英國電力市場的平衡機制與輔助服務我們可以學到什么？

2017-11-28 14:58:09 中國能源報　點擊量：評論 (0)

我國本輪電力改革中，《電力中長期交易基本規則(暫行)》規定了計劃調度+直接交易為主的中長期交易模式操作方法及流程，為現貨市場建立前的過渡期提供了落地方案，結合9號文提出的建立用戶參與的輔助服務分擔共享

我國本輪電力改革中，《電力中長期交易基本規則(暫行)》規定了“計劃調度+直接交易為主的中長期”交易模式操作方法及流程，為現貨市場建立前的過渡期提供了落地方案，結合“9號文”提出的“建立用戶參與的輔助服務分擔共享新機制”的任務，英國基于雙邊交易市場模式中的輔助服務市場機制具有顯著借鑒意義。

1調度模式

由于電力難以大量經濟存儲的特點，發用電之間必須保持實時功率的即時平衡，以保持對用戶的可靠供電、避免事故和損傷電力設備;有功功率的平衡關系到系統頻率的穩定，無功功率則關系到各個節點的電壓支撐。在英國這一平衡工作由英國國家電網負責實施，我國的該項工作則由各級電網調度中心負責。

在英國的電力批發市場中，發電廠和零售商主要通過簽訂遠期電力交易合同來滿足發用電需求。遠期電力交易合同包括通過雙邊協商達成的中長期和短期雙邊合同，以及通過電力交易所(N2EX，APX)集中競價達成的短期交易合同(通過拍賣市場、現貨市場和即期市場等)。

由于簽訂雙邊合同的發電企業與電力用戶均以追求經濟效益為目標，不會從系統運行角度出發滿足整體電力實時平衡，因此，僅靠市場主體簽訂的遠期與短期電力交易合同的組合，并不能完全滿足電力系統的安全穩定運行要求。由于輸電阻塞、預測偏差等原因，系統調度機構需要以每30分鐘為一個結算周期進行一系列操作，來確保電力系統運行的實時平衡。

與我國由調度統一安排電量計劃不同，從總量規模上看，英國實現電力平衡主要是通過激勵發電商和供電商自行兌現合同約定的發用電曲線。發電商和供電商提前一天中午11：00前，會提交一份初步物理發用電計劃;在關閘時間，調度執行開始前1小時或更長時間內，物理發用電計劃還可進一步修改。物理發電計劃不僅約定了發用電力曲線，還要對增減出力/負荷功率進行報價。國家電網會根據報價情況，在必要時調用。

但是，最終合同執行過程中由于負荷預測偏差、局部輸電阻塞、市場成員經營策略等因素，電力平衡總會發生或多或少偏差，維持平衡則由國家電網負責兜底，該部分不平衡電量約占總電量的2%。

2平衡機制

平衡機制是國家電網平衡電力供需的主要工具，通過每天以半小時為周期的交易執行過程實現。在平衡機制中，由單臺機組或者負荷集成體構成的平衡單元，作為參加報價和受調度控制的基本單元。平衡單元需要在其最終物理發用電計劃的基礎上，向系統調度機構提交賣電報價和買電報價。賣電報價包括增加發電出力和降低負荷需求兩種類型;

與此對應，買電報價則包括降低發電出力和增加負荷需求兩種類型。在關閘時間后，系統調度機構主要依靠接受平衡單元提交的報價來保障系統運行滿足各類安全約束。除了接受報價之外，調度機構還可以通過平衡調整機制和負荷控制機制等手段來保障系統安全運行。

比較有特色的是，英國國家電網為了降低系統運行成本，除通過平衡機制來解決電能不平衡和網絡阻塞之外，還可以在平衡機制開啟前，主動提前購買或出售一些電能。例如，當調度機構預測次日某些時段會出現電力短缺時，可參與電力交易所的日前或日內交易，提前購買部分電能;當調度機構預測某些區域會出現網絡阻塞時，可與特定區域的機組簽訂雙邊合同(一般為長期合同)進行阻塞管理。

3輔助服務

平衡機制是通過組織準實時的短時交易(半小時為交易周期)實現的，而其他非電能量交易的平衡手段則可以納入輔助服務范疇，這些輔助服務連同平衡機制一起，在英國被稱為平衡服務。英國的輔助服務全部類型有22種，但多數僅在一些特殊情況下被調用，常用的服務品種有：頻率響應、快速備用、運行備用、短期運行備用、平衡機制啟動、基荷調整、無功服務等。國家電網通過平衡機制、招標和雙邊合同等方式獲取輔助服務。

