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從可再生能源消納角度看EIM:一個好的電力市場有多重要?

作者:中國儲能網新聞中心 來源:能源人呂成之 發布時間:2019-06-29 瀏覽:
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最近看到個有意思的數據—美國加州2018年年34%的零售電力來源于可再生能源。對于一個可再生能源的支持者來說,還是蠻鼓舞人的。

在呂某看來,這個數據的實現,加州電力調度中心(California Independent System Operator, CAISO)的電力不平衡市場(EIM,Energy Imbalance Market)功不可沒。這個一體化的美國西部跨區域電力市場自2014年建立至今,為加州等8個州減少了810GWh的棄風棄光棄水,相當于減少了34.6萬噸CO2當量的溫室氣體排放。

可以說,EIM將地理上互相獨立的市場聯系起來,使各個區域電網能夠共用調峰資源,利用棄用電量,減少可再生能源電源整體的波動性,從而幫助電網更好地消納可再生能源。

EIM是什么?

2014年11月1日,加州電力調度中心(CAISO)啟動了電力不平衡市場(EIM)構架。這是一個跨區域的實時市場,覆蓋了華盛頓州、加利福尼亞州等8個州市,并向加拿大拓展。

作為美國西部首個將本區域電力調度中心管轄外的發電者和用戶并入交易范圍的市場,EIM同時保留了各個區域電力調度中心的獨立地位。通過吸收新的電力調度中心和電網管理組織,EIM使得電力交易在更大范圍內實現,傳輸通道和廉價高效的能源能夠物盡其用。

CAISO管理區域、已加入EIM電網、計劃加入EIM電網,來源:California Independent System Operator (CAISO)

EIM怎么玩?

前面也說了,EIM是一個一體化市場,覆蓋區域內的發電者和用戶都能夠自由參加市場。但是,電力調度中心的權力和管轄范圍并沒有被合并,仍有調度自主權。比如CAISO使用自動化的手段進行電力調度,但在其他電力調度中心這一工作仍可能由人手動完成。在引入EIM后,區域間交易和調度更容易以低價高效的方式實現,但傳統電力調度的安全性原則和傳輸通道的容量限制仍是調度需要遵守的。

要了解EIM的交易機制,我們首先需要知道電力調度中心(ISO)的調度流程。

每個發電者和用戶需要在發電/用電前一段時間向ISO報告其預測產出或預測負荷,ISO會結合供需和傳輸來決定電力傳輸計劃,這三者統稱為基準計劃。EIM會以基準計劃為參照,確定每個市場參與者實際發電/用電和計劃的差別,并依據差別對市場參與者進行獎勵或收費。

由此可見,實際與基準計劃的偏離需要ISO調度資源進行平衡。由于可再生能源的波動性對其輸出可控性的影響,可再生能源在單一電網區域內容易發生過量生產,可能會因為棄用或是無法達到計劃輸出而受到ISO的懲罰,造成系統損失,影響可再生能源發電者獲利。

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中每個區域調度中心都能實時掌握周邊電網的信息,一個區域可再生能源的過量生產可以填補其它區域恰好產生的電力空缺。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時發生,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性更小(關于這個知識點,之前跟秦海巖老師也聊過)。

同時,EIM有時間精度為15分鐘和5分鐘兩個級別的實時市場,交易商品為電力,這與加入EIM的其他區域電網相同,這使得大部分電力市場參與者很容易就能夠參加EIM交易。


EIM的兩個市場,15分鐘市場和實時市場

作為EIM的管理者,CAISO使用完全自動化的系統來匹配供需。通過將發電者的出力、報價和用戶的需求、報價以及傳輸費用納入模型計算后,ISO匹配最經濟的資源來滿足用戶需求,并在每個周期(通常以一天為單位)對每個市場參與者的收入支出進行計算,并完成和市場參與者的現金流。

現代化的調度手段使得調度優化的時間間隔能夠比以往任何時候都要精確。發電者和用戶不再需要提前很長時間向ISO提交基準計劃,而是可以在發電或用電前一小時內報告。預測這種東西,往往時間越是近,可靠性就越高,更小的預測偏差讓ISO能夠減少對應急機組容量的需求、盡可能經濟地利用資源、避免浪費。

EIM如何收益?

前面說到,EIM能夠幫助電力系統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濟的發電和調峰資源,因此,更低的成本和減少巨額碳排放就是EIM獲益的關鍵。

據Western EIM 2019年第一季度的盈利報告,EIM自2014年11月運行起,總共避免了810116MWh的可再生能源浪費,與之相應地避免了346649噸二氧化碳當量的溫室氣體排放。同時,通過資源的跨區域有效利用和減少可再生能源棄用,EIM的8個區域僅2019年第一季度就實現了8538萬美元的成本節約,而從2014年開始運行至今,EIM總成本節約量達到了65026億美元!

加州春季一天的鴨子曲線(凈負荷),正午容易發生過量生產。來源:CAISO, Flexible Resources Help Renewables Fast Facts

將經濟低碳的電力從發電中心外送到負荷中心,不只是美國提高可再生能源消納的解決方案。放在中國的語境下,將可再生能源電力從西北內陸送到東南沿海的負荷中心同樣不失為直接有效的手段。國家電網公布的數據顯示,2017年我國新能源省間交易電量共計492億千瓦時,同比增長35.6%。現貨交易電量累計69.22億千瓦時,受益省份超過20個,實現了可再生能源大范圍配置。

然而,由于我國電改正在進行,將市場作為配置資源手段的實踐仍在不斷嘗試,距離建立日前市場和實時市場仍有很長的路要走,更何況建立在實時市場基礎上的EIM。

對中國來說,跨區電力輸送仍有很大的潛力有待釋放,利用市場手段和靈活調度增強系統靈活性的同時減少棄風棄光,是未來電力系統發展的重要方向。

關鍵字:新能源消納

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