)行分析

按照容量等級(jí)對(duì)發(fā)電企業(yè)進(jìn)行分組，對(duì)比分析各容量等級(jí)發(fā)電企業(yè)的實(shí)際發(fā)電量和測(cè)算得到的電量占比(見表2)，可以得出每年實(shí)際電量和計(jì)算電量占比基本沒有變化，所以本方案不會(huì)產(chǎn)生機(jī)組利用小時(shí)倒掛問題。

(2)按容量等級(jí)對(duì)測(cè)算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差分析

標(biāo)準(zhǔn)偏差用以衡量數(shù)據(jù)值偏離算術(shù)平均值的程度。標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，分布越平均，反之，越不均衡。引入該指標(biāo)用以衡量本方案是否違背市場(chǎng)“自由競(jìng)爭(zhēng)”的原則。為了保證樣本計(jì)算的精確度，本次分析嚴(yán)格按照各容量等級(jí)進(jìn)行劃分(見表3)。表3可以看出，本方案測(cè)算電量的標(biāo)準(zhǔn)偏差值全部大于實(shí)際電量值，即分布不均衡，說明本方案不會(huì)對(duì)市場(chǎng)的自由競(jìng)爭(zhēng)性有干擾。

表2 各容量等級(jí)發(fā)電企業(yè)的實(shí)際發(fā)電量和測(cè)算得到的電量占比表 %

表3 各容量等級(jí)機(jī)組電量的標(biāo)準(zhǔn)偏差 %

4.5特殊情況分析

(1)如電廠地處北部寒冷地區(qū)，為非供熱機(jī)組，考慮機(jī)組防凍問題，冬季需開機(jī)運(yùn)行，所以季節(jié)運(yùn)行特性不明顯，供熱及非供熱電量比值不突出。

(2)個(gè)別電廠作為區(qū)域電網(wǎng)唯一較大的電源支撐點(diǎn)，其運(yùn)行特性應(yīng)受季節(jié)特性影響較小，但是因其機(jī)組在2014—2015年連續(xù)進(jìn)行超低排放改造，使得計(jì)算得到的供熱及非供熱比值與其運(yùn)行特性有一定差距。

5 結(jié)語

(1)按照本方案開展交易后，如果機(jī)組受季節(jié)影響越小，在滿足保底電量后，可獲得市場(chǎng)電量的機(jī)會(huì)越大；反之，受季節(jié)影響較大的機(jī)組，在滿足保底電量后，機(jī)組獲得市場(chǎng)電量的機(jī)會(huì)越小。

(2)本方案不會(huì)對(duì)年度總供熱電量和非供熱電量占比產(chǎn)生影響，也不會(huì)產(chǎn)生利用小時(shí)倒掛現(xiàn)象。同時(shí)，本方案能充分保證市場(chǎng)的自由競(jìng)爭(zhēng)性。

(3)本次分析以全部的市場(chǎng)電量為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并未細(xì)化分析市場(chǎng)內(nèi)各成分占比及與供熱及非供熱電量之間關(guān)系。因此市場(chǎng)內(nèi)各成分，除直接交易外，如特高壓電量、超低排放獎(jiǎng)勵(lì)電量、河北增供、西龍池替代電量、發(fā)電權(quán)交易電量等是按照本方案思路以折算容量還是以全容量參與市場(chǎng)，本文并未給出定論。需進(jìn)一步深入分析各成分對(duì)供熱及非供熱電量的影響關(guān)系。

(4)由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有限，加之新能源占比逐年提高，本方案未能深入研究市場(chǎng)電量占比變化對(duì)供熱及非供熱電量的影響。下一步，積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合模擬算法，進(jìn)一步分析市場(chǎng)電量占比變化對(duì)本方案的影響，給出定性結(jié)論。

(5)本方案的測(cè)算結(jié)果均是理論值，與實(shí)際有一定偏差。為了降低改革風(fēng)險(xiǎn)，有必要引入電力市場(chǎng)模擬方法，對(duì)每套方案在山西電力市場(chǎng)中的均衡狀態(tài)及發(fā)展演化過程進(jìn)行定性和定量分析比較，發(fā)現(xiàn)方案和規(guī)則中的設(shè)計(jì)缺陷和不足。下一步，將重點(diǎn)研究電力市場(chǎng)模擬算法，結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)本方案以及新的市場(chǎng)規(guī)則進(jìn)行推演，檢驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中的不足和缺陷，提升方案完整性。

(本文編輯：嚴(yán) 加)

Scheme for Heating and Non-heating Power Decomposition Transaction of Shanxi Power Grid Units

XU Hongrui, YANG Lintao,YIN Lixin

(State Grid Shanxi Electric Power Company, Taiyuan 030001, China)

To solve the contradiction between the current market trading mechanism and the operation mode of Shanxi power grid, this paper introduces the scheme for heating and non-heating power decomposition transaction based on the operation characteristics of Shanxi power grid. By analyzing the scheme characteristics from the maximum limit of the total power and the maximum limit of monthly power, it verifies the validity and feasibility of the scheme through historical data calculation.

power grid; power trading; heating power decomposition; non-heating power decompositio

10.11973/dlyny201704021

徐宏銳(1984—)，男，高級(jí)工程師，從事電力市場(chǎng)建設(shè)、交易規(guī)則管理工作。

TM721.1

：B

：2095-1256(2017)04-0448-05

2017-05-16