摘  要：2022年1月24日，中共中就努力實現(xiàn)碳達(dá)峰,、碳中和目標(biāo)進(jìn)行第三十六次集體學(xué)習(xí),。在學(xué)習(xí)時強(qiáng)調(diào)，實現(xiàn)碳達(dá)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(jī)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(jī)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

 

  伴隨著全球氣候變化和能源轉(zhuǎn)型的加速，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(fù)荷輪停達(dá)到2000萬千瓦以上,，是規(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(fēng)力發(fā)電,、光伏發(fā)電等出力具有很強(qiáng)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(fēng)險,。[2]

2.1新能源接入和天氣,，導(dǎo)致電力市場風(fēng)險日益增強(qiáng)

  由于電能的生產(chǎn)、傳輸和消費(fèi)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(fēng)險特征,。第一，電能的生產(chǎn)環(huán)節(jié)包含風(fēng)電,、光伏等間歇性可再生能源,，出力具有隨機(jī)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(yùn)行和電力負(fù)荷的變動具有隨機(jī)波動性,，其價格彈性較低，而電力系統(tǒng)和電力市場的運(yùn)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(fēng)險事件對電力系統(tǒng)和國民經(jīng)濟(jì)造成的重大損失中，可以理解電力市場風(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(tǒng)獨立運(yùn)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(dá)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(fēng)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(yán)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(dāng)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(rèn)為,，此次風(fēng)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(fēng)電裝機(jī)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(fēng)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(yùn)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(fēng)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(fēng)險（見圖1）,。

2.2利用靈活性資源，管理電力不平衡風(fēng)險

  儲能裝置可以通過削峰填谷解決風(fēng),、光出力高峰與負(fù)荷高峰錯配的難題,，其中響應(yīng)速度較快的電化學(xué)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(jìn)而從多個不同時間尺度上規(guī)避電力不平衡風(fēng)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(xí)慣性用電模式，減少或者推移某時段的用電負(fù)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(jìn)行有機(jī)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(fēng)險的同時，取得合理的能源利用效率與經(jīng)濟(jì)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(jī)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(fù)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(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)營,，完善成本分?jǐn)偤褪找婀蚕頇C(jī)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(yùn)營商（California Independent System Operator，CAISO）和美國中部電力系統(tǒng)運(yùn)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(fù)荷的變動需求,，它在降低電力市場電力不平衡風(fēng)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(jì)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(bǔ)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(jī)組,，還有已經(jīng)關(guān)停的發(fā)電機(jī)組，而這些發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子以電動機(jī)模式接入電網(wǎng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)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(jìn)可再生能源消納,，降低相應(yīng)的電力不平衡風(fēng)險,。

2.3探索建立電力金融市場，管理電價波動風(fēng)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(fēng)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(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》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(zhǔn)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(fēng)險,，并促進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)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(biāo)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(jī)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(fēng)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(yùn)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(fēng)險偏好和對日前市場LMP的預(yù)測，將一級市場購買的FTR進(jìn)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(yùn)營商都已先后投運(yùn)了FTR市場。

2.4適合我國國情的,，電力市場風(fēng)險管理思路

  由于我國電力市場所面臨的宏觀政治經(jīng)濟(jì)環(huán)境,、改革目標(biāo)和路徑、體制機(jī)制等與國外電力市場有所不同,，電力市場所面臨的風(fēng)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(fēng)險管理經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研究適合我國國情的風(fēng)險管理措施,。根據(jù)對電力市場風(fēng)險著眼點的不同,，有的學(xué)者將電力市場風(fēng)險劃分為市場力風(fēng)險、缺電風(fēng)險,、電價風(fēng)險,、信息風(fēng)險、系統(tǒng)風(fēng)險,、電力市場規(guī)則的缺陷及法律方面的風(fēng)險,；有的學(xué)者將電力市場中的風(fēng)險分為缺電風(fēng)險、電力投資風(fēng)險,、電力定價風(fēng)險,、發(fā)電側(cè)市場力風(fēng)險、電網(wǎng)安全運(yùn)行風(fēng)險,、負(fù)荷預(yù)測風(fēng)險,、用戶欠費(fèi)風(fēng)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(fēng)險進(jìn)行如下劃分：整體上將風(fēng)險分為內(nèi)部風(fēng)險和外部風(fēng)險,，并進(jìn)一步將內(nèi)部風(fēng)險劃分為違約風(fēng)險、市場力風(fēng)險,、新能源發(fā)電風(fēng)險,、電力負(fù)荷風(fēng)險、交易風(fēng)險,、監(jiān)管風(fēng)險,、電網(wǎng)安全風(fēng)險、運(yùn)營合規(guī)風(fēng)險等,；將外部風(fēng)險劃分為能源危機(jī)風(fēng)險,、自然風(fēng)險,、社會風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險等,。

  針對市場成員建立從入場到離場的全過程,，違約風(fēng)險控制策略包括市場準(zhǔn)入機(jī)制、違約風(fēng)險量化與監(jiān)控,、違約處置機(jī)制等環(huán)節(jié),，具體措施為對市場成員準(zhǔn)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(fēng)險防范方法可以歸納為風(fēng)險點識別、風(fēng)險程度評估,、風(fēng)險邏輯推演,、風(fēng)險法規(guī)化處置四個階段。需要建立風(fēng)險監(jiān)測指標(biāo)體系,，并在異常數(shù)據(jù)達(dá)到判定閾值時發(fā)布黃色預(yù)警,。應(yīng)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的相關(guān)機(jī)制和完善輔助服務(wù)市場機(jī)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(fù)荷風(fēng)險,。應(yīng)對交易風(fēng)險的方法包括引入科學(xué)的交易機(jī)制設(shè)計理論與方法和做好負(fù)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(fēng)險的方法主要是健全監(jiān)管機(jī)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(fēng)險的方法主要是強(qiáng)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(rèn)識電力市場交易對電網(wǎng)安全的影響。合規(guī)風(fēng)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(yù)損失風(fēng)險。電力交易合規(guī)風(fēng)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(jī)制設(shè)計和市場準(zhǔn)入,，交易環(huán)節(jié)涉及交易組織,、交易行為、輸配電費(fèi),、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(fēng)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]

  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。與取得過的企業(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(fù)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(yùn)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),。

4.1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(hù),、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(fù)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(yuǎn)程下發(fā),，使企業(yè)微電網(wǎng)始終高效穩(wěn)定運(yùn)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(jìn)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(jìn)行集抄，查看綜保SOE事件,，查看故障錄波,，對電力參數(shù)進(jìn)行極大、極小,、平均值統(tǒng)計,，對主要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測如：直流屏、發(fā)電機(jī),、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(biāo)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(yùn)行監(jiān)視，逆變器運(yùn)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(yùn)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(hù)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。

 

  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(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度,、統(tǒng)一運(yùn)維,，同時滿足企業(yè)用電可靠、安全,、節(jié)約,、高效、有序的要求,。