對當(dāng)前國內(nèi)電力調(diào)頻市場發(fā)展態(tài)勢的思考

林曦陽，黃衛(wèi)劍

(廣東電科院能源技術(shù)有限責(zé)任公司，廣東 廣州 510080)

0 引言

近十年來，我國在行動計(jì)劃、發(fā)展規(guī)劃乃至立法等多方面一直全力推進(jìn)可再生能源的開發(fā)利用。2014年國務(wù)院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計(jì)劃(2014-2020年)》(31號文)明確了優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略任務(wù)，要降低煤炭的消費(fèi)占比，大力促進(jìn)可再生能源發(fā)展。根據(jù)2019全年的最新數(shù)據(jù)，我國可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到7.94億kW，同比增長9%；其中，風(fēng)電裝機(jī)2.1億kW、光伏發(fā)電裝機(jī)2.04億kW，兩者均大幅增長，并且達(dá)到了發(fā)改委與能源局《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016-2020年)》的目標(biāo)。此外，發(fā)改委還與能源局在2019年5月發(fā)布了《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》，與2010年施行的《中華人民共和國可再生能源法》相結(jié)合，明確了各省區(qū)的可再生能源發(fā)電量消納責(zé)任的權(quán)重，為保障可再生能源電力消納確立了長效機(jī)制[1]。

隨著可再生能源發(fā)電機(jī)組上網(wǎng)的規(guī)模和比例快速增大，電力系統(tǒng)所受的各種影響也越發(fā)明顯，電源側(cè)的發(fā)電機(jī)組調(diào)頻運(yùn)行就是為了滿足電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與新能源發(fā)電消納的需求。風(fēng)力與光伏發(fā)電的出力波動強(qiáng)、難預(yù)測且可控性低，并網(wǎng)后會對電網(wǎng)帶來擾動，使得電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)加大[2]。這時電網(wǎng)便需要通過調(diào)度部門發(fā)送指令到有調(diào)頻能力的機(jī)組，使之按一定的調(diào)節(jié)速率動態(tài)調(diào)整機(jī)組出力，從而維持電力系統(tǒng)的整體平衡。

1 廣東電力調(diào)頻市場發(fā)展過程

頻率是電能質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。為激發(fā)火電企業(yè)主動提供調(diào)頻輔助服務(wù)、保證供電品質(zhì)，需要建立長久有效的市場機(jī)制，通過市場手段促進(jìn)調(diào)頻資源的發(fā)展與利用。從20世紀(jì)80年代開始，國家到地方層面采取了一系列電力市場化改革措施[3]，廣東省建立了與地方發(fā)展相適應(yīng)的調(diào)頻輔助服務(wù)市場，切實(shí)保障了廣東電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。廣東作為全國第一個電力現(xiàn)貨市場試運(yùn)行的省份，2019年國內(nèi)用電量第一、交易規(guī)模第二，厘清廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場的歷史，對推動今后電力市場的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。

根據(jù)近二十年與廣東相關(guān)的主要電力改革政務(wù)文件，下文以強(qiáng)制執(zhí)行、按需調(diào)度和市場監(jiān)管3種管理模式來概述廣東電力調(diào)頻市場發(fā)展過程。

1.1 強(qiáng)制執(zhí)行模式

2000年前后，國內(nèi)的電力工業(yè)實(shí)施了“政企分開”和“廠網(wǎng)分離”兩項(xiàng)重要的改革措施[4]。在1999年國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布《關(guān)于做好電力工業(yè)政企分開改革工作的意見》前，調(diào)頻、調(diào)峰和備用等發(fā)電廠運(yùn)行控制都以任務(wù)的形式通過行政指令下發(fā)和執(zhí)行，與電力輔助服務(wù)相關(guān)的概念尚未出現(xiàn)。

