湖南電力輔助服務(wù)深度調(diào)峰市場開啟規(guī)律探討

羅炳華，胡浩遠

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

1 引言

經(jīng)過多年發(fā)展，我國電力市場體系構(gòu)建穩(wěn)步有序推進，多元競爭主體格局初步形成，市場化交易電量比重大幅提升，市場在資源優(yōu)化配置中作用明顯增強。2021年，全國市場化交易電量3.7萬億kW·h，同比增長17.2%，占全社會用電量的44.6%，是2015年市場化交易電量的近7倍，年均增長約40%。以省級電力市場為基礎(chǔ)、以跨省跨區(qū)市場為突破、以全國統(tǒng)一電力市場為方向的電力市場建設(shè)初見雛形[1]。

2020年5月15日，湖南能監(jiān)辦印發(fā)了《湖南省電力輔助服務(wù)市場交易模擬運行規(guī)則》，湖南啟動電力輔助服務(wù)市場模擬運行，同年12月26日，湖南省內(nèi)輔助服務(wù)市場正式運行。自試運行以來，各項工作有效推進，取得了階段性成果，不僅促進市場機制在全省電力資源配置中決定性作用的有效發(fā)揮，還更好激發(fā)發(fā)電企業(yè)提供輔助服務(wù)的積極性，同時也對湖南水電的運行帶來了機遇和挑戰(zhàn)。

2 背景

2.1 湖南電網(wǎng)的特點

湖南電網(wǎng)地處華中電網(wǎng)的南部，通過500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線和±800 kV祁韶特高壓直流分別與湖北電網(wǎng)和甘肅電網(wǎng)相連。電源結(jié)構(gòu)和用電負(fù)荷呈逆向分布: 電源集中在西部和北部，負(fù)荷中心位于東部和南部[2]。省內(nèi)電力流呈豐水期“西電東送”、枯水期“北電南送”的格局。

湖南電網(wǎng)用電負(fù)荷一直保持較快幅度增長，電網(wǎng)最大負(fù)荷從2016年的2 392萬kW增長至2021年的3 626萬kW，年均增長8.6%。而從2017年以來，湖南一直沒有火電、水電等有效裝機容量投產(chǎn)。發(fā)電能力增長滯后于用電負(fù)荷增長，因此在高峰負(fù)荷時段，湖南電網(wǎng)供電存在300～400萬kW的缺口。另一方面，湖南風(fēng)電、光伏發(fā)展較快，占比接近20%，未來新能源裝機占比仍將快速增加，新能源裝機增長速度遠超電網(wǎng)負(fù)荷的自然增長速度。湖南水電裝機占比較大，占29%，80%以上水電調(diào)節(jié)性能較差，且湖南來風(fēng)與來水重合性強，進一步加大了清潔能源的消納困難，在采取所有調(diào)峰手段并向省外售出部分富余電量后，汛期棄水棄風(fēng)調(diào)峰仍難以避免。

2.2 湖南電力輔助服務(wù)市場現(xiàn)狀

電力輔助服務(wù)是指為維護電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，保證電能質(zhì)量，除正常電能生產(chǎn)、輸送、使用外，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)和電力用戶提供的服務(wù)。我國電力輔助服務(wù)市場的交易品種包括調(diào)頻、調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)、備用、黑啟動服務(wù)等多個品種，但目前在市場建設(shè)初期，各地主要圍繞調(diào)峰、部分地區(qū)輔以調(diào)頻開展輔助服務(wù)市場建設(shè)[3]。從目前運行的實際效果來看，電力輔助服務(wù)市場的建立提升了發(fā)電機組的調(diào)峰能力，通過市場化手段充分調(diào)動了火電企業(yè)參與調(diào)峰的積極性和主動性，降低了新能源的棄電率，促進了節(jié)能減排。

2020年12月26日，湖南省內(nèi)輔助服務(wù)市場正式運行，現(xiàn)階段主要開展深度調(diào)峰及啟停調(diào)峰交易。由于湖南電網(wǎng)清潔能源比重大、外購電逐年增加且峰谷差日益增大，電網(wǎng)調(diào)峰壓力不斷加重，近幾年火電機組啟停、深度調(diào)峰次數(shù)大幅增加[4]。尤其是2018年祁韶直流入湘并入湖南電網(wǎng)后，電源結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架形態(tài)和負(fù)荷特性均發(fā)生顯著變化，給湖南電網(wǎng)運行帶來諸多挑戰(zhàn)[5]，不僅增加了湖南電網(wǎng)的調(diào)峰困難，導(dǎo)致火電機組的輔助服務(wù)加重，同時也對水電廠的發(fā)電效益造成了一定的影響。

