隨著可再生能源的大規(guī)模接入，電力系統(tǒng)的靈活性越來(lái)越引起各方面的關(guān)注。2018年11月13日，國(guó)際能源署發(fā)布的世界能源展望提出“靈活性是電力系統(tǒng)的新口號(hào)”。在世界范圍，風(fēng)電和光伏發(fā)電的快速增長(zhǎng)都對(duì)電力系統(tǒng)的靈活性提出了前所未有的要求。

在我國(guó)，由于棄風(fēng)棄光問(wèn)題嚴(yán)重，提高電網(wǎng)調(diào)峰能力與開(kāi)展火電靈活性改造已成為國(guó)家有關(guān)部門(mén)關(guān)注的重點(diǎn)。電力系統(tǒng)“靈活性”的定義目前還比較含糊，可以認(rèn)為是電力系統(tǒng)應(yīng)對(duì)發(fā)電、負(fù)荷和電網(wǎng)擾動(dòng)的預(yù)期的和非預(yù)期的變化情況的一種能力。靈活性涉及電力系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行、控制各個(gè)層面，時(shí)間跨度可以從秒、分鐘、小時(shí)到日、月、年以及多年，從電網(wǎng)的空間尺度上則可分為就地、區(qū)域以及全網(wǎng)。靈活性資源包括調(diào)峰資源、調(diào)頻資源、儲(chǔ)能、需求側(cè)響應(yīng)、電網(wǎng)靈活控制等。

如何評(píng)價(jià)資源的靈活性

與其他電能產(chǎn)品一樣，價(jià)格形成機(jī)制也是靈活性資源發(fā)展的關(guān)鍵。價(jià)格形成機(jī)制的研究主要包括兩個(gè)部分：一是靈活性資源成本分析(即什么是合理價(jià)格)，二是市場(chǎng)中的價(jià)格形成機(jī)制(集中競(jìng)價(jià)、雙邊協(xié)商或其他交易機(jī)制)。成本分析是衡量?jī)r(jià)格是否合理的基礎(chǔ)，但最終價(jià)格要通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制來(lái)形成。

由于電能在物理上的同質(zhì)化特征，電網(wǎng)的作用像水池，因此從物理電能的角度，實(shí)際上是無(wú)法分清產(chǎn)銷(xiāo)方的。因此電力市場(chǎng)中交易的并非物理的電能，而是發(fā)電權(quán)與用電權(quán)，最終通過(guò)調(diào)度計(jì)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此電網(wǎng)調(diào)度也成為整個(gè)電力市場(chǎng)的“交通指揮中心”。電力市場(chǎng)交易則完全基于所采用的調(diào)度、控制模型，資源靈活性也通過(guò)調(diào)度、控制層面體現(xiàn)出來(lái)。

電源和負(fù)荷實(shí)時(shí)平衡是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本條件，而當(dāng)前電力系統(tǒng)中由于風(fēng)、光等新能源的大量接入，在電源側(cè)引入大量的隨機(jī)性和波動(dòng)性，給電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行帶來(lái)諸多困難。因此，應(yīng)在電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮功率曲線在時(shí)間維度上的形狀，考慮不同電能商品的靈活性品質(zhì)。

由于電能難以大量?jī)?chǔ)存，發(fā)用功率必須實(shí)時(shí)平衡，從對(duì)電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行和功率平衡的影響看，筆者認(rèn)為，電能商品品質(zhì)應(yīng)從波動(dòng)性、易控性、隨機(jī)性3個(gè)維度進(jìn)行衡量。其中波動(dòng)性指功率相對(duì)于自身容量的變化幅度;易控性指將功率在一定范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)的難易程度。隨機(jī)性與易控性有一定的關(guān)聯(lián)，隨機(jī)性大的電源或負(fù)荷一定難于控制，而隨機(jī)性小的電源或負(fù)荷可能易控，如可靈活調(diào)節(jié)的資源，也可能難控，如功率相對(duì)固定的資源。對(duì)當(dāng)前各類(lèi)常見(jiàn)供方(電廠)所生產(chǎn)和需方(負(fù)荷)所消費(fèi)的電能商品品質(zhì)可以給出表1所示的排級(jí)。需要注意的是，這僅按一般情況依照電能商品品質(zhì)高低對(duì)電源和負(fù)荷進(jìn)行大致分類(lèi)，而非給電源或負(fù)荷“貼標(biāo)簽”。例如，如果品質(zhì)一般的煤電經(jīng)過(guò)靈活性改造，可升級(jí)為高品質(zhì)的調(diào)峰電源。

