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风电接入引致电网辅助服务成本分摊机制研究pdf/doc/txt格式电子书下载

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风电接入引致电网辅助服务成本分摊机制研究pdf/doc/txt格式电子书下载

书名:风电接入引致电网辅助服务成本分摊机制研究pdf/doc/txt格式电子书下载

推荐语:

作者:胡军峰著

出版社:北京交通大学出版社

出版时间:2017-11-01

书籍编号:30597216

ISBN:9787512133617

正文语种:中文

字数:57278

版次:1

所属分类:社会科学-教育

全书内容:

风电接入引致电网辅助服务成本分摊机制研究pdf/doc/txt格式电子书下载








内容简介


本书利用静态合作博弈模型和动态合作博弈模型分析了风电场应该如何分摊各自的电力系统辅助服务成本,结果表明,对于风电接入电网导致的调峰辅助服务成本而言,在数据不充分的情况下,按照电量分摊是一个比较可行的方案,在数据不断完善的情况下,则可以逐渐地过渡到按照核仁值分摊方法或者Shapley值分摊方法进行分摊,而对于风电接入导致的备用辅助服务成本而言,按照电量分摊则完全不可行,初期可以考虑按照各自引致比例进行分摊,然后逐渐过渡到按照核仁值分摊方法或者Shapley值分摊方法进行分摊。


本书的读者为电力专业研究生及电力市场政策制定人员、电力市场研究人员。

前言


全球气候变暖是世界人民面临的重大挑战,其中人类活动所排放的CO2数量急剧增加是最主要的原因,其对环境的影响也越来越大。在世界CO2排放总量中,中国已经成为CO2排放量最多的国家,占了20%以上的比例,而且这一比例还有进一步增加的趋势。因此在未来全世界控制CO2排放量的努力中,中国必将承担越来越大的压力和责任。我国电力行业CO2排放量占了中国CO2排放总量的40%左右,是CO2排放量最多的行业,因此电力行业CO2排放量减少对于中国2020年CO2减排目标的实现至关重要。


大规模发展可再生能源对电力行业CO2减排具有积极作用,中国可再生能源已取得了超常规发展。可再生能源包括风力发电、太阳能发电、潮汐能发电、地热发电、生物质能发电等,目前中国具备大规模发展条件的主要是风力发电,所以本书主要研究风力发电的发展。由于风力发电具有波动性、不确定性及不可调峰性等特征,在接入电网发电时需要常规电源提供调峰和备用等辅助服务,才可以满足电网调度的要求。随着风力发电的大规模发展,其对常规电源辅助服务的需求也将越来越大,常规电源是否可以提供足够的辅助服务对于风力发电的发展也至关重要。国家能源局的统计显示,2015年,风电弃风导致的电量损失为339亿kW·h,平均弃风率为15%,相比2014年增加7个百分点。其最主要的原因是电力系统能够为风电接入提供辅助服务的能力不足。因此,提高电力系统为风电接入提供辅助服务的能力,对于风电真正入网发电,具有非常重要的意义。


但是,提高电力系统辅助服务能力需要较大投入,单纯依靠电力系统自身很难承担,同时风电大规模接入电网所带来的电力系统辅助服务成本提高只由电力系统承担也有失公平,需要在此基础上进一步研究风电接入所带来的辅助服务成本提高的分摊和补偿机制,激励电力系统为风电接入提供辅助服务。只有这样,电力系统辅助服务能力才能真正提高,风电发电入网也才能够真正得到保障。


为研究上述问题,本书首先对风电接入电网导致的辅助服务成本进行分析,得到风电接入电网导致的辅助服务成本的特性及其影响因素;然后利用静态合作博弈方法分析辅助服务成本如何在风电场之间进行分摊,并对各种静态合作博弈分析结果进行对比讨论,在静态合作博弈分析的基础上,进一步研究利用动态合作博弈方法分析辅助服务成本如何在风电场之间进行动态分摊;最后在辅助服务成本分摊静态合作和动态合作博弈模型的基础上,得到适合中国的风电接入导致的辅助服务成本分摊机制。


