1.輔助服務(wù)品種定義
按照用途分類，電力輔助服務(wù)通常可分為調(diào)頻類服務(wù)(有功輔助服務(wù))、調(diào)壓類服務(wù)(無功輔助服務(wù))、黑啟動(dòng)等。電力輔助服務(wù)品種定義與電力工業(yè)特點(diǎn)和電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行方式有著密切的聯(lián)系，因國家或地區(qū)而異。以調(diào)頻類輔助服務(wù)品種為例，我國、歐盟、美國的輔助服務(wù)品種定義如圖1所示。需要注意的是，調(diào)峰的本質(zhì)是通過短時(shí)電力調(diào)節(jié)使發(fā)電出力跟蹤負(fù)荷的變化，實(shí)現(xiàn)電力電量的平衡。目前，國外電力輔助服務(wù)市場中并沒有調(diào)峰這個(gè)品種，一般是通過現(xiàn)貨市場中的實(shí)時(shí)市場或平衡機(jī)制實(shí)現(xiàn)。
圖1 我國與歐盟、美國有功輔助服務(wù)分類對(duì)比
2.輔助服務(wù)的采購方式
根據(jù)輔助服務(wù)的品種特性不同，輔助服務(wù)的采購方式主要包括強(qiáng)制提供、長期合約和有組織的競爭性市場三種方式。
(1)強(qiáng)制提供：為保證系統(tǒng)安全，在發(fā)電機(jī)組接入時(shí)規(guī)定必須提供一定范圍內(nèi)的輔助服務(wù)，如一次調(diào)頻、一定范圍的無功調(diào)節(jié)等。在法國、意大利、西班牙等歐洲國家，發(fā)電機(jī)組需提供TSO所規(guī)定的一次調(diào)頻備用容量。但強(qiáng)制提供輔助服務(wù)不一定代表免費(fèi)提供，系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行機(jī)構(gòu)需要合理確定機(jī)組輔助服務(wù)成本，以固定價(jià)格對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。
(2)長期合約：針對(duì)黑啟動(dòng)、無功調(diào)節(jié)等對(duì)機(jī)組有特殊能力要求或具有一定本地化特征的輔助服務(wù)品種，適宜采用長期合約方式進(jìn)行采購，由系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行機(jī)構(gòu)確定需求后，通過雙邊協(xié)商或招標(biāo)方式確定輔助服務(wù)提供商并與其簽訂長期合約，期限通常包括年度、半年、季度、月度等。
(3)有組織的競爭性市場：一般適用于調(diào)頻、備用等市場供應(yīng)相對(duì)充足、需求隨時(shí)間變化的輔助服務(wù)品種，由系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行機(jī)構(gòu)開設(shè)短期集中競爭市場進(jìn)行采購。在美國、澳大利亞等集中式電力市場中，調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)通常與電能量現(xiàn)貨市場聯(lián)合優(yōu)化出清。
二、美國PJM電力輔助服務(wù)市場
PJM電力輔助服務(wù)市場主要包含調(diào)頻、備用、黑啟動(dòng)、無功電壓控制和不平衡電量5個(gè)品種，如圖2所示。市場化運(yùn)營的輔助服務(wù)產(chǎn)品主要包含：調(diào)頻、初級(jí)備用(Primary Reserve)、黑啟動(dòng)3類，其中調(diào)頻與初級(jí)備用(包含同步備用和非同步備用)采用集中式市場化交易，與電能量市場聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行。
圖2 PJM電力輔助服務(wù)市場品種示意圖
PJM將調(diào)頻、備用輔助服務(wù)義務(wù)按照在實(shí)時(shí)市場的負(fù)荷比例分配給負(fù)荷服務(wù)商(Load Serving Entity，LSE)作為其調(diào)頻、備用義務(wù)。LSE可以利用自己的發(fā)電資源或通過與第三方簽訂合同來履行自己的調(diào)頻、備用義務(wù)。若仍然無法完全履行其責(zé)任，可以從PJM輔助服務(wù)市場上購買調(diào)頻、備用服務(wù)。
1.調(diào)頻(Regulation)
品種定義：調(diào)頻服務(wù)主要目的是維持系統(tǒng)的頻率。提供調(diào)頻服務(wù)的發(fā)電機(jī)組必須能夠在5分鐘內(nèi)增加或減少其出力，以響應(yīng)自動(dòng)控制信號(hào)。
