安科瑞 鮑靜君

　　摘  要：2022年1月24日,，中共中央就努力實現(xiàn)碳達峰,、碳中和目標進行第三十六次集體學習。在主持學習時強調(diào),，實現(xiàn)碳達峰,、碳中和,，是貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局,、推動高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求,，是黨中央統(tǒng)籌國內(nèi)國際兩個大局作出的重大戰(zhàn)略決策，要扎扎實實把黨中央決策部署落到實處,。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(zhuǎn)型體制機制和政策措施的意見》（發(fā)改能源〔2022〕206號）,，提出推動構(gòu)建以清潔低碳能源為主體的能源供應(yīng)體系和健全適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的市場機制,。[1]

　　關(guān)鍵詞：雙碳 電力市場 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)代電力市場中特色的電力金融衍生品,。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。

       電能管理

　　提供用電集抄,，用電統(tǒng)計,，分時段用電統(tǒng)計，用電同環(huán)比分析,，分組用電統(tǒng)計等功能,。

       電能質(zhì)量

　　提供電能質(zhì)量的穩(wěn)態(tài)監(jiān)測，諧波頻譜圖分析,，曲線分析,，SOE事件，ITIC,、SEMI容忍度曲線分析,、故障錄波等功能。

       能耗分析

　　提供支路能耗統(tǒng)計,，分組能耗統(tǒng)計,，能耗折標統(tǒng)計，能耗同環(huán)比分析,，能源流向圖等功能,。

       分布式光伏

　　提供光伏電站運行監(jiān)視，逆變器運行監(jiān)視,，電站發(fā)電統(tǒng)計,，逆變器發(fā)電統(tǒng)計，光伏電站配電監(jiān)測,，逆變器曲線分析等功能,。

       檔案、運維

　　提供設(shè)備定義,，設(shè)備檔案管理，設(shè)備保養(yǎng)報表,，設(shè)備二維碼維護等功能,。提供任務(wù)管理，巡檢記錄,，缺陷記錄,，消警記錄，搶修記錄,，通知工單等功能,。

　　5.適用產(chǎn)品

　　6 結(jié)語

　　AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)系統(tǒng)幫助企業(yè)用戶通過一套系統(tǒng)，即可全局,、整體的對企業(yè)用電進行進行集中監(jiān)控,、統(tǒng)一調(diào)度,、統(tǒng)一運維，同時滿足企業(yè)用電可靠,、安全,、節(jié)約、高效,、有序的要求,。

　　參考文獻

　　[1][2][3] 陳皓勇、肖東亮. 能源綠色低碳轉(zhuǎn)型背景下的電力市場風險管理[J]. 中國電力企業(yè)管理,，2022（05）.

　　[4] AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺設(shè)計安裝圖冊