国内电力调频市场发展态势思考分析

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摘要:在可再生能源开发利用不断加速的背景下，我国电力系统受到的稳定性影响日渐增大，需要发电企业提供更多优质的辅助服务以保证电能质量和保障系统安全。从广东调频市场的发展过程入手，对比国内不同地区的市场运营情况，进一步思考和判断当前电力调频市场的发展态势，发现我国电力调频市场正处于相关技术的市场推广和研发应用潮流中。

关键词:电力调频市场;可再生能源;辅助服务;综合调频性能指标;发展态势

引言

近十年来，我国在行动计划、发展规划乃至立法等多方面一直全力推进可再生能源的开发利用。2014年国务院办公厅印发《能源发展战略行动计划(2014－2020年)》(31号文)明确了优化能源结构的战略任务，要降低煤炭的消费占比，大力促进可再生能源发展。根据2019全年的最新数据，我国可再生能源发电装机容量达到7．94亿kW，同比增长9%;其中，风电装机2．1亿kW、光伏发电装机2．04亿kW，两者均大幅增长，并且达到了发改委与能源局《电力发展“十三五”规划(2016－2020年)》的目标。此外，发改委还与能源局在2019年5月了《关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》，与2010年施行的《中华人民共和国可再生能源法》相结合，明确了各省区的可再生能源发电量消纳责任的权重，为保障可再生能源电力消纳确立了长效机制［1］。随着可再生能源发电机组上网的规模和比例快速增大，电力系统所受的各种影响也越发明显，电源侧的发电机组调频运行就是为了满足电网安全、经济运行与新能源发电消纳的需求。风力与光伏发电的出力波动强、难预测且可控性低，并网后会对电网带来扰动，使得电力系统运行的安全风险加大［2］。这时电网便需要通过调度部门发送指令到有调频能力的机组，使之按一定的调节速率动态调整机组出力，从而维持电力系统的整体平衡。

1广东电力调频市场发展过程

频率是电能质量的关键指标。为激发火电企业主动提供调频辅助服务、保证供电品质，需要建立长久有效的市场机制，通过市场手段促进调频资源的发展与利用。从20世纪80年代开始，国家到地方层面采取了一系列电力市场化改革措施［3］，广东省建立了与地方发展相适应的调频辅助服务市场，切实保障了广东电力系统的安全、稳定及经济运行。广东作为全国第一个电力现货市场试运行的省份，2019年国内用电量第一、交易规模第二，厘清广东调频辅助服务市场的历史，对推动今后电力市场的发展具有重要的指导意义。根据近二十年与广东相关的主要电力改革政务文件，下文以强制执行、按需调度和市场监管3种管理模式来概述广东电力调频市场发展过程。

1．1强制执行模式

2000年前后，国内的电力工业实施了“政企分开”和“厂网分离”两项重要的改革措施［4］。在1999年国家经贸委《关于做好电力工业政企分开改革工作的意见》前，调频、调峰和备用等发电厂运行控制都以任务的形式通过行政指令下发和执行，与电力辅助服务相关的概念尚未出现。“政企分开”以后，电力部改组为国家电力公司并开始独立运行，“发输变配”一体化管理。根据经营者义务，电力公司必须采取调峰调频等措施保证电力的安全供应。因此，在该时间节点及以前提供“调频服务”具有强制性，在公司内部的分配中没有给予额外补偿。直到《电力体制改革方案》(国发［2002］5号文)印发并实现“厂网分离”以后的几年，“电力辅助服务”的提供仍依靠强制的管理模式。而该项政策的积极意义在于促使发电侧与电网侧的利益主体分离，使得各方在后来的利益协调中推动了辅助服务管理机制的发展。

