電力市場環(huán)境下灌區(qū)梯級(jí)水電站競價(jià)上網(wǎng)策略研究

韓貽明，蘇佩超，孫永紅，劉佳，朱麗曉，王國麗

（1.國家能源集團(tuán)新疆吉林臺(tái)水電開發(fā)有限公司,新疆 伊犁 835199；2.國電南京自動(dòng)化股份有限公司,江蘇 南京 210000）

1 前言

我國電力供需形式已由供不應(yīng)求轉(zhuǎn)變?yōu)楣┐笥谇?為了實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)的長期可持續(xù)發(fā) 展,我國電力市場的改革朝著“廠網(wǎng)分開、競價(jià)上網(wǎng)”的方向進(jìn)行,以發(fā)電企業(yè)作為主體參與市場競爭。此項(xiàng)改革前期僅停留在火電競爭階段。但隨著電力市場的不斷深化,水電作為電能主要組成部分,競價(jià)上網(wǎng)勢在必行。

2 電力市場特點(diǎn)及交易類型

電力市場最大的特點(diǎn)是產(chǎn)品的不可存儲(chǔ),這就要求供需量相對(duì)平衡。目前電力市場主要的交易類型包括：年月合約市場、日前市場[1]、實(shí)時(shí)平衡市場等多種交易,各交易類型互相補(bǔ)充。

（1）年月合約市場：是保證電價(jià)穩(wěn)定、防止壟斷的重要手段,分為年度合約和月度合約,分別以年和月為單位競價(jià)上網(wǎng)。

（2）日前市場：介于年月合約市場與實(shí)時(shí)平衡市場之間,價(jià)格波動(dòng)較大,有一定風(fēng)險(xiǎn)。將年度合約、月度合約電量分解到天。

（3）實(shí)時(shí)平衡市場：用來調(diào)節(jié)日前市場中計(jì)劃出力與實(shí)際負(fù)荷之間的偏差。

3 水電競價(jià)上網(wǎng)現(xiàn)狀

與上述交易類型對(duì)應(yīng)的交易方式,分別是：年月合約申報(bào)、發(fā)電權(quán)交易[3]、報(bào)增減、實(shí)時(shí)平衡調(diào)度機(jī)制[5]。

（1）年月合約申報(bào)：主要包括合約電量、合約電價(jià)。如何報(bào)出合理的電量和電價(jià),兼顧到企業(yè)利潤和中標(biāo)概率,是各發(fā)電企業(yè)需要面對(duì)的問題。

（2）發(fā)電權(quán)交易：用來解決由于水電豐枯水問題造成的發(fā)電能力不確定問題,對(duì)年月市場進(jìn)行調(diào)整。目前以水火置換方式為主。發(fā)電企業(yè)根據(jù)平等自愿的原則,進(jìn)行合約電量轉(zhuǎn)讓,詳細(xì)的發(fā)電權(quán)流程可參見相關(guān)文獻(xiàn)[3]。

（3）報(bào)增減：是在日前交易的基礎(chǔ)上,建立的機(jī)組出力微調(diào)交易,主要是為了避免水電棄水問題,因此具有一定的強(qiáng)制性,詳細(xì)流程可參見相關(guān)文獻(xiàn)[4]。

（4）實(shí)時(shí)調(diào)度平衡機(jī)制：用于維持電力系統(tǒng)電能平衡,并保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。主要包括：后續(xù)時(shí)段的實(shí)時(shí)平衡調(diào)度交易、實(shí)時(shí)平衡輔助服務(wù)、線路或斷面潮流實(shí)時(shí)校正等。詳細(xì)流程參見相關(guān)文獻(xiàn)[5]。

4 喀什河梯級(jí)電站水電競價(jià)策略

4.1 流域及梯級(jí)電站特點(diǎn)

4.1.1 洪水特點(diǎn)

洪水過程復(fù)雜,伊犁河流域是新疆降水最豐沛的地區(qū)之一,有干 旱區(qū)“濕島”之稱,洪水過程可分為消融型洪水和消融與暴雨疊加型的混合洪水。

4.1.2 水庫調(diào)蓄特點(diǎn)

（1）梯級(jí)電站一共有五級(jí),其中有一級(jí)、二級(jí)、四級(jí)三個(gè)電站都是攔河引水式和徑流式電站,基本無調(diào)節(jié)能力；

（2）第三級(jí)電站（吉林臺(tái)一級(jí)）和第四級(jí)電站（尼勒克電站）之間隔著吉林臺(tái)二級(jí)電站,此電站是日調(diào)節(jié)電站,出庫流量隨機(jī)性較大；