由于改革难度不同,本书建议按照先易后难的顺序来实现对风电场接入导致的辅助服务成本进行补偿和分摊。第一阶段可以考虑在不改变现有辅助服务考核和补偿办法的情况下增加对风电预测精度进行考核的内容,基于风电出力预测精度考核结果由风电场对风电导致的备用辅助服务成本进行补偿,风电导致的调峰辅助服务成本则通过上调火电标杆上网电价,进而通过销售电价进行补偿。第二阶段则可以考虑改变目前辅助服务考核和补偿办法的资金来源,打破成本补偿资金在发电系统内循环的状况,改为由电网公司承担考核后成本补偿资金的不足部分,并计入购电成本通过销售电价进行补偿,而不再间接通过上调上网电价来补偿辅助服务成本,同时风电承担自身引发的备用成本。由于通过辅助服务考核方式确定的辅助服务成本可能不太经济,没有达到成本最低的状况,第三阶段可以考虑建立电力现货市场,通过发电企业报价方式确定调峰辅助服务成本,在明确风电接入导致的调峰辅助服务成本状况的基础上,由风电按照其电量进行补偿和分摊,同时建立电力备用辅助服务市场,通过发电企业报价方式确定备用辅助服务成本,消费者和风电企业分别对其引发的备用成本进行补偿。


本书得到教育部人文社科基金(13YJC790046)、北京市社会科学基金(16JDGLB023)、国家自然科学基金(71671033)和中央高校基本科研业务费专项基金重大项目(2014ZZD08)资助。


华北电力大学


新能源电力与低碳发展研究北京市重点实验室


胡军峰


2017年3月

第1章 绪论


1.1 选题背景及意义


全球气候变暖是全世界面临的重大挑战,其中人类活动产生的CO2排放量急剧增加是最主要的原因,其对环境的影响也越来越大。1992年联合国在《联合国气候变化框架公约》(简称《框架公约》)中提出要控制人类活动产生的CO2的排放量,并持续不断地召开会议讨论减缓、降低CO2排放量的措施。1995—2010年,联合国召开了16次《框架公约》缔约方大会,其中比较重要的包括1997年在日本京都召开的《框架公约》第三次缔约方大会,最终通过了《京都议定书》,规定2008—2012年,主要工业发达国家的温室气体排放量要在1990年的基础上平均减少5.2%。2007年在印度尼西亚巴厘岛召开了《框架公约》第十三次缔约方大会,最终通过了“巴厘岛路线图”,明确规定所有发达国家缔约方都要履行可测量、可报告、可核实的温室气体减排责任。最近的一次是2016年11月在摩洛哥召开的《框架公约》第二十二次缔约方大会。


中国已经成为全世界CO2排放量最多的国家,占世界CO2排放总量的20%以上,而且该比例还有进一步增加的趋势。因此在未来全世界控制CO2排放量的努力中中国必将承担越来越大的压力和责任。中国政府也制定了CO2减排目标。2009年11月,中国政府宣布CO2减排目标为2020年单位国内生产总值CO2排放量比2005年下降40%~45%。2014年11月中美双方共同发布《中美气候变化联合声明》,提出中国计划2030年前后CO2排放达到峰值且将努力早日达峰。2015年9月中美双方共同发布《中美元首气候变化联合声明》,提出中国到2030年单位国内生产总值CO2排放量将比2005年下降60%~65%。


中国电力行业CO2排放量占全国CO2排放总量的40%左右,是CO2排放量最多的行业,因此电力行业CO2排放量减少对于中国2020年CO2减排目标的实现至关重要。


电力行业减少CO2排放量的主要措施包括两个方面:一方面是结构调整,即增加可再生能源发电量在总发电量中的比例,另一方面是降低常规燃煤发电CO2排放量。降低常规燃煤发电CO2排放量主要通过技术改进,如超临界燃煤发电技术,超超临界燃煤发电技术等,但是常规发电技术改进余地较为有限,通常只能降低CO2排放量的10%左右,因此降低电力行业CO2排放量更重要的是结构调整,增加可再生能源发电量的比例。