1．2按需调度模式

考虑到电厂分离后提供辅助服务所应得的补偿与收益，国家电监会在2006年印发了《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》(43号文)与《发电厂并网运行管理规定》，由此我国开始了对电力辅助服务工作明确实施管理。该管理办法第十条规定:“为保证电力系统平衡和安全，辅助服务的调用应遵循‘按需调度’的原则，由电力调度交易机构根据发电机组特性和电网情况，合理安排发电机组承担辅助服务。”与此同时，辅助服务的概念也被明确下来，并划分成“基本辅助服务”和“有偿辅助服务”两大类。而后来被纳入电力市场现货交易的“调频辅助服务”，就是从有偿服务中的自动发电控制(AGC)服务发展出来的，这为调频辅助服务的市场机制建立奠定了基础。以此为根据，2009年南方电监市场结合两广等南方区域的电力系统实际和电力市场建设需要，进一步制定了《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》《南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》(南方电监市场〔2009〕5号)，简称“两个细则”，通过服务考核与电厂分摊的两种途径保障了有偿辅助服务所需要的补偿金。从此，广东省内发电企业提供的调频服务开始得到政策的支持和资金的补偿。

1．3市场监管模式

进入2010年，我国开始加速可再生能源的发电上网，电力系统也随之出现了辅助服务紧缺的情况。为了使并网电厂更积极地提供电力辅助服务，《关于进一步深化电力体制改革的若干建议》(中发〔2015〕9号)并提出要完善电力交易机构的市场功能，同时表明将进一步推进电力交易体制改革和建立辅助服务分担共享新机制，这意味着广东调频辅助服务从此开启了市场监管的模式。2017年南方能监局召开“广东调频市场建设方案和交易规则研讨会”，讨论市场准入与注册、机组调频性能认定和辅助服务资金来源等重要内容，印发了《关于组织开展广东调频辅助服务市场模拟运行的通知》(374号文)并于同年12月开始电力调频市场模拟运行的工作。2018年8月南方能监局又印发了《广东调频辅助服务市场交易规则(试行)》(272号文，下称《交易规则》)，最终确立了广东电力调频市场的运营及管理准则，规定了电力调频市场组织实施方法、调频服务考核及补偿结算等。《交易规则》的实行，标志着广东省已经完成了调频辅助服务市场建设的初步工作。

2当前国内电力调频市场运营情况与发展思考

目前全国各省区都已基本建立了当地的电力调频市场规则体系并启动机制，其中山西电力调频辅助服务市场于2018年1月已正式运行，山东同年3月开始市场试运行与结算，而广东9月才按《交易规则》试行电力调频市场，《京津唐电网调频辅助服务市场运营规则(试行)》在2018年仍处于征求意见稿状态。可见在调频市场的发展上，广东及京津唐等地区相比之下稍显迟缓，在接下来的发展道路中适宜借鉴各方经验、加快推进调频市场的建设步伐。下文就国内电力调频市场今后的发展态势分别作出三点预判。

2．1调频服务提供者整体的调频能力将快速提升

目前火电机组提升调频性能的方法包括DCS协调控制优化、外挂系统优化和加装储能调频装置。凭借良好的调频经济效益，储能调频技术近期在国内得到了快速发展［5］。然而从试运行开始到现在，广东电力调频市场上中标的煤电机组一直减少，同时煤机总体获得的补偿收益却不断增加。这是由于率先接受技术优化的燃煤机组在综合调频性能上更具竞争力，单台机组每月能提供更多的调频里程，使得市场短期内需要的调频燃煤机组台数减少。但与初期缓慢的技术转化应用相比，过去几年不少研发团队积累了一定的项目现场调试经验，各种技术方案也日渐成熟。接下来现有技术的推广将不断提速，接受技术优化的煤电企业会越来越多，调频服务提供者整体的调频能力将会得到快速提升。

