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山東獨立儲能電站爬坡輔助服務(wù)市場分析
日期:2023-08-22   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_yanyu 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
一、背景

2023年8月8日,國家能源局山東監(jiān)管辦公室公布了《山東電力爬坡輔助服務(wù)市場交易規(guī)則(征求意見稿)》(以下簡稱意見稿)。《山東電力爬坡輔助服務(wù)市場交易規(guī)則》一旦正式發(fā)布,將成為國內(nèi)首個針對電力爬坡輔助服務(wù)的專項政策,對各省電力爬坡輔助服務(wù)市場建設(shè)具有很好的借鑒意義。

“爬坡”指的是為應(yīng)對可再生能源發(fā)電波動等不確定因素帶來的系統(tǒng)凈負荷短時大幅變化,具備較強負荷調(diào)節(jié)速率的并網(wǎng)主體根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整出力,以維持系統(tǒng)功率平衡所提供的服務(wù)。當系統(tǒng)向上爬坡能力不足,存在供應(yīng)不足限電風(fēng)險;當系統(tǒng)向下爬坡能力不足,存在供應(yīng)過剩棄電風(fēng)險。因此,在現(xiàn)貨市場出清(或發(fā)電計劃安排)過程中,需要在各時段預(yù)留足夠的爬坡能力。

在國際上,以美國、英國、德國為代表的一些國家已經(jīng)在積極探索爬坡輔助服務(wù)市場建設(shè),并取得了一定經(jīng)驗。目前美國中西部獨立系統(tǒng)運營商(MISO)、加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)、英國和德國的電力市場均已通過市場化方式進行爬坡產(chǎn)品采購。

MISO和CAISO將爬坡和調(diào)頻服務(wù)歸于運行備用范疇,與事故備用相區(qū)別。事故備用通常在出現(xiàn)概率低但影響重大的突發(fā)情況下被調(diào)用,而調(diào)頻和爬坡在正常運行狀態(tài)下被連續(xù)的調(diào)用,爬坡資源在5-15min內(nèi)根據(jù)調(diào)度指令進行出力。英國國家電力市場通過提供頻率響應(yīng)、備用、無功調(diào)節(jié)等平衡服務(wù)來保障電網(wǎng)的實時供需平衡。快速備用作為備用服務(wù)的一種,其發(fā)揮的作用與MISO/CAISO中爬坡輔助服務(wù)的作用類似,采用月度競價的方式,中標資源在接收調(diào)度指令后2min內(nèi)提供爬坡速率大于25MW/min的響應(yīng)能力。德國在日內(nèi)市場交易靈活性資源的爬坡能力,并據(jù)此對日前市場的機組組合進行調(diào)整,以應(yīng)對小時內(nèi)的靈活爬坡需求,合約拍賣的市場為15min市場。

除MISO外,CAISO、英國和德國的電力市場均允許儲能參與爬坡輔助服務(wù)。

二、山東省能源現(xiàn)狀及存在問題

山東省是國內(nèi)第一大煤電裝機省份,是全國唯一一個煤電裝機過億的省份。截至2023年6月底,山東省發(fā)電總裝機約2億kW,其中,煤電1.075億kW,光伏4946萬kW(集中式1369萬kW,分布式3556萬kW),風(fēng)電2421萬kW,風(fēng)、光占比超過36.8%。同期,新型儲能裝機約283萬kW,其中獨立儲能約198萬kW。

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圖2-1 山東省電力裝機規(guī)模(截至2023年6月)

傳統(tǒng)火電機組在深度調(diào)峰或啟停調(diào)峰過程中為保證爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定充分,需緩慢調(diào)整燃燒參數(shù),爬坡時間長,爬坡速率約為1.5%/min(1000MW的火電機組,每分鐘變化15MW左右),不適宜大規(guī)模參與爬坡服務(wù)。聯(lián)合循環(huán)燃氣機組可以達到10%額定功率/min的爬坡速率,電化學(xué)儲能可以達到100%額定功率/min的爬坡速率,二者均可以實現(xiàn)快速的響應(yīng)及正反向調(diào)節(jié),但山東省燃氣機組、電化學(xué)儲能電站總量占比小。常規(guī)水電機組標準調(diào)節(jié)速率約20%額定功率%/min,但山東抽水蓄能電站較少,本次意見稿也未將抽水蓄能電站列入爬坡輔助服務(wù)供應(yīng)商。

與此同時,山東電網(wǎng)風(fēng)光新能源占比較高,光伏裝機總量全國第一,早晚時段光伏出力快速變化,電網(wǎng)系統(tǒng)爬坡壓力大。午間光伏發(fā)電能力大增,使得凈負荷呈現(xiàn)出兩頭高、中間低的“鴨形曲線”,而隨著光伏發(fā)電規(guī)模進一步提升,凈負荷曲線將演變成中間極低的“峽谷曲線”。“鴨形曲線”、“峽谷曲線”將給電網(wǎng)帶來持續(xù)和大規(guī)模的爬坡壓力。

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圖2-2 加州電網(wǎng)凈負荷曲線圖(鴨子曲線、峽谷曲線)

