1.輔助服務品種定義
按照用途分類，電力輔助服務通?？煞譃檎{頻類服務(有功輔助服務)、調壓類服務(無功輔助服務)、黑啟動等。電力輔助服務品種定義與電力工業(yè)特點和電力系統(tǒng)調度運行方式有著密切的聯(lián)系，因國家或地區(qū)而異。以調頻類輔助服務品種為例，我國、歐盟、美國的輔助服務品種定義如圖1所示。需要注意的是，調峰的本質是通過短時電力調節(jié)使發(fā)電出力跟蹤負荷的變化，實現(xiàn)電力電量的平衡。目前，國外電力輔助服務市場中并沒有調峰這個品種，一般是通過現(xiàn)貨市場中的實時市場或平衡機制實現(xiàn)。
圖1 我國與歐盟、美國有功輔助服務分類對比
2.輔助服務的采購方式
根據(jù)輔助服務的品種特性不同，輔助服務的采購方式主要包括強制提供、長期合約和有組織的競爭性市場三種方式。
(1)強制提供：為保證系統(tǒng)安全，在發(fā)電機組接入時規(guī)定必須提供一定范圍內的輔助服務，如一次調頻、一定范圍的無功調節(jié)等。在法國、意大利、西班牙等歐洲國家，發(fā)電機組需提供TSO所規(guī)定的一次調頻備用容量。但強制提供輔助服務不一定代表免費提供，系統(tǒng)調度運行機構需要合理確定機組輔助服務成本，以固定價格對其進行補償。
(2)長期合約：針對黑啟動、無功調節(jié)等對機組有特殊能力要求或具有一定本地化特征的輔助服務品種，適宜采用長期合約方式進行采購，由系統(tǒng)調度運行機構確定需求后，通過雙邊協(xié)商或招標方式確定輔助服務提供商并與其簽訂長期合約，期限通常包括年度、半年、季度、月度等。
(3)有組織的競爭性市場：一般適用于調頻、備用等市場供應相對充足、需求隨時間變化的輔助服務品種，由系統(tǒng)調度運行機構開設短期集中競爭市場進行采購。在美國、澳大利亞等集中式電力市場中，調頻、備用等輔助服務通常與電能量現(xiàn)貨市場聯(lián)合優(yōu)化出清。
二、美國PJM電力輔助服務市場
PJM電力輔助服務市場主要包含調頻、備用、黑啟動、無功電壓控制和不平衡電量5個品種，如圖2所示。市場化運營的輔助服務產品主要包含：調頻、初級備用(Primary Reserve)、黑啟動3類，其中調頻與初級備用(包含同步備用和非同步備用)采用集中式市場化交易，與電能量市場聯(lián)合優(yōu)化運行。
圖2 PJM電力輔助服務市場品種示意圖
PJM將調頻、備用輔助服務義務按照在實時市場的負荷比例分配給負荷服務商(Load Serving Entity，LSE)作為其調頻、備用義務。LSE可以利用自己的發(fā)電資源或通過與第三方簽訂合同來履行自己的調頻、備用義務。若仍然無法完全履行其責任，可以從PJM輔助服務市場上購買調頻、備用服務。
1.調頻(Regulation)
品種定義：調頻服務主要目的是維持系統(tǒng)的頻率。提供調頻服務的發(fā)電機組必須能夠在5分鐘內增加或減少其出力，以響應自動控制信號。
市場組織方式：PJM調頻市場組織方式主要包括日前報價、時前出清和實時出清。在日前市場上，參與調頻服務的資源進行報價。實時運行前一小時，PJM根據(jù)預測的實時市場節(jié)點邊際電價(LMP)和調頻資源的運行成本曲線，統(tǒng)一計算出每個機組的機會成本。進入實時調度以后，每5分鐘進行一次電能量出清，并確定該調度時段的LMP。PJM根據(jù)每5分鐘的LMP重新計算已中標調頻資源的機會成本，在容量報價和里程報價不變的基礎上，將機會成本改為實時出清的機會成本，里程調用率由歷史值改為實際值，從而得到新的排序價格。
價格機制：PJM調頻市場采用兩部制結算機制，即調頻服務出清價格(Regulation Market Clearing Price，RMCP)等于調頻容量價格(Regulation Market Capability Clearing Price，RMCCP)與調頻性能價格(Regulation Market Performance Clearing Price，RMPCP)之和。
2.同步備用(Synchronized Reserve)
品種定義：同步備用指必須與電網同步，并且能夠在收到系統(tǒng)運行人員發(fā)出信號后10分鐘內響應的初級備用。
市場組織方式：由市場主體上報提供同步備用報價，PJM通過對電能量、調頻、同步備用和非同步備用的聯(lián)合優(yōu)化，得到下一小時的非靈活性機組開機計劃。在實時運行階段，PJM將聯(lián)合優(yōu)化電能量、調頻及剩余的備用需求，并根據(jù)當前的系統(tǒng)運行狀況，每5分鐘計算一次同步備用的結算價格。