表一電能商品品質(zhì)(資源靈活性)排級(jí)

可以看出，資源靈活性與這里的電能商品品質(zhì)是對(duì)應(yīng)的，品質(zhì)越高的電能商品，靈活性越高，而品質(zhì)越低的電能商品，靈活性也越低。

傳統(tǒng)電力現(xiàn)貨交易理論“失效”

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的電能商品模型為：將交易周期的功率曲線下的面積按等長(zhǎng)時(shí)段切分成若干“條”，然后每條又分為若干可不等高的“段”。在發(fā)電側(cè)，在1個(gè)時(shí)段中成交的發(fā)電商各取1“段”(即1個(gè)商品)，同一時(shí)段的各段負(fù)荷(即所有商品)的結(jié)算價(jià)是相同的，均為該時(shí)段成交機(jī)組的最高價(jià)格(見(jiàn)圖1)。

圖一 電力現(xiàn)貨市場(chǎng)電能商品概念示意圖

由于“同質(zhì)同價(jià)”是市場(chǎng)中商品定價(jià)的基本原則，這種定價(jià)方式隱含的假設(shè)是，同一時(shí)段負(fù)荷下的所有電能商品是同質(zhì)的，因此都取相同的價(jià)格;而不同時(shí)段負(fù)荷下的電能商品是異質(zhì)的，因此不同時(shí)段的負(fù)荷有不同價(jià)格。可以看出，傳統(tǒng)的基于實(shí)時(shí)電價(jià)理論的電力現(xiàn)貨(批發(fā))市場(chǎng)設(shè)計(jì)忽略了電能生產(chǎn)和消費(fèi)的時(shí)間連續(xù)性這個(gè)十分重要的特征，并假設(shè)同一時(shí)段的電能商品都是同質(zhì)的，因此無(wú)法區(qū)別基荷、腰荷和峰荷機(jī)組區(qū)別明顯的技術(shù)特征及成本構(gòu)成，也無(wú)法分辨不同品質(zhì)的電能商品并進(jìn)行合理定價(jià)。

在這種定價(jià)方式下，由于光伏、風(fēng)電近零邊際成本的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)火力發(fā)電在以邊際成本為準(zhǔn)的競(jìng)價(jià)交易中擠出，使得市場(chǎng)出清價(jià)格降低，甚至出現(xiàn)負(fù)值，因此火力發(fā)電難以生存。而同時(shí)，光伏和風(fēng)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性，給電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制帶來(lái)重大挑戰(zhàn)，對(duì)靈活性的需求急劇增加。在可再生能源大規(guī)模接入的背景下，世界各國(guó)基于這種定價(jià)機(jī)理所建立的電力市場(chǎng)運(yùn)行紛紛出現(xiàn)問(wèn)題，因此都在改進(jìn)市場(chǎng)設(shè)計(jì)，比如引入另外的靈活性資源交易品種。

亟需探索建立價(jià)格形成新機(jī)制

對(duì)于發(fā)電機(jī)組，靈活性的提升主要體現(xiàn)在：深度調(diào)峰(降低最小技術(shù)出力)、快速啟停、增強(qiáng)爬坡能力(即提高加減負(fù)荷速度)。對(duì)于熱電機(jī)組，熱電解耦也是增強(qiáng)靈活性的方式。

