最近看到個(gè)有意思的數(shù)據(jù)—美國(guó)加州2018年年34%的零售電力來源于可再生能源。對(duì)于一個(gè)可再生能源的支持者來說，還是蠻鼓舞人的。
在呂某看來，這個(gè)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)，加州電力調(diào)度中心（California Independent System Operator, CAISO）的電力不平衡市場(chǎng)（EIM，Energy Imbalance Market）功不可沒。這個(gè)一體化的美國(guó)西部跨區(qū)域電力市場(chǎng)自2014年建立至今，為加州等8個(gè)州減少了810GWh的棄風(fēng)棄光棄水，相當(dāng)于減少了34.6萬(wàn)噸CO2當(dāng)量的溫室氣體排放。
可以說，EIM將地理上互相獨(dú)立的市場(chǎng)聯(lián)系起來，使各個(gè)區(qū)域電網(wǎng)能夠共用調(diào)峰資源，利用棄用電量，減少可再生能源電源整體的波動(dòng)性，從而幫助電網(wǎng)更好地消納可再生能源。
EIM是什么？
2014年11月1日，加州電力調(diào)度中心（CAISO）啟動(dòng)了電力不平衡市場(chǎng)（EIM）構(gòu)架。這是一個(gè)跨區(qū)域的實(shí)時(shí)市場(chǎng)，覆蓋了華盛頓州、加利福尼亞州等8個(gè)州市，并向加拿大拓展。
作為美國(guó)西部首個(gè)將本區(qū)域電力調(diào)度中心管轄外的發(fā)電者和用戶并入交易范圍的市場(chǎng)，EIM同時(shí)保留了各個(gè)區(qū)域電力調(diào)度中心的獨(dú)立地位。通過吸收新的電力調(diào)度中心和電網(wǎng)管理組織，EIM使得電力交易在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)，傳輸通道和廉價(jià)高效的能源能夠物盡其用。
CAISO管理區(qū)域、已加入EIM電網(wǎng)、計(jì)劃加入EIM電網(wǎng)，來源：California Independent System Operator (CAISO)
EIM怎么玩？
前面也說了，EIM是一個(gè)一體化市場(chǎng)，覆蓋區(qū)域內(nèi)的發(fā)電者和用戶都能夠自由參加市場(chǎng)。但是，電力調(diào)度中心的權(quán)力和管轄范圍并沒有被合并，仍有調(diào)度自主權(quán)。比如CAISO使用自動(dòng)化的手段進(jìn)行電力調(diào)度，但在其他電力調(diào)度中心這一工作仍可能由人手動(dòng)完成。在引入EIM后，區(qū)域間交易和調(diào)度更容易以低價(jià)高效的方式實(shí)現(xiàn)，但傳統(tǒng)電力調(diào)度的安全性原則和傳輸通道的容量限制仍是調(diào)度需要遵守的。
要了解EIM的交易機(jī)制，我們首先需要知道電力調(diào)度中心（ISO）的調(diào)度流程。
每個(gè)發(fā)電者和用戶需要在發(fā)電/用電前一段時(shí)間向ISO報(bào)告其預(yù)測(cè)產(chǎn)出或預(yù)測(cè)負(fù)荷，ISO會(huì)結(jié)合供需和傳輸來決定電力傳輸計(jì)劃，這三者統(tǒng)稱為基準(zhǔn)計(jì)劃。EIM會(huì)以基準(zhǔn)計(jì)劃為參照，確定每個(gè)市場(chǎng)參與者實(shí)際發(fā)電/用電和計(jì)劃的差別，并依據(jù)差別對(duì)市場(chǎng)參與者進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)或收費(fèi)。
由此可見，實(shí)際與基準(zhǔn)計(jì)劃的偏離需要ISO調(diào)度資源進(jìn)行平衡。由于可再生能源的波動(dòng)性對(duì)其輸出可控性的影響，可再生能源在單一電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)容易發(fā)生過量生產(chǎn)，可能會(huì)因?yàn)闂売没蚴菬o法達(dá)到計(jì)劃輸出而受到ISO的懲罰，造成系統(tǒng)損失，影響可再生能源發(fā)電者獲利。
那么EIM又是如何將被棄用的可再生能源“變廢為寶”、投入使用的呢？