（3）各級(jí)電站都承擔(dān)了生態(tài)流量任務(wù),三級(jí)、四級(jí)、五級(jí)電站承擔(dān)了灌溉任務(wù),灌溉計(jì)劃要根據(jù)作物面積、作物結(jié)構(gòu)逐年進(jìn)行調(diào)整。

4.2 競價(jià)上網(wǎng)策略

針對(duì)以上特點(diǎn)和三種交易類型,水電競價(jià)上網(wǎng)可采取相對(duì)應(yīng)的競價(jià)上網(wǎng)策略。

4.2.1 年月合約申報(bào)

（1）電量申報(bào)

喀什河梯級(jí)電站全年各時(shí)段各站出力情況見表1和表2,匯總表見表3。

表1 2019年全年各時(shí)段各站出力情況表單位：億kW·h

表2 2020年全年各時(shí)段各站出力情況表單位：億kW·h

表3 歷年各時(shí)段出力匯總表 單位：億kW·h

圖1 歷年各月出力統(tǒng)計(jì)曲線

根據(jù)以上統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)可以看出,歷年各月平均出力和全年匯總出力,有一定的偏差,這主要是由于豐水年和枯水年的影響。為此,分別采用平均值上下浮動(dòng)法,以平均值為基準(zhǔn),加上豐平枯水年影響,以此值作為年月合約申報(bào)電量：

式中：TotalPower是申報(bào)電量；AveragePower是年月出力平均值；k 為系數(shù)；f是洪水頻率；根據(jù)中長期來水預(yù)報(bào)成果確定。

（2）電價(jià)申報(bào)

電價(jià)的確定,關(guān)系到中標(biāo)概率和企業(yè)利潤,是比較關(guān)鍵的因素。

目前,新疆電網(wǎng)公司口徑總裝機(jī)8553.5 萬kW,其中,火電4874.6萬kW,占比57.81%；水電695.40 萬kW,占比8.10%；風(fēng)電1920.1萬kW,占比21.89%；光伏951.6萬kW,占比10.42%；其他111.70萬kW,占比1.30%,同口徑用電負(fù)荷僅約3000萬kW,供需矛盾較為突出,同時(shí)風(fēng)電和光伏等新能源機(jī)組在供給側(cè)占據(jù)較大的比重。根據(jù)新疆的發(fā)電上網(wǎng)序列和氣候條件,風(fēng)電和光伏等新能源機(jī)組占據(jù)發(fā)電第一序列,且發(fā)電成本較低,對(duì)水電的發(fā)電負(fù)荷影響較大。

基于貝葉斯博弈的競價(jià)上網(wǎng)模型[2]研究表明：參與競價(jià)的企業(yè)數(shù)越多,各企業(yè)的報(bào)價(jià)更趨于理性,當(dāng)所有發(fā)電企業(yè)均采用線性策略時(shí),各企業(yè)通常會(huì)把自己預(yù)測值的（n-1）/n作為自己的報(bào)價(jià)。

據(jù)公開資料顯示,風(fēng)、光、水發(fā)電成本主要包括機(jī)組成本、建設(shè)成本、運(yùn)維成本、人員成本與材料費(fèi)等；火電成本除了這些成本之外,還包括燃料成本,占發(fā)電成本50%~70%。

幾種發(fā)電方式相比較而言,火電成本較高,其他幾種方式成本類似,因此,應(yīng)主要針對(duì)光伏和風(fēng)電企業(yè)歷史報(bào)價(jià)和報(bào)價(jià)趨勢進(jìn)行分析,以不高于風(fēng)電和光伏平均報(bào)價(jià)為準(zhǔn)則,確保爭取到合理市場份額。

4.2.2 發(fā)電權(quán)交易

針對(duì)喀什河梯級(jí)實(shí)際情況,可以考慮與火電廠及光伏電廠合作,進(jìn)行發(fā)電權(quán)交易。

（1）可與有合作意向的火電廠進(jìn)行合作。由于火電廠燃料成本是硬成本,且占發(fā)電成本50%~70%,因此對(duì)于火電廠來說,豐水期出讓發(fā)電權(quán),節(jié)約煤炭資源,枯水期購買發(fā)電權(quán),可獲取合理利潤；對(duì)于水電廠來說：豐水期購買部分發(fā)電權(quán),可避免棄水,減少損失,枯水期出讓發(fā)電權(quán),防止水庫拉空影響水庫性能和其他用水需求。

