低碳綠色轉型背景下企業(yè)如何應對電力市場(chǎng)變化

更新時(shí)間：2022-11-28瀏覽：641次

摘要：實(shí)現碳達峰、碳中和，是貫徹新發(fā)展理念、構建新發(fā)展格局、推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的內在要求，是統籌國內國際兩個(gè)大局作出的重大戰略決策，要扎扎實(shí)實(shí)把決策部署落到實(shí)處。2022年1月30日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見(jiàn)》（發(fā)改能源〔2022〕206號），提出推動(dòng)構建以清潔低碳能源為主體的能源供應體系和健全適應新型電力系統的市場(chǎng)機制。[1]

關(guān)鍵詞：雙碳電力市場(chǎng) 低碳發(fā)展新能源企業(yè)微電網(wǎng) 管理平臺

1 引言

伴隨著(zhù)全球氣候變化和能源轉型的加速，世界范圍內電力市場(chǎng)中各類(lèi)事件接連不斷。2022年3月25日，歐盟成員國領(lǐng)導人圍繞如何應對能源價(jià)格持續上漲在比利時(shí)布魯塞爾展開(kāi)激辯，但仍未能拿出統一對策。在此之前，2021年2月8～20日，美國得州經(jīng)歷了連續低溫天氣誘發(fā)的大停電事故，被迫執行的負荷輪停達到2000萬(wàn)千瓦以上，是美國規模人工停電事件，電力市場(chǎng)也受到很大沖擊。此外，美國加州、澳大利亞南澳州等地也發(fā)生過(guò)電力市場(chǎng)事故。由于在能源綠色低碳轉型背景之下快速發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等出力具有很強的不確定性，傳統的電力市場(chǎng)設計方案難再適用，使電力市場(chǎng)面臨多重風(fēng)險。[2]

2 背景

2.1新能源接入和天氣，導致電力市場(chǎng)風(fēng)險日益增強

由于電能的生產(chǎn)、傳輸和消費過(guò)程明顯區別于其他大宗商品，電力市場(chǎng)具有區別于其他商品市場(chǎng)的一些特殊性和風(fēng)險特征。第一，電能的生產(chǎn)環(huán)節包含風(fēng)電、光伏等間歇性可再生能源，出力具有隨機波動(dòng)性，在供需發(fā)生巨大變化時(shí)會(huì )降低系統的穩定性、提高電價(jià)的波動(dòng)性；其次，電能無(wú)法脫離傳輸網(wǎng)絡(luò )而獨立存在，電能的供應、交易、使用都依賴(lài)于由發(fā)電設施、傳輸網(wǎng)絡(luò )、配電網(wǎng)絡(luò )和用電設備組成的電力系統才能夠實(shí)現，而且電能的發(fā)、輸、配、供、用是瞬時(shí)完成的。另外，用電設備的運行和電力負荷的變動(dòng)具有隨機波動(dòng)性，其價(jià)格彈性較低，而電力系統和電力市場(chǎng)的運行卻對安全性和平穩性有著(zhù)較高的要求。因此，在間歇性可再生能源大規模并網(wǎng)的影響下，電力市場(chǎng)易受外界環(huán)境的影響，尤其對天氣事件較為敏感。

