中國儲能網(wǎng)訊：2021年12月，國家能源局印發(fā)《電力輔助服務管理辦法》（國能發(fā)監(jiān)管規(guī)〔2021〕61號），首次提出增設爬坡和轉(zhuǎn)動慣量輔助服務新品種。2024年3月，《山東電力爬坡輔助服務市場交易規(guī)則（試行）》開始執(zhí)行，標志著國內(nèi)首個爬坡輔助服務市場在山東電網(wǎng)啟動運行，爬坡輔助服務的價值開始得到量化補償，這對于完善輔助服務品種、促進快速調(diào)節(jié)資源建設、保障新型電力系統(tǒng)運行安全具有重要的現(xiàn)實意義，同時也拉開了省級爬坡輔助服務市場建設運行的序幕。
爬坡輔助服務市場功能定位
按照《電力輔助服務管理辦法》的定義，爬坡輔助服務是指為應對可再生能源發(fā)電波動等不確定因素帶來的系統(tǒng)凈負荷短時大幅變化，具備較強負荷調(diào)節(jié)速率的并網(wǎng)主體根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整出力，以維持系統(tǒng)功率平衡所提供的服務。根據(jù)爬坡方向，爬坡輔助服務分為向上爬坡和向下爬坡兩類產(chǎn)品。這個定義隱含了以下兩個概念：其一，爬坡輔助服務的主要功能是應對可再生能源發(fā)電波動。在電能量市場出清模型中，無論是日前市場還是實時市場，機組的爬坡率均已是約束條件之一，一旦爬坡率約束觸發(fā)，出清的節(jié)點電價中將包含爬坡率約束對應的影子價格。換句話說，非可再生能源發(fā)電波動引起的系統(tǒng)凈負荷變化由常規(guī)火電等機組調(diào)用爬坡跟蹤，并且這種爬坡調(diào)用在出清電價中已經(jīng)得到了完全補償。其二，爬坡輔助服務的供應商應是具備較強負荷調(diào)節(jié)速率的并網(wǎng)主體。在部分時段，可再生能源發(fā)電波動周期可能為十秒級或者分鐘級，而常規(guī)燃煤火電機組調(diào)節(jié)速率通常為每分鐘1%的額定發(fā)電容量?？梢?，在分鐘級層面，常規(guī)燃煤火電機組能夠提供的爬坡容量非常有限，因此，爬坡輔助服務的主要供應商應該是調(diào)節(jié)速率更快的其他電源，如水電機組、抽蓄機組、新型儲能等。
爬坡輔助服務的用途是維持系統(tǒng)功率平衡，屬于有功功率類輔助服務。當采購的爬坡輔助服務數(shù)量不能滿足系統(tǒng)需求時，系統(tǒng)頻率將出現(xiàn)波動，可見，爬坡輔助服務的終極目標是確保系統(tǒng)頻率安全。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)區(qū)域電網(wǎng)頻率控制體系采用省間聯(lián)絡線有功功率控制（CPS）考核機制，即省網(wǎng)通過“守聯(lián)絡線口子”的方式分擔區(qū)域交流電網(wǎng)調(diào)頻責任。從這個意義上分析，省網(wǎng)采購爬坡輔助服務是為了“守聯(lián)絡線口子”，其功效完全等同于自動發(fā)電控制（AGC）調(diào)頻輔助服務。爬坡輔助服務和AGC調(diào)頻輔助服務的主要區(qū)別是前者對機組調(diào)節(jié)速率的要求很高，而后者的要求較低。對新能源占比不高的省網(wǎng)而言，聯(lián)絡線口子功率波動的速率不高，常規(guī)燃煤火電機組的調(diào)節(jié)速率完全跟得上，因此，省網(wǎng)“守聯(lián)絡線口子”只需采購AGC輔助服務即可，對爬坡輔助服務并沒有需求，這也是以前沒有爬坡輔助服務的主要原因。值得指出的是，CPS考核機制下“守聯(lián)絡線口子”的方式限制了有功功率類輔助服務的跨省交易，爬坡輔助服務也不例外，因此，目前區(qū)域?qū)蛹壍呐榔螺o助服務市場難以建立，省級爬坡輔助服務市場將是唯一的現(xiàn)實選擇。考慮到迄今世界范圍內(nèi)還沒有比CPS考核機制更好的頻率控制體系，短期內(nèi)CPS考核機制不存在被替代的可能，所以這個局面可能還將長期持續(xù)。
