智能电网对电力市场发展模式的影响与展望张粒子,黄仁辉(华北电力大学电气与电子工程学院,北京市102206)摘要:从智能电网的本质和特点出发,全面分析了智能电网对电力市场发展的影响和促进作用,对以智能电网为载体的电力市场进行展望。
提出了智能电网的突破意味着电力市场及其研究思路的又一次变革,将深刻影响未来电力市场的发展模式,促使电力市场主体多元化和交易品种金融化,改变电力系统运行方式和供需关系,促进智能电力系统和电力市场逐渐融合、协调发展,实现能源、环境等多种资源的综合优化配置的观点。
关键词:智能电网;电力市场;间歇性可再生能源;微电网;安全孤岛;需求响应收稿日期:2009 09 15;修回日期:2010 03 15。
0 引言能源短缺、环境压力和间歇性可再生能源的大规模并网问题,使现有电网运行安全和电力系统运营模式面临严峻的挑战,由此,智能电网的概念被提出,并随着美国总统奥巴马提出的 能源新政 [1]再次成为关注的焦点,被誉为21世纪电力能源的重大科技创新和发展趋势。
智能电网建设的目的是使电网本身更加具有智慧,以应对可再生能源入网和分布式发电对电网安全的冲击并满足为实时电力平衡提供服务平台的要求。
以往,电力系统依靠对传统发电设备的调度,跟踪电力负荷的变化,实现实时电力平衡。
随着可再生能源的发展,可供灵活调度和实时电力平衡服务的发电容量相对越来越少,也就是说,未来电力系统仅仅依靠对电源的调度和控制无法保证可再生能源发电全额上网,还必须借助智能电网和市场机制使分布式电源和电力用户自愿参与到实时电力平衡中来,并将带动通信、电力计量、电器等相关产业的技术创新,也必将带来电力市场的又一次大变革,进而促进新能源的快速发展。
本文立足于对智能电网本质的认识,分析智能电网与电力市场化运营的关系及其对现行电力市场发展的影响和促进作用,展望以智能电网为载体的电力市场模式。
1 智能电网的本质欧盟理事会的能源绿皮书!欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略∀(A European strateg y for sustainable,com petitive and secur e energy )将智能电网技术作为解决欧盟能源安全、电能质量、环境的关键技术和主要方向[2],并将目标设立为:建立灵活、经济、可靠、易接入的智能电网。
美国出于国家能源安全、环境保护、经济以及电力设备老化等因素的综合考虑,迫切要求打造基于实时电力市场的全新智能电力系统,其总目标设立为:建立高效能、低投资、安全可靠、灵活应变的智能电力系统[3 4]。
中国也积极开展了智能电网领域的研究和规划,在2009年特高压输电国际会议上,国家电网公司提出中国智能电网建设蓝图,涵盖了所有电压等级的坚强智能电网[5 7],并将输电网的智能化建设作为重要基础。
由于各国可再生能源资源状况、电网发展状况和电力体制及国情均不相同,各国提出的智能电网定义、标准和规划方案各具特色,但从中体现出了智能电网的本质,即通过输配电网和用电设备的信息化、智能化与电力市场化,解决可再生能源并网和能源合理利用的问题。
2 对电力市场发展影响的分析智能电网对电网结构[3 5,8 9]和系统运行方式[6,10 11]的变革,不仅将促进欧美电力市场的新发展,而且还将更深刻地影响中国电力系统运营模式,以无可阻挡之势推进电力市场化的发展进程。
根据目前智能电网的研究成果和规划[12 14],本文认为智能电网对电力市场发展的影响可归纳为以下几个方面。
1)改变能源的配置方式智能电网的发展和新能源的广泛使用,将大大减少化石类能源的开采和消耗,增加可再生等新能源的利用,并统一通过智能输配电网输送能源到用#5#第34卷 第8期2010年4月25日Vo l.34 N o.8A pr.25,2010户终端。
因此,可以预见,由于 即插即用和 储能技术的日益成熟和实用化,未来能源将通过智能电网统一配置为主,实现各种能源的有效整合。
绝大多数终端用户的用电将通过智能电网来获取,少部分家庭用户和企业用户可以自给自足。
2)改变电力系统运行方式和供需关系智能电网为分布式发电和用户向电网送电提供了物理平台,也改变了公用电厂发电、用户用电的传统电力系统运行方式。
智能电网采用集成 双向通信和 双向电力传送技术,从技术上解决了普通电力用户参与市场的问题。
用户通过储能设备在满足自身电力需求并有剩余电力的情况下,向电网送电,这不仅改变了电力系统的运行方式,也改变了电力市场的供需关系。
电力市场的实时价格将为供需关系的协调提供不可或缺的激励信号。
另外,分布式发电大量涌现后,电网中会出现一种新的运行方式###孤岛运行模式[15 16],也有文献称之为微电网模式。
智能电网由许许多多、有大有小的孤岛组成,将就地的可再生能源电源和负荷结合起来进行协调控制,使可再生能源的电量就地消纳,多余电量上网远距离输送或存储,从而缓解电网调峰压力,保证电网安全稳定运行。
如果主网出现故障时,具备独立运行条件的配电网自动解列;处于解列的配电网出现故障时,则更小的安全孤岛自动实现独立运行。
3)促进实时电力市场建设与完善,提高电力市场效率实时电力市场是实现智能电网愿景的必要条件之一;同时,智能电网将为实时电力市场提供完善的技术条件,必将促进实时电力市场的建设和完善。
