低碳綠色轉(zhuǎn)型背景下企業(yè)如何應(yīng)對電力市場變化

更新時間：2022-11-16 　點擊次數(shù)： 764次

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

1 引言

伴隨著全球氣候變化和能源轉(zhuǎn)型的加速，世界范圍內(nèi)電力市場中各類事件接連不斷。2022年3月25日，歐盟成員國領(lǐng)導(dǎo)人圍繞如何應(yīng)對能源價格持續(xù)上漲在比利時布魯塞爾展開激辯，但仍未能拿出統(tǒng)一對策。在此之前，2021年2月8～20日，美國得州經(jīng)歷了連續(xù)低溫天氣誘發(fā)的大停電事故，被迫執(zhí)行的負荷輪停達到2000萬千瓦以上，是美國規(guī)模人工停電事件，電力市場也受到很大沖擊。此外，美國加州、澳大利亞南澳州等地也發(fā)生過電力市場事故。由于在能源綠色低碳轉(zhuǎn)型背景之下快速發(fā)展的風力發(fā)電、光伏發(fā)電等出力具有很強的不確定性，傳統(tǒng)的電力市場設(shè)計方案難再適用，使電力市場面臨多重風險。[2]

2 背景

2.1新能源接入和天氣，導(dǎo)致電力市場風險日益增強

由于電能的生產(chǎn)、傳輸和消費過程明顯區(qū)別于其他大宗商品，電力市場具有區(qū)別于其他商品市場的一些特殊性和風險特征。第一，電能的生產(chǎn)環(huán)節(jié)包含風電、光伏等間歇性可再生能源，出力具有隨機波動性，在供需發(fā)生巨大變化時會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提高電價的波動性；其次，電能無法脫離傳輸網(wǎng)絡(luò)而獨立存在，電能的供應(yīng)、交易、使用都依賴于由發(fā)電設(shè)施、傳輸網(wǎng)絡(luò)、配電網(wǎng)絡(luò)和用電設(shè)備組成的電力系統(tǒng)才能夠?qū)崿F(xiàn)，而且電能的發(fā)、輸、配、供、用是瞬時完成的。另外，用電設(shè)備的運行和電力負荷的變動具有隨機波動性，其價格彈性較低，而電力系統(tǒng)和電力市場的運行卻對安全性和平穩(wěn)性有著較高的要求。因此，在間歇性可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)的影響下，電力市場易受外界環(huán)境的影響，尤其對天氣事件較為敏感。

從近些年來電力市場風險事件對電力系統(tǒng)和國民經(jīng)濟造成的重大損失中，可以理解電力市場風險管理的重要性。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(tǒng)獨立運營商20年來處于三級緊急狀態(tài)，一度中斷超過40萬家企業(yè)與家庭的電力供應(yīng)。電力供需緊張導(dǎo)致加州每立方米天然氣價格3天內(nèi)上漲2.19美元，約為平時價格的一倍，并迅速影響到電力現(xiàn)貨市場，導(dǎo)致其尖峰電價可高達1000美元/兆瓦時。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力發(fā)電和火力發(fā)電的減少，造成得州約有400萬家庭在嚴寒中失去了電力供應(yīng)，得州電力市場批發(fā)電價一度突破了1萬美元/兆瓦時，按當時匯率計算電價約為人民幣65元/千瓦時。受高額批發(fā)電價影響，得州較大、建立時間長的電力合作公司——布拉索斯電力合作公司，欠下了18億美元的電力采購賬單，并因無力償債而遞交了破產(chǎn)申請。有分析認為，此次風險事件發(fā)生的一部分原因是其電力系統(tǒng)的低碳化發(fā)展，因為得州近年來風電裝機占比從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(diào)節(jié)性能較好的穩(wěn)定電源占比則從83%降低到64%。

在以上案例中可以發(fā)現(xiàn)，在間歇性可再生能源大規(guī)模接入和惡劣天氣頻發(fā)的背景下，電力市場的風險主要來源于系統(tǒng)的不平衡電力以及相應(yīng)的波動電價。為了保障能源綠色低碳轉(zhuǎn)型背景下電力市場的平穩(wěn)運行，各電力市場主體需要充分利用儲能裝置、需求響應(yīng)等靈活性資源來管理電力不平衡風險，并積極探索開發(fā)電力期貨、電力期權(quán)等電力金融產(chǎn)品以管理電價波動風險（見圖1）。

