利用富余風(fēng)能進(jìn)行清潔供熱的交易機(jī)制研究

姜拓，徐飛，閔勇，陳磊，陳群，李偉，張稱心，王小海，候佑華，齊軍，于源

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.170341

1項(xiàng)目背景

為了提高北方風(fēng)能資源豐富地區(qū)的風(fēng)電消納能力，緩解冬季供熱期電力負(fù)荷低谷時(shí)段風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行困難的問(wèn)題，同時(shí)促進(jìn)城鎮(zhèn)能源利用清潔化，減少化石能源低效燃燒帶來(lái)的環(huán)境污染，目前我國(guó)正在“三北”地區(qū)大力推進(jìn)利用富余風(fēng)能進(jìn)行清潔供熱的相關(guān)工作。在電力市場(chǎng)改革的大背景下如何運(yùn)用市場(chǎng)化手段實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程中的資源優(yōu)化配置是一個(gè)需要探究的問(wèn)題。

2論文所解決的問(wèn)題及意義

1) 考慮到棄風(fēng)量預(yù)估的難度，風(fēng)電供熱交易應(yīng)該采用短期交易的模式。但是目前我國(guó)的交易模式仍以中長(zhǎng)期的大用戶直購(gòu)方式為主，缺乏相應(yīng)的短期交易配套機(jī)制，這為風(fēng)電供熱交易機(jī)制的引入帶來(lái)了巨大的阻礙。

2) 風(fēng)能供熱通常需要引入發(fā)電成本較高的常規(guī)能源來(lái)保障供熱的可靠性，但是現(xiàn)階段低廉的傳統(tǒng)供熱價(jià)格使得居民對(duì)風(fēng)電供熱的價(jià)格承受能力較弱，因此如何平衡供電可靠性與供電成本之間的矛盾成為市場(chǎng)可行性研究需要關(guān)注的重點(diǎn)。

3) 包含蓄熱的分布式電供熱裝置作為一種可控終端具有運(yùn)行方式靈活的特點(diǎn)，同時(shí)風(fēng)電商具有依據(jù)滾動(dòng)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整中標(biāo)電量的需求，因此風(fēng)電供熱交易機(jī)制應(yīng)該能夠靈活、高效地處理由熱用戶用電行為改變或者風(fēng)電商出力預(yù)測(cè)改變?cè)斐傻墓┬杵胶飧淖儭?/p>

4) 風(fēng)電供熱合同往往會(huì)產(chǎn)生較大的執(zhí)行偏差，由此需要一個(gè)同現(xiàn)有結(jié)算體系兼容的交易結(jié)算機(jī)制來(lái)進(jìn)行電量的核算、偏差責(zé)任的劃分以及偏差調(diào)整費(fèi)用的計(jì)算。

3論文重點(diǎn)內(nèi)容

從上述風(fēng)電供熱交易的特點(diǎn)出發(fā)，本文的研究?jī)?nèi)容包括：

1) 棄風(fēng)供熱交易模式的設(shè)計(jì)。

本文首先提出了一種與現(xiàn)有市場(chǎng)環(huán)境兼容的時(shí)前交易模式，即在每一小時(shí)前通過(guò)市場(chǎng)交易確定這一個(gè)小時(shí)的電能價(jià)格和供熱電量。交易采用循環(huán)競(jìng)價(jià)的模式，成交關(guān)系如圖1所示。在極端的情況下通過(guò)引入火電商來(lái)保證供熱的進(jìn)行。

圖1  循環(huán)競(jìng)價(jià)交易模式

2) 配套的交易核算及結(jié)算機(jī)制。

電量核算機(jī)制規(guī)定了所有供熱合約執(zhí)行結(jié)果的核算方法：通過(guò)發(fā)用電兩側(cè)的計(jì)量結(jié)果分別對(duì)供熱合約的實(shí)際執(zhí)行電量進(jìn)行核算，對(duì)比上述發(fā)、用電兩側(cè)的核算結(jié)果，核算調(diào)度部門(mén)通過(guò)調(diào)用其他電廠平抑掉的不平衡電量。進(jìn)而可以通過(guò)結(jié)算機(jī)制針對(duì)不平衡電量進(jìn)行責(zé)任劃分，并向相應(yīng)責(zé)任主體收取平抑不平衡電量所產(chǎn)生的額外費(fèi)用。

3) 市場(chǎng)可行性分析。

對(duì)于棄風(fēng)供熱交易，市場(chǎng)可行等價(jià)于發(fā)電商、零售商均能夠從交易中獲得長(zhǎng)期的非負(fù)收益。通過(guò)可行性分析，給出各市場(chǎng)主體總收益期望非負(fù)時(shí)交易參數(shù)需要滿足的充分性條件，該條件可以作為市場(chǎng)可行性判據(jù)用以評(píng)估某地區(qū)的客觀情況能否維持市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)。

