電力交易系列：調頻輔助服務市場概況

2017-02-17 10:32:38 交能網(wǎng) 　點擊量：評論 (0)

調頻輔助服務市場概況交能網(wǎng)團隊整理德國亞琛工業(yè)大學(RWTH-Aachen University)電力系統(tǒng)和能源經(jīng)濟研究院(IAEW)各種資料，經(jīng)該所所長Albert Moser教授指導，整合提煉德國經(jīng)驗，結合中國國情，推出電力生產(chǎn)與電

調頻輔助服務市場概況

交能網(wǎng)團隊整理德國亞琛工業(yè)大學(RWTH-Aachen University)電力系統(tǒng)和能源經(jīng)濟研究院(IAEW)各種資料，經(jīng)該所所長Albert Moser教授指導，整合提煉德國經(jīng)驗，結合中國國情，推出電力生產(chǎn)與電力交易領域深度學習系列，致力降低行業(yè)門檻。共分12期，本文為第8期。

轉自：交能網(wǎng) ID： jiaonengwang

輸電商的任務之一是維持發(fā)電與用電的實時平衡，從而保證電網(wǎng)頻率的相對恒定。對此，輸電商需要在電力市場中購買調頻功率。發(fā)電方將手中的一部分電廠作為備用，專門為輸電商出售調頻功率等電力系統(tǒng)輔助服務。

圖片1 調頻輔助服務的調用與電網(wǎng)頻率的維持

發(fā)電廠的排程安排通常由市場決定，主要基于所預測的用戶側需求和新能源發(fā)電量。當預測與實際有所偏差時，例如預測失準，負荷波動或者電廠的意外停機，都會打破發(fā)電與用電的平衡，從而導致電網(wǎng)頻率的波動。當平衡條件不滿足時，首先會引起發(fā)電機和馬達的轉子動能的改變。若發(fā)電量小于用電量，轉子轉速會逐漸降低，從而使得電網(wǎng)頻率下降。若發(fā)電量大于用電量，轉子轉速會逐漸升高，從而使得電網(wǎng)頻率上升。而備用平衡的電廠的啟動有所延遲，過一段時間后，系統(tǒng)又將會在50Hz達到新的平衡。

下圖展示了當某電廠故障停機后，系統(tǒng)的頻率變化。

圖片2 某電廠故障停機后系統(tǒng)頻率變化

瞬時備用(第1階段)

因為電廠突然停機而導致的供應缺口不能瞬時補償，所以這部分能量會由發(fā)電機和馬達的轉子動能來提供，其轉速也隨之逐漸降低，進一步導致電網(wǎng)頻率的下降。這部分能量缺口會按照相關聯(lián)的發(fā)電機和馬達的各自轉子質量來分攤。因此，瞬時備用僅由相關連接設備的質量大小來決定。

一次調頻(第2階段)

頻率的降低必須盡快由啟動備用來補償。在某些具有熱力或者水力儲存能力的電廠中，調速器可以在頻率下降后的數(shù)秒內(nèi)實現(xiàn)發(fā)電功率的線性提高。為了能使每個機組所提供的調頻功率盡可能得小，從而在較短時間內(nèi)提供調頻功率，所有的輸電系統(tǒng)運營商都要通過盡可能多的可調轉速發(fā)電機組來參與一次調頻，因為少量的偏差也會危及整個系統(tǒng)。

一次調頻僅僅是調節(jié)頻率，采用比例調節(jié)，從而使得電廠突然停機而導致的供應缺口分攤到每一個備用電廠。為保證備用功率與供應缺口相匹配，所有的發(fā)電廠調速器比例調節(jié)參數(shù)P都近似相等。由于比例調節(jié)的特點，一次調頻結束后存在準靜態(tài)偏差。

歐洲標準是：在兩個大型發(fā)電機組突然停機的情況下，電網(wǎng)頻率的波動在允許范圍內(nèi)。這就要求一共有3000MW的一次調頻備用功率，并且能在30s內(nèi)啟動。