其中，頻率響應服務用來保持系統頻率在安全范圍內，提供者既可以是電源也可以是負荷。該服務可以在事故發生的第一時間投入使用。英國的頻率響應服務又分為強制頻率響應、固定頻率響應和需求側頻率控制。強制頻率響應包括一次調頻、二次調頻和高頻響應,這些服務由并網運行的機組義務提供，沒有組織相應的市場。

強制頻率響應并不能完全滿足系統運行的需求，剩余需求由固定頻率響應實現，通過自動發電控制系統完成控制和記錄。固定頻率響應允許集成資源(如負荷和可再生能源發電等資源的整合)參與提供，并通過月度或多月招標方式獲取。需求側頻率控制由可中斷負荷提供，則是一個低頻減載的預先約定，要求至少能在2秒鐘響應指令，且提供持續30分鐘3MW以上的容量，該服務通過雙邊合同協商確定。

快速備用相當于旋轉備用，是對上述頻率響應的補充，可根據國家電網的指令由發電機組增加出力或者負荷減少用電實現，通過月度招標獲取。技術上要求2分鐘內啟動，并達到25MW/分鐘的爬坡速率，至少有50MW的容量且能持續15分鐘。

短期運行備用即事故備用，也可以由發電和負荷提供，通過每年三輪的競爭性招標獲取。技術上要求至少3MW容量，240分鐘內完全啟動，至少持續2小時。

平衡機制啟動服務給予國家電網在必要時啟動離線平衡機組的手段，通過標準合同獲取，按小時付費。該服務包括平衡機組冷啟動和熱備用兩種形式，冷啟動要求在89分鐘內完成，而熱備用則要求更快。

綜上，英國電力市場對有功平衡的服務，按響應時間、持續時間、最小容量、在線\離線狀態，根據系統運行的具體需要和相關資源的技術性能，產生一系列產品類型的組合，并根據裝機結構、負荷特性、供需形勢等條件的變化隨時進行調整。

我國目前仍將調峰作為一個重要輔助服務品種，仍帶有計劃模式的鮮明特征。隨著電力改革的深入，對計劃電量的再分配過程將被競爭性的現貨市場取代，傳統意義上的調峰服務也將逐漸退出歷史舞臺。

4輔助服務交易

雙邊合同的執行偏差需要國家電網兜底，以確保系統整體供需保持平衡，而國家電網在維持系統平衡過程中所扮演角色是經過政府授權的，具體措施主要在平衡與結算規則里規定。類似于電能量交易，發電商也能通過談判和競價等形式賣出各類服務，一般而言，發電商出售輔助服務時通常會得到兩筆費用：容量費用和使用費用。

輔助服務的最小時段為半小時，并以此作為結算周期。市場成員之間簽約并在每個結算周期之前1小時將合同約定執行的詳細信息報送國家電網。這些信息包括供需關系、預計發用電功率以及買賣報價等。然后，基于綜合報價信息，國家電網就可以調用各種服務。

我國目前的輔助服務責任主要由發電企業承擔，通過采取強制提供、按需調用、事后補償等方式，在一定程度上激發了發電企業參與提供輔助服務的積極性。隨著我國電力改革的深入，輔助服務市場化也將成為必然趨勢，現有輔助服務的分類和技術要求亟待進一步細化。改革初期，借鑒英國對部分輔助服務采取中長期招標獲取的方式，雖然不足以保證全局經濟性最優，仍不失為一種實操性較強的實現路徑。

5輔助服務費用分攤

英國國家電網首先通過系統平衡使用費(BSUoS)回收調用平衡機制和輔助服務產生的成本。該費用是基于發用雙方在接入點的上網或下網電量按固定比率征收的，并根據網損有所微調。具體核算工作由國家電網的子公司Elxon完成，該公司相當于一個主營平衡機制和輔助服務業務的交易中心。國家電網把調用信息發送給Elxon公司，后者會根據偏差結算定價規則，對各種平衡手段進行更為詳細的分類、標記、以及重新定價(針對某些特定的平衡手段)，最后計算出偏差結算價格。Elxon公司根據每一個市場成員的相對合同約定電力曲線的偏差對整個系統帶來的影響向其收費。設計不平衡費用是為了激勵發電商和供電商在結算周期之前根據合同約定主動實現自身平衡。

國家電網對每種輔助服務的可用量確定一個范圍，以應對不同情況的發生。2014-2015年度，總成本中超過50%是用來支付頻率響應和各種備用服務的。這些服務通常在國家電網面對短期供需不匹配時被調用，例如主力發電機組發生臨時故障的情況。大約40%的成本來自于為滿足地區網絡約束，對發電機組發出調整出力的指令。