2．2储能调频的技术研发和产品升级速度加快

现在广东省至少有20个建设中及已开标的AGC储能调频项目，且均为火电企业各自与储能供应商的合作。采用的火电储能联合调频路线方案主要有三元电池(镍锰钴)、磷酸铁锂电池和钛酸锂电池三种，其中三元电池产销紧俏、磷酸铁锂电池占据份额最多。虽然近两年由于三元电池起火事件的影响，储能投资商与系统集成商基本改用了储能密度较低的磷酸铁锂技术路线，煤电企业在储能招标文件中也大多明确要求使用铁锂电池。但广东中标的燃煤机组负荷率一般达到机组容量的2%/min及以上、每次提供调频辅助服务时负荷升降±5%，这意味着储能系统一天充放电要几百次乃至上千次，投入2年的铁锂电池普遍过早衰减、需要频繁更换，可见储能电池的使用寿命、充放电特性、能量密度以及环境保护等问题迫切需要新手段去解决［6］。受到市场需求和利益的驱动，各研发机构和创新型企业将争相投入更多的研发资金与实验室资源;国家和地方政府出于扶持自主研发技术、治理废弃电池环保问题等综合因素，也会对高性能储能电池研发给予政策倾斜与基金项目支持。可以预见，与储能调频相关的技术研发和产品升级速度在接下来的5年内会明显加快。

2．3多种调频技术的综合应用将成为趋势

发电机组的调频能力以综合性能指标k来衡量，该指标又包括3个因子:调节速率k1、响应时间k2和调节精度k3。DCS协调控制优化和外挂平台优化的优势在于有效提高负荷率，增大调节速率k1，调频范围宽，并可减少汽温、汽压等波动，调频储能装置的优势则在于增大k2值和k3值，即提升响应时间和调节精度。根据项目经验，在DCS协调控制优化和外挂平台优化后加装储能调频设施依然有较好的叠加效果。所以综合利用3种调频技术，充分发挥每种技术的调频优势，能更大程度地提高煤电机组综合调频性能k。同时，市场政策也在积极引导发电行业提升综合调频性能。以《广东调频辅助服务市场交易规则(试行)》(272号文)为例，该文件第三章“交易要求”规定了参与广东电力调频市场的机组性能值k须大于等于0．5的准入门槛;而发电机组的中标条件除了调频里程报价也考虑了k值的大小，即以价格从低到高安排中标出清，其他情况相同时k值高的优先出清;此外，文件还规定了电力调频市场的补偿资金由调频服务提供者及其他市场主体按当月落地电量缴纳。对于其他省份所依据的交易规则，其相关章节也有类似规定条例。因此，随着调频服务竞争日趋激烈，各发电企业的调频里程报价最终都会接近低限。为了在电力调频市场中不至于亏损，只能同时采用多种调频技术，尽可能地提高自身机组的调频k值。

3结语

广东等重要区域的电力调频市场发展情况反映出我国在电力市场化上取得了一定成效，但从中也能看到其推进速度的不尽人意。作为电力辅助服务市场的重要组成部分，调频辅助市场需要加快发展和完善，地区试行的调频交易规则也应尽快确定，同时在发展中还须顺应调频技术的市场推广和研发应用潮流。

参考文献:

［1］黄龙，陈皓勇，钟佳宇，等．促进可再生能源消纳的电力市场体系［J］．广东电力，2020，33(2):10－17．

［2］黎嘉明．应对大规模新能源并网的电力系统发电调度控制研究［D］．武汉:华中科技大学，2017．

［3］向敏．电力市场化对发电企业的影响分析［J］．中外能源，2019，24(8):15－22．

［4］常碧玉．当前我国电力市场改革的思考［J］．技术与市场，2017，24(5):334+336．

［5］孙钢虎，王小辉，陈远志，等．储能联合发电机组调频经济效益分析［J］．电源学报，2020，18(4):151－156．

［6］吴惠康．锂离子电池在大型储能系统中的应用和开发［C］//中国电子器材总公司．现实源于“锂想”动力成就未来———2012第二届中国(国际)锂电新能源高峰论坛论文集．中国电子学会通信学分会，2012:159－164．

作者：林曦阳 黄卫剑 单位：广东电科院能源技术有限责任公司