新型电力系统背景下我国辅助服务市场分析_姚洋阳.pdf
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1、第 44 卷第 3 期2023 年 6 月电力与能源新型电力系统背景下我国辅助服务市场分析姚洋阳1,三梅英2,白永福3,王西德4,邱亚鸣1,胡静1(1.上海明华电力科技有限公司,上海 200090;2.黄河上游水电开发有限公司,青海 西宁 810000;3.黄河上游水电开发有限公司拉西瓦发电公司,青海 贵德 811700;4.甘肃盐锅峡发电有限公司,甘肃 永靖 731601)摘要:在“碳达峰、碳中和”的战略目标下,我国正在加快构建以新能源为主体的新型电力系统。随着新能源装机占比的不断增加,电力系统的惯量支撑力度弱、出力不确定性强、频率调节能力和阻尼特性差等问题日益凸显,对电网的安全运行造成冲击
2、。电力辅助服务补充机制和市场亟待进一步完善。调研了我国电源结构现状及变化趋势,分析了新型电力系统下电网面临的挑战,介绍了辅助服务市场的发展历程,分析了当前电源结构下辅助服务市场的新变化,展望了新型电力系统下“源网荷储”发展的新机遇与挑战。关键词:“双碳”战略;新型电力系统;辅助服务市场基金项目:国家电力投资集团有限公司科技项目(KYTC2021SD04)作者简介:姚洋阳(1991),女,硕士,工程师,主要从事电源侧涉网技术、分布式能源自动控制方面的研究。中图分类号:TM73 文献标志码:A 文章编号:2095-1256(2023)03-0207-06Analysis of China s An
3、cillary Service Market in the Context of New Electric Power SystemYAO Yangyang1,SAN Meiying2,BAI Yongfu3,WANG Xide4,QIU Yaming1,HU Jing1(1.Shanghai Minghua Electric Power Technology Co.,Ltd.,Shanghai 200090,China;2.Upper Yellow River Hydropower Development Co.,Ltd.,Xining 810000,Qinghai Province,Chi
4、na;3.Laxiwa Power Generation Company,Upper Yellow River Hydropower Development Co.,Ltd.,Guide 811700,Qinghai Province,China;4.Gansu Yanguoxia Power Generation Co.,Ltd.,Yongjing 731601,Gansu Province,China)Abstract:Under the strategic goal of“carbon peak and carbon neutrality”,China is speeding up th
5、e construction of a new power system with new electric energy as the main body.With the increasing proportion of new energy,the problems of power system such as weak inertia support strength,high uncertainty of output,poor frequency regulation and poor damping characteristics will become increasingl
6、y prominent,which will have an impact on the safe operation of power grid.Thus,the supplementary mechanism and market of power ancillary service need to be further improved.This paper investigated the current situation and changing trend of power supply structure in China,analyzed the challenges fac
