王建華，尹林果，黃煒斌，馬光文，夏利名

(1. 國家能源大渡河公司，四川 成都 610041；2. 四川大學(xué)水利水電學(xué)院，四川 成都 610065；3. 四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065)

0 引 言

以風(fēng)電和光伏為代表的可再生能源大量并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)對調(diào)頻輔助服務(wù)的需求急劇增加[1]?；痣姍C(jī)組參與調(diào)頻會導(dǎo)致機(jī)組磨損、增加煤耗，而且火電機(jī)組響應(yīng)速度慢，調(diào)頻能力十分有限[2]。相比于燃煤機(jī)組，水輪機(jī)組啟動速度快，開停機(jī)迅速，頻繁啟停機(jī)不會消耗過多能量，能在較大的負(fù)荷變化范圍內(nèi)保持較高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，因此水電站是承擔(dān)調(diào)頻輔助服務(wù)的主力電源。

調(diào)頻輔助服務(wù)是維持電力系統(tǒng)實(shí)時平衡與安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)[3- 4]。目前，已有大量關(guān)于調(diào)頻輔助服務(wù)的研究。文獻(xiàn)[5]基于德州電力數(shù)據(jù)，分析不同電儲能設(shè)備的特性，并對其參與調(diào)頻輔助服務(wù)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評估；文獻(xiàn)[6]提出基于PJM市場機(jī)制的含有儲能RIES的優(yōu)化模型可以在滿足系統(tǒng)常規(guī)備用的同時參與調(diào)頻市場，實(shí)現(xiàn)利潤最大化；文獻(xiàn)[7]就各個國家的輔助服務(wù)發(fā)展過程進(jìn)行對比，針對我國輔助服務(wù)給出市場機(jī)制設(shè)計(jì)建議；文獻(xiàn)[8]構(gòu)建適用于華北地區(qū)的輔助服務(wù)市場競價模型，對鼓勵高性能機(jī)組參與調(diào)頻輔助服務(wù)起到積極作用；文獻(xiàn)[9]構(gòu)建基于引發(fā)責(zé)任的調(diào)頻成本分?jǐn)倷C(jī)制，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性；文獻(xiàn)[10]總結(jié)近年儲能參與輔助服務(wù)的政策及案例，探究了儲能參與調(diào)峰調(diào)頻的補(bǔ)償機(jī)制。

由上述文獻(xiàn)可知，目前調(diào)頻輔助服務(wù)大多是關(guān)于火電調(diào)頻、電儲能調(diào)頻、調(diào)頻輔助服務(wù)市場等方面的研究。涉及水電機(jī)組參與調(diào)頻輔助服務(wù)方面的文章較少，但水電機(jī)組參與調(diào)頻輔助服務(wù)需預(yù)留出較大備用容量，導(dǎo)致水電站不能根據(jù)市場實(shí)際需求以其最大發(fā)電能力參與電力市場，從而造成較大經(jīng)濟(jì)損失。因此，需對水電機(jī)組參與調(diào)頻輔助服務(wù)進(jìn)行成本分析以及補(bǔ)償額度測算。

1 調(diào)頻輔助服務(wù)成本分析

1.1 備用容量統(tǒng)計(jì)

按照電網(wǎng)負(fù)荷峰段、谷段與平段的區(qū)別，電網(wǎng)需預(yù)留出的負(fù)荷備用也不相同。在保證整個電網(wǎng)安全運(yùn)行前提下，電網(wǎng)負(fù)荷備用一般為全電網(wǎng)負(fù)荷2%～5%，當(dāng)全網(wǎng)備用負(fù)荷確定之后，調(diào)度人員根據(jù)電網(wǎng)各時段所需要的負(fù)荷備用分?jǐn)偨o水電站等承擔(dān)備用任務(wù)的電站。

對于某一具體水電站在負(fù)荷峰平谷段應(yīng)承擔(dān)的負(fù)荷備用計(jì)算公式分別如式(1)、(2)和式(3)所示

(1)

(2)

式中，NF，j表示第j個水電站在負(fù)荷平段期應(yīng)承擔(dān)的負(fù)荷備用；H表示計(jì)算日小時數(shù)；Ei表示第i時刻的電網(wǎng)負(fù)荷需求量；β2為電網(wǎng)在負(fù)荷平段期所需負(fù)荷備用比例；λ2，j表示第j個水電站在負(fù)荷平段期應(yīng)承擔(dān)負(fù)荷備用比例。

(3)

1.2 備用耗水率統(tǒng)計(jì)

水電機(jī)組既要完成電網(wǎng)中心給定負(fù)荷任務(wù)，又要承擔(dān)負(fù)荷備用，必然產(chǎn)生非發(fā)電出庫水量，稱備用耗水率，通過水電機(jī)組的空載流量進(jìn)行近似計(jì)算，計(jì)算公式為

(4)

式中，N′max為水電站單機(jī)可調(diào)出力；N(H)為根據(jù)水電站水頭出力曲線獲得的當(dāng)前水頭下可能出力。

進(jìn)而可計(jì)算出水電站空載機(jī)組近似臺數(shù)K為

(5)

式中，Nx為上文所確定的備用容量。

基于上述計(jì)算和水電站空載流量曲線，計(jì)算水電站空載流量用以近似代表備用耗水率，計(jì)算公式為

1.3.2 心血管外科。1）大血管支架：目前進(jìn)口產(chǎn)品主要是美敦力支架，國產(chǎn)的主要是深圳先建品牌。其材質(zhì)都是鎳鈦合金。其說明書對磁共振的檢查都有詳細(xì)的說明，目前主要是適用在1.5T或3.0T設(shè)備檢查