市場組織方式：PJM調(diào)頻市場組織方式主要包括日前報(bào)價(jià)、時(shí)前出清和實(shí)時(shí)出清。在日前市場上，參與調(diào)頻服務(wù)的資源進(jìn)行報(bào)價(jià)。實(shí)時(shí)運(yùn)行前一小時(shí)，PJM根據(jù)預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)市場節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)(LMP)和調(diào)頻資源的運(yùn)行成本曲線，統(tǒng)一計(jì)算出每個(gè)機(jī)組的機(jī)會(huì)成本。進(jìn)入實(shí)時(shí)調(diào)度以后，每5分鐘進(jìn)行一次電能量出清，并確定該調(diào)度時(shí)段的LMP。PJM根據(jù)每5分鐘的LMP重新計(jì)算已中標(biāo)調(diào)頻資源的機(jī)會(huì)成本，在容量報(bào)價(jià)和里程報(bào)價(jià)不變的基礎(chǔ)上，將機(jī)會(huì)成本改為實(shí)時(shí)出清的機(jī)會(huì)成本，里程調(diào)用率由歷史值改為實(shí)際值，從而得到新的排序價(jià)格。
價(jià)格機(jī)制：PJM調(diào)頻市場采用兩部制結(jié)算機(jī)制，即調(diào)頻服務(wù)出清價(jià)格(Regulation Market Clearing Price，RMCP)等于調(diào)頻容量價(jià)格(Regulation Market Capability Clearing Price，RMCCP)與調(diào)頻性能價(jià)格(Regulation Market Performance Clearing Price，RMPCP)之和。
2.同步備用(Synchronized Reserve)
品種定義：同步備用指必須與電網(wǎng)同步，并且能夠在收到系統(tǒng)運(yùn)行人員發(fā)出信號(hào)后10分鐘內(nèi)響應(yīng)的初級(jí)備用。
市場組織方式：由市場主體上報(bào)提供同步備用報(bào)價(jià)，PJM通過對(duì)電能量、調(diào)頻、同步備用和非同步備用的聯(lián)合優(yōu)化，得到下一小時(shí)的非靈活性機(jī)組開機(jī)計(jì)劃。在實(shí)時(shí)運(yùn)行階段，PJM將聯(lián)合優(yōu)化電能量、調(diào)頻及剩余的備用需求，并根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行狀況，每5分鐘計(jì)算一次同步備用的結(jié)算價(jià)格。
價(jià)格機(jī)制：提供同步備用的資源按照每5分鐘同步備用的市場出清價(jià)格(Synchronized Reserve Market Clearing Price，SRMCP)結(jié)算。
3.非同步備用(Non-Synchronized Reserve)
品種定義：非同步備用同樣要求在10分鐘內(nèi)完成調(diào)整。同步備用服務(wù)和非同步備用服務(wù)共同組成PJM市場的初級(jí)備用。
市場組織方式：PJM根據(jù)每個(gè)備用資源的特性確定其備用能力，并將這些信息作為實(shí)時(shí)市場的輸入。在實(shí)時(shí)市場中，對(duì)電能量、調(diào)頻和備用資源進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，并根據(jù)當(dāng)前的系統(tǒng)運(yùn)行狀況，每5分鐘計(jì)算一次非同步備用的結(jié)算價(jià)格。
價(jià)格機(jī)制：提供非同步備用的資源按照每5分鐘非同步備用的市場出清價(jià)格(Non-Synchronized Reserve Market Clearing Prices，NSRMCP)結(jié)算。
三、英國電力輔助服務(wù)市場
英國電力輔助服務(wù)由英國國家電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)組織采購，主要包括頻率響應(yīng)服務(wù)、備用服務(wù)、無功服務(wù)等品種。除此以外，英國國家電網(wǎng)公司還負(fù)責(zé)運(yùn)營平衡機(jī)制來實(shí)現(xiàn)電力供需的短時(shí)平衡。輔助服務(wù)與平衡機(jī)制一起構(gòu)成了英國電力系統(tǒng)的平衡服務(wù)(Balancing Services)。
1.頻率響應(yīng)服務(wù)(Frequency Response Services)
根據(jù)提供方式不同，頻率響應(yīng)服務(wù)可以分為強(qiáng)制頻率響應(yīng)(Mandatory Frequency Response，MFR)、固定頻率響應(yīng)(Firm Frequency Response，F(xiàn)FR)和增強(qiáng)頻率響應(yīng)(Enhanced Frequency Response，EFR)。強(qiáng)制頻率響應(yīng)由英國國家電網(wǎng)公司根據(jù)機(jī)組大小決定其是否有義務(wù)參與調(diào)頻服務(wù)，并與符合條件的機(jī)組簽訂強(qiáng)制服務(wù)協(xié)議。剩余的頻率響應(yīng)服務(wù)(即固定頻率響應(yīng))需求通過市場化競標(biāo)的方式獲取。
2.備用服務(wù)(Reserve Services)
根據(jù)備用服務(wù)的響應(yīng)速度和時(shí)段的不同，備用服務(wù)主要包括快速備用、短期運(yùn)行備用、平衡機(jī)制啟動(dòng)備用等。