4結(jié)論

在市場(chǎng)化改革的背景下研究富余風(fēng)能清潔供熱交易機(jī)制具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)富余風(fēng)能清潔供熱交易的關(guān)鍵問(wèn)題在于能否找到一種與我國(guó)現(xiàn)有市場(chǎng)環(huán)境相兼容的交易機(jī)制，使得參與交易的各方利益主體都能夠從中獲益。本文通過(guò)對(duì)富余風(fēng)電清潔供熱交易的特點(diǎn)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種時(shí)前交易模式，并研究了與之配套的核算及結(jié)算機(jī)制，所提出的交易機(jī)制可以作為一種新的交易品種嵌入到現(xiàn)有的“三北”地區(qū)交易體系中。本文進(jìn)一步針對(duì)上述交易機(jī)制進(jìn)行了可行性探討，并給出了可行性判據(jù)用以評(píng)估某地區(qū)是否適合開(kāi)展棄風(fēng)供熱交易，或?yàn)檎_定補(bǔ)貼額度提供參考依據(jù)。

引文信息

姜拓，徐飛，閔勇，等．利用富余風(fēng)能進(jìn)行清潔供熱的交易機(jī)制研究[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37(15)：4286-4295．

Jiang Tuo，Xu Fei，Min Yong，et al．Research on trading mechanism of clean heating with surplus wind power [J]．Proceedings of the CSEE，2017，37(15)：4286-4295 (in Chinese)．

團(tuán)隊(duì)介紹

作者所在的團(tuán)隊(duì)為清華大學(xué)“新能源電力系統(tǒng)分析與運(yùn)行”團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人為閔勇教授，團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有教授2人，副教授/副研究員5人，博士/碩士研究生30余人。團(tuán)隊(duì)的工作目標(biāo)是從不同角度入手，在深入、系統(tǒng)的理論研究工作的基礎(chǔ)上，為含大規(guī)模新能源接入的電力系統(tǒng)的分析和運(yùn)行提供技術(shù)解決方案，具體研究方向包括新能源并網(wǎng)分析與運(yùn)行、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析和網(wǎng)源協(xié)調(diào)、電-熱綜合能源系統(tǒng)等。

閔勇，男，1963年生，工學(xué)博士，教授，博士生導(dǎo)師。1984年清華大學(xué)電機(jī)系本科畢業(yè)，1990年在清華大學(xué)電機(jī)系獲博士學(xué)位。曾任清華大學(xué)電機(jī)系柔性輸配電系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)、電力系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)、清華大學(xué)電氣工程學(xué)位分委會(huì)主席、清華大學(xué)電機(jī)系主任和清華大學(xué)低碳能源實(shí)驗(yàn)室副主任，現(xiàn)任電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、清華大學(xué)電機(jī)系學(xué)術(shù)委員會(huì)主席。曾獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)一項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)四項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外期刊和會(huì)議上共發(fā)表學(xué)術(shù)論文200多篇。主要學(xué)術(shù)兼職包括科技部“十二五”國(guó)家科技重點(diǎn)專項(xiàng)（智能電網(wǎng)專項(xiàng)）專家組組長(zhǎng)、科技部“十二五”863計(jì)劃“智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)（一期）”重大項(xiàng)目總體專家組組長(zhǎng)、國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)第七屆學(xué)科評(píng)議組（電氣工程組）委員、國(guó)務(wù)院安委會(huì)專家咨詢委員會(huì)能源專業(yè)委員會(huì)委員、IET Fellow等。

徐飛，男，1974年生，工學(xué)博士，副研究員。1997年清華大學(xué)電機(jī)系本科畢業(yè)，1999年在清華大學(xué)電機(jī)系獲得工學(xué)碩士學(xué)位，2015年在清華大學(xué)電機(jī)系獲得工學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)為清華大學(xué)電機(jī)系培訓(xùn)與就業(yè)中心主任。徐飛副研究員主要從事電力-熱力綜合能源系統(tǒng)分析與控制、大規(guī)模儲(chǔ)熱在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用以及電力系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)等方面的研究工作。在國(guó)內(nèi)外共發(fā)表論文20余篇。曾獲教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，省部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)一項(xiàng)，清華大學(xué)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)一項(xiàng)。

陳磊，男，1982年生，工學(xué)博士，副教授。2003年清華大學(xué)電機(jī)系本科畢業(yè)，2008年清華大學(xué)電機(jī)系獲工學(xué)博士學(xué)位并留校工作任助理研究員，2013年起任副教授。主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)穩(wěn)定、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析與控制。在電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、低頻振蕩、可再生能源并網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析等方面均展開(kāi)了大量深入研究并取得了突出的成果，發(fā)表了數(shù)十篇SCI/EI論文。曾獲教育部技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，中國(guó)電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

姜拓，男，1994年生，碩士研究生，2015年清華大學(xué)電機(jī)系本科畢業(yè)，主要研究方向?yàn)殡姛峋C合能源系統(tǒng)、大容量?jī)?chǔ)熱技術(shù)、可再生能源清潔供熱。