從近些年來(lái)電力市場(chǎng)風(fēng)險事件對電力系統和國民經(jīng)濟造成的重大損失中，可以理解電力市場(chǎng)風(fēng)險管理的重要性。2020年8月，受高溫天氣和高滲透率光伏電源接入的影響，美國加州電力系統獨立運營(yíng)商20年來(lái)處于三級緊急狀態(tài)，一度中斷超過(guò)40萬(wàn)家企業(yè)與家庭的電力供應。電力供需緊張導致加州每立方米天然氣價(jià)格3天內上漲2.19美元，約為平時(shí)價(jià)格的一倍，并迅速影響到電力現貨市場(chǎng)，導致其尖峰電價(jià)可高達1000美元/兆瓦時(shí)。2021年2月中旬，美國得克薩斯州經(jīng)歷了一次寒潮，用電需求攀升加上風(fēng)力發(fā)電和火力發(fā)電的減少，造成得州約有400萬(wàn)家庭在嚴寒中失去了電力供應，得州電力市場(chǎng)批發(fā)電價(jià)一度突破了1萬(wàn)美元/兆瓦時(shí)，按當時(shí)匯率計算電價(jià)約為人民幣65元/千瓦時(shí)。受高額批發(fā)電價(jià)影響，得州較大、建立時(shí)間長(cháng)的電力合作公司——布拉索斯電力合作公司，欠下了18億美元的電力采購賬單，并因無(wú)力償債而遞交了破產(chǎn)申請。有分析認為，此次風(fēng)險事件發(fā)生的一部分原因是其電力系統的低碳化發(fā)展，因為得州近年來(lái)風(fēng)電裝機占比從2006年的2%提高到目前的23%，而天然氣發(fā)電、燃煤發(fā)電等調節性能較好的穩定電源占比則從83%降低到64%。

在以上案例中可以發(fā)現，在間歇性可再生能源大規模接入和天氣頻發(fā)的背景下，電力市場(chǎng)的風(fēng)險主要來(lái)源于系統的不平衡電力以及相應的波動(dòng)電價(jià)。為了保障能源綠色低碳轉型背景下電力市場(chǎng)的平穩運行，各電力市場(chǎng)主體需要充分利用儲能裝置、需求響應等靈活性資源來(lái)管理電力不平衡風(fēng)險，并積極探索開(kāi)發(fā)電力期貨、電力期權等電力金融產(chǎn)品以管理電價(jià)波動(dòng)風(fēng)險（見(jiàn)圖1）。

2.2利用靈活性資源，管理電力不平衡風(fēng)險

儲能裝置可以通過(guò)削峰填谷解決風(fēng)、光出力高峰與負荷高峰錯配的難題，其中響應速度較快的電化學(xué)儲能可以提供調頻服務(wù)緩解新能源波動(dòng)導致的頻率不穩定性，進(jìn)而從多個(gè)不同時(shí)間尺度上規避電力不平衡風(fēng)險。需求響應資源則可以在新能源出力降低或電力批發(fā)市場(chǎng)價(jià)格升高時(shí)，改變電力用戶(hù)的習慣性用電模式，減少或者推移某時(shí)段的用電負荷，對電力供應作出響應，從而保障電力實(shí)時(shí)平衡。電力市場(chǎng)環(huán)境下，電力用戶(hù)可以采用基于價(jià)格的需求響應，根據接收到的電價(jià)信號調整其電力需求，主要包括分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)和尖峰電價(jià)等。此外，還可考慮基于綜合能源系統，將天然氣、熱力、氫能與新能源發(fā)電設備進(jìn)行有機整合，統籌安排不同形式能量的生產(chǎn)、利用與轉換，在降低新能源發(fā)電出力波動(dòng)風(fēng)險的同時(shí)，取得合理的能源利用效率與經(jīng)濟效益。

