電力現(xiàn)貨模式下的機(jī)組經(jīng)濟(jì)調(diào)度研究

張寶國

（華電國際電力股份有限公司十里泉發(fā)電廠，山東 棗莊 277103）

我國向國際社會承諾，“力爭在2030 年之前達(dá)到二氧化碳排放量的峰值，力爭到2060 年實現(xiàn)碳中和”，作為減少碳排放的主要行業(yè)，加快電力行業(yè)的調(diào)整，促進(jìn)電力結(jié)構(gòu)向清潔低碳轉(zhuǎn)型的目標(biāo)應(yīng)更加明確，并促進(jìn)以電力為中心的能源系統(tǒng)的建設(shè)。如何又快又好地完成轉(zhuǎn)型目標(biāo)，發(fā)揮市場在資源配置中的決定性作用，關(guān)鍵在于電力現(xiàn)貨市場建設(shè)。

1.電力市場形勢[2]

2020 年前三季度，全國新增裝機(jī)容量7224 萬千瓦，同比增加769 萬千瓦，其中非化石能源發(fā)電裝機(jī)繼續(xù)加大，新增容量4288 萬千瓦。全國發(fā)電設(shè)備平均利用小時2758 小時，同比減少98 小時。市場交易電量同比增長16.2%，在社會總電力消費中的比重同比增長。全國電力交易中心共組織完成市場交易電力22564 億千瓦時，同比增長16.2%。其中，全國電力市場中長期直接交易總量為17674 億千瓦時，同比增長17.7%，占全社會的比重為32.6%，同比增長4.5%。

2.某現(xiàn)貨試點整月試結(jié)算分析

2.1 電力現(xiàn)貨模式下發(fā)電側(cè)風(fēng)險分析

現(xiàn)貨市場中的中長期交易采用帶曲線交易方式，將合約電量分解至分時電量，中長期合約可以使市場主體避免暴露在現(xiàn)貨價格波動風(fēng)險之下；做好中長期合約與現(xiàn)貨的配合，中長期合約分解與現(xiàn)貨電能量報價策略密切相關(guān)，實際發(fā)電曲線與合約分解曲線的偏差特別是在峰谷段的偏差可能會造成偏差電費較大；中長期合同以內(nèi)的電量，應(yīng)基于邊際成本報價，合約電量外抬高現(xiàn)貨報價，提高峰段價格[4]?，F(xiàn)貨市場基于一個簡單的邏輯，即使有中長期合約避險，低于邊際成本的電是不該發(fā)的，在實際發(fā)電生產(chǎn)中，出于穩(wěn)定方式需求，第一個負(fù)荷點報價一般遠(yuǎn)低于邊際成本，然而在中午現(xiàn)貨價格遠(yuǎn)低于發(fā)電成本時，機(jī)組因為最低技術(shù)出力限制，無法最大限度降低發(fā)電出力[5]。

2.2 調(diào)頻收益分析

在調(diào)頻市場中，同樣存在電能量市場中的問題，即調(diào)頻補償能否彌補電能量成本，而且調(diào)頻機(jī)組存在可能的電能量損失。在某些電價極低的日期，投調(diào)頻可能帶來電量上升，但如果調(diào)頻價格過低，甚至無法彌補火電廠的變動成本。我們對調(diào)頻機(jī)某日出清結(jié)果進(jìn)行復(fù)盤，調(diào)頻投入提升了機(jī)組負(fù)荷率8%，若調(diào)頻出清價格低至一定水平，調(diào)頻帶來的綜合收益為負(fù)[6]。

3.報價策略與機(jī)組經(jīng)濟(jì)調(diào)度

在參與現(xiàn)貨市場過程中，合理利用現(xiàn)貨交易規(guī)則，基于負(fù)荷預(yù)測，綜合全網(wǎng)機(jī)組容量及最低、最高技術(shù)出力等信息，預(yù)測市場出清價格和機(jī)組中標(biāo)出力區(qū)間，根據(jù)實際情況靈活調(diào)整各機(jī)組現(xiàn)貨電能量報價負(fù)荷區(qū)間段，以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化?？紤]調(diào)頻中標(biāo)對負(fù)荷曲線的修正因素后，計算綜合收益，反復(fù)迭代運算得出電能量報價及調(diào)頻報價最優(yōu)解。

3.1 基于電能量與調(diào)頻綜合收益最大化的現(xiàn)貨定價數(shù)學(xué)模型[7][8]

目標(biāo)函數(shù):最大化發(fā)電凈利潤

其中，N——一次做N 天的利潤核算

M——共M 臺機(jī)組

Pi——運行日i 時刻出清價格

α——為因為中標(biāo)調(diào)頻帶來的效率損失因子

Pci——機(jī)組某時刻邊際成本，和機(jī)組的運行參數(shù)等相關(guān)

Qi——運行日i 時刻上網(wǎng)電量

CAGC——調(diào)頻凈收益

β——負(fù)荷預(yù)測偏差修正因子

Qci——調(diào)頻出力基值

YAGC——調(diào)頻出清價格

YAGCmax——調(diào)頻出清價上限約束

YAGC(Pk, Qk, YAGCK)——基于歷史電能量價格，電能量電量，調(diào)頻出清價格擬合出的調(diào)頻報價

γ(Q)CAGCF——調(diào)頻分?jǐn)?與實際上網(wǎng)電量相關(guān))

Dj——發(fā)電單元第j 次的調(diào)節(jié)深度，n 為日調(diào)節(jié)次數(shù)