快速備用(Fast Reserve)：要求輔助服務(wù)提供商爬坡速率不低于每分鐘25 MW、響應(yīng)時(shí)間2min以內(nèi)、可調(diào)備用容量50 MW以上、持續(xù)時(shí)間15min以上。參與快速備用服務(wù)的機(jī)組需要提前進(jìn)行資格預(yù)審，通過后可以在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行每月報(bào)價(jià)。根據(jù)參與快速備用服務(wù)的機(jī)組或負(fù)荷種類，英國國家電網(wǎng)公司會(huì)付給輔助服務(wù)提供商相對(duì)應(yīng)的預(yù)留費(fèi)用和響應(yīng)電量費(fèi)用。
短期運(yùn)行備用(Short Term Operating Reserve，STOR)：與快速備用不用的是，短期運(yùn)行備用的響應(yīng)時(shí)間更長，約為4h，而持續(xù)時(shí)間一般在2h以上。目前，每年有三次針對(duì)STOR的競標(biāo)。參與者獲得的補(bǔ)償包括預(yù)留費(fèi)用和使用費(fèi)用兩部分。
平衡機(jī)制啟動(dòng)服務(wù)(BM Start-up)：平衡機(jī)制啟動(dòng)服務(wù)給予英國國家電網(wǎng)公司在必要時(shí)啟動(dòng)離線平衡機(jī)組的手段，通過標(biāo)準(zhǔn)合同獲取，按小時(shí)付費(fèi)，參與該項(xiàng)服務(wù)的機(jī)組可以獲得啟動(dòng)費(fèi)用和待機(jī)費(fèi)用的補(bǔ)償。
3.平衡機(jī)制(Balancing Mechanism)
英國的新電力法(NETA)規(guī)定，所有平衡單元(BMU)需要根據(jù)其在電力批發(fā)市場的交易情況向TSO提交發(fā)電計(jì)劃信息(Physical Notification)。這意味著多數(shù)BMU需要遵循其發(fā)電計(jì)劃。然而，由于交易所成交的電量是以售電商的負(fù)荷預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)的，因此一般所提交的發(fā)電計(jì)劃會(huì)與最終實(shí)際需要的電量存在一定偏差。TSO掌握全網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以在短期(1小時(shí)以內(nèi))將發(fā)電商的發(fā)電計(jì)劃與較為準(zhǔn)確的負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，其差額將通過平衡機(jī)制中購買平衡電量來填補(bǔ)，以保證每半小時(shí)運(yùn)行期內(nèi)的電量平衡。
如果預(yù)測(cè)負(fù)荷大于總發(fā)電計(jì)劃，則TSO需要在平衡機(jī)制中購買機(jī)組出力增加或負(fù)荷減小(Offer);反之，如果預(yù)測(cè)負(fù)荷小于總發(fā)電計(jì)劃，則TSO需要在平衡機(jī)制中購買機(jī)組出力減小或負(fù)荷增加(Bid)。調(diào)度員將根據(jù)各機(jī)組的報(bào)價(jià)選擇最有利的機(jī)組或負(fù)荷參與系統(tǒng)平衡。一般情況下，輔助服務(wù)不屬于該平衡機(jī)制的范疇內(nèi)。
在實(shí)際發(fā)電前1小時(shí)，所有機(jī)組或負(fù)荷需要向調(diào)度機(jī)構(gòu)提交最終平衡機(jī)組(負(fù)荷)最新出力(負(fù)荷)水平(Final Physical Notification，F(xiàn)PN)和至多10組的Bid/Offer報(bào)價(jià)。所謂Bid/Offer報(bào)價(jià)為由BMU在自身FPN的基礎(chǔ)上所制定的下調(diào)(上調(diào))或上調(diào)(下調(diào))機(jī)組出力(負(fù)荷)的一組以半小時(shí)為單位的電價(jià)。
圖3 英國平衡機(jī)制機(jī)組報(bào)價(jià)示意圖
圖3給出了一個(gè)發(fā)電商在平衡機(jī)制中的報(bào)價(jià)示例。在FPN的基礎(chǔ)上，出力增加越多(即報(bào)價(jià)對(duì)號(hào)碼越大)，Offer和Bid的價(jià)格須隨之上漲。假如TSO需要出力增加50 MW，電價(jià)則為30英鎊/MW•h。在此基礎(chǔ)上，如果TSO需要出力減小80 MW，則首先被選中的報(bào)價(jià)對(duì)為1號(hào)的Bid報(bào)價(jià)(25英鎊/MW•h)，其價(jià)格適用于出力減小50 MW，而后報(bào)價(jià)對(duì)-1的Bid報(bào)價(jià)(20英鎊/MW•h)被選中，其價(jià)格適用至出力減小50~80 MW的范圍。
平衡機(jī)制的結(jié)算方式為按機(jī)組報(bào)價(jià)結(jié)算，并且只根據(jù)實(shí)際平衡電量進(jìn)行結(jié)算，而不對(duì)容量進(jìn)行結(jié)算。
4.費(fèi)用分?jǐn)偱c不平衡結(jié)算
