近年來中國風電裝機容量規(guī)模增長迅速,根據(jù)國家能源局發(fā)布的全國電力工業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù),截至2014年底,全國全口徑風電累計并網(wǎng)容量已達95.8GW,同比增長25.6%。與此形成鮮明對比的是2014年中國并網(wǎng)風電設(shè)備的利用小時數(shù)僅為1905h,同比下降120小時。大規(guī)模風電并網(wǎng)后的風電消納困難日益凸顯。清華大學課題組承接國家電網(wǎng)公司的科技項目,針對我國“三北”地區(qū)富風期與供熱期相重疊的特點,結(jié)合大用戶直購電市場化改革方案,提出了激勵電力用戶參與風電消納的日前市場模式。

　　1、中國“三北”地區(qū)面臨的風電消納困境

　　1.風能資源集中地區(qū)供熱機組占比高

　　受地形、大氣環(huán)流等因素影響,中國風能資源主要分布在西北、東北、華北（“三北”）地區(qū),而“三北”地區(qū)由于供暖需要,電源結(jié)構(gòu)中供熱機組占比較高。以京津唐電網(wǎng)2013年底的情況為例,供熱機組占火電裝機容量的60%,供熱機組調(diào)峰率范圍僅為機組額定容量的12%~18%。

　　2.供熱期與富風期相重疊的特征加劇系統(tǒng)調(diào)峰難度

　　“三北”地區(qū)供熱期與富風期相重疊的特征為系統(tǒng)調(diào)峰帶來極大挑戰(zhàn),在系統(tǒng)負荷低谷時段風電出力的“反調(diào)峰”特性更是加劇了系統(tǒng)調(diào)峰難度,存在著供熱機組全部壓出力下限運行卻仍然大量棄風的現(xiàn)象,表明系統(tǒng)的發(fā)電側(cè)調(diào)峰資源無法滿足風電消納需求,亟需尋找新的調(diào)峰資源。

　　3.跨區(qū)調(diào)峰資源消納風電的方式效果有限

　　跨區(qū)風電調(diào)峰是近年來解決風電消納問題的重要舉措,2013年京津唐電網(wǎng)通過低谷掛牌交易消納蒙西、東北電網(wǎng)風電電量各18億可kW﹒h、40億kW﹒h。然而,考慮到受端電網(wǎng)負荷低谷時段的調(diào)峰壓力巨大,利用跨區(qū)調(diào)峰資源消納風電的方式效果有限,有必要積極探索促進風電消納的新思路。

　　2、需求側(cè)參與風電消納的國內(nèi)外實踐經(jīng)驗和研究成果

　　縱觀國外電力系統(tǒng)的風電消納經(jīng)驗,可以歸納為以下3類主要解決思路：①利用燃氣、水電及抽水蓄能等快速啟停機組參與風電消納調(diào)峰,如美國、德國、西班牙等；②利用鄰國鄰區(qū)電源結(jié)構(gòu)的互補特性開展跨國跨區(qū)電力互濟交易,如丹麥、德國等；③利用基于價格或激勵機制的需求響應(yīng)資源參與風電消納,在智能電網(wǎng)環(huán)境下,需求響應(yīng)已成為各國促進風電消納的重要手段。

　　國內(nèi)外學者在利用需求側(cè)響應(yīng)促進風電消納方面已經(jīng)開展了大量研究工作,需求側(cè)響應(yīng)機制主要包括基于價格機制、激勵機制和將二者相配合使用3種類型,上述需求側(cè)響應(yīng)計劃被應(yīng)用于考慮大規(guī)模風電接入的日前調(diào)度優(yōu)化決策、期貨市場、日前市場出清、系統(tǒng)運行模擬等工作當中,研究結(jié)果表明需求側(cè)響應(yīng)對促進風電消納、降低系統(tǒng)調(diào)峰壓力具有顯著作用。