隨著約束成本上升，自2010年起，輔助服務總成本在持續顯著上漲。主要原因是蘇格蘭等地輸電設施升級滯后造成的。另外，還有一小部分原因是引入了“即并網即管理”政策。由于英國預期新增裝機投資慢于其現有機組退役速度，為追求足夠的容量充裕度，該政策要求國家電網在未完成相關輸電網絡建設前就接入新機組。

6輔助服務鼓勵計劃

英國政府還出臺了一個輔助服務鼓勵計劃，用來鼓勵國家電網更加經濟高效地使用輔助服務。在此計劃中，國家電網可以從相對政府預期花費節約的成本中得到一定比例的獎勵，但也會因為超出預期的花費承擔一定的額外支出。

例如，如果調度機構在平衡機制開啟前提前購買或出售電能來解決電能不平衡或網絡阻塞的成本，比通過平衡機制中購買的成本還低，則所節約成本的38%將分享給調度機構。遺憾的是，自從2005年實施以來，多數情況下輔助服務支出都是超出預期的。

7對我國的啟示

輔助服務存在的意義是為了確保整個系統的安全穩定運行，保障電能量交易合同的切實履行。輔助服務機制的建設與電能量市場模式的選擇是密切相關的，兩者的建設需要統籌考慮、并行推進，在不同的電能量市場建設階段，均應構建與之配合的輔助服務機制。

從英國經驗看，電力平衡是通過“約定電力曲線的實物雙邊交易+平衡機制+輔助服務”配合實現的，雖然與北美主要ISO“日前+實時+輔助服務”的市場模式有所差異，但通過市場機制實現電力實時平衡的本質是統一的。平衡過程所涉及的電量變化均記入電能量交易(雙邊合同電力曲線的提交或者上下調節出力報價)，而輔助服務則僅產生對應的容量費用和被調用費用。

相對于北美的輔助服務市場，英國月度甚至多月競價的的輔助服務獲取方式略顯粗曠，與電能量市場解耦運行。

事實上，英國電力市場中有“兩個半”現貨價格信號，即APX和N2EX兩個交易所交易的現貨價格，再加上平衡機制調用的出清價格，這些價格信號對于輔助服務報價肯定是有影響的，但英國之所以沒有選擇聯合出清，是在交易成本和競爭強度之間的抉擇，由于物理雙邊交易已將絕大部分發電機組的運行計劃提前確定，因此英國的輔助服務市場并不像全電量競爭的北美主要市場那樣激烈，選擇更為簡潔的短期輔助服務競價也就可以理解了。

隨著我國本輪電力市場化改革的深入，關于建立輔助服務分擔共享新機制的配套文件和各省出臺的輔助服務市場建設方案，給出了近期輔助服務市場化的原則和方向。

其中，配套文件《關于推進電力市場建設的實施意見》中提到“在現貨市場開展備用、調頻等輔助服務交易，中長期市場開展可中斷負荷、調壓等輔助服務交易。日前發電計劃編制過程中，應考慮輔助服務與電能量統一出清、統一安排。”首次明確的將我國建立現貨市場后，輔助服務市場與現貨市場的關系進行了說明。目前公布的各省輔助服務市場建設方案則更多著眼于現貨市場建立前的過渡期，更多關注計劃調度模式下的調峰問題。

隨著電力現貨市場的建立，調峰問題可以通過競價上網解決，不必另行補償;備用服務和調頻服務由于提供服務與發電均需要使用機組的一部分容量，競價過程會將機會成本考慮其中。因此，現貨市場建立與否會直接決定輔助服務市場競價的本質。在由于缺少現貨市場中電能量的價格信號的情況下，輔助服務所對應的機會成本和調用過程中所產生的電量費用將不能完全反映其真實價值。可以說，現貨市場建立前的輔助服務市場仍處于一個有形無質的不完全狀態。

另外，輔助服務的經濟補償，普遍采用的方式是按其成本補償，這是因為歐美主要市場最初設計輔助服務市場時，是基于傳統的水火電機組參數設計的。隨著可再生能源、儲能技術和需求側響應技術的發展，越來越多的資源參與到輔助服務中來，原有輔助服務的分類和補償方式隨之顯現出其局限性。我國輔助服務市場設計推薦采用基于效果補償的設計思路，以達到更好的兼容性，從系統需要的角度，基于實際表現的輔助服務補償方式則對所有資源一視同仁，能夠更好滿足系統實際運行需要且經濟性更好的資源將得到更高的補償，這有利于鼓勵服務提供者更關注系統需求，真正回歸到系統購買輔助服務的初衷。

作者系華北電力大學電力系統及其自動化專業博士