2.2利用靈活性資源，管理電力不平衡風險

儲能裝置可以通過削峰填谷解決風、光出力高峰與負荷高峰錯配的難題，其中響應(yīng)速度較快的電化學儲能可以提供調(diào)頻服務(wù)緩解新能源波動導(dǎo)致的頻率不穩(wěn)定性，進而從多個不同時間尺度上規(guī)避電力不平衡風險。需求響應(yīng)資源則可以在新能源出力降低或電力批發(fā)市場價格升高時，改變電力用戶的習慣性用電模式，減少或者推移某時段的用電負荷，對電力供應(yīng)作出響應(yīng)，從而保障電力實時平衡。電力市場環(huán)境下，電力用戶可以采用基于價格的需求響應(yīng)，根據(jù)接收到的電價信號調(diào)整其電力需求，主要包括分時電價、實時電價和尖峰電價等。此外，還可考慮基于綜合能源系統(tǒng)，將天然氣、熱力、氫能與新能源發(fā)電設(shè)備進行有機整合，統(tǒng)籌安排不同形式能量的生產(chǎn)、利用與轉(zhuǎn)換，在降低新能源發(fā)電出力波動風險的同時，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中，為了充分利用各類靈活性資源的潛在價值，需要建設(shè)有效的電力輔助服務(wù)市場機制。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(shè)全國統(tǒng)一電力市場體系的指導(dǎo)意見》中提出，要持續(xù)完善電力輔助服務(wù)市場，推動電力輔助服務(wù)市場更好地體現(xiàn)靈活調(diào)節(jié)性資源的市場價值，建立健全調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)市場，探索用戶可調(diào)節(jié)負荷參與輔助服務(wù)交易，推動源網(wǎng)荷儲一體化建設(shè)和多能互補協(xié)調(diào)運營，完善成本分攤和收益共享機制。除了已經(jīng)廣泛應(yīng)用的旋轉(zhuǎn)備用、調(diào)頻產(chǎn)品之外，美國加州獨立系統(tǒng)運營商（California Independent System Operator，CAISO）和美國中部電力系統(tǒng)運營商（Midcontinent Independent System Operator，MISO）還設(shè)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，F(xiàn)RP）。FRP的設(shè)計目的在于為電力系統(tǒng)本時段預(yù)留出足夠的靈活調(diào)節(jié)空間，在考慮可再生能源出力波動的基礎(chǔ)上，使靈活性資源的可調(diào)出力滿足下階段負荷的變動需求，它在降低電力市場電力不平衡風險的同時，也能為提供服務(wù)的靈活性資源所有者帶來相應(yīng)的經(jīng)濟回報。

部分國家和地區(qū)，如愛爾蘭和北愛爾蘭，針對高比例新能源電力系統(tǒng)的低慣性問題，設(shè)計了快速頻率響應(yīng)（Fast Frequency Response，F(xiàn)FR）產(chǎn)品，通過在系統(tǒng)頻率突變時快速注入有功功率，彌補原有慣性和一次調(diào)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(tǒng)頻率的穩(wěn)定性。在此項輔助服務(wù)中，系統(tǒng)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(zhuǎn)子以電動機模式接入電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)運行，能夠以更低的成本為電力系統(tǒng)提供靈活性，保障系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，促進可再生能源消納，降低相應(yīng)的電力不平衡風險。

