近年來中國風(fēng)電裝機(jī)容量規(guī)模增長迅速,根據(jù)國家能源局發(fā)布的全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),截至2014年底,全國全口徑風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)容量已達(dá)95.8GW,同比增長25.6%。與此形成鮮明對(duì)比的是2014年中國并網(wǎng)風(fēng)電設(shè)備的利用小時(shí)數(shù)僅為1905h,同比下降120小時(shí)。大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)后的風(fēng)電消納困難日益凸顯。清華大學(xué)課題組承接國家電網(wǎng)公司的科技項(xiàng)目,針對(duì)我國“三北”地區(qū)富風(fēng)期與供熱期相重疊的特點(diǎn),結(jié)合大用戶直購電市場化改革方案,提出了激勵(lì)電力用戶參與風(fēng)電消納的日前市場模式。
1、中國“三北”地區(qū)面臨的風(fēng)電消納困境
1.風(fēng)能資源集中地區(qū)供熱機(jī)組占比高
受地形、大氣環(huán)流等因素影響,中國風(fēng)能資源主要分布在西北、東北、華北（“三北”）地區(qū),而“三北”地區(qū)由于供暖需要,電源結(jié)構(gòu)中供熱機(jī)組占比較高。以京津唐電網(wǎng)2013年底的情況為例,供熱機(jī)組占火電裝機(jī)容量的60%,供熱機(jī)組調(diào)峰率范圍僅為機(jī)組額定容量的12%~18%。
2.供熱期與富風(fēng)期相重疊的特征加劇系統(tǒng)調(diào)峰難度
“三北”地區(qū)供熱期與富風(fēng)期相重疊的特征為系統(tǒng)調(diào)峰帶來極大挑戰(zhàn),在系統(tǒng)負(fù)荷低谷時(shí)段風(fēng)電出力的“反調(diào)峰”特性更是加劇了系統(tǒng)調(diào)峰難度,存在著供熱機(jī)組全部壓出力下限運(yùn)行卻仍然大量棄風(fēng)的現(xiàn)象,表明系統(tǒng)的發(fā)電側(cè)調(diào)峰資源無法滿足風(fēng)電消納需求,亟需尋找新的調(diào)峰資源。
3.跨區(qū)調(diào)峰資源消納風(fēng)電的方式效果有限
跨區(qū)風(fēng)電調(diào)峰是近年來解決風(fēng)電消納問題的重要舉措,2013年京津唐電網(wǎng)通過低谷掛牌交易消納蒙西、東北電網(wǎng)風(fēng)電電量各18億可kW﹒h、40億kW﹒h。然而,考慮到受端電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)段的調(diào)峰壓力巨大,利用跨區(qū)調(diào)峰資源消納風(fēng)電的方式效果有限,有必要積極探索促進(jìn)風(fēng)電消納的新思路。
2、需求側(cè)參與風(fēng)電消納的國內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和研究成果
縱觀國外電力系統(tǒng)的風(fēng)電消納經(jīng)驗(yàn),可以歸納為以下3類主要解決思路：①利用燃?xì)?、水電及抽水蓄能等快速啟停機(jī)組參與風(fēng)電消納調(diào)峰,如美國、德國、西班牙等；②利用鄰國鄰區(qū)電源結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)特性開展跨國跨區(qū)電力互濟(jì)交易,如丹麥、德國等；③利用基于價(jià)格或激勵(lì)機(jī)制的需求響應(yīng)資源參與風(fēng)電消納,在智能電網(wǎng)環(huán)境下,需求響應(yīng)已成為各國促進(jìn)風(fēng)電消納的重要手段。
國內(nèi)外學(xué)者在利用需求側(cè)響應(yīng)促進(jìn)風(fēng)電消納方面已經(jīng)開展了大量研究工作,需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制主要包括基于價(jià)格機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制和將二者相配合使用3種類型,上述需求側(cè)響應(yīng)計(jì)劃被應(yīng)用于考慮大規(guī)模風(fēng)電接入的日前調(diào)度優(yōu)化決策、期貨市場、日前市場出清、系統(tǒng)運(yùn)行模擬等工作當(dāng)中,研究結(jié)果表明需求側(cè)響應(yīng)對(duì)促進(jìn)風(fēng)電消納、降低系統(tǒng)調(diào)峰壓力具有顯著作用。
3、中國在當(dāng)前售電側(cè)市場環(huán)境下應(yīng)引入電力用戶參與風(fēng)電消納