7、ed by the power grid under the new electric power system,introduced the development history of ancillary service market,analyzed the new changes of ancillary service market under the current power supply structure,and forecasted the new opportunities and challenges for the“source-network-load-storag
8、e”development under the new electric power system.Key words:“dual carbon”strategy,new electric power system,ancillary service market2021 年 3 月,我国提出要构建以新能源发电为主体的新型电力系统,确定了新能源发电在未来新型电力系统中的主体地位,也切实表明了未来新型电力系统将在我国实现“碳达峰、碳中和”(简称“双碳”)目标的过程中发挥至关重要的作用1-2。在“双碳”战略目标下,我国正在快速建设以新能源发电为主体的新型电力系统。新型电力系统呈现“新能源高渗透”和
9、“直流输电、电力电子设备高比例”的“双高”特性。新能源发电大规模接入电网,会对电网稳定性产生较大影响。一方面,当前不配置储能设备时,风电、光伏等新能源发电DOI:10.11973/dlyny202303002207姚洋阳,等:新型电力系统背景下我国辅助服务市场分析调频能力有限,特别是在电网频率偏低需要增加出力的情况下,电网调频主要依赖火电、水电等传统机组,但随着高比例新能源发电的接入,电力系统的惯量水平显著下降,系统调频问题凸显。另一方面,光伏、风电的随机性和间歇性功率波动特征导致电网频率偏差增加,进一步降低了电网频率稳定性。随着新能源装机比例的不断增加,电力系统的惯量支撑力度弱、出力不确定性
10、强、频率调节能力和阻尼特性差等问题将日益凸显3,因而对调峰、调频、调压等辅助服务的需求将明显提升。电力辅助服务市场及其补充机制均需要进一步发展完善,补偿力度也需要进一步提高。本文旨在分析我国电源结构现状及变化趋势、新型电力系统下电网面临的挑战以及辅助服务市场应对策略,展望新型电力系统下“源网荷储”发展的新机遇与挑战。1我国电源结构现状及变化趋势对20172021年全国各类电源装机占比情况进行分析得到,火电装机占比不断下降,2017年装机占比为 62%,2021 年装机占比下降至 54%;核电装机占比基本稳定在 2%;水电装机占比逐年略有下降,相较于 2017 年,2021 年水电装机占比减少约
11、 2.8%;风电装机占比不断提高,2021 年装机占比比 2017 年增加 4.6%,达到 13.8%;光伏发电 装 机 占 比 也 明 显 提 高,2021 年 装 机 占 比 达12.9%。20172021年全国总发电量及非化石能源发电占比情况如图1所示。我国总发电量逐年增加,其中非化石能源发电占比也在不断提高,2021年非化石能源发电占比超过 34%。在“双碳”战略目标下,这一比例还将不断提高,为此以新能源发电为主体的新型电力系统正在形成。与此同时,电网安全运行压力也越来越大。“十四五”时期,我国可再生能源年均装机规模将有大幅提升,预计到2025年末,可再生能源发电的装机占比将超过一半。
12、此外,可再生能源在能源消费中的占比也将持续攀升,预计到 2025年末将达到社会用电量增量的 2/3,可再生能源角色将发生重大变化,不光是能源电力消费的增量补充,更是能源电力消费的主体。此外,随着新能源装机占比的不断提高,弃风和弃光率高也是不容忽视的问题。2016年,全国平均弃风率高达 17%。此后国家出台了多项政策促进对新能源发电量的消纳,这一问题得到了有效改善。但该问题仍然困扰着青海、西藏等新能源装机占比较高的省份,2022年 111月,青海弃风率为 7.2%,弃光率为 9.3%,远超全国平均水平。2新型电力系统下电网面临的挑战以新能源发电为主体的新型电力系统下的电网将呈现“一低、双高、双峰
13、、双随机”等特征,即低系统转动惯量、高比例新能源与高比例电力电子设备、夏冬负荷双高峰、发电出力和用电负荷双侧随机波动4。新型电力系统及交直流混联电网的复杂结构使电力系统实时平衡面临较大压力。电网需要不断增强系统实时能量平衡、清洁能源消纳以及资源优化配置的能力。新能源发电高比例接入电力系统后,系统转动惯量削弱,频率调节能力降低,系统短路容量下降,系统抗扰动与无功支撑能力也会变差,暂态过电压问题突出。这些不可控因素均会加大新能源机组大规模电网解列的概率,增加电网运行的风险,提高对电网调峰、调频、调压、电能质量控制以及维持系统平衡等能力的要求5。国外相关研究表明,在电网不采取任何新措施的情况下,电网