“政企分開”以后，電力部改組為國家電力公司并開始獨(dú)立運(yùn)行，“發(fā)輸變配”一體化管理。根據(jù)經(jīng)營者義務(wù)，電力公司必須采取調(diào)峰調(diào)頻等措施保證電力的安全供應(yīng)。因此，在該時間節(jié)點(diǎn)及以前提供“調(diào)頻服務(wù)”具有強(qiáng)制性，在公司內(nèi)部的分配中沒有給予額外補(bǔ)償。直到《電力體制改革方案》(國發(fā)[2002]5號文)印發(fā)并實(shí)現(xiàn)“廠網(wǎng)分離”以后的幾年，“電力輔助服務(wù)”的提供仍依靠強(qiáng)制的管理模式。而該項(xiàng)政策的積極意義在于促使發(fā)電側(cè)與電網(wǎng)側(cè)的利益主體分離，使得各方在后來的利益協(xié)調(diào)中推動了輔助服務(wù)管理機(jī)制的發(fā)展。

1.2 按需調(diào)度模式

考慮到電廠分離后提供輔助服務(wù)所應(yīng)得的補(bǔ)償與收益，國家電監(jiān)會在2006年印發(fā)了《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理暫行辦法》(43號文)與《發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理規(guī)定》，由此我國開始了對電力輔助服務(wù)工作明確實(shí)施管理。該管理辦法第十條規(guī)定：“為保證電力系統(tǒng)平衡和安全，輔助服務(wù)的調(diào)用應(yīng)遵循‘按需調(diào)度’的原則，由電力調(diào)度交易機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)電機(jī)組特性和電網(wǎng)情況，合理安排發(fā)電機(jī)組承擔(dān)輔助服務(wù)。”

與此同時，輔助服務(wù)的概念也被明確下來，并劃分成“基本輔助服務(wù)”和“有償輔助服務(wù)”兩大類。而后來被納入電力市場現(xiàn)貨交易的“調(diào)頻輔助服務(wù)”，就是從有償服務(wù)中的自動發(fā)電控制(AGC)服務(wù)發(fā)展出來的，這為調(diào)頻輔助服務(wù)的市場機(jī)制建立奠定了基礎(chǔ)。以此為根據(jù)，2009年南方電監(jiān)市場結(jié)合兩廣等南方區(qū)域的電力系統(tǒng)實(shí)際和電力市場建設(shè)需要，進(jìn)一步制定了《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》(南方電監(jiān)市場〔2009〕5號)，簡稱“兩個細(xì)則”，通過服務(wù)考核與電廠分?jǐn)偟膬煞N途徑保障了有償輔助服務(wù)所需要的補(bǔ)償金。從此，廣東省內(nèi)發(fā)電企業(yè)提供的調(diào)頻服務(wù)開始得到政策的支持和資金的補(bǔ)償。

1.3 市場監(jiān)管模式

進(jìn)入2010年，我國開始加速可再生能源的發(fā)電上網(wǎng)，電力系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)了輔助服務(wù)緊缺的情況。為了使并網(wǎng)電廠更積極地提供電力輔助服務(wù)，《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干建議》(中發(fā)〔2015〕9號)發(fā)布并提出要完善電力交易機(jī)構(gòu)的市場功能，同時表明將進(jìn)一步推進(jìn)電力交易體制改革和建立輔助服務(wù)分擔(dān)共享新機(jī)制，這意味著廣東調(diào)頻輔助服務(wù)從此開啟了市場監(jiān)管的模式。

2017年南方能監(jiān)局召開“廣東調(diào)頻市場建設(shè)方案和交易規(guī)則研討會”，討論市場準(zhǔn)入與注冊、機(jī)組調(diào)頻性能認(rèn)定和輔助服務(wù)資金來源等重要內(nèi)容，印發(fā)了《關(guān)于組織開展廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場模擬運(yùn)行的通知》(374號文)并于同年12月開始電力調(diào)頻市場模擬運(yùn)行的工作。2018年8月南方能監(jiān)局又印發(fā)了《廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場交易規(guī)則(試行)》(272號文，下稱《交易規(guī)則》)，最終確立了廣東電力調(diào)頻市場的運(yùn)營及管理準(zhǔn)則，規(guī)定了電力調(diào)頻市場組織實(shí)施方法、調(diào)頻服務(wù)考核及補(bǔ)償結(jié)算等?！督灰滓?guī)則》的實(shí)行，標(biāo)志著廣東省已經(jīng)完成了調(diào)頻輔助服務(wù)市場建設(shè)的初步工作。

