服務化趨勢下的風電設備后市場服務模式與策略研究

呂洋 張大勇

【摘 要】隨著歐盟可再生能源指南及2020能源目標的發(fā)布，電力市場大規(guī)模并入風電已經(jīng)成為必然的趨勢。而由于風能發(fā)電占總體發(fā)電容量比例的大幅增加，風電并網(wǎng)成本的增加，風能發(fā)電對電網(wǎng)及電力市場的影響將變得至關重要。文章總結了歐洲主流國家的風力發(fā)電補貼政策，分析了大規(guī)模風電并入市場后導致的市場成本的變化，提出了幾種風電參與電力市場的市場設計模式。最后利用支撐向量機算法進行風速預測，證明了風電生產(chǎn)商越接近交易時段進行報價，越能有效提高風電功率預測精度，從而降低市場交易成本。

【關鍵詞】風電；電力市場；風速預測；支撐向量機

近十年來，由于歐洲的綠色可再生能源政策的影響，風能發(fā)電在歐洲得到了迅速的發(fā)展。這些能源政策包括了，上網(wǎng)電價補貼政策，上網(wǎng)電價溢價政策，以及綠色證書交易政策等，它們大大降低了可再生能源發(fā)電廠商在電力市場中面對的風險，從而大大的鼓勵了風能發(fā)電在歐洲電力市場的成長。然而，盡管這樣，歐洲各國的風能發(fā)電占整個發(fā)電容量的比例還是過低，由于其他傳統(tǒng)發(fā)電形式的吸收，風電并網(wǎng)成本在整個電力市場成本中可以忽略不計。

然而隨著歐盟可再生能源指南及2020能源目標的發(fā)布，電力市場大規(guī)模并入風電已經(jīng)成為必然的趨勢，隨著風能發(fā)電占總體發(fā)電容量比例的大幅增加，風電并網(wǎng)成本的增加，風能發(fā)電對電網(wǎng)及電力市場的影響將變得至關重要。大規(guī)模風電的發(fā)展使得現(xiàn)行的電力市場設計，規(guī)則都要發(fā)生改變，不僅要給風能發(fā)電及傳統(tǒng)發(fā)電形式同樣的激勵，也要保證盡可能的降低社會成本，讓終端用戶的電費合理[1]。

一、含大規(guī)模風電接入的電力市場設計

1.大規(guī)模風電并入市場后導致的市場成本的變化

在電力市場中，由于風能出力的不確定性，導致了系統(tǒng)必須留有一部分備用以應對風能出力的變化與負荷變化的不匹配性，這部分備用通常是由昂貴的燃氣機組或者抽水蓄能機組來提供，為了降低電力市場交易成本，這就要求短期風力預測能夠盡量準確。當市場中只有傳統(tǒng)機組的時候，日期市場用來預調度傳統(tǒng)機組，考慮機組起停機組組合問題，使得機組運行成本及燃料成本最優(yōu)，一小時前預調度可以使得運行人員保證系統(tǒng)留有的備用最優(yōu)，從而既能保證網(wǎng)絡安全，又能夠使得市場運營成本最小。當風電大規(guī)模參與到電力市場交易中，我們可以發(fā)現(xiàn)，風電功率預測精度越高，市場交易成本越小。

電力市場中，發(fā)電商及用戶在日前，進行小時報價，市場以最經(jīng)濟的方式來進行機組組合，并且定制調度計劃。同樣，備用服務在輔助服務市場內交易，這個市場在實際交易一小時前關閉，或者就與實時交易同時進行。系統(tǒng)運行人員，由于有責任保證系統(tǒng)實時保持平衡，所以要向系統(tǒng)提供及分配輔助服務容量。當大規(guī)模風電并入系統(tǒng)后，風電必然也要參與到電力市場中參與報價，風力發(fā)電商要根據(jù)短期風電功率預測的結果來對市場進行報價，可以看出，預測結果越準確，申報的容量也會越準確，如果無法準確完成自己的申報容量，風力發(fā)電商將會收到罰款，因為其導致了系統(tǒng)的供需不平衡，從而導致系統(tǒng)運行人員去輔助服務市場購買備用容量，從而引起市場交易成本的升高。所以對于風能參與的電力市場的設計應該考慮，如何對風電發(fā)電商制定懲罰措施，才能促使其盡可能的降低其實際發(fā)電功率與申報功率之間的誤差。