在高比例新能源電力市場(chǎng)中，為了充分利用各類(lèi)靈活性資源的潛在價(jià)值，需要建設有效的電力輔助服務(wù)市場(chǎng)機制。2022年1月18日國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快建設全國統一電力市場(chǎng)體系的指導意見(jiàn)》中提出，要持續完善電力輔助服務(wù)市場(chǎng)，推動(dòng)電力輔助服務(wù)市場(chǎng)更好地體現靈活調節性資源的市場(chǎng)價(jià)值，建立健全調頻、備用等輔助服務(wù)市場(chǎng)，探索用戶(hù)可調節負荷參與輔助服務(wù)交易，推動(dòng)源網(wǎng)荷儲一體化建設和多能互補協(xié)調運營(yíng)，完善成本分攤和收益共享機制。除了已經(jīng)廣泛應用的旋轉備用、調頻產(chǎn)品之外，美國加州獨立系統運營(yíng)商（California Independent System Operator，CAISO）和美國中部電力系統運營(yíng)商（Midcontinent Independent System Operator，MISO）還設計了一種新型電力輔助服務(wù)品種——靈活爬坡產(chǎn)品（Flexible Ramping Products，FRP）。FRP的設計目的在于為電力系統本時(shí)段預留出足夠的靈活調節空間，在考慮可再生能源出力波動(dòng)的基礎上，使靈活性資源的可調出力滿(mǎn)足下階段負荷的變動(dòng)需求，它在降低電力市場(chǎng)電力不平衡風(fēng)險的同時(shí)，也能為提供服務(wù)的靈活性資源所有者帶來(lái)相應的經(jīng)濟回報。

部分國家和地區，如愛(ài)爾蘭和北愛(ài)爾蘭，針對高比例新能源電力系統的低慣性問(wèn)題，設計了快速頻率響應（Fast Frequency Response，FFR）產(chǎn)品，通過(guò)在系統頻率突變時(shí)快速注入有功功率，彌補原有慣性和一次調頻容量的不足。此外，英國國家電網(wǎng)公司提出了慣性服務(wù)的概念，并在2020年1月與Drax、Rassau Grid Services、Statkraft、Triton 和Uniper五家能源企業(yè)簽訂了6年的慣性服務(wù)合同，以保證電力系統頻率的穩定性。在此項輔助服務(wù)中，系統慣性的提供者不僅包括并網(wǎng)的大型發(fā)電機組，還有已經(jīng)關(guān)停的發(fā)電機組，而這些發(fā)電機的轉子以電動(dòng)機模式接入電網(wǎng)旋轉運行，能夠以更低的成本為電力系統提供靈活性，保障系統頻率穩定，促進(jìn)可再生能源消納，降低相應的電力不平衡風(fēng)險。

2.3探索建立電力金融市場(chǎng)，管理電價(jià)波動(dòng)風(fēng)險

在可再生能源大規模接入的背景下，電力現貨市場(chǎng)價(jià)格往往劇烈波動(dòng)，電力市場(chǎng)成員迫切需要可以管理電價(jià)波動(dòng)風(fēng)險的金融工具，同時(shí)也希望能夠掌握未來(lái)購售電價(jià)的變化范圍，以合理安排購售電計劃，電力金融產(chǎn)品即為具有這種風(fēng)險管控功能的工具之一。2015年3月15日發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)》中提出，條件成熟時(shí)，探索開(kāi)展容量市場(chǎng)、電力期貨和衍生品等交易，并探索在全國建立統一的電力期貨、衍生品市場(chǎng)。2021年4月19日，廣州期貨交易所經(jīng)中國證監會(huì )批準成立，并計劃研發(fā)電力期貨產(chǎn)品，幫助電力交易主體規避電價(jià)風(fēng)險，并促進(jìn)港粵澳大灣區和我國的綠色金融發(fā)展。具體來(lái)講，常見(jiàn)的標準化電力金融產(chǎn)品是電力期貨和電力期權，這些電力金融衍生品都基于商品或金融期貨和期權的概念發(fā)展而來(lái)。其中，電力期貨是指以特定價(jià)格進(jìn)行買(mǎi)賣(mài)，在將來(lái)某一特定時(shí)間開(kāi)始交割，并在特定時(shí)間段內交割完畢，以電力期貨合約形式進(jìn)行交易的電力商品。電力期權則是一種選擇權，其交易實(shí)質(zhì)是對于電力商品使用權的買(mǎi)賣(mài)，它賦予了持有者在某一確定的時(shí)間以某個(gè)確定的價(jià)格交易電力相關(guān)標的的權利。電力期權分為看跌期權和看漲期權，或歐式期權和美式期權，電力期權的標的物可以是電力現貨和電力期貨。