2.3探索建立電力金融市場，管理電價波動風險

在可再生能源大規(guī)模接入的背景下，電力現(xiàn)貨市場價格往往劇烈波動，電力市場成員迫切需要可以管理電價波動風險的金融工具，同時也希望能夠掌握未來購售電價的變化范圍，以合理安排購售電計劃，電力金融產(chǎn)品即為具有這種風險管控功能的工具之一。2015年3月15日中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見》中提出，條件成熟時，探索開展容量市場、電力期貨和衍生品等交易，并探索在全國建立統(tǒng)一的電力期貨、衍生品市場。2021年4月19日，廣州期貨交易所經(jīng)中國證監(jiān)會批準成立，并計劃研發(fā)電力期貨產(chǎn)品，幫助電力交易主體規(guī)避電價風險，并促進港粵澳大灣區(qū)和我國的綠色金融發(fā)展。具體來講，常見的標準化電力金融產(chǎn)品是電力期貨和電力期權(quán)，這些電力金融衍生品都基于商品或金融期貨和期權(quán)的概念發(fā)展而來。其中，電力期貨是指以特定價格進行買賣，在將來某一特定時間開始交割，并在特定時間段內(nèi)交割完畢，以電力期貨合約形式進行交易的電力商品。電力期權(quán)則是一種選擇權(quán)，其交易實質(zhì)是對于電力商品使用權(quán)的買賣，它賦予了持有者在某一確定的時間以某個確定的價格交易電力相關(guān)標的的權(quán)利。電力期權(quán)分為看跌期權(quán)和看漲期權(quán)，或歐式期權(quán)和美式期權(quán)，電力期權(quán)的標的物可以是電力現(xiàn)貨和電力期貨。

由于電力網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)*的復(fù)雜性，各個物理節(jié)點間供需不平衡導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)中電力價格存在差異，難以形成統(tǒng)一的電力價格而不利于電力期貨市場的發(fā)展。為解決此問題，美國PJM電力市場在所管轄的電網(wǎng)建立了若干交易中心節(jié)點，對應(yīng)相關(guān)多個實際物理節(jié)點。該中心節(jié)點的電價是這些節(jié)點邊際電價（Locational Marginal Price，LMP）的加權(quán)平均，即中心節(jié)點的LMP是PJM電力市場的電價指數(shù)，基于中心節(jié)點的LMP可開發(fā)出各類電力金融衍生品。如圖2所示，在美國洲際交易所（Intercontinental Exchange，ICE）可以購買到美國7大區(qū)域電力市場的165種電力期貨產(chǎn)品和15種電力期權(quán)產(chǎn)品。

另外，在LMP定價機制下，針對電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)阻塞和損耗所引起的電價風險，美國電力市場還設(shè)計了一個金融工具——金融輸電權(quán)（Financial Transmission Rights，F(xiàn)TR），其價值取決于日前電力市場中相應(yīng)定價節(jié)點的LMP。在美國，F(xiàn)TR交易場所一般由一級市場和二級市場組成。在一級市場中，獨立系統(tǒng)運營商將電網(wǎng)全部FTR向市場參與者出售，其容量主要由可用輸電容量（Available Transfer Capacity，ATC）決定；在二級市場中，市場參與者可以根據(jù)自身風險偏好和對日前市場LMP的預(yù)測，將一級市場購買的FTR進行自由買賣。FTR的概念早于1992年正式提出，并已成為現(xiàn)代電力市場中電力金融衍生品。截至目前，美國CAISO、MISO等7大獨立系統(tǒng)運營商都已先后投運了FTR市場。

2.4適合我國國情的，電力市場風險管理思路

由于我國電力市場所面臨的宏觀政治經(jīng)濟環(huán)境、改革目標和路徑、體制機制等與國外電力市場有所不同，電力市場所面臨的風險類型和程度等也存在較大差異。需在充分借鑒國外電力市場風險管理經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研究適合我國國情的風險管理措施。根據(jù)對電力市場風險著眼點的不同，有的學者將電力市場風險劃分為市場力風險、缺電風險、電價風險、信息風險、系統(tǒng)風險、電力市場規(guī)則的缺陷及法律方面的風險；有的學者將電力市場中的風險分為缺電風險、電力投資風險、電力定價風險、發(fā)電側(cè)市場力風險、電網(wǎng)安全運行風險、負荷預(yù)測風險、用戶欠費風險等幾類。結(jié)合我國電力市場改革的實際情況，筆者對電力市場風險進行如下劃分：整體上將風險分為內(nèi)部風險和外部風險，并進一步將內(nèi)部風險劃分為違約風險、市場力風險、新能源發(fā)電風險、電力負荷風險、交易風險、監(jiān)管風險、電網(wǎng)安全風險、運營合規(guī)風險等；將外部風險劃分為能源危機風險、自然風險、社會風險、經(jīng)濟風險等。