爬坡輔助服務市場問題分析
爬坡輔助服務是隨著近年來新能源滲透比越來越高而出現(xiàn)的新型輔助服務，其在世界范圍內(nèi)的研究和實踐尚未完全成熟，特別在國內(nèi)僅有山東建立了爬坡輔助服務市場，與爬坡輔助服務相關的中文文獻也僅有十余篇，因此，爬坡輔助服務市場建設中的關鍵問題值得深入研究和探討。
爬坡輔助服務提供的產(chǎn)品是爬坡容量，這個值必須大于或等于相應調(diào)度時段系統(tǒng)凈負荷的變化值。影響系統(tǒng)凈負荷變化值的因素有四個：系統(tǒng)負荷預測、新能源出力預測、系統(tǒng)負荷預測誤差和新能源出力預測誤差，前兩個因素是確定性數(shù)值，而后兩個因素是不確定性數(shù)值。在后兩個因素中，系統(tǒng)負荷預測誤差較小，而新能源預測出力誤差較大，是主要的不確定性數(shù)值來源。
山東爬坡輔助服務市場采用日前申報、實時出清的方式，爬坡供應商在日前僅申報爬坡速率，不申報價格。在實時市場安全約束調(diào)度（SCED）出清模型中，山東增加了系統(tǒng)爬坡容量需求約束，系統(tǒng)爬坡容量需求在日前確定，考慮了影響系統(tǒng)凈負荷變化值的所有四個因素，其中最重要的新能源預測出力誤差是基于歷史相同時段的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，將置信度設為95%計算得出。在實時市場優(yōu)化計算時，如果新增的系統(tǒng)爬坡容量需求約束被觸發(fā)，那么可以算出對應的約束影子價格，這就是爬坡輔助服務的出清價格，同時還可以得到爬坡容量分機組中標結果。由此可見，山東爬坡輔助服務市場是和電能量市場聯(lián)合優(yōu)化出清的。毋庸置疑，山東爬坡輔助服務市場在國內(nèi)具有開創(chuàng)性意義，其在爬坡輔助服務市場化方面的首創(chuàng)精神和探索實踐值得充分肯定。但是，山東爬坡輔助服務市場并不完美，分析其中可能存在的問題，為后來者提供可借鑒的經(jīng)驗，有利于提高爬坡輔助服務市場的整體建設水平，可進一步增進社會福利。
一是爬坡輔助服務與電能量聯(lián)合優(yōu)化出清可能對節(jié)點電價產(chǎn)生較大影響。一般來說，聯(lián)合出清的優(yōu)化效果肯定好于順序出清，但是這個結論成立是有前提的，那就是輔助服務必須報價。在輔助服務不報價且需求量較大的情況下，聯(lián)合出清可能大幅抬高節(jié)點電價。考慮到電能購買成本遠高于輔助服務購買成本，因此，聯(lián)合出清可能反而有損社會福利。目前，國內(nèi)所有省份新能源裝機容量均已超過火電裝機容量，在負荷側(cè)未完全進入市場的情形下，爬坡輔助服務需求量不是一個小數(shù)值且還在不斷快速增長，在聯(lián)合出清尋優(yōu)過程中，為了滿足爬坡輔助服務需求約束將被迫調(diào)用更高報價的機組，這可能導致節(jié)點電價水平大幅攀升。因此，在新能源發(fā)電還在迅猛增長的當下，爬坡輔助服務市場與電能量市場解耦單獨出清是更優(yōu)的選擇。
