夏葉等: 電力用戶參與風電消納的日前市場模式

　　近年來中國風電裝機容量規模增長迅速,根據國家能源局發布的全國電力工業統計數據,截至2014年底,全國全口徑風電累計并網容量已達95.8GW,同比增長25.6%。與此形成鮮明對比的是2014年中國并網風電設備的利用小時數僅為1905h,同比下降120小時。大規模風電并網后的風電消納困難日益凸顯。清華大學課題組承接國家電網公司的科技項目,針對我國“三北”地區富風期與供熱期相重疊的特點,結合大用戶直購電市場化改革方案,提出了激勵電力用戶參與風電消納的日前市場模式。

　　1、中國“三北”地區面臨的風電消納困境

　　1.風能資源集中地區供熱機組占比高

　　受地形、大氣環流等因素影響,中國風能資源主要分布在西北、東北、華北（“三北”）地區,而“三北”地區由于供暖需要,電源結構中供熱機組占比較高。以京津唐電網2013年底的情況為例,供熱機組占火電裝機容量的60%,供熱機組調峰率范圍僅為機組額定容量的12%~18%。

　　2.供熱期與富風期相重疊的特征加劇系統調峰難度

　　“三北”地區供熱期與富風期相重疊的特征為系統調峰帶來極大挑戰,在系統負荷低谷時段風電出力的“反調峰”特性更是加劇了系統調峰難度,存在著供熱機組全部壓出力下限運行卻仍然大量棄風的現象,表明系統的發電側調峰資源無法滿足風電消納需求,亟需尋找新的調峰資源。

　　3.跨區調峰資源消納風電的方式效果有限

　　跨區風電調峰是近年來解決風電消納問題的重要舉措,2013年京津唐電網通過低谷掛牌交易消納蒙西、東北電網風電電量各18億可kW﹒h、40億kW﹒h。然而,考慮到受端電網負荷低谷時段的調峰壓力巨大,利用跨區調峰資源消納風電的方式效果有限,有必要積極探索促進風電消納的新思路。

　　2、需求側參與風電消納的國內外實踐經驗和研究成果

　　縱觀國外電力系統的風電消納經驗,可以歸納為以下3類主要解決思路：①利用燃氣、水電及抽水蓄能等快速啟停機組參與風電消納調峰,如美國、德國、西班牙等；②利用鄰國鄰區電源結構的互補特性開展跨國跨區電力互濟交易,如丹麥、德國等；③利用基于價格或激勵機制的需求響應資源參與風電消納,在智能電網環境下,需求響應已成為各國促進風電消納的重要手段。

　　國內外學者在利用需求側響應促進風電消納方面已經開展了大量研究工作,需求側響應機制主要包括基于價格機制、激勵機制和將二者相配合使用3種類型,上述需求側響應計劃被應用于考慮大規模風電接入的日前調度優化決策、期貨市場、日前市場出清、系統運行模擬等工作當中,研究結果表明需求側響應對促進風電消納、降低系統調峰壓力具有顯著作用。

　　3、中國在當前售電側市場環境下應引入電力用戶參與風電消納

　　2013年至2014年,國務院、發改委、國家能源局密集出臺了一系列政策,積極推進中國售電側電力體制改革,廣東、江蘇、甘肅等地加速推進電力用戶與發電企業（C-G）直接交易試點工作。隨著C-G直接交易量的不斷擴大,基于現貨市場金融結算的C-G直接交易將僅對實時調度構成軟約束,能夠最大限度地降低直接交易對電網安全的影響,將成為未來中國售電側市場發展的重要方向。然而,基于現貨市場的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格、規避風險的交易品種,而忽略了蘊藏在用戶側的調峰潛力。在售電側市場化環境下,應積極發揮電力用戶的需求響應作用,在市場機制設計中全面激發用戶側參與風電消納的積極性,為系統消納新能源提供調峰資源。

　　4、中國售電側市場環境下電力用戶參與風電消納的市場機制設計

　　1.電力用戶參與風電消納的日前市場模式設計

　　以參與C-G直接交易的電力用戶為研究對象,深入研究了激勵電力用戶積極參與風電消納的市場機制,從交易原理、交易申報、交易出清、交易結算、交易流程等方面,詳細設計電力用戶參與風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如何實現電力用戶參與風電消納的價格發現；②如何賦予電力用戶調峰用電曲線的分散決策權；③如何設計電力用戶調峰成本在市場成員中的合理分攤機制。

　　2.構建電力用戶參與風電消納的日前市場交易出清模型

　　基于上述市場模式設計,構建了電力用戶參與風電消納的日前市場交易出清模型,該模型精細化地考慮了市場模式中的各項機制設計。算例測算結果表明,在供熱機組占比較高、供熱期與富風期重合的電力系統中,系統下調旋轉備用不足是造成風電棄風的主要原因；引入電力用戶參與風電消納為系統提供了一種負荷低谷時段的需求側調峰資源,從而有效地減少了風電棄風電量,本文所設計結算機制可以實現調峰補償成本在火電機組和風電機組之間的合理分攤。

　　有關以上模式、模型設計的具體論述請參見文章原文。

　　3.電力用戶參與風電消納市場機制設計的作用

　　本文所提模式、模型具備風電消納調峰價格發現、電力用戶調峰潛力挖掘以及市場成員調峰義務分攤三方面主要功能,將為促進我國“三北”地區富風期的風電消納開辟市場化途徑,為現貨市場環境下市場成員公平承擔調峰義務提供合理的激勵機制與市場模式。

　　主要作者及團隊介紹

　　夏葉,清華大學電機系博士后,主要研究方向為電力市場、電網調度運行、需求響應等。

　　清華大學電機系夏清教授、康重慶教授團隊目前擁有教授2人、副教授1人、講師1人和博士后4人。主要從事電力系統規劃、調度運行、智能電網、電力市場、負荷預測、新能源、低碳電力和綜合能源系統等領域的研究工作。近5年團隊發表或錄用SCI論文40余篇,其中20余篇發表在IEEETransactions上,近5年EI論文140余篇。所研發的負荷預測軟件在我國200余家地市電網得到推廣應用,發電計劃與檢修計劃軟件在全國10余個省級調度中心應用。