一般而言,負荷變化的爬坡特征明顯、模式清晰,相對易于預(yù)測。相關(guān)研究表明,疊加風(fēng)電后,凈負荷的爬坡容量需求提高,并且爬坡曲線更為陡峭,表明風(fēng)電增加了電網(wǎng)的爬坡總量需求,同時短時間內(nèi)要求更高的爬坡功率。另外,山東用電負荷大,2022年最大用電負荷超過1億kW,2023年預(yù)計突破1.1億kW,短時間的負荷波動也會帶來較大的爬坡需求。風(fēng)、光出力以及用電負荷三者的波動性和隨機性疊加,再加上靈活性調(diào)節(jié)資源有限,電網(wǎng)爬坡壓力劇增??梢灶A(yù)見,山東電網(wǎng)的爬坡需求隨著風(fēng)光發(fā)電比例的提高和負荷的增長,將逐年提升。

根據(jù)山東能監(jiān)辦的數(shù)據(jù),山東電網(wǎng)當前調(diào)節(jié)能力已不能滿足實際需求。在現(xiàn)貨市場運行中,部分時段已出現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足的情況。2022年實時市場共出現(xiàn)爬坡能力不足219次。其中,頂峰爬坡(向上爬坡)179次、調(diào)峰爬坡(向下爬坡)40次,爬坡能力不足時段占比0.625%(約55小時)。

頂峰爬坡(向上爬坡)能力不足主要原因是短時電源出力不足、負荷上升過快等。氣候條件突變導(dǎo)致風(fēng)光出力不足或出現(xiàn)尖峰負荷時,易引發(fā)頂峰爬坡能力不足,導(dǎo)致短時間內(nèi)供電能力不足。

調(diào)峰爬坡(向下爬坡)能力不足主要原因是短時電源出力過足、電網(wǎng)消納困難。風(fēng)光大發(fā)、用電負荷短時間內(nèi)下降較多,易引發(fā)電網(wǎng)向下爬坡能力不足,導(dǎo)致棄風(fēng)棄光。

三、爬坡輔助市場分析

結(jié)合山東電網(wǎng)2022年爬坡能力不足的情況,分析2023年山東電網(wǎng)爬坡能力需求。爬坡功率考慮光伏、風(fēng)電和負荷三個因素,光伏、風(fēng)電按最大出力的5%,用電負荷按最大需求的3%粗略估算,對應(yīng)的爬坡功率需求分別約400萬kW、300萬kW。其中,向上爬坡持續(xù)時長約50小時(200次),向下爬坡持續(xù)時長約15小時(60次)。隨著用電負荷的增長、風(fēng)光新能源滲透率的不斷提高,這一需求也將進一步擴大。

儲能系統(tǒng)具備快速響應(yīng)、雙向調(diào)節(jié)能力,可以通過靈活可控的充放電時段調(diào)節(jié)降低尖峰負荷、風(fēng)光大發(fā)或跌落帶來的發(fā)用電不平衡對電力系統(tǒng)的影響,減少爬坡能力不足事件的發(fā)生??紤]山東現(xiàn)有獨立儲能全部參與爬坡調(diào)節(jié),當前階段也僅能覆蓋約1/2的電網(wǎng)爬坡能力需求。

2025年,山東省風(fēng)、光新能源裝機規(guī)模將達到9000萬kW,屆時電網(wǎng)爬坡能力不足問題將愈發(fā)突出。2025年,山東省新型儲能的裝機目標是500萬kW,爬坡輔助服務(wù)市場容量足以允許全部的獨立儲能電站參與。獨立儲能電站憑借優(yōu)異的調(diào)節(jié)性能,有望獲得優(yōu)先調(diào)用,最大化地獲取爬坡服務(wù)收益。

意見稿提出,爬坡輔助服務(wù)與實時電能量市場聯(lián)合出清,按日統(tǒng)計(每日按96點)、按月結(jié)算,但并未給出爬坡服務(wù)參考價格。2023年上半年山東電力現(xiàn)貨市場放電價格平均在0.54元/kWh左右。如爬坡服務(wù)價格與此價格相當?shù)脑?,約為135元/MW(按單次爬坡服務(wù)15min折算)。2023年4月,國家能源局東北監(jiān)管局發(fā)布了《關(guān)于開展<東北區(qū)域電力運行管理實施細則><東北區(qū)域電力輔助服務(wù)管理實施細則>模擬運行的通知》(東北監(jiān)能市場〔2023〕22號),對爬坡輔助服務(wù)給出了50元/MW的補償標準。

山東獨立儲能電站目前主要有容量租賃費、現(xiàn)貨市場價差收益、容量補償費三項收益。以100MW/200MWh儲能站為例,年收益合計約4000萬元。爬坡輔助服務(wù)單次持續(xù)時間短(5-10min)、日響應(yīng)次數(shù)少,響應(yīng)時段上大多可與其他服務(wù)錯開,基本不會對現(xiàn)有收益造成影響。此次新增爬坡輔助服務(wù)后,按滿功率參與爬坡、200次/年或400次/年,補償標準取較低的50元/MW,預(yù)計可新增收益100萬元/年或200萬元/年,約為現(xiàn)有收益的2%或4%。

山東省目前電力輔助服務(wù)市場暫時只開放調(diào)頻和AVC服務(wù)(儲能僅參與調(diào)頻服務(wù)),本次意見稿的公布,釋放了山東將進一步擴大電力輔助服務(wù)市場,通過市場手段實現(xiàn)儲能等靈活性電力資源高效調(diào)配的信號。隨著電力輔助服務(wù)市場的不斷擴充完善,獨立儲能電站勢必更積極地參與其中,提供包括爬坡在內(nèi)的更多類型的輔助服務(wù)。 

原標題:山東獨立儲能電站爬坡輔助服務(wù)市場分析
 
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來源:中電碳中和發(fā)展研究院
 
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