大规模可再生能源接入辅助服务成本补偿机制研究

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已发布 2012-07-17 00:00, 上次修改时间: 2016-04-12 09:52

全球气候变化是全世界都面临的重大挑战,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重要。在世界CO2排放总量中,中国已经成为全世界CO2排放量最多的国家,占了20%以上的比重,而且比重还有进一步加大的趋势。因此在未来全世界控制CO2排放的努力中中国必将承担越来越大的压力和责任。其中电力行业CO2排放占了中国排放总量的40%左右,是CO2排放总量最多的行业,因此电力行业CO2强度下降对于中国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,中国可再生能源也取得了超常规发展。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,所以本课题大规模可再生能源主要指风力发电。2005年中国风力发电的装机容量只有106万KW,发电量也很少,几乎可以忽略不计,但是到2010年中国风力发电的装机容量就达到了2958万KW,相比2005年增加了将近27倍,年均增加94.60%,发电量也达到了494亿KWh,占所有发电量的1.17%,预计到2020年风力发电装机容量将达到1.5亿KW,发电量也将达到2840亿KWh,占所有发电量的3.5%左右,发展速度仍将非常迅速。

但是由于风力发电具有波动性、不确定性以及不可调峰性等特征,在接入电网发电时需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。电监会的统计显示,2010年1-6月份,风电弃风导致损失电量27.76亿千瓦时,占同期风电上网电量的12.47%,其最主要的原因就在于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可能很难承担,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可能真正得到提高,风电发电入网也才能够真正得到保障。

因此,本课题将重点研究两个问题:

(1)大规模风电接入导致辅助服务成本提高的程度;
(2)如何对风电接入导致的辅助服务成本进行补偿。

中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,其中大部分与国际通行概念相似。特殊的地方在于由于中国还未建立电力交易市场,常规电厂调峰成本无法通过电力交易市场得到补偿,因此调峰属于中国特有的辅助服务概念。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,在国外一般将此服务归入现货市场交易中。

大规模风电接入电网主要影响的辅助服务有调峰、备用和无功。随着风电发电技术的发展,尤其是双馈感应异步风力发电机的出现,其自身可以提供无功补偿,对电力系统无功辅助服务的需求很小。因此风电接入对电力系统无功辅助服务的影响在本课题中被忽略。本课题将重点研究风电接入对调峰和备用辅助服务的影响。

风电接入对辅助服务影响程度的分析主要采用“有无对比法”,即通过对比风电是否接入电网,两者之间的差值即风电接入所带来的影响。风电接入对不同的辅助服务影响的原因也不相同。调峰辅助服务主要是由于风电出力波动性所带来的,因此风电接入导致的调峰辅助服务应该采用无风电接入负荷持续曲线与风电接入净负荷持续曲线(负荷与风电综合)所导致的调峰辅助服务的差值进行计算。备用辅助服务主要是由于风电出力预测偏差所带来的,因此风电接入导致的备用辅助服务应该采用无风电接入预测偏差与风电接入综合预测偏差所导致的备用辅助服务的差值进行计算。本课题基于典型风电场数据调研,文献查阅,专家讨论等方式,对我国2015年和2020年风电接入对辅助服务成本的影响进行了分析,结果显示,2015年和2020年中国大规模风电接入导致的调峰辅助服务成本分别为116亿元和187亿元左右,备用辅助服务成本分别为34亿元和65亿元左右。如果完全由风电承担,则2015年承担的成本为0.083元/千瓦时,2020年承担的成本为0.084元/千瓦时左右,很显然是风电承担不起的。 

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