14、可接受的最大非同步渗透率(SNSP)为 50%,计算公式如下6:图 120172021 年全国总发电量及非化石能源发电占比情况208姚洋阳,等:新型电力系统背景下我国辅助服务市场分析RSNSP=PNG+PimportPload+Pexport 100%(1)式中PNG本地新能源发电功率;Pimport直 流 输 电 馈 入 功 率;Pload 本 地 负 荷 功 率;Pexport交直流送出功率。西北电网是我国新能源装机占比最高的区域电网。截至 2022年底,西北电网新能源装机容量超过 1.57亿 kW,占比超过 50%,具有鲜明的新型电力系统特征。随着电源结构的变化,西北电网存在转动惯量降低
15、、系统无功调节压力巨大、有功调峰能力欠缺等问题。未来,西北电网目前遇到的问题也很可能成为其他区域电网需要面对的问题。随着我国新能源发电渗透率的不断提高,需要加快完善辅助服务市场,发挥不同市场主体的功能作用和积极性,提前布局,缓解新能源发电大规模接入电网带来的冲击。3新型电力系统下辅助服务市场应对策略3.1我国辅助服务市场发展历程电力辅助服务是指各类并网主体在正常电能生产、输送及使用外,为维护电力系统安全稳定运行、保证电能质量、促进清洁能源消纳等而提供的服务。我国电力辅助服务市场发展先后经历了 3个重要阶段7。3.1.1第一阶段2002年之前为电力辅助服务无偿提供阶段,采用垂直一体化管理模式,没
16、有单独的补偿机制,而是将其与电量进行捆绑,统一结算。这一阶段电力辅助服务的市场价值无法充分体现,损害了部分主体的利益8。3.1.2第二阶段2006 年,原国家电监会印发 并网发电厂辅助服务管理暂行办法(与 发电厂并网运行管理规定 并称“两个细则”),标志着我国电力辅助服务进入计划补偿阶段,按照“补偿成本和合理收益”的原则对提供辅助服务的并网发电厂进行补偿。然而“两个细则”计划补偿模式的补偿力度并不能完全与市场相匹配,对辅助服务提供主体的激励作用有限。伴随着新能源发电的大规模并网,电力系统调节方法匮乏的问题逐渐严重,原有的计划补偿方式难以满足电网需求,我国进入电力辅助服务市场探索阶段,亟须利用市
17、场化手段加大奖罚力度,以更高的补偿价格激励发电企业等调节资源参与电力辅助服务。当前,我国辅助服务市场尚处于探索建设阶段,正在形成辅助服务市场+辅助服务管理办法/实施细则的辅助服务提供模式。其中,调峰、调频辅助服务市场化程度相对较高。电力辅助服务提供方式如图 2所示。3.1.3第三阶段2014 年 10 月,东北能源监管局印发的 东北电力辅助服务调峰市场监管办法(试行)开始执行,我国首个电力调峰辅助服务市场正式启动。此后,在 中共中央 国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见(中发 2015 9 号)的指引下,我国积极尝试辅助服务市场化补偿方法,对电力辅助服务提供主体的激励作用显著提升。截至
18、2023 年 2 月,我国电力辅助服务市场开展情况如表 1所示。由表 1可见,我国已初步形成了以调峰、调频、备用等交易品种为核心的区域、省级辅助服务市场体系。调峰、调频辅助服务已初步形成市场化的价格形成机制,即发电侧市场主体自行报价,通过集中竞争、统一出清形成调峰、调频辅助服务的边际出清价格和中标量。电力调度机构根据按需调用、按序调用、价格优先的原则对辅助服务资源进行调用,并按照边际出清价格和调用量对提供辅助服务的市场主体予以经济补偿,辅助服务的补偿总费用按照电量或电费比例分摊给发电侧市场图 2电力辅助服务提供方式209姚洋阳,等:新型电力系统背景下我国辅助服务市场分析主体及电力用户。3.2当
19、前电源结构下辅助服务市场新变化2021 年 12 月,国家能源局印发新版“两个细则”,开启我国辅助服务市场新篇章。此后各区域电网积极响应,2022 年 3 月南方电网最先发布了“两个细则”征求意见稿。此后,华东电网、华北电网、西北电网均发布了新版“两个细则”模拟运行稿9。新版“两个细则”的修订主要体现在以下几个方面:扩大电力辅助服务主体;丰富电力辅助服务品种;深度挖掘传统电源潜力;丰富优化市场交易辅助服务市场10。3.2.1扩大电力辅助服务主体为契合新型电力系统主体多元、“源网荷储”良性互动的特点,新版“两个细则”增加了对新能源、新型储能、负荷侧并网主体等的并网技术指导及管理要求11。西北电网
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