2 當(dāng)前國內(nèi)電力調(diào)頻市場運(yùn)營情況與發(fā)展思考

目前全國各省區(qū)都已基本建立了當(dāng)?shù)氐碾娏φ{(diào)頻市場規(guī)則體系并啟動機(jī)制，其中山西電力調(diào)頻輔助服務(wù)市場于2018年1月已正式運(yùn)行，山東同年3月開始市場試運(yùn)行與結(jié)算，而廣東9月才按《交易規(guī)則》試行電力調(diào)頻市場，《京津唐電網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)市場運(yùn)營規(guī)則(試行)》在2018年仍處于征求意見稿狀態(tài)?？梢娫谡{(diào)頻市場的發(fā)展上，廣東及京津唐等地區(qū)相比之下稍顯遲緩，在接下來的發(fā)展道路中適宜借鑒各方經(jīng)驗(yàn)、加快推進(jìn)調(diào)頻市場的建設(shè)步伐。下文就國內(nèi)電力調(diào)頻市場今后的發(fā)展態(tài)勢分別作出三點(diǎn)預(yù)判。

2.1 調(diào)頻服務(wù)提供者整體的調(diào)頻能力將快速提升

目前火電機(jī)組提升調(diào)頻性能的方法包括DCS協(xié)調(diào)控制優(yōu)化、外掛系統(tǒng)優(yōu)化和加裝儲能調(diào)頻裝置。憑借良好的調(diào)頻經(jīng)濟(jì)效益，儲能調(diào)頻技術(shù)近期在國內(nèi)得到了快速發(fā)展[5]。然而從試運(yùn)行開始到現(xiàn)在，廣東電力調(diào)頻市場上中標(biāo)的煤電機(jī)組一直減少，同時煤機(jī)總體獲得的補(bǔ)償收益卻不斷增加。這是由于率先接受技術(shù)優(yōu)化的燃煤機(jī)組在綜合調(diào)頻性能上更具競爭力，單臺機(jī)組每月能提供更多的調(diào)頻里程，使得市場短期內(nèi)需要的調(diào)頻燃煤機(jī)組臺數(shù)減少。但與初期緩慢的技術(shù)轉(zhuǎn)化應(yīng)用相比，過去幾年不少研發(fā)團(tuán)隊(duì)積累了一定的項(xiàng)目現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，各種技術(shù)方案也日漸成熟。接下來現(xiàn)有技術(shù)的推廣將不斷提速，接受技術(shù)優(yōu)化的煤電企業(yè)會越來越多，調(diào)頻服務(wù)提供者整體的調(diào)頻能力將會得到快速提升。

2.2 儲能調(diào)頻的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品升級速度加快

現(xiàn)在廣東省至少有20個建設(shè)中及已開標(biāo)的AGC儲能調(diào)頻項(xiàng)目，且均為火電企業(yè)各自與儲能供應(yīng)商的合作。采用的火電儲能聯(lián)合調(diào)頻路線方案主要有三元電池(鎳錳鈷)、磷酸鐵鋰電池和鈦酸鋰電池三種，其中三元電池產(chǎn)銷緊俏、磷酸鐵鋰電池占據(jù)份額最多。