價格機制：提供同步備用的資源按照每5分鐘同步備用的市場出清價格(Synchronized Reserve Market Clearing Price，SRMCP)結算。
3.非同步備用(Non-Synchronized Reserve)
品種定義：非同步備用同樣要求在10分鐘內完成調整。同步備用服務和非同步備用服務共同組成PJM市場的初級備用。
市場組織方式：PJM根據(jù)每個備用資源的特性確定其備用能力，并將這些信息作為實時市場的輸入。在實時市場中，對電能量、調頻和備用資源進行聯(lián)合優(yōu)化，并根據(jù)當前的系統(tǒng)運行狀況，每5分鐘計算一次非同步備用的結算價格。
價格機制：提供非同步備用的資源按照每5分鐘非同步備用的市場出清價格(Non-Synchronized Reserve Market Clearing Prices，NSRMCP)結算。
三、英國電力輔助服務市場
英國電力輔助服務由英國國家電網公司負責組織采購，主要包括頻率響應服務、備用服務、無功服務等品種。除此以外，英國國家電網公司還負責運營平衡機制來實現(xiàn)電力供需的短時平衡。輔助服務與平衡機制一起構成了英國電力系統(tǒng)的平衡服務(Balancing Services)。
1.頻率響應服務(Frequency Response Services)
根據(jù)提供方式不同，頻率響應服務可以分為強制頻率響應(Mandatory Frequency Response，MFR)、固定頻率響應(Firm Frequency Response，F(xiàn)FR)和增強頻率響應(Enhanced Frequency Response，EFR)。強制頻率響應由英國國家電網公司根據(jù)機組大小決定其是否有義務參與調頻服務，并與符合條件的機組簽訂強制服務協(xié)議。剩余的頻率響應服務(即固定頻率響應)需求通過市場化競標的方式獲取。
2.備用服務(Reserve Services)
根據(jù)備用服務的響應速度和時段的不同，備用服務主要包括快速備用、短期運行備用、平衡機制啟動備用等。
快速備用(Fast Reserve)：要求輔助服務提供商爬坡速率不低于每分鐘25 MW、響應時間2min以內、可調備用容量50 MW以上、持續(xù)時間15min以上。參與快速備用服務的機組需要提前進行資格預審，通過后可以在系統(tǒng)內進行每月報價。根據(jù)參與快速備用服務的機組或負荷種類，英國國家電網公司會付給輔助服務提供商相對應的預留費用和響應電量費用。
短期運行備用(Short Term Operating Reserve，STOR)：與快速備用不用的是，短期運行備用的響應時間更長，約為4h，而持續(xù)時間一般在2h以上。目前，每年有三次針對STOR的競標。參與者獲得的補償包括預留費用和使用費用兩部分。
平衡機制啟動服務(BM Start-up)：平衡機制啟動服務給予英國國家電網公司在必要時啟動離線平衡機組的手段，通過標準合同獲取，按小時付費，參與該項服務的機組可以獲得啟動費用和待機費用的補償。
3.平衡機制(Balancing Mechanism)
英國的新電力法(NETA)規(guī)定，所有平衡單元(BMU)需要根據(jù)其在電力批發(fā)市場的交易情況向TSO提交發(fā)電計劃信息(Physical Notification)。這意味著多數(shù)BMU需要遵循其發(fā)電計劃。然而，由于交易所成交的電量是以售電商的負荷預測為基礎的，因此一般所提交的發(fā)電計劃會與最終實際需要的電量存在一定偏差。TSO掌握全網的運行數(shù)據(jù)，可以在短期(1小時以內)將發(fā)電商的發(fā)電計劃與較為準確的負荷數(shù)據(jù)進行比較，其差額將通過平衡機制中購買平衡電量來填補，以保證每半小時運行期內的電量平衡。
如果預測負荷大于總發(fā)電計劃，則TSO需要在平衡機制中購買機組出力增加或負荷減小(Offer);反之，如果預測負荷小于總發(fā)電計劃，則TSO需要在平衡機制中購買機組出力減小或負荷增加(Bid)。調度員將根據(jù)各機組的報價選擇最有利的機組或負荷參與系統(tǒng)平衡。一般情況下，輔助服務不屬于該平衡機制的范疇內。