EIM中每個(gè)區(qū)域調(diào)度中心都能實(shí)時(shí)掌握周邊電網(wǎng)的信息，一個(gè)區(qū)域可再生能源的過量生產(chǎn)可以填補(bǔ)其它區(qū)域恰好產(chǎn)生的電力空缺。那么可能就有朋友要問了，那兒有這么巧的事兒，一邊有余，一邊有缺？這么說吧，雖然呂某不敢保證這種匹配時(shí)時(shí)發(fā)生，但整體上更分散的可再生能源電源分布比集中分布的波動(dòng)性更?。P(guān)于這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，之前跟秦海巖老師也聊過）。
同時(shí)，EIM有時(shí)間精度為15分鐘和5分鐘兩個(gè)級(jí)別的實(shí)時(shí)市場(chǎng)，交易商品為電力，這與加入EIM的其他區(qū)域電網(wǎng)相同，這使得大部分電力市場(chǎng)參與者很容易就能夠參加EIM交易。
EIM的兩個(gè)市場(chǎng)，15分鐘市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)
作為EIM的管理者，CAISO使用完全自動(dòng)化的系統(tǒng)來匹配供需。通過將發(fā)電者的出力、報(bào)價(jià)和用戶的需求、報(bào)價(jià)以及傳輸費(fèi)用納入模型計(jì)算后，ISO匹配最經(jīng)濟(jì)的資源來滿足用戶需求，并在每個(gè)周期（通常以一天為單位）對(duì)每個(gè)市場(chǎng)參與者的收入支出進(jìn)行計(jì)算，并完成和市場(chǎng)參與者的現(xiàn)金流。
現(xiàn)代化的調(diào)度手段使得調(diào)度優(yōu)化的時(shí)間間隔能夠比以往任何時(shí)候都要精確。發(fā)電者和用戶不再需要提前很長(zhǎng)時(shí)間向ISO提交基準(zhǔn)計(jì)劃，而是可以在發(fā)電或用電前一小時(shí)內(nèi)報(bào)告。預(yù)測(cè)這種東西，往往時(shí)間越是近，可靠性就越高，更小的預(yù)測(cè)偏差讓ISO能夠減少對(duì)應(yīng)急機(jī)組容量的需求、盡可能經(jīng)濟(jì)地利用資源、避免浪費(fèi)。
EIM如何收益？
前面說到，EIM能夠幫助電力系統(tǒng)將本要棄用的可再生能源物盡其用，并且能盡可能多地利用更經(jīng)濟(jì)的發(fā)電和調(diào)峰資源，因此，更低的成本和減少巨額碳排放就是EIM獲益的關(guān)鍵。
據(jù)Western EIM 2019年第一季度的盈利報(bào)告，EIM自2014年11月運(yùn)行起，總共避免了810116MWh的可再生能源浪費(fèi)，與之相應(yīng)地避免了346649噸二氧化碳當(dāng)量的溫室氣體排放。同時(shí)，通過資源的跨區(qū)域有效利用和減少可再生能源棄用，EIM的8個(gè)區(qū)域僅2019年第一季度就實(shí)現(xiàn)了8538萬(wàn)美元的成本節(jié)約，而從2014年開始運(yùn)行至今，EIM總成本節(jié)約量達(dá)到了65026億美元！
加州春季一天的鴨子曲線（凈負(fù)荷），正午容易發(fā)生過量生產(chǎn)。來源：CAISO, Flexible Resources Help Renewables Fast Facts
將經(jīng)濟(jì)低碳的電力從發(fā)電中心外送到負(fù)荷中心，不只是美國(guó)提高可再生能源消納的解決方案。放在中國(guó)的語(yǔ)境下，將可再生能源電力從西北內(nèi)陸送到東南沿海的負(fù)荷中心同樣不失為直接有效的手段。國(guó)家電網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)顯示，2017年我國(guó)新能源省間交易電量共計(jì)492億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)35.6%。現(xiàn)貨交易電量累計(jì)69.22億千瓦時(shí)，受益省份超過20個(gè)，實(shí)現(xiàn)了可再生能源大范圍配置。
然而，由于我國(guó)電改正在進(jìn)行，將市場(chǎng)作為配置資源手段的實(shí)踐仍在不斷嘗試，距離建立日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)仍有很長(zhǎng)的路要走，更何況建立在實(shí)時(shí)市場(chǎng)基礎(chǔ)上的EIM。
對(duì)中國(guó)來說，跨區(qū)電力輸送仍有很大的潛力有待釋放，利用市場(chǎng)手段和靈活調(diào)度增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性的同時(shí)減少棄風(fēng)棄光，是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。