二次調頻(第3階段)

鑒于一次調頻作用時間較短，需盡快啟用二次調頻。要求在五分鐘內(nèi)啟動，由水電廠、能夠快速啟動的燃氣發(fā)電機組和蒸汽發(fā)電機組的功率調節(jié)來實現(xiàn)。二次調頻的啟用時自動的，但是僅限于受影響的電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)。

三次調頻(第3階段)

當電廠突然停機而導致的供應缺口較大時，除了上述措施外，還需要三次調頻的參與。它通過人工操作實現(xiàn)，要求在15分鐘內(nèi)啟動，并可以持續(xù)作用1小時。此時，一次及二次調頻逐漸減少投入至零。

應德國聯(lián)邦網(wǎng)絡管理局的要求，德國輸電商自2006年起，在網(wǎng)站上公開招標一次、二次及三次調頻備用，符合條件的發(fā)電企業(yè)可以承標，按要求提供調頻備用服務。

按照調頻類型、備用方向、預留時間以及可提供的最低備用來劃分，歐洲能源交易所(EEX)上交易的調頻輔助服務產(chǎn)品包括以下類型。

其中，正向調頻指提高電網(wǎng)頻率的備用，如提高電廠的發(fā)電功率;負向調頻指降低電網(wǎng)頻率的備用，如降低電廠的發(fā)電功率。

根據(jù)系統(tǒng)需要，不同國家和地區(qū)對輔助服務的定義、分類和標準有各自的約定。我國現(xiàn)行的輔助服務主要在發(fā)電環(huán)節(jié)，分為基本輔助服務和有償輔助服務兩大類?；据o助服務是指為了保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，保證電能質量，發(fā)電機組必須提供的輔助服務;有償輔助服務是指并網(wǎng)發(fā)電廠在基本輔助服務之外所提供的輔助服務。

其中，一次調頻屬于基本輔助服務，不進行經(jīng)濟補償;自動發(fā)電控制(AGC)、有償調峰、旋轉備用等調頻服務屬于有償輔助服務，基于成本進行經(jīng)濟補償。

我國的電力輔助服務市場建設也是和電力市場化進程相伴相隨。早在2009年5月，京津唐電網(wǎng)根據(jù)華北區(qū)域輔助服務與并網(wǎng)考核實施細則，率先在全國建立了基于成本加合理收益的輔助服務交易機制，品種有自動發(fā)電控制(AGC)、無功、調峰、黑啟動等。隨后輔助服務交易陸續(xù)在華東地區(qū)等地開展。

新電改也將輔助服務市場建設視為一大重點，在“電改九號文”中已明確提出，要“建立輔助服務分擔共享新機制”。 2016年5月，國家能源局發(fā)布《國家能源局關于促進電儲能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務補償(市場)機制試點工作的通知》;8月，湖南省發(fā)布《抽水蓄能輔助服務專項市場交易規(guī)則》;11月，國家能源局發(fā)布《關于同意開展東北區(qū)域電力輔助服務市場專項改革試點的復函》。

2016年12月29日，國家發(fā)改委、國家能源局印發(fā)《電力中長期交易基本規(guī)則(暫行)》。其中不僅詳細規(guī)定了電能量中長期交易規(guī)則，還對輔助服務市場化提出了指導性要求，是對“九號文”進一步深化。

按照規(guī)劃，未來我國成熟的電力市場中，會有雙邊交易、中長期交易、日前和實時交易等多種交易方式，特別是在風、光、儲等新能源迅速發(fā)展，大電網(wǎng)結構日趨復雜的背景下，完善優(yōu)質的輔助服務是能量市場和電網(wǎng)安全可靠運行的基礎。通過市場機制建立公平、規(guī)范、高效的輔助服務交易平臺，分階段逐步深化開展調頻、調峰、備用、無功等多品種的交易，可以提高電力系統(tǒng)的運行效率，提升電網(wǎng)安全可靠運行的綜合效益。