在實際發(fā)電前1小時，所有機組或負荷需要向調度機構提交最終平衡機組(負荷)最新出力(負荷)水平(Final Physical Notification，F(xiàn)PN)和至多10組的Bid/Offer報價。所謂Bid/Offer報價為由BMU在自身FPN的基礎上所制定的下調(上調)或上調(下調)機組出力(負荷)的一組以半小時為單位的電價。
圖3 英國平衡機制機組報價示意圖
圖3給出了一個發(fā)電商在平衡機制中的報價示例。在FPN的基礎上，出力增加越多(即報價對號碼越大)，Offer和Bid的價格須隨之上漲。假如TSO需要出力增加50 MW，電價則為30英鎊/MW•h。在此基礎上，如果TSO需要出力減小80 MW，則首先被選中的報價對為1號的Bid報價(25英鎊/MW•h)，其價格適用于出力減小50 MW，而后報價對-1的Bid報價(20英鎊/MW•h)被選中，其價格適用至出力減小50~80 MW的范圍。
平衡機制的結算方式為按機組報價結算，并且只根據(jù)實際平衡電量進行結算，而不對容量進行結算。
4.費用分攤與不平衡結算
英國電力系統(tǒng)輔助服務和平衡機制所產生的成本首先通過系統(tǒng)平衡使用費(Balancing Services Use of System，BSUoS)回收。該部分費用由發(fā)電企業(yè)和電力用戶共同承擔。具體核算工作由英國國家電網公司的結算子公司ELEXON完成，該費用是根據(jù)發(fā)用雙方在接入點的上網或下網電量以及相應時段的BSUoS價格進行征收的，并根據(jù)網損有所微調。除此以外，ELEXON公司還會根據(jù)系統(tǒng)輔助服務及平衡電量調用情況計算出偏差結算電價，按照每個市場成員相對之前提交的發(fā)用電合約曲線的偏差對于整個系統(tǒng)帶來的影響向其收費，從而達到鼓勵市場成員按照合同約定主動實現(xiàn)自平衡。
四、國外電力輔助服務市場經驗總結
一是輔助服務的采購和交易組織通常由系統(tǒng)調度運行機構負責。電力輔助服務的基本目的是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和電能質量，與系統(tǒng)調度運行機構的職責一致。系統(tǒng)調度運行機構能夠詳細掌握各類輔助服務的需求信息，因此國外電力輔助服務市場通常由系統(tǒng)調度運行機構組織運營。例如，英國電力市場的輔助服務由英國國家電網公司(NGC)負責管理，北歐市場中輔助服務由各國輸電運行機構(TSO)管理，加州電力市場的輔助服務由CAISO負責管理。
二是輔助服務的提供方式通常為義務提供和有償提供相結合。針對一次調節(jié)、功率因數(shù)范圍內的無功調節(jié)等品種，多數(shù)國家和地區(qū)采用義務提供方式，將提供此類輔助服務作為發(fā)電企業(yè)參與電力市場的基本條件之一。對于AGC、旋轉備用、非旋轉備用等品種，通常采用有償提供方式，對提供服務的市場成員進行合理的經濟補償，以提高市場成員提供系統(tǒng)輔助服務的積極性。
三是輔助服務市場組織方式可以采用集中競爭或長期合約等多種方式。從國外輔助服務市場經驗來看，競爭程度較強的輔助服務品種一般采用集中競價或招標方式采購，其余品種可通過長期合約形式購買。例如，在歐洲和美國電力市場中，備用一般通過競爭性市場采購，部分國家AGC和調頻也作為交易品種。無功調節(jié)和黑啟動由于具有依賴地理位置或特殊裝置的特性，一般采用雙邊長期合約。
四是多數(shù)國家將輔助服務成本按照一定機制分攤給終端用戶。例如，歐洲部分國家通過輸電費用或系統(tǒng)調度專項費用將輔助服務成本傳導給用戶，美國PJM市場規(guī)定所有負荷服務商(LSE)需按照一定比例承擔調頻和備用義務。
五是適應能源結構調整不斷優(yōu)化輔助服務機制。隨著可再生能源比例的不斷提升，電力系統(tǒng)運行呈現(xiàn)新的特點，各國電力市場正在積極探索引入爬坡類產品、系統(tǒng)慣性等新型輔助服務交易品種，滿足系統(tǒng)中對于具有快速爬坡能力、調節(jié)性能良好的電源需求，并通過市場化定價方式對此類機組進行經濟補償，進一步促進可再生能源消納。例如，美國加州電力市場已引入系統(tǒng)爬坡輔助服務品種，以應對光伏發(fā)電給系統(tǒng)調節(jié)帶來的挑戰(zhàn)。美國得州、澳大利亞電力市場也在積極討論將系統(tǒng)慣性納入輔助服務品種的可能性。