2013年至2014年,國務(wù)院、發(fā)改委、國家能源局密集出臺(tái)了一系列政策,積極推進(jìn)中國售電側(cè)電力體制改革,廣東、江蘇、甘肅等地加速推進(jìn)電力用戶與發(fā)電企業(yè)（C-G）直接交易試點(diǎn)工作。隨著C-G直接交易量的不斷擴(kuò)大,基于現(xiàn)貨市場金融結(jié)算的C-G直接交易將僅對(duì)實(shí)時(shí)調(diào)度構(gòu)成軟約束,能夠最大限度地降低直接交易對(duì)電網(wǎng)安全的影響,將成為未來中國售電側(cè)市場發(fā)展的重要方向。然而,基于現(xiàn)貨市場的C-G直接交易僅作為一種雙邊交易模式,是市場成員鎖定成交價(jià)格、規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的交易品種,而忽略了蘊(yùn)藏在用戶側(cè)的調(diào)峰潛力。在售電側(cè)市場化環(huán)境下,應(yīng)積極發(fā)揮電力用戶的需求響應(yīng)作用,在市場機(jī)制設(shè)計(jì)中全面激發(fā)用戶側(cè)參與風(fēng)電消納的積極性,為系統(tǒng)消納新能源提供調(diào)峰資源。
4、中國售電側(cè)市場環(huán)境下電力用戶參與風(fēng)電消納的市場機(jī)制設(shè)計(jì)
1.電力用戶參與風(fēng)電消納的日前市場模式設(shè)計(jì)
以參與C-G直接交易的電力用戶為研究對(duì)象,深入研究了激勵(lì)電力用戶積極參與風(fēng)電消納的市場機(jī)制,從交易原理、交易申報(bào)、交易出清、交易結(jié)算、交易流程等方面,詳細(xì)設(shè)計(jì)電力用戶參與風(fēng)電消納的日前市場模式；該市場模式將有效解決如下問題：①如何實(shí)現(xiàn)電力用戶參與風(fēng)電消納的價(jià)格發(fā)現(xiàn)；②如何賦予電力用戶調(diào)峰用電曲線的分散決策權(quán)；③如何設(shè)計(jì)電力用戶調(diào)峰成本在市場成員中的合理分?jǐn)倷C(jī)制。
2.構(gòu)建電力用戶參與風(fēng)電消納的日前市場交易出清模型
基于上述市場模式設(shè)計(jì),構(gòu)建了電力用戶參與風(fēng)電消納的日前市場交易出清模型,該模型精細(xì)化地考慮了市場模式中的各項(xiàng)機(jī)制設(shè)計(jì)。算例測算結(jié)果表明,在供熱機(jī)組占比較高、供熱期與富風(fēng)期重合的電力系統(tǒng)中,系統(tǒng)下調(diào)旋轉(zhuǎn)備用不足是造成風(fēng)電棄風(fēng)的主要原因；引入電力用戶參與風(fēng)電消納為系統(tǒng)提供了一種負(fù)荷低谷時(shí)段的需求側(cè)調(diào)峰資源,從而有效地減少了風(fēng)電棄風(fēng)電量,本文所設(shè)計(jì)結(jié)算機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)調(diào)峰補(bǔ)償成本在火電機(jī)組和風(fēng)電機(jī)組之間的合理分?jǐn)偂?/div>
有關(guān)以上模式、模型設(shè)計(jì)的具體論述請(qǐng)參見文章原文。
3.電力用戶參與風(fēng)電消納市場機(jī)制設(shè)計(jì)的作用
本文所提模式、模型具備風(fēng)電消納調(diào)峰價(jià)格發(fā)現(xiàn)、電力用戶調(diào)峰潛力挖掘以及市場成員調(diào)峰義務(wù)分?jǐn)側(cè)矫嬷饕δ?將為促進(jìn)我國“三北”地區(qū)富風(fēng)期的風(fēng)電消納開辟市場化途徑,為現(xiàn)貨市場環(huán)境下市場成員公平承擔(dān)調(diào)峰義務(wù)提供合理的激勵(lì)機(jī)制與市場模式。
主要作者及團(tuán)隊(duì)介紹
夏葉,清華大學(xué)電機(jī)系博士后,主要研究方向?yàn)殡娏κ袌?、電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行、需求響應(yīng)等。
清華大學(xué)電機(jī)系夏清教授、康重慶教授團(tuán)隊(duì)目前擁有教授2人、副教授1人、講師1人和博士后4人。主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度運(yùn)行、智能電網(wǎng)、電力市場、負(fù)荷預(yù)測、新能源、低碳電力和綜合能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究工作。近5年團(tuán)隊(duì)發(fā)表或錄用SCI論文40余篇,其中20余篇發(fā)表在IEEETransactions上,近5年EI論文140余篇。所研發(fā)的負(fù)荷預(yù)測軟件在我國200余家地市電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用,發(fā)電計(jì)劃與檢修計(jì)劃軟件在全國10余個(gè)省級(jí)調(diào)度中心應(yīng)用。
