電力市場下丹麥大規(guī)模風(fēng)電消納經(jīng)驗

　　隨著風(fēng)電在電力系統(tǒng)中的比重不斷增加，電力供需平衡與電網(wǎng)穩(wěn)定運行將會面臨前所未有的挑戰(zhàn)。如何協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)中的各個參與者配合消納較難預(yù)測的風(fēng)電?什么樣的政策能夠激勵發(fā)電端甚至消費端積極配合輔助電力的供需平衡?這些問題的答案將會是風(fēng)電能否進入良性循環(huán)發(fā)展并成為電力系統(tǒng)主角的關(guān)鍵。 2014年底，丹麥風(fēng)電全年平均覆蓋負載的比列已經(jīng)達到了39%，最大時刻甚至達到132%。經(jīng)過多年從政策到運營的摸索，丹麥形成了一套有效的風(fēng)電發(fā)展和消納的方法。這使得丹麥在2020年實現(xiàn)50%的電力來自于風(fēng)能成為可能。
　　1. 風(fēng)能帶給電網(wǎng)運營的挑戰(zhàn)
　　電力系統(tǒng)中的電力生產(chǎn)與消耗需要時刻保持平衡。電力消耗的上下浮動主要取決于人們的生產(chǎn)和生活方式。因此，為了維持供需平衡，傳統(tǒng)發(fā)電廠可以通過實時調(diào)節(jié)化石燃料的燃燒量而改變發(fā)電量來匹配電力的消耗。目前還沒有一個有效的技術(shù)能夠大量的存儲電網(wǎng)中的電，供需平衡需要實時調(diào)節(jié)、并以分鐘計保持平衡。在這個背景下，大規(guī)模的風(fēng)電并網(wǎng)給系統(tǒng)運行帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。首先，相較傳統(tǒng)發(fā)電廠，風(fēng)電的間歇性和波動性是不可控的。其次，傳統(tǒng)電廠例如煤電廠，需要24小時甚至更長時間啟動。那么為了維護供需平衡，在一定量的電力消耗下，大規(guī)模風(fēng)電所導(dǎo)致的短時的供大于求會迫使傳統(tǒng)電廠下線。而一旦傳統(tǒng)電廠下線，就需要等待至少24小時才能重新發(fā)電。在這段時間，一旦風(fēng)電不能滿足負載，供需平衡將不能維持，甚至大停電。電力系統(tǒng)一旦崩潰將造成巨大的經(jīng)濟損失。這種情況使得電力生產(chǎn)以及調(diào)度變得更加具有挑戰(zhàn)。因此，為了消納風(fēng)電，電力系統(tǒng)要根據(jù)風(fēng)機的出力，除了調(diào)節(jié)風(fēng)機本身還要調(diào)節(jié)傳統(tǒng)電廠甚至負載端來達到整個系統(tǒng)的供需平衡。可見，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的挑戰(zhàn)之一就是電力系統(tǒng)多方協(xié)作維護系統(tǒng)的供需平衡。
　　2. 措施
　　風(fēng)電是綠色能源，即使人們希望使用風(fēng)電，愿意為風(fēng)電較高的成本買單，但是由于風(fēng)電的波動性和間歇性可能導(dǎo)致的嚴重的供需不平衡甚至大停電，仍舊使人望而生畏。既然風(fēng)電會給系統(tǒng)帶來如此嚴峻的挑戰(zhàn)，那么如何才能使電力系統(tǒng)積極的接納風(fēng)電呢?或者說，在目前情況下，如何有效的解決供需不平衡問題呢?