此外,智能电网中将采用超导、远距离多落点直流输电、自动控制等先进技术和设备,不仅最大限度地降低网损,而且可提高输电网运行的灵活性,减少阻塞成本和其他交易成本;信息和网络技术以及智能电表的发展和应用,使得发电商与电力用户能够实时获取电力市场的经济信息,发电商与电力用户的互动性和响应的时效性增强,电力市场流动性和透明度将更高,效率也将更高。
4)电力调度与市场交易技术支持系统更加智能化智能电网的信息化将为提高电网调度和市场交易技术支持系统的智能化水平奠定基础,进而在电力输出实时变化的情况下不但保持电网稳定[17 18],简化了人机交互过程,减轻了调度运行和市场交易人员的信息处理负担,而且能纳入更多的间歇性可再生能源电力。
智能电网容纳的可再生能源机组比重将大大提高,大规模间歇性可再生能源电力接入系统,将导致电网等效负荷的峰谷差变大,单纯依靠发电调度将无法满足系统调峰的需要,必须将电力用户也作为系统备用纳入实时电力调度和交易的范围。
可见,无论是从实时调度还是从实时市场、辅助服务市场的角度,运行管理都更加繁杂,必须有高度智能化的信息管理和自动监控系统作为技术支撑。
5)激励需求响应[11],吸引更多的电力市场参与者,分散市场风险,促进电力市场的良性发展。
智能电网通过更加先进的信息技术将更广泛的能源群体(包括间歇性可再生能源供应者、传统的发电商和需求侧的广大电力用户,以及集供应与消费为一体的群体)紧密连接在一起,使得电力生产、输配、销售和使用等环节的效率更高、更公平;有更多的市场主体分担市场风险,并共同推动电力市场的发展。
6)智能电网的 双向通信[19]不仅为需求侧响应提供了技术实现的手段,也改变了电力市场的价格形成路径,提高了电力市场价格形成效率,为需求侧响应提供了经济激励信号。
智能电网广泛采用并完全集成 双向通信技术,使得发电企业、输配电公司/供电商和电力用户之间信息互动,三方均可以对信息作出快速和准确的反应,因此,改变了以往单向的信息流路径、供应链结构及其价格形成路径,同时,动态的信息互动使得信息能快速反映到价格上,提高电力市场价格形成效率。
如图1所示。
图1 价格形成路径Fig.1 Price formation path以智能电网为载体的电力市场结构比传统电力市场更利于有效竞争,其价格形成机制将更接近于完全竞争市场的价格形成机制。
另外,由于市场为需求响应提供了经济激励信号,用户购电价格方案呈现多样化,包括考虑风电影响后的负荷特性制定的峰谷电价、实时电价、可中断负荷电价和计及用户长期用电特性的中长期合约电价等。
当可再生能源发电容量在系统中所占比例较大时,仅靠基于信息化和自动化的电网智能控制与运行,不能保证电力系统实时平衡,还必须在协调各类发电机组运行的同时,通过实时市场价格信号,激励电力用户自愿参与系统平衡###在电力过剩时段,通过低电价引导用户多用电、蓄电;在电力负荷高峰时段,通过高电价引导用户避峰用电;以可选择#6#2010,34(8)远期合约协定相对低廉的可中断电价或一定的备用容量补偿费,引导用户在系统发生事故时减少或停止用电,有利于抑制事故扩大和蔓延,以及尽早恢复系统正常运行。
因此,智能电网应实现用电设备和电力市场的交互式通信,允许实时价格、能量和负荷管理[20],提高电力市场价格形成效率。
7)增加市场竞争程度,提高能源利用效率、电力市场效率和资源配置效率智能电网将为中小电力用户直接参与电力市场交易,进而参与实时电力平衡提高基础平台,使电力市场竞争主体增加,竞争激烈程度增加,从而降低各环节的运行成本和市场交易成本,提高能源利用效率和市场运行效率。
3 对未来电力市场发展模式的展望智能电网的突破意味着电力市场将进行二次变革,深刻影响未来电力市场的发展模式,促使电力工业的重构(restructuring)和新技术的开发及其应用。
电力市场模式的发展趋势主要体现在以下几个方面。
1)市场交易主体更加多元化、市场集中度下降智能电网的发展,使得未来电力市场中电源结构趋于多元化,新能源发电机组、小型的清洁发电机组以及分布式电源将大量涌现,市场集中度大大下降。
正如前面所分析的,在需求侧,越来越多的电力用户直接参与市场。
欧美等发达国家将电网私有化后,发现分割状态的输电网发展模式难以适应日益频繁的远距离、跨区、跨国的电力交易和大范围的能源互济,已经成为难以逾越的障碍。
随着能源资源和电力需求分布的不均衡度日趋增大,自然灾害对地区能源供给安全带来的风险和危害越发严重,适度的跨省区输电网建设和发展,将越来越显示出其独特的优势。
分布式电源、微电网运行将成为未来智能电网的有力补充和有效支撑;建设既有大容量又有小容量,既可联网运行又可解列微电网运行构架,即形成大电网与微电网并存、互补的格局,是未来电力系统的发展趋势。
因此,配电公司、分布式电源和微电网的投资和运营公司也都将作为电力市场的主体,并使市场集中度得以降低。
以智能电网为载体的电力市场中,参与市场的市场主体更加广泛,智能电网将各类市场主体紧密地串联起来,实现各类市场主体之间的实时互动和电力平衡。
2)电力交易品种多元化和金融化智能电网是以实时电力市场为基础的,而一个能够形成合理价格的实时市场则是以较为完善的电力金融市场和电力辅助服务市场等为保障的可再生能源配额交易市场。
备用容量等辅助服务市场是保证实时市场具有较充裕电力供应和实时调度具有有效控制手段的前提。