最近看到個有意思的數(shù)據(jù)—美國加州2018年年34%的零售電力來源于可再生能源。對于一個可再生能源的支持者來說，還是蠻鼓舞人的。
在呂某看來，這個數(shù)據(jù)的實現(xiàn)，加州電力調(diào)度中心（California Independent System Operator, CAISO）的電力不平衡市場（EIM，Energy Imbalance Market）功不可沒。這個一體化的美國西部跨區(qū)域電力市場自2014年建立至今，為加州等8個州減少了810GWh的棄風(fēng)棄光棄水，相當(dāng)于減少了34.6萬噸CO2當(dāng)量的溫室氣體排放。
可以說，EIM將地理上互相獨立的市場聯(lián)系起來，使各個區(qū)域電網(wǎng)能夠共用調(diào)峰資源，利用棄用電量，減少可再生能源電源整體的波動性，從而幫助電網(wǎng)更好地消納可再生能源。
EIM是什么？
2014年11月1日，加州電力調(diào)度中心（CAISO）啟動了電力不平衡市場（EIM）構(gòu)架。這是一個跨區(qū)域的實時市場，覆蓋了華盛頓州、加利福尼亞州等8個州市，并向加拿大拓展。
作為美國西部首個將本區(qū)域電力調(diào)度中心管轄外的發(fā)電者和用戶并入交易范圍的市場，EIM同時保留了各個區(qū)域電力調(diào)度中心的獨立地位。通過吸收新的電力調(diào)度中心和電網(wǎng)管理組織，EIM使得電力交易在更大范圍內(nèi)實現(xiàn)，傳輸通道和廉價高效的能源能夠物盡其用。
CAISO管理區(qū)域、已加入EIM電網(wǎng)、計劃加入EIM電網(wǎng)，來源：California Independent System Operator (CAISO)
EIM怎么玩？
前面也說了，EIM是一個一體化市場，覆蓋區(qū)域內(nèi)的發(fā)電者和用戶都能夠自由參加市場。但是，電力調(diào)度中心的權(quán)力和管轄范圍并沒有被合并，仍有調(diào)度自主權(quán)。比如CAISO使用自動化的手段進(jìn)行電力調(diào)度，但在其他電力調(diào)度中心這一工作仍可能由人手動完成。在引入EIM后，區(qū)域間交易和調(diào)度更容易以低價高效的方式實現(xiàn)，但傳統(tǒng)電力調(diào)度的安全性原則和傳輸通道的容量限制仍是調(diào)度需要遵守的。
要了解EIM的交易機(jī)制，我們首先需要知道電力調(diào)度中心（ISO）的調(diào)度流程。
每個發(fā)電者和用戶需要在發(fā)電/用電前一段時間向ISO報告其預(yù)測產(chǎn)出或預(yù)測負(fù)荷，ISO會結(jié)合供需和傳輸來決定電力傳輸計劃，這三者統(tǒng)稱為基準(zhǔn)計劃。EIM會以基準(zhǔn)計劃為參照，確定每個市場參與者實際發(fā)電/用電和計劃的差別，并依據(jù)差別對市場參與者進(jìn)行獎勵或收費。
由此可見，實際與基準(zhǔn)計劃的偏離需要ISO調(diào)度資源進(jìn)行平衡。由于可再生能源的波動性對其輸出可控性的影響，可再生能源在單一電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)容易發(fā)生過量生產(chǎn)，可能會因為棄用或是無法達(dá)到計劃輸出而受到ISO的懲罰，造成系統(tǒng)損失，影響可再生能源發(fā)電者獲利。
那么EIM又是如何將被棄用的可再生能源“變廢為寶”、投入使用的呢？
EIM中每個區(qū)域調(diào)度中心都能實時掌握周邊電網(wǎng)的信息，一個區(qū)域可再生能源的過量生產(chǎn)可以填補(bǔ)其它區(qū)域恰好產(chǎn)生的電力空缺。那么可能就有朋友要問了，那兒有這么巧的事兒，一邊有余，一邊有缺？這么說吧，雖然呂某不敢保證這種匹配時時發(fā)生，但整體上更分散的可再生能源電源分布比集中分布的波動性更?。P(guān)于這個知識點，之前跟秦海巖老師也聊過）。
同時，EIM有時間精度為15分鐘和5分鐘兩個級別的實時市場，交易商品為電力，這與加入EIM的其他區(qū)域電網(wǎng)相同，這使得大部分電力市場參與者很容易就能夠參加EIM交易。
EIM的兩個市場，15分鐘市場和實時市場
作為EIM的管理者，CAISO使用完全自動化的系統(tǒng)來匹配供需。通過將發(fā)電者的出力、報價和用戶的需求、報價以及傳輸費用納入模型計算后，ISO匹配最經(jīng)濟(jì)的資源來滿足用戶需求，并在每個周期（通常以一天為單位）對每個市場參與者的收入支出進(jìn)行計算，并完成和市場參與者的現(xiàn)金流。
現(xiàn)代化的調(diào)度手段使得調(diào)度優(yōu)化的時間間隔能夠比以往任何時候都要精確。發(fā)電者和用戶不再需要提前很長時間向ISO提交基準(zhǔn)計劃，而是可以在發(fā)電或用電前一小時內(nèi)報告。預(yù)測這種東西，往往時間越是近，可靠性就越高，更小的預(yù)測偏差讓ISO能夠減少對應(yīng)急機(jī)組容量的需求、盡可能經(jīng)濟(jì)地利用資源、避免浪費。
EIM如何收益？
前面說到，EIM能夠幫助電力系統(tǒng)將本要棄用的可再生能源物盡其用，并且能盡可能多地利用更經(jīng)濟(jì)的發(fā)電和調(diào)峰資源，因此，更低的成本和減少巨額碳排放就是EIM獲益的關(guān)鍵。
據(jù)Western EIM 2019年第一季度的盈利報告，EIM自2014年11月運(yùn)行起，總共避免了810116MWh的可再生能源浪費，與之相應(yīng)地避免了346649噸二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體排放。同時，通過資源的跨區(qū)域有效利用和減少可再生能源棄用，EIM的8個區(qū)域僅2019年第一季度就實現(xiàn)了8538萬美元的成本節(jié)約，而從2014年開始運(yùn)行至今，EIM總成本節(jié)約量達(dá)到了65026億美元！
加州春季一天的鴨子曲線（凈負(fù)荷），正午容易發(fā)生過量生產(chǎn)。來源：CAISO, Flexible Resources Help Renewables Fast Facts
將經(jīng)濟(jì)低碳的電力從發(fā)電中心外送到負(fù)荷中心，不只是美國提高可再生能源消納的解決方案。放在中國的語境下，將可再生能源電力從西北內(nèi)陸送到東南沿海的負(fù)荷中心同樣不失為直接有效的手段。國家電網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)顯示，2017年我國新能源省間交易電量共計492億千瓦時，同比增長35.6%?，F(xiàn)貨交易電量累計69.22億千瓦時，受益省份超過20個，實現(xiàn)了可再生能源大范圍配置。
然而，由于我國電改正在進(jìn)行，將市場作為配置資源手段的實踐仍在不斷嘗試，距離建立日前市場和實時市場仍有很長的路要走，更何況建立在實時市場基礎(chǔ)上的EIM。
對中國來說，跨區(qū)電力輸送仍有很大的潛力有待釋放，利用市場手段和靈活調(diào)度增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性的同時減少棄風(fēng)棄光，是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。
