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：2022-11-16 　點(diǎn)擊次數： 580次

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

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惡劣天氣頻發(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日中共中央、國務(wù)院發(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。

另外，在LMP定價(jià)機制下，針對電力系統網(wǎng)絡(luò )阻塞和損耗所引起的電價(jià)風(fēng)險，美國電力市場(chǎng)還設計了一個(gè)金融工具——金融輸電權（Financial Transmission Rights，FTR），其價(jià)值取決于日前電力市場(chǎng)中相應定價(jià)節點(diǎn)的LMP。在美國，FTR交易場(chǎng)所一般由一級市場(chǎng)和二級市場(chǎng)組成。在一級市場(chǎng)中，獨立系統運營(yíng)商將電網(wǎng)全部FTR向市場(chǎng)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(chǎng)中，市場(chǎng)參與者可以根據自身風(fēng)險偏好和對日前市場(chǎng)LMP的預測，將一級市場(chǎng)購買(mǎi)的FTR進(jìn)行自由買(mǎi)賣(mài)。FTR的概念早于1992年正式提出，并已成為現代電力市場(chǎng)中電力金融衍生品。截至目前，美國CAISO、MISO等7大獨立系統運營(yíng)商都已先后投運了FTR市場(chǎng)。

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。