針對市場成員建立從入場到離場的全過程，違約風險控制策略包括市場準入機制、違約風險量化與監(jiān)控、違約處置機制等環(huán)節(jié)，具體措施為對市場成員準入資質(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。電力市場風險防范方法可以歸納為風險點識別、風險程度評估、風險邏輯推演、風險法規(guī)化處置四個階段。需要建立風險監(jiān)測指標體系，并在異常數(shù)據(jù)達到判定閾值時發(fā)布黃色預(yù)警。應(yīng)對新能源發(fā)電風險的手段包括建立儲能參與電力市場的相關(guān)機制和完善輔助服務(wù)市場機制等。通過引入需求響應(yīng)和允許電動汽車參與電力市場等可有效防范疏導(dǎo)電力負荷風險。應(yīng)對交易風險的方法包括引入科學的交易機制設(shè)計理論與方法和做好負荷預(yù)測、電價預(yù)測和新能源出力預(yù)測等。應(yīng)對監(jiān)管風險的方法主要是健全監(jiān)管機構(gòu)的職能并完善相應(yīng)的監(jiān)管制度。應(yīng)對電網(wǎng)安全風險的方法主要是強化市場化交易與傳統(tǒng)電力安全管理的協(xié)同，需深入研究和認識電力市場交易對電網(wǎng)安全的影響。合規(guī)風險是指企業(yè)違反相關(guān)法律法規(guī)所導(dǎo)致的制裁、處罰、財產(chǎn)損失和聲譽損失風險。電力交易合規(guī)風險防控主要包括改革環(huán)節(jié)、交易環(huán)節(jié)和管理環(huán)節(jié)。其中改革環(huán)節(jié)涉及制度建設(shè)、機制設(shè)計和市場準入，交易環(huán)節(jié)涉及交易組織、交易行為、輸配電費、交易執(zhí)行和交易結(jié)算，管理環(huán)節(jié)涉及信息管理、輿情管理和技術(shù)支持等。外部風險涉及國際國內(nèi)方方面面的關(guān)系，影響因素眾多，情況十分復(fù)雜，決策者需提高戰(zhàn)略思維能力，處理好整體和局部、政府和市場等關(guān)系，系統(tǒng)設(shè)計，多管齊下。[3]

3 應(yīng)對措施

未來將有大量新能源并網(wǎng)發(fā)電，全國建有統(tǒng)一的電力交易中心，而電網(wǎng)供電的波動性、間歇性引起電價的大幅快速波動，企業(yè)配電、用電系統(tǒng)做出調(diào)整，以適應(yīng)未來的發(fā)展需要。與現(xiàn)有的企業(yè)配用電情況不同，未來的企業(yè)內(nèi)部大概率會有屋頂分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、作為電能蓄水池的儲能系統(tǒng)、以充電樁為代表的可調(diào)負荷，與大電網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)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(tǒng)。電網(wǎng)系統(tǒng)環(huán)節(jié)太多，要運行管理起來困難，而且要實現(xiàn)自動智能調(diào)度，亟需一套統(tǒng)一管理的大平臺系統(tǒng)。

4 解決方案

4.1整體介紹

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)通過在源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個關(guān)鍵節(jié)點安裝監(jiān)測、分析、保護、治理裝置，通過高性能邊緣計算網(wǎng)關(guān)采集數(shù)據(jù)并上傳至企業(yè)微網(wǎng)平臺。平臺根據(jù)電網(wǎng)價格、用電負荷、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況，調(diào)整各系統(tǒng)控制策略并遠程下發(fā)，使企業(yè)微電網(wǎng)始終高效穩(wěn)定運行，降低企業(yè)用電成本，實現(xiàn)能源互聯(lián)、信息互動。[4]

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺

4.2 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4.3平臺功能

4.3.1主要功能

電力監(jiān)控

實現(xiàn)電力系統(tǒng)的五遙功能，根據(jù)現(xiàn)場情況進行頁面組態(tài)繪制配電一次圖監(jiān)視，能實現(xiàn)曲線趨勢分析，對電力參數(shù)進行集抄，查看綜保SOE事件，查看故障錄波，對電力參數(shù)進行極大、極小、平均值統(tǒng)計，對主要設(shè)備進行監(jiān)測如：直流屏、發(fā)電機、變壓器等。