2.大規(guī)模風電參與日前電力市場的市場模式設計

前面提到過，為了使得市場交易成本最優(yōu)，市場設計者將會要求風電發(fā)電商盡可能的提高風電功率預測的精度，以減少市場運營者調用昂貴的備用機組的頻率及容量，這種要求往往是以懲罰措施來施加給發(fā)電商的。從各國實踐來看，荷蘭對于風力發(fā)電商的政策是，如果發(fā)電商能比預測多發(fā)電，將得到16歐元/MWh的獎勵，但是，如果發(fā)電商沒有達到預測的電量，將會受到120歐元/MWh的懲罰，這樣，如果發(fā)電商有25%的電能預測精度非常低的話，將會減少它至少一半的收益。丹麥的風電發(fā)電商要為其風電功率預測的誤差在成本上支付大概1.3-2.7歐元/MWh。然而，從歐洲那些風電參與比較活躍的市場來看，這種懲罰措施能夠有效的降低了風電預測的誤差。

二、大規(guī)模風電參與日前電力市場的幾種市場設計的比較研究

對于歐洲部分日前電力市場，市場參與者，也就是發(fā)電商，要在日前的11點左右提交它次日0時至24時每個時段的報價及申報容量，離正式交易大概有13小時到37小時的時間延期，對于一般傳統(tǒng)發(fā)電商，這并沒有很大的影響，但是對于風力發(fā)電商，風電功率的預測對于其報價就變得十分重要了，風電功率的預測一般是基于前幾小時的風速天氣預報的數(shù)據(jù)。

而對于一些更加靈活的日前電力市場，準確的說應該是6-12小時前電力市場，發(fā)電商只用在交易前7-13小時分四次提交報價及申報容量，分別是日前17點申報次日0點到5點時段的報價，日前23點申報次日6點到11點的報價，第二天5點申報當日12點到17點的報價，以及11點申報當日18點到23點的報價.由于這種市場設計，使得風力發(fā)電商的發(fā)電功率預測時間比第一種方式更加靠近實際調度時刻，利用的風速預報數(shù)據(jù)也更貼近實際時刻，所以，風電功率預測的準確性將會有所提高。第三種情況是小時前的電力市場，風力發(fā)電商將會在實際交易前的一小時進行報價，或者修改申報容量，這樣風電功率預測軟件可以用到實際交易前兩小時以前的所有風速實際數(shù)據(jù)，理論上，會使得風電功率預測更加準確。

三、結論

可再生能源的發(fā)展是世界電力發(fā)展的必然趨勢，風電作為主要的可再生能源形勢，一直以來都被各個國家所重視，并且在很多國家也得到了良好的發(fā)展，為了鼓勵發(fā)電商投資風能發(fā)電領域，歐洲很多國家采用了許多補貼政策來鼓勵風能的發(fā)展。但是隨著風能在電力市場的占有率越來越高，風電參與市場報價是不可避免的趨勢，文中給出了幾種市場設計形式，通過仿真計算可以看出，市場設計越靈活，風電生產(chǎn)商越接近交易時段進行報價，可以有效提高風電功率預測精度，從而降低市場交易成本，所以，在市場設計的時候，為了降低交易成本，有必要對風電發(fā)電商進行實施獎懲制度，以保證風電功率預測的精度。

【參考文獻】

[1]肖創(chuàng)英.歐美風電發(fā)展的經(jīng)驗與啟示[M].北京：中國電力出版社，2010