2.3 湖南深度調(diào)峰市場對水電的影響

根據(jù)《湖南省電力輔助服務(wù)市場交易規(guī)則（試行）》規(guī)定，深度調(diào)峰交易賣方為市場主體中的火電廠（機組）和抽水蓄能電站（機組）、儲能電站等，深度調(diào)峰交易買方為相應(yīng)交易周期內(nèi)產(chǎn)生上網(wǎng)電量的湖南電網(wǎng)內(nèi)市場主體。

五凌電力公司是湖南省最大的清潔能源發(fā)電企業(yè)，其水電、風(fēng)電和光伏裝機占比達到90%以上，2021年深度調(diào)峰輔助服務(wù)開啟以來，深度調(diào)峰分?jǐn)傎M較大。以五凌電力有限公司在資江流域的東坪、株溪口、馬跡塘3座水電站為例，由于它們都是徑流式水電站，水庫不具備調(diào)節(jié)能力，尤其是在汛期一旦深度調(diào)峰市場開啟，他們的輔助服務(wù)分?jǐn)傎M明顯增加（見圖1）。據(jù)統(tǒng)計2021年東坪全年分?jǐn)傎M用259.644 9萬元，株溪口全年分?jǐn)傎M用249.605 3萬元，馬跡塘全年分?jǐn)傎M用190.500 3萬元，折算成電量占據(jù)各電廠約4%總發(fā)電量的損失，由此可見深度調(diào)峰市場對電廠的經(jīng)濟運行帶來較大影響。隨著湖南電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，新能源比重逐步增大，深度調(diào)峰市場開啟的頻次還會增加，為了更好地保證電網(wǎng)安全和各類發(fā)電企業(yè)效益，做好深度調(diào)峰市場開啟規(guī)律預(yù)測是十分必要的。

圖1 2021年東坪、株溪口、馬跡塘深調(diào)分?jǐn)傇露冉y(tǒng)計

3 湖南深度調(diào)峰市場開啟規(guī)律分析

3.1 思路

湖南省調(diào)在日前或者日內(nèi)進行負(fù)荷預(yù)測和電力電量平衡預(yù)測，滿足以下條件之一時，可啟動深度調(diào)峰交易，一是系統(tǒng)負(fù)備用不足；二是可再生能源無法實現(xiàn)全額保障性消納，將導(dǎo)致棄電或向省外售電，或購買華中電網(wǎng)其他省負(fù)備用輔助服務(wù)。根據(jù)深度調(diào)峰的啟動條件，收集跟其相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計分析方法對數(shù)據(jù)進行分析，并對其加以匯總和理解，提取其中的有用信息，進而形成結(jié)論，用于判斷深度調(diào)峰市場是否會開啟。

3.2 方法

根據(jù)深度調(diào)峰的啟動條件和啟動情況，收集2021年全年深度調(diào)峰開啟前跟其可能有相關(guān)的數(shù)據(jù)，主要包括以下數(shù)據(jù)：全省最大負(fù)荷、全省最小負(fù)荷、峰谷比、火電開機臺數(shù)、火電開機容量、火電最大出力、火電最小出力、水電最大出力、水電最小出力、風(fēng)電最大出力、風(fēng)電最小出力、光伏最大出力、平均氣溫等，通過初步匯總分析，主要有以下4個數(shù)據(jù)跟深度調(diào)峰開啟關(guān)聯(lián)度較大。

3.2.1 全省最大負(fù)荷

全省最大負(fù)荷為當(dāng)日湖南省最大發(fā)電出力，它直接反映省內(nèi)電力負(fù)荷的需求。全省最大負(fù)荷越小，代表省內(nèi)發(fā)電空間越小，在低谷時段由于水電和新能源占據(jù)了大部分負(fù)荷空間，留給火電的空間就很有限，火電機組就被迫降低出力進入深度調(diào)峰運行，深度調(diào)峰市場就會開啟。

從表1可以得出，當(dāng)全省最大負(fù)荷小于26 000 MW時，次日深度調(diào)峰市場有超過90%的時間是開啟的，因此，可以判斷次日深度調(diào)峰會開啟。

表1 全省最大負(fù)荷分析

3.2.2 峰谷比

峰谷比是全省最大負(fù)荷與最小負(fù)荷的比值，它反映了當(dāng)日負(fù)荷的變化趨勢，通常日峰谷比越大，表示當(dāng)日需要調(diào)節(jié)的機組越多，深度調(diào)峰開啟的幾率也越大。

從表2可以得出，當(dāng)全省負(fù)荷峰谷比大于1.5時，次日深度調(diào)峰市場有超過87%的時間是開啟的，因此，可以判斷次日深度調(diào)峰會開啟。