二是爬坡輔助服務市場的出清方式存在重復補償?shù)目赡?。在出清模型中，有兩個與機組爬坡率相關的約束，一個是原模型中已有的機組爬坡率約束，另一個是新增的系統(tǒng)爬坡容量需求約束。假設在某個時段出清中，某機組的爬坡率約束和系統(tǒng)爬坡容量需求約束均被觸發(fā)，那么該機組對應節(jié)點的節(jié)點電價中已包含爬坡率約束的影子價格分量，也就是說該機組的爬坡能力已經(jīng)得到了補償。此外，該機組還能得到爬坡輔助服務市場出清價格的補償。簡言之，機組同一個爬坡能力收到了雙份補償，這顯然是不合理的。
三是爬坡輔助服務市場出清價格未能正確反映爬坡輔助服務的市場價值，而是更多地體現(xiàn)了其運行價值。原因是：其一，供應商不申報價格，是價格接受者，未能反映爬坡輔助服務的生產(chǎn)成本；其二，出清價格不是由供需雙方報價匹配得出，而是在復雜的安全約束的經(jīng)濟調(diào)度（SCED）優(yōu)化算法中得出，不夠簡單透明，不能反映爬坡輔助服務市場的供需關系，其價格信號不能有效激勵爬坡輔助服務的供應與調(diào)用。
筆者認為，影響系統(tǒng)爬坡容量需求的確定性因素和不確定性因素應該分開處理。確定性因素系統(tǒng)負荷預測和新能源出力預測通過電能量市場出清模型中的機組爬坡率約束來考慮，以期盡可能減少新能源出力波動對節(jié)點電價的影響，這也符合現(xiàn)有出清模型的一貫做法（已考慮確定性因素系統(tǒng)負荷預測）。不確定性因素系統(tǒng)負荷預測誤差和新能源出力預測誤差應通過獨立的市場機制來考慮，其中系統(tǒng)負荷預測誤差已經(jīng)通過AGC調(diào)頻輔助服務市場得到處理。
爬坡輔助服務市場發(fā)展建議
在電網(wǎng)調(diào)度運行實踐中，對爬坡輔助服務需求最迫切的時刻通常發(fā)生在春節(jié)、國慶等節(jié)假日，這期間，系統(tǒng)負荷較平日大幅降低，常規(guī)火電機組運行在最小運行方式，此時如果恰逢風光新能源大發(fā)，那么在部分時段例如日出時刻，有限的火電機組向下爬坡速率遠跟不上光伏出力上升的速率，造成相應省網(wǎng)CPS考核指標迅速變差，區(qū)域交流電網(wǎng)頻率出現(xiàn)短時高頻。綜合考慮爬坡輔助服務市場功能定位和電網(wǎng)調(diào)度運行實際需求，筆者認為，爬坡輔助服務市場不是一個獨立輔助服務市場，而應該是AGC調(diào)頻輔助服務市場的有機組成部分。
在考慮爬坡輔助服務之后，新型AGC調(diào)頻輔助服務市場將分為兩個，一個是傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務市場，主要面向低爬坡速率的常規(guī)火電機組競標，另一個是爬坡輔助服務市場，主要面向高爬坡速率的水電、抽蓄、新型儲能等靈活調(diào)節(jié)機組競標。從理論上分析，爬坡輔助服務市場功能可以完全替代傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務市場，但是這種替代可能并不經(jīng)濟。簡言之，通過低爬坡速率機組和高爬坡速率機組的分臺競爭，傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務市場和爬坡輔助服務市場能夠以最小的經(jīng)濟成本助力新能源高占比省網(wǎng)“守好聯(lián)絡線口子”，確保區(qū)域大電網(wǎng)頻率安全。