　　從技術(shù)角度講，維護大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)下的電力供需平衡，實際上是尋求一種經(jīng)濟有效的儲能方式，從而彌補風(fēng)能的波動性和間歇性。這里說的儲能方式是廣義的，它可以是用戶端的電動汽車、熱泵，也可以是其它的電力與其它能源轉(zhuǎn)化的形式。如水電就是對風(fēng)電的一個重要補充，即通過調(diào)節(jié)水電站水位來彌補風(fēng)能的波動性。然而，這些措施最終都要一套切實可行的機制有效的結(jié)合起來，共同維持電力供需平衡。沒有經(jīng)濟效益，水電是不會配合風(fēng)電調(diào)節(jié)自己本身的發(fā)電量。沒有經(jīng)濟效益，電動汽車，熱泵也不可能發(fā)展起來。
　　為了擺脫丹麥能源系統(tǒng)對化石燃料的依賴，保護環(huán)境，丹麥從上世紀80年代起開始發(fā)展風(fēng)能。起初，風(fēng)能的規(guī)模很小，以分散的小型陸上風(fēng)機為主。集體籌資建造。政府規(guī)定，所有風(fēng)電無條件并網(wǎng)發(fā)電，并且補貼其成本激勵大家發(fā)展風(fēng)電。由于這類風(fēng)機的規(guī)模較小，沒有對電力系統(tǒng)的供需平衡產(chǎn)生影響。但是到了 2000年后，大型海上風(fēng)電場開始出現(xiàn)。其額定功率已經(jīng)可以媲美傳統(tǒng)火電廠。這類風(fēng)場的供電波動性不能忽視。實際上，如果風(fēng)電可以被預(yù)測并且通過對系統(tǒng)中其它參與者提供平衡服務(wù)給予一定的補償，那么風(fēng)電就可以被很好的接納。丹麥是通過電力市場機制實現(xiàn)這個方法的。
　　3. 北歐電力市場
　　北歐電力交易所(Nordpool)是挪威﹑瑞典﹑芬蘭﹑丹麥等國共同參與的電力交易平臺，覆蓋了該地區(qū)70%以上的電力交易。該交易所主要包括兩個現(xiàn)貨市場，即日前交易市場和盤中交易市場。市場參與者被劃入不同電價區(qū)域，各個區(qū)域的電價是由買賣雙方競價所決定，反映了電力以小時為間隔的供需平衡。電力市場根據(jù)距離發(fā)電時刻的時間長短又可以分為三個等級。第一級為日前市場，在供電時刻前24小時關(guān)閉。買賣雙方向電力交易所提交每小時的報價單。電力交易所匯總所有的報價單以供需平衡為基礎(chǔ)，以實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)最大社會經(jīng)濟效益為前提，核算出每小時的邊際價格。第二級為盤中市場，在供電時刻前1小時關(guān)閉。由于電力系統(tǒng)運行的不確定性，在日前市場核算時達到的平衡很可能被打破。盤中市場為買賣雙方提供了另一個交易平臺來調(diào)節(jié)供需、協(xié)商價格。第三級為平衡市場，主要由傳輸線路運營商(TSO)的調(diào)度室參與的最終交易，即在真正調(diào)度的30分鐘到5分鐘前買入上調(diào)或下調(diào)電量以維持電力的最終平衡。無論哪一級市場，買賣雙發(fā)一旦達成交易就必須在供電時刻按照交易的電量生產(chǎn)和使用電力。一旦一方或者雙方違背協(xié)議供需電量，將會導(dǎo)致系統(tǒng)的不平衡。那么違背協(xié)議方需要繳納違約金。此外，北歐電力市場中的交易合同也可以在納斯達克市場中交易。這里銷售者和購買者簽訂以一定價格在規(guī)定時間內(nèi)輸送定量電力的期貨合同。這個期貨市場的交易發(fā)生在發(fā)電前的6年到36小時。其目的大多是發(fā)電方為了對沖未來發(fā)電價格的不確定性，其交易結(jié)果則為現(xiàn)貨市場的邊際價格提供了參考。除了納斯達克市場，還有電力備用市場。在這個市場里，贏得競價的發(fā)電廠會提供備用電源服務(wù)，保證電網(wǎng)充足的供電以及穩(wěn)定運行。比如頻率控制備用，瞬時擾動備用，快速啟動備用，慢速啟動備用和無功備用。只有具備完善的電力市場，可再生能源才能得以穩(wěn)定并有效的應(yīng)用。