（2）可與有合作意向的光伏電廠進(jìn)行合作。在汛期,如果陰雨天較多,輻照能量嚴(yán)重不足,使得光伏系統(tǒng)的功能性大打折扣；同時(shí),陰雨天較多導(dǎo)致來水量偏多,陰雨天蒸發(fā)減少。因此對(duì)于光伏電廠來說,陰雨天較多時(shí)出讓發(fā)電權(quán),晴天多時(shí)購買發(fā)電權(quán)；對(duì)于水電廠來說,陰雨天較多時(shí)購買部分發(fā)電權(quán),晴天多時(shí)出讓發(fā)電權(quán),正好可以形成互補(bǔ)。

（3）對(duì)于喀什河地區(qū),還需要考慮融雪問題,陽光充足時(shí),融雪會(huì)引起來水增加,此時(shí)光伏電廠發(fā)電能力沒有減弱,需要結(jié)合天氣預(yù)報(bào),分析風(fēng)電發(fā)電廠是否有合作的可能。

4.2.3 報(bào)增減

喀什河流域梯級(jí)水電站報(bào)增減策略如下：

（1）在豐水期,水位低時(shí),應(yīng)以一個(gè)略低的價(jià)格報(bào)增出力,購買到份額后,可以為后續(xù)騰出庫容,購買不到也不太影響后續(xù)水庫調(diào)蓄；在水位高時(shí),應(yīng)以一個(gè)略高的價(jià)格報(bào)增出力,因?yàn)榇藭r(shí)必須要爭取到份額,以避免棄水。

（2）在枯水期,前期以一個(gè)略高的價(jià)格報(bào)減出力,如果能出讓部分份額,可以增加利潤,出讓不了也沒關(guān)系；后期以一個(gè)略低的價(jià)格報(bào)減出力,因?yàn)榇藭r(shí)必須要爭取到份額,降低出力,以避免春灌期間水資源短缺。

（3）以上均要通過歷史資料、當(dāng)前降雪情況、天氣情況進(jìn)行分析后,慎重決策。

4.2.4 實(shí)時(shí)平衡調(diào)度機(jī)制喀什河流域梯級(jí)水電站參與實(shí)時(shí)平衡交易策略如下：

由于其交易量可能很小,電價(jià)波動(dòng)卻可能很大,因此,對(duì)于水電機(jī)組來說,由于機(jī)組啟停靈活,啟停成本可以忽略不計(jì),因此可以適當(dāng)參與實(shí)時(shí)平衡交易,即使下調(diào)出力,也可以在下一個(gè)時(shí)段上調(diào)出力,因?yàn)榘凑战y(tǒng)計(jì)規(guī)則,上調(diào)出力和下調(diào)出力幾率應(yīng)該均等的,對(duì)總的出力影響不大。

4.2.5 灌區(qū)緩沖作用

喀什河流域下游灌區(qū)引水樞紐(渠首)每日計(jì)劃引水量見表4。

表4 灌溉引水計(jì)劃表

梯級(jí)電站全年平均入庫流量分別為：62.65 m3/s,73.32 m3/s,117.2 m3/s,61.7 m3/s~112 m3/s,127.9 m3/s,總的平均入庫流量442.77 m3/s~493.07 m3/s,灌溉高峰時(shí),灌溉流量約占40%。

灌溉任務(wù)的特點(diǎn)是彈性較大,在水量充足時(shí),可在限度范圍內(nèi)適當(dāng)多灌溉,利用田間渠道保持土壤濕度,在水量不足時(shí),土壤濕度略有下降,也不會(huì)有太大影響,因此對(duì)小幅度的發(fā)電流量變化起到一個(gè)緩沖作用,對(duì)水電競價(jià)上網(wǎng)尤其是參與實(shí)時(shí)平衡調(diào)度機(jī)制調(diào)節(jié),有較大作用。

5 結(jié)語

通過以上水電競價(jià)策略,可基本保證梯級(jí)電站綜合效益不低于競價(jià)上網(wǎng)之前。由于水電參與競價(jià)上網(wǎng)的歷史不長,可供參考的經(jīng)驗(yàn)不多,加上水電自身種種條件限制,尤其是來水不確定的局限性,對(duì)水電競價(jià)上網(wǎng)也造成了一定的影響。在實(shí)際運(yùn)行過程中,要不斷地積累經(jīng)驗(yàn),分析市場規(guī)律,分析風(fēng)電、光伏、火電等各發(fā)電企業(yè)在全年各時(shí)段、各種天氣情況下的運(yùn)行特點(diǎn)以及相應(yīng)的報(bào)價(jià)行為,積極探索風(fēng)光水火互補(bǔ)的方法,為能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供更好的解決方案。