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摘要:在可再生能源開發利用不斷加速的背景下，我國電力系統受到的穩定性影響日漸增大，需要發電企業提供更多優質的輔助服務以保證電能質量和保障系統安全。從廣東調頻市場的發展過程入手，對比國內不同地區的市場運營情況，進一步思考和判斷當前電力調頻市場的發展態勢，發現我國電力調頻市場正處于相關技術的市場推廣和研發應用潮流中。

關鍵詞:電力調頻市場;可再生能源;輔助服務;綜合調頻性能指標;發展態勢

引言

近十年來，我國在行動計劃、發展規劃乃至立法等多方面一直全力推進可再生能源的開發利用。2014年國務院辦公廳印發《能源發展戰略行動計劃(2014－2020年)》(31號文)明確了優化能源結構的戰略任務，要降低煤炭的消費占比，大力促進可再生能源發展。根據2019全年的最新數據，我國可再生能源發電裝機容量達到7．94億kW，同比增長9%;其中，風電裝機2．1億kW、光伏發電裝機2．04億kW，兩者均大幅增長，并且達到了發改委與能源局《電力發展“十三五”規劃(2016－2020年)》的目標。此外，發改委還與能源局在2019年5月了《關于建立健全可再生能源電力消納保障機制的通知》，與2010年施行的《中華人民共和國可再生能源法》相結合，明確了各省區的可再生能源發電量消納責任的權重，為保障可再生能源電力消納確立了長效機制［1］。隨著可再生能源發電機組上網的規模和比例快速增大，電力系統所受的各種影響也越發明顯，電源側的發電機組調頻運行就是為了滿足電網安全、經濟運行與新能源發電消納的需求。風力與光伏發電的出力波動強、難預測且可控性低，并網后會對電網帶來擾動，使得電力系統運行的安全風險加大［2］。這時電網便需要通過調度部門發送指令到有調頻能力的機組，使之按一定的調節速率動態調整機組出力，從而維持電力系統的整體平衡。

1廣東電力調頻市場發展過程

頻率是電能質量的關鍵指標。為激發火電企業主動提供調頻輔助服務、保證供電品質，需要建立長久有效的市場機制，通過市場手段促進調頻資源的發展與利用。從20世紀80年代開始，國家到地方層面采取了一系列電力市場化改革措施［3］，廣東省建立了與地方發展相適應的調頻輔助服務市場，切實保障了廣東電力系統的安全、穩定及經濟運行。廣東作為全國第一個電力現貨市場試運行的省份，2019年國內用電量第一、交易規模第二，厘清廣東調頻輔助服務市場的歷史，對推動今后電力市場的發展具有重要的指導意義。根據近二十年與廣東相關的主要電力改革政務文件，下文以強制執行、按需調度和市場監管3種管理模式來概述廣東電力調頻市場發展過程。

1．1強制執行模式

2000年前后，國內的電力工業實施了“政企分開”和“廠網分離”兩項重要的改革措施［4］。在1999年國家經貿委《關于做好電力工業政企分開改革工作的意見》前，調頻、調峰和備用等發電廠運行控制都以任務的形式通過行政指令下發和執行，與電力輔助服務相關的概念尚未出現。“政企分開”以后，電力部改組為國家電力公司并開始獨立運行，“發輸變配”一體化管理。根據經營者義務，電力公司必須采取調峰調頻等措施保證電力的安全供應。因此，在該時間節點及以前提供“調頻服務”具有強制性，在公司內部的分配中沒有給予額外補償。直到《電力體制改革方案》(國發［2002］5號文)印發并實現“廠網分離”以后的幾年，“電力輔助服務”的提供仍依靠強制的管理模式。而該項政策的積極意義在于促使發電側與電網側的利益主體分離，使得各方在后來的利益協調中推動了輔助服務管理機制的發展。

