高比例可再生能源电力系统的灵活性市场机制设计研究

作     者：杨炯君 

作者单位：华北电力大学(北京) 

学位级别：硕士

导师姓名：赵长红

授予年度：2023年

学科分类：02[经济学] 0202[经济学-应用经济学] 

主      题：高比例可再生能源 电力系统灵活性 市场机制 爬坡辅助服务 

摘      要：电力系统脱碳是我国“双碳目标实现的一个关键环节。在未来,高比例的可再生能源接入电力系统将成为必然趋势。风电光伏等可再生能源的发电出力具有间歇性、波动性和随机性等特点,同时我国电力现货市场仍在建设当中,导致传统的发电计划调度模式正在经受双重挑战。在此情况下,为保障电力的时刻安全稳定供应,电力系统的灵活性需求将出现大幅提升。为满足新形势下的电力系统灵活性需求,除改变发用电模式、研发新技术之外,对电力市场机制进行修改和完善,充分释放现有资源的灵活性潜力,也是一种有效提升系统灵活性的解决方式。本文首先对灵活性电力市场相关参与主体的收益构成进行分析,其次对当前灵活性电力市场相关的机制和流程进行梳理,明确市场参与主体在不同市场中的交易方式和交易流程,及其分别提供了何种服务并获得了何种收益。其次对高比例可再生能源电力系统的特征进行分析,分析高比例可再生能源电力系统的基本特征,电力系统中的灵活性资源,以及高比例可再生能源接入对电力现货市场价格产生的影响等。之后基于高比例可再生能源接入电力系统产生的较短时间尺度灵活性需求,提出了一种灵活性产品,并设计了配套的灵活性产品市场机制。本文所提出的灵活性产品及其市场机制,既能有效衡量市场参与主体在平衡系统供需波动时所体现出的灵活性价值,又能与现行电力市场机制形成较好衔接。本文选取火电机组和储能电站作为灵活性产品的提供主体,在全额消纳风光可再生能源电力的基础上,以系统综合成本最小为目标,建立了考虑灵活性产品成本和环境成本的电力系统经济调度模型。针对不同情景下的可再生能源出力削减,进行日内的短期时序模拟,从而检验该灵活性产品及其市场机制对于向上灵活性调节能力的提供及其成本收益。研究结果表明,在灵活性产品市场发展的初期和成熟期,本文所提出的灵活性产品和相关市场机制均可满足对电力系统灵活性需求的有效提供。随着电力系统可再生能源渗透率的提升,火电机组中灵活性调节能力较强的灵活性改造煤电机组和燃气机组能更好地适应未来高比例可再生能源电力系统的灵活性需求,因此对煤电机组进行灵活性改造可有效提升系统灵活性调节能力。储能电站提供灵活性产品的效果则取决于储能的成本以及充放电倍率与负荷波动速率的协调。灵活性产品及其市场机制的提出,有助于以煤电为主的火电机组定位向灵活调节型和容量保障型资源的转变,也有助于储能通过提供新型辅助服务参与电力市场,创造新的商业模式。