由于電力網(wǎng)絡(luò )及系統*的復雜性，各個(gè)物理節點(diǎn)間供需不平衡導致整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中電力價(jià)格存在差異，難以形成統一的電力價(jià)格而不利于電力期貨市場(chǎng)的發(fā)展。為解決此問(wèn)題，美國PJM電力市場(chǎng)在所管轄的電網(wǎng)建立了若干交易中心節點(diǎn)，對應相關(guān)多個(gè)實(shí)際物理節點(diǎn)。該中心節點(diǎn)的電價(jià)是這些節點(diǎn)邊際電價(jià)（Locational Marginal Price，LMP）的加權平均，即中心節點(diǎn)的LMP是PJM電力市場(chǎng)的電價(jià)指數，基于中心節點(diǎn)的LMP可開(kāi)發(fā)出各類(lèi)電力金融衍生品。如圖2所示，在美國洲際交易所（Intercontinental Exchange，ICE）可以購買(mǎi)到美國7大區域電力市場(chǎng)的165種電力期貨產(chǎn)品和15種電力期權產(chǎn)品。

2.4適合我國國情的，電力市場(chǎng)風(fēng)險管理思路

由于我國電力市場(chǎng)所面臨的宏觀(guān)政治經(jīng)濟環(huán)境、改革目標和路徑、體制機制等與國外電力市場(chǎng)有所不同，電力市場(chǎng)所面臨的風(fēng)險類(lèi)型和程度等也存在較大差異。需在充分借鑒國外電力市場(chǎng)風(fēng)險管理經(jīng)驗的基礎上，研究適合我國國情的風(fēng)險管理措施。根據對電力市場(chǎng)風(fēng)險著(zhù)眼點(diǎn)的不同，有的學(xué)者將電力市場(chǎng)風(fēng)險劃分為市場(chǎng)力風(fēng)險、缺電風(fēng)險、電價(jià)風(fēng)險、信息風(fēng)險、系統風(fēng)險、電力市場(chǎng)規則的缺陷及法律方面的風(fēng)險；有的學(xué)者將電力市場(chǎng)中的風(fēng)險分為缺電風(fēng)險、電力投資風(fēng)險、電力定價(jià)風(fēng)險、發(fā)電側市場(chǎng)力風(fēng)險、電網(wǎng)安全運行風(fēng)險、負荷預測風(fēng)險、用戶(hù)欠費風(fēng)險等幾類(lèi)。結合我國電力市場(chǎng)改革的實(shí)際情況，筆者對電力市場(chǎng)風(fēng)險進(jìn)行如下劃分：整體上將風(fēng)險分為內部風(fēng)險和外部風(fēng)險，并進(jìn)一步將內部風(fēng)險劃分為違約風(fēng)險、市場(chǎng)力風(fēng)險、新能源發(fā)電風(fēng)險、電力負荷風(fēng)險、交易風(fēng)險、監管風(fēng)險、電網(wǎng)安全風(fēng)險、運營(yíng)合規風(fēng)險等；將外部風(fēng)險劃分為能源危機風(fēng)險、自然風(fēng)險、社會(huì )風(fēng)險、經(jīng)濟風(fēng)險等。