在美國(guó)加州電力市場(chǎng)(CAISO)和中部大陸電力市場(chǎng)(MISO)，建立了靈活爬坡產(chǎn)品交易，取得了良好的效果。我國(guó)在實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的深度調(diào)峰定價(jià)方式值得肯定。該定價(jià)方式首先在東北電力輔助服務(wù)市場(chǎng)建立，并且在全國(guó)推廣。作為國(guó)家電力體制改革專(zhuān)項(xiàng)試點(diǎn)，自2017年1月在東北地區(qū)啟動(dòng)以來(lái)成效顯著，深入挖掘了電網(wǎng)調(diào)峰潛力，促進(jìn)了風(fēng)電核電等清潔能源消納，顯著提高了電網(wǎng)安全運(yùn)行水平和供熱可靠性。

東北調(diào)峰服務(wù)市場(chǎng)體現(xiàn)公平、自愿的原則，并實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)調(diào)峰成本最低。根據(jù)火電機(jī)組調(diào)峰深度的不同，采用“階梯式”補(bǔ)償及分?jǐn)倷C(jī)制，按照非線性比例“多減多得、少減多罰”的原則加大獎(jiǎng)罰力度，以激勵(lì)發(fā)電企業(yè)加大提供調(diào)峰服務(wù)的意愿。調(diào)峰服務(wù)分為基本(無(wú)償)調(diào)峰服務(wù)以及有償調(diào)峰服務(wù)(針對(duì)靈活性供方)。基本調(diào)峰服務(wù)指機(jī)組調(diào)峰率小于等于48%時(shí)所提供的輔助服務(wù);有償調(diào)峰服務(wù)指機(jī)組調(diào)峰率大于48%或按調(diào)度要求進(jìn)行啟停調(diào)峰所提供的服務(wù)。假設(shè)某火電廠提供了深度調(diào)峰有償調(diào)峰服務(wù)，其發(fā)電曲線如圖2所示，則以每檔電價(jià)與積分電量計(jì)算每檔補(bǔ)償，三檔補(bǔ)償總計(jì)為其補(bǔ)償費(fèi)用。由于火電機(jī)組參與深度調(diào)峰有必要進(jìn)行穩(wěn)燃技術(shù)改造，并且可能需要投油，增大發(fā)電成本，這種降低發(fā)電功率反而增大成本的情況是無(wú)法通過(guò)國(guó)外的現(xiàn)貨價(jià)格來(lái)真實(shí)反映的。

圖2火電廠深度調(diào)峰服務(wù)(靈活性供方)定價(jià)原理圖

作為靈活性資源市場(chǎng)化交易的初步嘗試，東北調(diào)峰服務(wù)市場(chǎng)算是成功的。但也有一些缺陷，特別是人為指定的參數(shù)太多，需要在實(shí)踐中進(jìn)一步深入研究。

為實(shí)現(xiàn)國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局提出的提升電力系統(tǒng)靈活性、促進(jìn)可再生能源消納的目標(biāo)，靈活性資源價(jià)格形成機(jī)制的研究與建立已成當(dāng)務(wù)之急。如前所述，傳統(tǒng)的電力現(xiàn)貨市場(chǎng)解決不了靈活性資源合理定價(jià)的問(wèn)題。有關(guān)部門(mén)及專(zhuān)家應(yīng)在充分總結(jié)國(guó)內(nèi)外已有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，拓寬思路，在更先進(jìn)的電力市場(chǎng)理論的指導(dǎo)下研究和構(gòu)建新型的靈活性資源交易機(jī)制，保障合理的投資回報(bào)，促進(jìn)相關(guān)新技術(shù)的發(fā)展。

(作者系華南理工大學(xué)電力經(jīng)濟(jì)與電力市場(chǎng)研究所所長(zhǎng))