英國電力系統(tǒng)輔助服務(wù)和平衡機(jī)制所產(chǎn)生的成本首先通過系統(tǒng)平衡使用費(fèi)(Balancing Services Use of System，BSUoS)回收。該部分費(fèi)用由發(fā)電企業(yè)和電力用戶共同承擔(dān)。具體核算工作由英國國家電網(wǎng)公司的結(jié)算子公司ELEXON完成，該費(fèi)用是根據(jù)發(fā)用雙方在接入點(diǎn)的上網(wǎng)或下網(wǎng)電量以及相應(yīng)時(shí)段的BSUoS價(jià)格進(jìn)行征收的，并根據(jù)網(wǎng)損有所微調(diào)。除此以外，ELEXON公司還會(huì)根據(jù)系統(tǒng)輔助服務(wù)及平衡電量調(diào)用情況計(jì)算出偏差結(jié)算電價(jià)，按照每個(gè)市場成員相對(duì)之前提交的發(fā)用電合約曲線的偏差對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)帶來的影響向其收費(fèi)，從而達(dá)到鼓勵(lì)市場成員按照合同約定主動(dòng)實(shí)現(xiàn)自平衡。
四、國外電力輔助服務(wù)市場經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
一是輔助服務(wù)的采購和交易組織通常由系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)。電力輔助服務(wù)的基本目的是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量，與系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行機(jī)構(gòu)的職責(zé)一致。系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行機(jī)構(gòu)能夠詳細(xì)掌握各類輔助服務(wù)的需求信息，因此國外電力輔助服務(wù)市場通常由系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行機(jī)構(gòu)組織運(yùn)營。例如，英國電力市場的輔助服務(wù)由英國國家電網(wǎng)公司(NGC)負(fù)責(zé)管理，北歐市場中輔助服務(wù)由各國輸電運(yùn)行機(jī)構(gòu)(TSO)管理，加州電力市場的輔助服務(wù)由CAISO負(fù)責(zé)管理。
二是輔助服務(wù)的提供方式通常為義務(wù)提供和有償提供相結(jié)合。針對(duì)一次調(diào)節(jié)、功率因數(shù)范圍內(nèi)的無功調(diào)節(jié)等品種，多數(shù)國家和地區(qū)采用義務(wù)提供方式，將提供此類輔助服務(wù)作為發(fā)電企業(yè)參與電力市場的基本條件之一。對(duì)于AGC、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用等品種，通常采用有償提供方式，對(duì)提供服務(wù)的市場成員進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，以提高市場成員提供系統(tǒng)輔助服務(wù)的積極性。
三是輔助服務(wù)市場組織方式可以采用集中競爭或長期合約等多種方式。從國外輔助服務(wù)市場經(jīng)驗(yàn)來看，競爭程度較強(qiáng)的輔助服務(wù)品種一般采用集中競價(jià)或招標(biāo)方式采購，其余品種可通過長期合約形式購買。例如，在歐洲和美國電力市場中，備用一般通過競爭性市場采購，部分國家AGC和調(diào)頻也作為交易品種。無功調(diào)節(jié)和黑啟動(dòng)由于具有依賴地理位置或特殊裝置的特性，一般采用雙邊長期合約。
四是多數(shù)國家將輔助服務(wù)成本按照一定機(jī)制分?jǐn)偨o終端用戶。例如，歐洲部分國家通過輸電費(fèi)用或系統(tǒng)調(diào)度專項(xiàng)費(fèi)用將輔助服務(wù)成本傳導(dǎo)給用戶，美國PJM市場規(guī)定所有負(fù)荷服務(wù)商(LSE)需按照一定比例承擔(dān)調(diào)頻和備用義務(wù)。
五是適應(yīng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整不斷優(yōu)化輔助服務(wù)機(jī)制。隨著可再生能源比例的不斷提升，電力系統(tǒng)運(yùn)行呈現(xiàn)新的特點(diǎn)，各國電力市場正在積極探索引入爬坡類產(chǎn)品、系統(tǒng)慣性等新型輔助服務(wù)交易品種，滿足系統(tǒng)中對(duì)于具有快速爬坡能力、調(diào)節(jié)性能良好的電源需求，并通過市場化定價(jià)方式對(duì)此類機(jī)組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，進(jìn)一步促進(jìn)可再生能源消納。例如，美國加州電力市場已引入系統(tǒng)爬坡輔助服務(wù)品種，以應(yīng)對(duì)光伏發(fā)電給系統(tǒng)調(diào)節(jié)帶來的挑戰(zhàn)。美國得州、澳大利亞電力市場也在積極討論將系統(tǒng)慣性納入輔助服務(wù)品種的可能性。