在省調(diào)預測次日96時段的AGC調(diào)頻容量總需求后，分別考慮系統(tǒng)負荷預測偏差和新能源出力預測偏差，將AGC調(diào)頻容量總需求分解為傳統(tǒng)AGC調(diào)頻容量需求和爬坡容量需求兩部分，然后面向不同供應商分別啟動傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務市場和爬坡輔助服務市場。在此特別強調(diào)，爬坡輔助服務市場的競價、出清、調(diào)用、結算等市場環(huán)節(jié)基本等同于傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務市場，可以直接套用其市場規(guī)則。為了更好地建設爬坡輔助服務市場，省調(diào)可能需要進行以下兩個工作改進：其一，區(qū)分向上爬坡容量需求和向下爬坡容量需求，分別進行預測；目前在AGC調(diào)頻容量需求預測中，大部分省份并不區(qū)分向上調(diào)節(jié)容量和向下調(diào)節(jié)容量。其二，增加分鐘級系統(tǒng)負荷預測流程。按照最新版《電網(wǎng)運行準則》（GB/T 31464-2022）規(guī)定，AGC發(fā)送指令的周期不大于30秒，這就需要至少是分鐘級系統(tǒng)負荷預測數(shù)據(jù)來計算區(qū)域控制偏差（ACE）。然而，目前即使是在超短期負荷預測中，系統(tǒng)負荷預測也是以15分鐘為預測單位，分鐘級負荷預測是用15分鐘負荷預測數(shù)據(jù)插值計算得出，這顯然在精度上無法滿足爬坡輔助服務市場實際需求，亟需在全時段或部分敏感時段（如日出、日落時段）進行獨立的分鐘級系統(tǒng)負荷預測。
值得討論的是，盡管爬坡輔助服務市場的模式類似于AGC調(diào)頻輔助服務市場，但是AGC調(diào)頻輔助服務市場的現(xiàn)有出清方式值得商榷。目前，大部分省份AGC調(diào)頻輔助服務市場是放在電能量市場中間過程進行市場出清的。在電能量市場安全約束機組組合（SCUC）優(yōu)化完成后，確定開機的機組申報AGC調(diào)頻容量和價格，市場出清后機組AGC中標容量在可發(fā)容量中預留，然后電能量市場再進行SCED優(yōu)化算出節(jié)點邊際電價。可見，AGC調(diào)頻輔助服務市場和電能量市場實質(zhì)上并非聯(lián)合出清，而是順序出清，且AGC調(diào)頻輔助服務市場先于電能量市場出清，這種做法的優(yōu)點是可以確保能采購到足夠的AGC調(diào)頻容量，但隨之而來的缺點也是明顯的：一是AGC調(diào)頻容量事先預留的處理方式直接減少了機組在電能量市場的可競價容量，可能顯著抬高出清電價，以成本相對較低的輔助服務市場出清影響成本較高的電能量市場出清是不明智的。二是最近國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布的《電力輔助服務市場基本規(guī)則》（發(fā)改能源規(guī)〔2025〕411號）明確了調(diào)頻服務市場只補償實際調(diào)頻里程，對調(diào)頻容量和機會成本不予補償。由于實際調(diào)頻里程是在實時調(diào)度結束后才能確定，在市場申報階段供應商無法預測，而中標AGC調(diào)頻容量進而損失電能量市場機會成本是可以預見的，因此，供應商非常有可能對調(diào)頻里程申報高價，從而抬高AGC調(diào)頻輔助服務出清價格。綜上，這種做法有可能同時抬高電能量出清價格和AGC調(diào)頻輔助服務出清價格，權衡利弊是得不償失的，存在較大的改進空間。筆者建議，爬坡輔助服務市場應和傳統(tǒng)AGC調(diào)頻輔助服務市場一樣，依然采用順序出清方式，但是應該放在電能量市場出清之后再進行出清。（本文僅代表作者本人觀點）