1．2按需調度模式

考慮到電廠分離后提供輔助服務所應得的補償與收益，國家電監會在2006年印發了《并網發電廠輔助服務管理暫行辦法》(43號文)與《發電廠并網運行管理規定》，由此我國開始了對電力輔助服務工作明確實施管理。該管理辦法第十條規定:“為保證電力系統平衡和安全，輔助服務的調用應遵循‘按需調度’的原則，由電力調度交易機構根據發電機組特性和電網情況，合理安排發電機組承擔輔助服務。”與此同時，輔助服務的概念也被明確下來，并劃分成“基本輔助服務”和“有償輔助服務”兩大類。而后來被納入電力市場現貨交易的“調頻輔助服務”，就是從有償服務中的自動發電控制(AGC)服務發展出來的，這為調頻輔助服務的市場機制建立奠定了基礎。以此為根據，2009年南方電監市場結合兩廣等南方區域的電力系統實際和電力市場建設需要，進一步制定了《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》(南方電監市場〔2009〕5號)，簡稱“兩個細則”，通過服務考核與電廠分攤的兩種途徑保障了有償輔助服務所需要的補償金。從此，廣東省內發電企業提供的調頻服務開始得到政策的支持和資金的補償。

1．3市場監管模式

進入2010年，我國開始加速可再生能源的發電上網，電力系統也隨之出現了輔助服務緊缺的情況。為了使并網電廠更積極地提供電力輔助服務，《關于進一步深化電力體制改革的若干建議》(中發〔2015〕9號)并提出要完善電力交易機構的市場功能，同時表明將進一步推進電力交易體制改革和建立輔助服務分擔共享新機制，這意味著廣東調頻輔助服務從此開啟了市場監管的模式。2017年南方能監局召開“廣東調頻市場建設方案和交易規則研討會”，討論市場準入與注冊、機組調頻性能認定和輔助服務資金來源等重要內容，印發了《關于組織開展廣東調頻輔助服務市場模擬運行的通知》(374號文)并于同年12月開始電力調頻市場模擬運行的工作。2018年8月南方能監局又印發了《廣東調頻輔助服務市場交易規則(試行)》(272號文，下稱《交易規則》)，最終確立了廣東電力調頻市場的運營及管理準則，規定了電力調頻市場組織實施方法、調頻服務考核及補償結算等。《交易規則》的實行，標志著廣東省已經完成了調頻輔助服務市場建設的初步工作。

2當前國內電力調頻市場運營情況與發展思考

目前全國各省區都已基本建立了當地的電力調頻市場規則體系并啟動機制，其中山西電力調頻輔助服務市場于2018年1月已正式運行，山東同年3月開始市場試運行與結算，而廣東9月才按《交易規則》試行電力調頻市場，《京津唐電網調頻輔助服務市場運營規則(試行)》在2018年仍處于征求意見稿狀態。可見在調頻市場的發展上，廣東及京津唐等地區相比之下稍顯遲緩，在接下來的發展道路中適宜借鑒各方經驗、加快推進調頻市場的建設步伐。下文就國內電力調頻市場今后的發展態勢分別作出三點預判。

2．1調頻服務提供者整體的調頻能力將快速提升

目前火電機組提升調頻性能的方法包括DCS協調控制優化、外掛系統優化和加裝儲能調頻裝置。憑借良好的調頻經濟效益，儲能調頻技術近期在國內得到了快速發展［5］。然而從試運行開始到現在，廣東電力調頻市場上中標的煤電機組一直減少，同時煤機總體獲得的補償收益卻不斷增加。這是由于率先接受技術優化的燃煤機組在綜合調頻性能上更具競爭力，單臺機組每月能提供更多的調頻里程，使得市場短期內需要的調頻燃煤機組臺數減少。但與初期緩慢的技術轉化應用相比，過去幾年不少研發團隊積累了一定的項目現場調試經驗，各種技術方案也日漸成熟。接下來現有技術的推廣將不斷提速，接受技術優化的煤電企業會越來越多，調頻服務提供者整體的調頻能力將會得到快速提升。