可再生能源发电中风电是非常重要的发电方式,在我国的发展也非常迅速。2005年我国风电装机容量只有106万kW,发电量也很少,几乎可以忽略不计,但是截至2015年年底,我国风电装机容量为1.29亿kW,已位列世界第一。预计到2020年中国风电装机容量将达到2亿kW左右,2030年风电装机容量将达到3.5亿kW左右,而且还会大规模增长。


由于风电具有间歇性、不确定性、不可调峰性等特征,会对电网的调度及运行产生较高要求。比较有典型代表的事件是2011年2月24日在西北电网酒泉地区发生的风电脱网事故,该事故固然与西北电网已上网风电不具备低电压穿越能力有关,但也暴露出电网辅助能力不足,在单个风机由于发生事故脱网导致电压下降的情况下无法迅速回复电压,由于电压过低,其他风电机组在自我保护的情况下自动脱网,从而出现大面积风电脱网事故,损失出力达840.43 MW。除了对风电事故的辅助服务能力不足以外,目前我国部分风电大规模发展地区还出现了调峰能力和备用能力不足,不得不对风电出力进行人为限制的情况。国家能源局的统计显示,2015年,风电弃风导致的损失电量为339亿kW·h,平均弃风率为15%,相比2014年增加7个百分点。因此,提高电力系统辅助服务能力,对于风电入网发电具有非常重要的意义。


提高电力系统辅助服务能力需要较大投入,单纯依靠电力系统自身可能很难承担,同时由于风电大规模接入电网带来的电力系统辅助服务能力提高的成本由电力系统承担也有失公平,因此需要在此基础上进一步研究风电接入所带来的辅助服务成本提高的分摊和补偿机制,激励电力系统为风电接入提供辅助服务。只有这样,电力系统辅助服务能力才能够真正得到提高,风电入网发电也才能够真正得到保障,才能够提高我国非化石能源利用比例和实现碳减排的目标。

1.2 国内外研究现状


1.2.1 辅助服务市场交易补偿机制国内外研究现状


电力系统由于具有瞬时平衡的特点,因此除了正常的电能供给外,还需要为保持电力系统稳定运行额外提供相应的辅助服务。辅助服务是指为维护电力系统的安全稳定运行,保证电能质量,除正常电能生产、输送、使用外,由发电企业、电网经营企业和电力用户提供的服务。


由于不同国家电力系统有所差异,关于辅助服务界定的范围也有所不同。我国辅助服务的范围包括一次调频、自动发电控制(AGC)、调峰、无功调节、备用、黑启动服务等。其中一次调频是指当电力系统频率偏离目标频率时,发电机组通过调速系统的自动反应,调整有功出力、减少频率偏差所提供的服务。自动发电控制是指发电机组在规定的出力调整范围内,跟踪电力调度交易机构下发的指令,按照一定调节速率实时调整发电出力,以满足电力系统频率和联络线功率控制要求的服务。调峰是指发电机组为了跟踪负荷的峰谷变化而有计划的、按照一定调节速度进行的发电机组出力调整所提供的服务。无功调节是指发电机组向电力系统注入或吸收无功功率所提供的服务。备用是指为了保证可靠供电,电力调度交易机构指定的发电机组通过预留发电容量所提供的服务,备用分为旋转备用和非旋转备用。黑启动是指电力系统大面积停电后,在无外界电源支持的情况下,由具备自启动能力的发电机组所提供的恢复系统供电的服务。