模型運行邏輯如下：基于全網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測預(yù)設(shè)全網(wǎng)發(fā)電側(cè)不同效率的機(jī)組報價；基于機(jī)組報價與負(fù)荷預(yù)測、正負(fù)備用等情況進(jìn)行機(jī)組組合預(yù)出清(SCUC)；基于SCUC 確定運行日全天出清價格曲線以及目標(biāo)機(jī)組運行日負(fù)荷曲線；通過對目標(biāo)機(jī)組的報價調(diào)整確定新的運行日價格曲線和負(fù)荷曲線；對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，對電能量和調(diào)頻聯(lián)合出清進(jìn)行優(yōu)化，通過反復(fù)的迭代運算確定電能量報價以及調(diào)頻報價，求解中確定調(diào)頻報價區(qū)間，確保調(diào)頻中標(biāo)情況下盡可能提升調(diào)頻收益，這是發(fā)電側(cè)長期博弈的過程；事后對市場主體行為復(fù)盤分析，優(yōu)化改進(jìn)報價模型。圖1、圖2 為模型運算出的某運行日的機(jī)組負(fù)荷曲線、價格預(yù)出清結(jié)果以及調(diào)頻報價。電力現(xiàn)貨市場中，市場主體的行為、出清結(jié)果等是互為因果，相互影響的，在反復(fù)的迭代求解中才能逼近最優(yōu)策略。

圖1 預(yù)測與實際價格（單位：元/MWH）

圖2 機(jī)組預(yù)出清負(fù)荷及電價（單位：MWH，元/MWH）

3.2 發(fā)揮機(jī)組的比較優(yōu)勢

現(xiàn)貨報價調(diào)電意味著調(diào)度權(quán)的部分轉(zhuǎn)移，也為發(fā)電企業(yè)優(yōu)化運行方式提供了一個很好的基礎(chǔ)。對于一個具有多臺不同機(jī)組的發(fā)電企業(yè)，基于價格預(yù)測和負(fù)荷預(yù)測，可以實現(xiàn)機(jī)組間的電量轉(zhuǎn)移，充分發(fā)揮低能耗機(jī)組成本優(yōu)勢，在電能量市場爭取高收益，高能耗機(jī)組應(yīng)加強靈活性改造，重點在輔助服務(wù)市場獲取收益。同時合理安排檢修工期和檢修計劃，對于某些缺陷可以安排在電價低的時刻或者日期進(jìn)行消缺。

4.短期與長期

4.1 短期視角

對機(jī)組進(jìn)行靈活性改造。隨著新能源裝機(jī)大幅增長，未來火電更多是作為調(diào)節(jié)電源在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰作用，電能量收益下滑的大趨勢下，火電廠如果還能在電力市場生存，必須提高在輔助服務(wù)市場的盈利能力。改造后火電機(jī)組最低技術(shù)出力丹麥最低至15%，德國最低至25%，這充分說明通過靈活性改造是可以提高機(jī)組調(diào)峰性能的。降低經(jīng)營成本，建立科學(xué)的激勵辦法。轉(zhuǎn)變將發(fā)電量作為考核指標(biāo)的傳統(tǒng)觀念，在電價高的時候多發(fā)效益電，少發(fā)低于邊際成本的電。建立科學(xué)的節(jié)能管理方法與激勵，進(jìn)行發(fā)電成本管控，在殘酷的市場競爭中占據(jù)比較優(yōu)勢。

4.2 長期視角

一是建立報價決策數(shù)據(jù)庫。建立負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)庫。做好供需分析，預(yù)測全網(wǎng)開停機(jī)容量、最高最低負(fù)荷等情況，做好備開備停機(jī)組序列，對于可能影響新能源電源出力的風(fēng)光信息、網(wǎng)絡(luò)約束信息等各種因素的影響進(jìn)行量化，隨著現(xiàn)貨的進(jìn)行逐步完善數(shù)據(jù)庫。[9]建立發(fā)供電及直調(diào)公用火電機(jī)組實時運行情況數(shù)據(jù)庫。基于每日發(fā)電供電生產(chǎn)日報，明確全網(wǎng)負(fù)荷需求以及機(jī)組和輸配線路檢修等情況，準(zhǔn)確把握火電機(jī)組運行、檢修、備用等信息，及時做出機(jī)組運行、檢修、備用狀態(tài)的調(diào)整以及報價策略的改進(jìn)。建立發(fā)電成本核算數(shù)據(jù)庫。通過生產(chǎn)管理及經(jīng)營管理部門提供的生產(chǎn)指標(biāo)統(tǒng)計報表、經(jīng)營管理統(tǒng)計報表等數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確核算供熱季與非供熱季的機(jī)組能耗情況和各負(fù)荷區(qū)間段發(fā)電成本，基于發(fā)電機(jī)組邊際成本，制定不同機(jī)組、不同工況、不同季節(jié)的報價方案。二是構(gòu)建完善的現(xiàn)貨交易管理體系。形成多部門協(xié)同聯(lián)動機(jī)制，依托報價決策數(shù)據(jù)庫進(jìn)行運行成本測算，通過有效的措施執(zhí)行和反饋制度，保安全增效益。建立現(xiàn)貨交易分析制度。策略部門對每日的現(xiàn)貨交易運行情況進(jìn)行分析，總結(jié)經(jīng)驗、分析不足，逐步完善現(xiàn)貨市場報價管理體系。建立風(fēng)險控制機(jī)制，基于報價評價體系做好風(fēng)險控制工作，一是中長期合約分解的量價，統(tǒng)籌規(guī)劃各機(jī)組的合約分解以及發(fā)電權(quán)交易，二是做好信息搜集，對于報價策略的制定應(yīng)有所限制，在限制范圍內(nèi)發(fā)揮交易員的能動性，在風(fēng)險可控范圍內(nèi)實現(xiàn)利潤最大化。