針對市場(chǎng)成員建立從入場(chǎng)到離場(chǎng)的全過(guò)程，違約風(fēng)險控制策略包括市場(chǎng)準入機制、違約風(fēng)險量化與監控、違約處置機制等環(huán)節，具體措施為對市場(chǎng)成員準入資質(zhì)的審核等定性分析和信用評級、履約保函制度等定量分析。電力市場(chǎng)風(fēng)險防范方法可以歸納為風(fēng)險點(diǎn)識別、風(fēng)險程度評估、風(fēng)險邏輯推演、風(fēng)險法規化處置四個(gè)階段。需要建立風(fēng)險監測指標體系，并在異常數據達到判定閾值時(shí)發(fā)布黃色預警。應對新能源發(fā)電風(fēng)險的手段包括建立儲能參與電力市場(chǎng)的相關(guān)機制和完善輔助服務(wù)市場(chǎng)機制等。通過(guò)引入需求響應和允許電動(dòng)汽車(chē)參與電力市場(chǎng)等可有效防范疏導電力負荷風(fēng)險。應對交易風(fēng)險的方法包括引入科學(xué)的交易機制設計理論與方法和做好負荷預測、電價(jià)預測和新能源出力預測等。應對監管風(fēng)險的方法主要是健全監管機構的職能并完善相應的監管制度。應對電網(wǎng)安全風(fēng)險的方法主要是強化市場(chǎng)化交易與傳統電力安全管理的協(xié)同，需深入研究和認識電力市場(chǎng)交易對電網(wǎng)安全的影響。合規風(fēng)險是指企業(yè)違反相關(guān)法律法規所導致的制裁、處罰、財產(chǎn)損失和聲譽(yù)損失風(fēng)險。電力交易合規風(fēng)險防控主要包括改革環(huán)節、交易環(huán)節和管理環(huán)節。其中改革環(huán)節涉及制度建設、機制設計和市場(chǎng)準入，交易環(huán)節涉及交易組織、交易行為、輸配電費、交易執行和交易結算，管理環(huán)節涉及信息管理、輿情管理和技術(shù)支持等。外部風(fēng)險涉及國際國內方方面面的關(guān)系，影響因素眾多，情況十分復雜，決策者需提高戰略思維能力，處理好整體和局部、政府和市場(chǎng)等關(guān)系，系統設計，多管齊下。[3]

3 應對措施

未來(lái)將有大量新能源并網(wǎng)發(fā)電，全國建有統一的電力交易中心，而電網(wǎng)供電的波動(dòng)性、間歇性引起電價(jià)的大幅快速波動(dòng)，企業(yè)配電、用電系統做出調整，以適應未來(lái)的發(fā)展需要。與現有的企業(yè)配用電情況不同，未來(lái)的企業(yè)內部大概率會(huì )有屋頂分布式光伏發(fā)電系統、作為電能蓄水池的儲能系統、以充電樁為代表的可調負荷，與大電網(wǎng)、企業(yè)內部的配電網(wǎng)共同組成“源網(wǎng)荷儲充”企業(yè)微電網(wǎng)系統。電網(wǎng)系統環(huán)節太多，要運行管理起來(lái)困難，而且要實(shí)現自動(dòng)智能調度，亟需一套統一管理的大平臺系統。

4 解決方案

4.1整體介紹

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)系統通過(guò)在源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節點(diǎn)安裝監測、分析、保護、治理裝置，通過(guò)高性能邊緣計算網(wǎng)關(guān)采集數據并上傳至企業(yè)微網(wǎng)平臺。平臺根據電網(wǎng)價(jià)格、用電負荷、電網(wǎng)調度指令等情況，調整各系統控制策略并遠程下發(fā)，使企業(yè)微電網(wǎng)始終高效穩定運行，降低企業(yè)用電成本，實(shí)現能源互聯(lián)、信息互動(dòng)。[4]

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺

4.2 組網(wǎng)結構

4.3平臺功能

4.3.1主要功能

電力監控

實(shí)現電力系統的五遙功能，根據現場(chǎng)情況進(jìn)行頁(yè)面組態(tài)繪制配電一次圖監視，能實(shí)現曲線(xiàn)趨勢分析，對電力參數進(jìn)行集抄，查看綜保SOE事件，查看故障錄波，對電力參數進(jìn)行極大、極小、平均值統計，對主要設備進(jìn)行監測如：直流屏、發(fā)電機、變壓器等。