美国联邦能源管理委员会对辅助服务的范围界定为调节和频率响应服务,发电侧提供的无功和电压控制服务,电能不平衡服务,事故备用-旋转备用,事故备用-补充备用,计划、系统控制和调度服务。调节和频率响应服务指在自动发电控制下,连续地使发电出力与分钟级的负荷变化相平衡,以符合控制性能标准。发电侧提供的无功和电压控制服务指从发电侧提供的无功功率,以支撑输电系统的运行,包括响应系统变化、连续调整输电系统电压的能力。电能不平衡服务指在一定的时间周期内,在控制区内的电能发送点或者接受点上的电能计划与实际电量之间存在偏差,由控制区对这种偏差提供电能或者吸纳电能。事故备用-旋转备用指与系统同步但未承载负荷的发电容量,该发电容量是超出供给当前和预计的需求电能的部分,是能立即承载负荷,并在10 min内完全可用的发电容量。事故备用-补充备用指在10 min内能供给需求,但不必与系统同步的发电容量,或能从系统中切除的可中断负荷。计划、系统控制和调度服务指为保障互联系统可靠性、减少输电系统约束及在故障和扰动之后协调恢复的综合行动组合。


北欧电网由北欧四国(挪威、瑞典、芬兰、丹麦)联网组成,北欧电网辅助服务的分类如下。


第一,一级备用(基本控制),包括频率控制的正常运行备用、频率控制的干扰备用、电压控制的干扰备用等。瑞典和挪威主要由水电提供一级备用,丹麦东部由火电提供一级备用,丹麦西部由风电提供一级备用,芬兰则利用水电和火电联合及直流联络线共同提供一级备用。


第二,二级备用,自动发电控制作为二级调节不适用于北欧电网,仅适用于丹麦西部电网。


第三,平衡服务(三级备用),包括快速有功扰动备用、快速有功预测备用、慢有功扰动备用、峰值负荷备用。


第四,无功备用,其要求是充分大、可就地,并且在各个子系统之间不能交换。


第五,其他辅助服务,包括减负荷、负荷跟踪、系统保护、黑启动、辅助服务的平衡结算及金融服务等。


由于辅助服务范围界定不同,不同国家对辅助服务市场交易和补偿方式也存在区别。大多数国家采用辅助服务补偿的方式,主要有统一型、投标型、双边合同型三种,辅助服务成本则主要由用户承担,仅有少量辅助服务项目可能由发电商承担。我国辅助服务市场交易和补偿方式则采用基于调度的考核和补偿机制,即对所有火电企业提供辅助服务的状况按照调度的标准进行考核,没有达到标准的火电企业需要付出相应的费用,从而对达到标准的火电企业的成本进行补偿,如果补偿不充分,则剩余成本由所有火电企业按照上网电量分摊,不需要由用户承担。因此我国辅助服务成本补偿方式与大多数国家相比存在巨大的差异,相应地对风电接入辅助服务成本进行补偿和分摊也与国外有巨大差别,需要基于中国目前辅助服务成本补偿方式进行研究。


分析辅助服务市场交易和补偿方式的文献很多。黄永皓等对电力辅助服务交易市场的交易流程、需求预报和发布、数据申报、竞价规则、交易机制及发电与输电辅助服务的调度进行了详细的描述。张森林分析了辅助服务市场交易的运营方式,对辅助服务补偿机制进行了研究。国家发展改革委经济研究所等对水电机组提供辅助服务的定价机制进行了研究。李婷婷对各种类型的辅助服务定价机制,包括备用、自动发电控制、无功和黑启动进行了研究。Miguélez等对西班牙辅助服务市场运行状况进行了介绍。Andrianesis等对希腊辅助服务市场运行状况进行了介绍。Parida等对印度辅助服务市场运行状况进行了介绍。Raineri利用电能-装机-辅助服务综合模型对智利电价机制进行了研究。Rebours等对建立一个高效辅助服务市场需要考虑的9个因素进行了总结。Raineri等对英格兰和威尔士、北欧四国、美国加州、阿根廷、澳大利亚和西班牙辅助服务市场效果和成本状况进行了比较。Isemonger对美国实时辅助服务市场的改进历史进行了介绍。Kristiansen对北欧四国实现市场化提供辅助服务的方法进行了介绍。


相对于市场化辅助服务运行方式的研究而言,针对我国目前采用的基于调度的辅助服务考核和补偿机制的研究较少。例如,龙云等对南方区域辅助服务市场交易

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