雖然近兩年由于三元電池起火事件的影響，儲能投資商與系統(tǒng)集成商基本改用了儲能密度較低的磷酸鐵鋰技術(shù)路線，煤電企業(yè)在儲能招標(biāo)文件中也大多明確要求使用鐵鋰電池。但廣東中標(biāo)的燃煤機(jī)組負(fù)荷率一般達(dá)到機(jī)組容量的2%/min及以上、每次提供調(diào)頻輔助服務(wù)時負(fù)荷升降±5%，這意味著儲能系統(tǒng)一天充放電要幾百次乃至上千次，投入2年的鐵鋰電池普遍過早衰減、需要頻繁更換，可見儲能電池的使用壽命、充放電特性、能量密度以及環(huán)境保護(hù)等問題迫切需要新手段去解決[6]。

受到市場需求和利益的驅(qū)動，各研發(fā)機(jī)構(gòu)和創(chuàng)新型企業(yè)將爭相投入更多的研發(fā)資金與實(shí)驗(yàn)室資源；國家和地方政府出于扶持自主研發(fā)技術(shù)、治理廢棄電池環(huán)保問題等綜合因素，也會對高性能儲能電池研發(fā)給予政策傾斜與基金項(xiàng)目支持?？梢灶A(yù)見，與儲能調(diào)頻相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品升級速度在接下來的5年內(nèi)會明顯加快。

2.3 多種調(diào)頻技術(shù)的綜合應(yīng)用將成為趨勢

發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻能力以綜合性能指標(biāo)k來衡量，該指標(biāo)又包括3個因子：調(diào)節(jié)速率k1、響應(yīng)時間k2和調(diào)節(jié)精度k3。DCS協(xié)調(diào)控制優(yōu)化和外掛平臺優(yōu)化的優(yōu)勢在于有效提高負(fù)荷率，增大調(diào)節(jié)速率k1，調(diào)頻范圍寬，并可減少汽溫、汽壓等波動，調(diào)頻儲能裝置的優(yōu)勢則在于增大k2值和k3值，即提升響應(yīng)時間和調(diào)節(jié)精度。根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，在DCS協(xié)調(diào)控制優(yōu)化和外掛平臺優(yōu)化后加裝儲能調(diào)頻設(shè)施依然有較好的疊加效果。所以綜合利用3種調(diào)頻技術(shù)，充分發(fā)揮每種技術(shù)的調(diào)頻優(yōu)勢，能更大程度地提高煤電機(jī)組綜合調(diào)頻性能k。

同時，市場政策也在積極引導(dǎo)發(fā)電行業(yè)提升綜合調(diào)頻性能。以《 廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場交易規(guī)則(試行)》(272號文)為例，該文件第三章“交易要求”規(guī)定了參與廣東電力調(diào)頻市場的機(jī)組性能值k須大于等于0.5的準(zhǔn)入門檻；而發(fā)電機(jī)組的中標(biāo)條件除了調(diào)頻里程報(bào)價(jià)也考慮了k值的大小，即以價(jià)格從低到高安排中標(biāo)出清，其他情況相同時k值高的優(yōu)先出清；此外，文件還規(guī)定了電力調(diào)頻市場的補(bǔ)償資金由調(diào)頻服務(wù)提供者及其他市場主體按當(dāng)月落地電量繳納。對于其他省份所依據(jù)的交易規(guī)則，其相關(guān)章節(jié)也有類似規(guī)定條例。因此，隨著調(diào)頻服務(wù)競爭日趨激烈，各發(fā)電企業(yè)的調(diào)頻里程報(bào)價(jià)最終都會接近低限。為了在電力調(diào)頻市場中不至于虧損，只能同時采用多種調(diào)頻技術(shù)，盡可能地提高自身機(jī)組的調(diào)頻k值。

3 結(jié)語

廣東等重要區(qū)域的電力調(diào)頻市場發(fā)展情況反映出我國在電力市場化上取得了一定成效，但從中也能看到其推進(jìn)速度的不盡人意。作為電力輔助服務(wù)市場的重要組成部分，調(diào)頻輔助市場需要加快發(fā)展和完善，地區(qū)試行的調(diào)頻交易規(guī)則也應(yīng)盡快確定，同時在發(fā)展中還須順應(yīng)調(diào)頻技術(shù)的市場推廣和研發(fā)應(yīng)用潮流。