中國儲能網(wǎng)訊：作為最早建立電力現(xiàn)貨市場和輔助服務市場的國家，英國電網(wǎng)新能源裝機占比在2020年底達到34.3%。2020年5月至7月間，英國電力輔助服務支出增加到2億英鎊，是2019年同期的3倍。其主要原因是防疫隔離導致用電負荷下降，引發(fā)高比例新能源裝機下電力系統(tǒng)運行特征與現(xiàn)行市場規(guī)則的諸多矛盾集中暴露。
三大因素致輔助服務成本飆升
英國輔助服務成本飆升的三大直接原因是用電需求減少、新能源出力因差價合約機制不受市場價格影響、核電機組因靈活性不足難以響應價格信號。
在用電需求方面，用戶負荷減少、新能源出力不變減少了系統(tǒng)凈負荷，使得同步機組出力被擠出，引起轉(zhuǎn)動慣量下降，令系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性十分脆弱。在防疫隔離期間，英國的電力需求比上年同期下降了約28%，導致扣除新能源出力后的凈負荷大幅減少，引起提供轉(zhuǎn)動慣量的燃煤和燃氣機組被大量擠出。轉(zhuǎn)動慣量下降使系統(tǒng)更容易出現(xiàn)頻率失常，因此需要更多輔助服務來維持頻率穩(wěn)定。
在新能源價格機制方面，特殊的政策保護使新能源機組在現(xiàn)貨市場負電價時仍能獲得收益，無序發(fā)電加大系統(tǒng)平衡困難。據(jù)了解，英國大多數(shù)新能源機組通過差價合約方式保價消納，在政策保護下，新能源機組在現(xiàn)貨電價為負時，仍然不減少出力，這導致系統(tǒng)面臨嚴峻的發(fā)用不平衡威脅，減出力性質(zhì)的輔助服務產(chǎn)品需求大增。
在機組靈活性方面，由于啟停成本、啟停速度、最小技術(shù)出力等方面的原因，核電機組無法對現(xiàn)貨電價做出快速反應，因此在現(xiàn)貨電價很低甚至為負數(shù)時，也難以大幅降低出力，調(diào)度機構(gòu)被迫按“N-1”事故（指任一單個供電設備發(fā)生故障——編者注）下系統(tǒng)不崩潰的原則預留大量備用，這加大了輔助服務需求量，抬高了輔助服務成本。
多管齊下提升消納能力
為應對嚴峻形勢，英國監(jiān)管部門和市場機構(gòu)通過經(jīng)濟、技術(shù)多方面途徑，采取了增設市場產(chǎn)品、調(diào)整市場協(xié)議、優(yōu)化市場出清、加速設備升級等一系列措施。
一是設立“可選下調(diào)靈活性”產(chǎn)品，商業(yè)化采購了450萬千瓦下調(diào)能力，主要是未直接并入輸電網(wǎng)的風電和光伏發(fā)電機組，以及一些負荷側(cè)資源。在5月至7月間，“可選下調(diào)靈活性”產(chǎn)品共被調(diào)用4次。
二是通過雙邊協(xié)議，將裝機容量130萬千瓦的塞茲韋爾B核電站核電機組出力壓至一半，從而減小了對輔助服務的需求。
三是靈活使用平衡機制，繞過經(jīng)濟調(diào)度順序，讓230萬千瓦的燃氣機組上線提供轉(zhuǎn)動慣量和調(diào)頻能力，即燃氣機組不再以邊際成本最小化安排出力，而是為了滿足轉(zhuǎn)動慣量和調(diào)頻需求調(diào)整出力。
四是加速推進了一項繼電保護裝置升級計劃，資助配網(wǎng)發(fā)電機組升級繼電保護裝置的硬件和軟件，擴展機組頻率調(diào)節(jié)適應能力，減少低頻減載風險。
對構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的啟示
從英國的情況來看，新能源平價上網(wǎng)不等于平價利用，其消納成本會在輔助服務成本中體現(xiàn)，可能使用戶負擔加重。新能源隨機、波動、不可控的特點，不可避免的會增加對電力系統(tǒng)靈活性資源的需求，而靈活性資源主要以輔助服務產(chǎn)品形式體現(xiàn)，因此輔助服務成本將會隨新能源占比增加呈上升趨勢。
從價格機制來看，電力市場價格機制應與高比例新能源場景相適應。在系統(tǒng)中新能源裝機占比較低的背景下，固定價格、差價合約等保障性價格機制對新能源發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。但是，在新能源占比逐漸提升之后，新能源電力大規(guī)模并網(wǎng)可能會影響系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行。當新能源發(fā)電技術(shù)逐漸成熟、主體地位逐漸鞏固后，應該設計更突出全局資源優(yōu)化配置的價格機制，按系統(tǒng)和市場的實際情況向新能源發(fā)電場站傳遞價格信號。
從產(chǎn)品體系來看，電力市場產(chǎn)品設置要針對新型電力系統(tǒng)的需求進行靈活調(diào)整。例如，可逐步豐富調(diào)頻、備用等輔助服務產(chǎn)品的譜系，必要時可采購靈活性的調(diào)節(jié)資源。
從資源開發(fā)來看，消納新能源產(chǎn)生的靈活性資源需求靠傳統(tǒng)方式已經(jīng)難以滿足，需要從用戶側(cè)依靠新技術(shù)、新業(yè)態(tài)獲取。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)靈活性資源主要由發(fā)電側(cè)提供，但未來占發(fā)電側(cè)主體地位的新能源發(fā)電機組不可控特征明顯。因此，必須充分挖掘虛擬電廠、新能源汽車、用戶側(cè)儲能等新型靈活性資源，通過價格機制對其進行引導。
從技術(shù)趨勢來看，要高度重視高比例電力電子設備背景下的轉(zhuǎn)動慣量等新問題。發(fā)電側(cè)清潔化和用電側(cè)電氣化、智能化已成趨勢，發(fā)、用兩側(cè)電力電子設備比例繼續(xù)走高不可避免。在此背景下，要重點關(guān)注高比例電力電子裝置帶來的轉(zhuǎn)動慣量不足、新能源逆變裝置與直流送端控制之間的協(xié)同等問題。高比例新能源下的電力平衡分析需要從小時級、分鐘級向秒級甚至更短時間尺度進行延伸，同時應加大力度部署和研究能提供轉(zhuǎn)動慣量的設備或技術(shù)路線，如調(diào)相機、飛輪儲能、燃氣機氫氣摻燒等。
（作者：李司陶 尤培培 張超 孫啟星，國網(wǎng)能源研究院）