表2 峰谷比分析

3.2.3 火電最小出力占比

火電最小出力占比是當(dāng)日火電最小出力與當(dāng)日全省最小出力的比值，它反映了當(dāng)日火電機組出力的變化趨勢，火電最小出力占比值越小，表示當(dāng)日火電低谷時段所帶的負(fù)荷越低，深度調(diào)峰開啟的幾率反而越大。

從表3可以得出，火電最小出力占比小于0.35時，次日深度調(diào)峰市場有超過90%的時間是開啟的，因此，可以判斷次日深度調(diào)峰會開啟。

表3 火電最小出力占比分析

3.2.4 火電開機臺數(shù)

火電開機臺數(shù)是指湖南統(tǒng)調(diào)火電的開機臺數(shù)，火電機組開機臺數(shù)越多，表示水電及新能源出力越小，低谷時段仍需火電提供大量負(fù)荷，深度調(diào)峰市場開啟幾率越??；反之火電開機臺數(shù)越少，表示水電及新能源出力越大，低谷時段由于水電及新能源仍有大量負(fù)荷，火電就被迫出力降至50%以下運行，深度調(diào)峰市場開啟幾率就會越大。

從表4可以得出，當(dāng)全省火電開機臺數(shù)小于30臺時，次日深度調(diào)峰市場有超過97%的時間是開啟的，因此，可以判斷次日深度調(diào)峰會開啟。

表4 火電開機臺數(shù)分析

表4 五強溪3月6日～3月14日實際特征值

3.3 結(jié)論驗證

從2020年1月至5月隨機抽取20天進行驗證，驗證結(jié)果如表5所示，從表中可以看出，抽取的20 d只有3 d預(yù)測與實際不相符，準(zhǔn)確率達到85%，基本可以判斷預(yù)測實用有效。

表5 凌津灘不同起調(diào)水位運行特征值

表5 深度調(diào)峰開啟預(yù)測驗證

4 深調(diào)市場開啟環(huán)境模式下集控水電運行建議

隨著湖南新能源的加速發(fā)展和電網(wǎng)峰谷差日益增大，湖南電網(wǎng)調(diào)峰形勢面臨巨大壓力，尤其是冬季大負(fù)荷期間及主汛期水電和新能源同時大發(fā)的情況下，清潔能源發(fā)電需求超過低谷用電負(fù)荷，省內(nèi)電源的調(diào)節(jié)能力已不能滿足電網(wǎng)調(diào)峰需要[6]，深度調(diào)峰市場開啟愈發(fā)頻繁。因此，針對深度調(diào)峰市場頻繁開啟的情況下，對水力發(fā)電企業(yè)合理規(guī)避分?jǐn)?，提高?jīng)濟運行提出以下建議：

（1）利用集控水電統(tǒng)一調(diào)度的優(yōu)勢，優(yōu)化水電運行方式，充分發(fā)揮多年調(diào)節(jié)水庫的反調(diào)節(jié)庫容調(diào)峰能力，及時調(diào)整電網(wǎng)運行方式，最大程度地挖掘水電調(diào)峰潛能。

（2）利用湖南深度調(diào)峰市場開啟規(guī)律，預(yù)測次日深度調(diào)峰是否會開啟，根據(jù)預(yù)測情況提前做好方式安排，避免產(chǎn)生不必要的深度調(diào)峰分?jǐn)偂?/p>

（3）精準(zhǔn)預(yù)測氣象和水情，提前合理安排運行方式，水電可以通過提前滕庫消落水位，盡量避開深調(diào)時段發(fā)電或深調(diào)時段少發(fā)電。

（4）開展流域電站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，利用流域上游具備調(diào)節(jié)的水電站進行調(diào)節(jié)，在確保防汛安全的前提下，在午高峰和晚高峰時大發(fā)，在深度調(diào)峰開啟時盡量少發(fā)或者不發(fā)。

5 結(jié)語

隨著湖南電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與用電結(jié)構(gòu)的變化，深度調(diào)峰市場開啟的頻次會越來越多，僅僅通過日前深度調(diào)峰預(yù)測已不能完全滿足當(dāng)前湖南電網(wǎng)運行的要求，需要的是做好日內(nèi)實時深度調(diào)峰預(yù)測。因此通過電力輔助服務(wù)市場已漸漸不能滿足當(dāng)前湖南電網(wǎng)的運行與發(fā)展，為了提高電網(wǎng)調(diào)峰能力和確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，開啟電力現(xiàn)貨市場是湖南電網(wǎng)發(fā)展的迫切需求。