　　3、中國在當前售電側(cè)市場環(huán)境下應(yīng)引入電力用戶參與風電消納

　　2013年至2014年,國務(wù)院、發(fā)改委、國家能源局密集出臺了一系列政策,積極推進中國售電側(cè)電力體制改革,廣東、江蘇、甘肅等地加速推進電力用戶與發(fā)電企業(yè)（C-G）直接交易試點工作。隨著C-G直接交易量的不斷擴大,基于現(xiàn)貨市場金融結(jié)算的C-G直接交易將僅對實時調(diào)度構(gòu)成軟約束,能夠最大限度地降低直接交易對電網(wǎng)安全的影響,將成為未來中國售電側(cè)市場發(fā)展的重要方向。然而,基于現(xiàn)貨市場的C-G直接交易僅作為一種雙邊交易模式,是市場成員鎖定成交價格、規(guī)避風險的交易品種,而忽略了蘊藏在用戶側(cè)的調(diào)峰潛力。在售電側(cè)市場化環(huán)境下,應(yīng)積極發(fā)揮電力用戶的需求響應(yīng)作用,在市場機制設(shè)計中全面激發(fā)用戶側(cè)參與風電消納的積極性,為系統(tǒng)消納新能源提供調(diào)峰資源。

　　4、中國售電側(cè)市場環(huán)境下電力用戶參與風電消納的市場機制設(shè)計

　　1.電力用戶參與風電消納的日前市場模式設(shè)計

　　以參與C-G直接交易的電力用戶為研究對象,深入研究了激勵電力用戶積極參與風電消納的市場機制,從交易原理、交易申報、交易出清、交易結(jié)算、交易流程等方面,詳細設(shè)計電力用戶參與風電消納的日前市場模式；該市場模式將有效解決如下問題：①如何實現(xiàn)電力用戶參與風電消納的價格發(fā)現(xiàn)；②如何賦予電力用戶調(diào)峰用電曲線的分散決策權(quán)；③如何設(shè)計電力用戶調(diào)峰成本在市場成員中的合理分攤機制。

　　2.構(gòu)建電力用戶參與風電消納的日前市場交易出清模型

　　基于上述市場模式設(shè)計,構(gòu)建了電力用戶參與風電消納的日前市場交易出清模型,該模型精細化地考慮了市場模式中的各項機制設(shè)計。算例測算結(jié)果表明,在供熱機組占比較高、供熱期與富風期重合的電力系統(tǒng)中,系統(tǒng)下調(diào)旋轉(zhuǎn)備用不足是造成風電棄風的主要原因；引入電力用戶參與風電消納為系統(tǒng)提供了一種負荷低谷時段的需求側(cè)調(diào)峰資源,從而有效地減少了風電棄風電量,本文所設(shè)計結(jié)算機制可以實現(xiàn)調(diào)峰補償成本在火電機組和風電機組之間的合理分攤。

　　有關(guān)以上模式、模型設(shè)計的具體論述請參見文章原文。

　　3.電力用戶參與風電消納市場機制設(shè)計的作用

　　本文所提模式、模型具備風電消納調(diào)峰價格發(fā)現(xiàn)、電力用戶調(diào)峰潛力挖掘以及市場成員調(diào)峰義務(wù)分攤?cè)矫嬷饕δ?將為促進我國“三北”地區(qū)富風期的風電消納開辟市場化途徑,為現(xiàn)貨市場環(huán)境下市場成員公平承擔調(diào)峰義務(wù)提供合理的激勵機制與市場模式。

　　主要作者及團隊介紹

　　夏葉,清華大學電機系博士后,主要研究方向為電力市場、電網(wǎng)調(diào)度運行、需求響應(yīng)等。

　　清華大學電機系夏清教授、康重慶教授團隊目前擁有教授2人、副教授1人、講師1人和博士后4人。主要從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度運行、智能電網(wǎng)、電力市場、負荷預(yù)測、新能源、低碳電力和綜合能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的研究工作。近5年團隊發(fā)表或錄用SCI論文40余篇,其中20余篇發(fā)表在IEEETransactions上,近5年EI論文140余篇。所研發(fā)的負荷預(yù)測軟件在我國200余家地市電網(wǎng)得到推廣應(yīng)用,發(fā)電計劃與檢修計劃軟件在全國10余個省級調(diào)度中心應(yīng)用。