2．2儲能調頻的技術研發和產品升級速度加快

現在廣東省至少有20個建設中及已開標的AGC儲能調頻項目，且均為火電企業各自與儲能供應商的合作。采用的火電儲能聯合調頻路線方案主要有三元電池(鎳錳鈷)、磷酸鐵鋰電池和鈦酸鋰電池三種，其中三元電池產銷緊俏、磷酸鐵鋰電池占據份額最多。雖然近兩年由于三元電池起火事件的影響，儲能投資商與系統集成商基本改用了儲能密度較低的磷酸鐵鋰技術路線，煤電企業在儲能招標文件中也大多明確要求使用鐵鋰電池。但廣東中標的燃煤機組負荷率一般達到機組容量的2%/min及以上、每次提供調頻輔助服務時負荷升降±5%，這意味著儲能系統一天充放電要幾百次乃至上千次，投入2年的鐵鋰電池普遍過早衰減、需要頻繁更換，可見儲能電池的使用壽命、充放電特性、能量密度以及環境保護等問題迫切需要新手段去解決［6］。受到市場需求和利益的驅動，各研發機構和創新型企業將爭相投入更多的研發資金與實驗室資源;國家和地方政府出于扶持自主研發技術、治理廢棄電池環保問題等綜合因素，也會對高性能儲能電池研發給予政策傾斜與基金項目支持。可以預見，與儲能調頻相關的技術研發和產品升級速度在接下來的5年內會明顯加快。

2．3多種調頻技術的綜合應用將成為趨勢

發電機組的調頻能力以綜合性能指標k來衡量，該指標又包括3個因子:調節速率k1、響應時間k2和調節精度k3。DCS協調控制優化和外掛平臺優化的優勢在于有效提高負荷率，增大調節速率k1，調頻范圍寬，并可減少汽溫、汽壓等波動，調頻儲能裝置的優勢則在于增大k2值和k3值，即提升響應時間和調節精度。根據項目經驗，在DCS協調控制優化和外掛平臺優化后加裝儲能調頻設施依然有較好的疊加效果。所以綜合利用3種調頻技術，充分發揮每種技術的調頻優勢，能更大程度地提高煤電機組綜合調頻性能k。同時，市場政策也在積極引導發電行業提升綜合調頻性能。以《廣東調頻輔助服務市場交易規則(試行)》(272號文)為例，該文件第三章“交易要求”規定了參與廣東電力調頻市場的機組性能值k須大于等于0．5的準入門檻;而發電機組的中標條件除了調頻里程報價也考慮了k值的大小，即以價格從低到高安排中標出清，其他情況相同時k值高的優先出清;此外，文件還規定了電力調頻市場的補償資金由調頻服務提供者及其他市場主體按當月落地電量繳納。對于其他省份所依據的交易規則，其相關章節也有類似規定條例。因此，隨著調頻服務競爭日趨激烈，各發電企業的調頻里程報價最終都會接近低限。為了在電力調頻市場中不至于虧損，只能同時采用多種調頻技術，盡可能地提高自身機組的調頻k值。

3結語

廣東等重要區域的電力調頻市場發展情況反映出我國在電力市場化上取得了一定成效，但從中也能看到其推進速度的不盡人意。作為電力輔助服務市場的重要組成部分，調頻輔助市場需要加快發展和完善，地區試行的調頻交易規則也應盡快確定，同時在發展中還須順應調頻技術的市場推廣和研發應用潮流。

參考文獻:

［1］黃龍，陳皓勇，鐘佳宇，等．促進可再生能源消納的電力市場體系［J］．廣東電力，2020，33(2):10－17．

［2］黎嘉明．應對大規模新能源并網的電力系統發電調度控制研究［D］．武漢:華中科技大學，2017．

［3］向敏．電力市場化對發電企業的影響分析［J］．中外能源，2019，24(8):15－22．

［4］常碧玉．當前我國電力市場改革的思考［J］．技術與市場，2017，24(5):334+336．

［5］孫鋼虎，王小輝，陳遠志，等．儲能聯合發電機組調頻經濟效益分析［J］．電源學報，2020，18(4):151－156．

［6］吳惠康．鋰離子電池在大型儲能系統中的應用和開發［C］//中國電子器材總公司．現實源于“鋰想”動力成就未來———2012第二屆中國(國際)鋰電新能源高峰論壇論文集．中國電子學會通信學分會，2012:159－164．

作者：林曦陽 黃衛劍 單位：廣東電科院能源技術有限責任公司