Qk=k·Qkz(H)·t

(6)

式中，Qkz(H)為水電站在水頭H下的空載流量；t為時長。

1.3 備用損失電量統(tǒng)計(jì)

平均耗水率λ是每發(fā)1 kW·h電量時流過水輪機(jī)的水量，計(jì)算公式為

(7)

式中，Q為水量；E為發(fā)電量。

在備用耗水量計(jì)算基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)各月平均耗水率，以平均耗水率計(jì)算公式即可反推備用損失電量。

2 算例分析

2.1 流域及電站情況簡介

大渡河上游至中游8座電站構(gòu)成的梯級電站群總裝機(jī)11 095 MW，占四川統(tǒng)調(diào)裝機(jī)的16%，占大渡河干流規(guī)劃河段總裝機(jī)的47.4%，其中瀑布溝為不完全年調(diào)節(jié)水庫，大崗山為日調(diào)節(jié)水庫。瀑布溝及大崗山水電站離負(fù)荷中心近、裝機(jī)容量大，因而在四川電力系統(tǒng)中主要擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用等輔助服務(wù)任務(wù)，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)負(fù)荷擾動時，進(jìn)行功率調(diào)整，保持功率平衡，為保障四川電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行作出巨大貢獻(xiàn)，但因電網(wǎng)調(diào)頻需要，瀑布溝及大崗山水電站常年都有較大的備用損失電量，因此需給予瀑布溝及大崗山水電站一定損失補(bǔ)償。

2.2 備用容量結(jié)果分析

本文以2018年四川電網(wǎng)負(fù)荷需求數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)分析瀑布溝和大崗山電站備用容量情況，據(jù)四川電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)知，電網(wǎng)負(fù)荷峰段時間為7∶00～11∶00及19∶00～23∶00，負(fù)荷平段時間為11∶00～19∶00，負(fù)荷谷段時間為23∶00～次日7∶00。電網(wǎng)各時段負(fù)荷備用比例分別取為β1=4%、β2=3%、β3=3%，經(jīng)驗(yàn)權(quán)重分別取為α1=0.9和α2=1.1?；谇拔挠?jì)算原理和上述數(shù)據(jù)資料，瀑布溝及大崗山水電站2018年各月備用容量計(jì)算結(jié)果如圖1所示，四川電網(wǎng)2018年日負(fù)荷極值和平均值如圖2所示。

圖1 瀑布溝及大崗山電站各月備用容量情況

圖2 四川電網(wǎng)日負(fù)荷極值情況

結(jié)合圖1和圖2可以看出，兩電站各月備用容量與電網(wǎng)負(fù)荷需求水平高度相關(guān)。當(dāng)四川電網(wǎng)負(fù)荷需求水平處于全年最高時，瀑布溝和大崗山電站的備用容量也達(dá)到最大；當(dāng)四川電網(wǎng)負(fù)荷需求水平處于全年最低時，瀑布溝和大崗山電站的備用容量也相應(yīng)降到最低。這是因?yàn)槠俨紲虾痛髰徤剿娬拘枰鶕?jù)電網(wǎng)負(fù)荷需求進(jìn)行備用容量的增減，給電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量提供保障，使其能安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 備用耗水量結(jié)果分析

根據(jù)瀑布溝及大崗山電站2018年機(jī)組日運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)合上文計(jì)算原理，統(tǒng)計(jì)計(jì)算瀑布溝及大崗山電站2018年各月備用耗水量結(jié)果如圖3所示。

圖3 瀑布溝及大崗山備用耗水量計(jì)算結(jié)果

由圖3可知，瀑布溝電站全年耗水量損失達(dá)33.36億m3，月平均耗水量2.78億m3。其中8月備用耗水量達(dá)3.17億m3，為全年最大值，而瀑布溝電站備用容量在8月達(dá)到最大，兩者峰值時間點(diǎn)一致。瀑布溝電站備用耗水量全年最小值出現(xiàn)在6月，但備用容量在2月降到最低，兩者低谷時間點(diǎn)并不相同，這是因?yàn)閭溆煤乃坎粌H與備用容量有關(guān)，還與當(dāng)月機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)。大崗山水電站全年耗水量損失為20.79億m3，月平均耗水量1.73億m3。大崗山電站備用耗水量與備用容量計(jì)算結(jié)果相一致，最大值和最小值分別出現(xiàn)在8月與2月，說明備用容量的大小決定著備用耗水量的大小。

2.4 備用損失電量結(jié)果分析

利用備用耗水量結(jié)果和式(7)計(jì)算出瀑布溝和大崗山電站各月?lián)p失電量如表1所示。

由表1可知，瀑布溝電站全年備用損失電量達(dá)10.33億kW·h，備用損失電量極值點(diǎn)分別出現(xiàn)在6月與8月，與備用耗水量極值時間點(diǎn)相一致。大崗山電站全年備用損失電量7.19億kW·h，備用損失電量極值點(diǎn)分別出現(xiàn)在2月與8月，與備用耗水量極值時間點(diǎn)相一致。

表1 瀑布溝、大崗山電站各月?lián)p失電量 億kW·h

2.5 補(bǔ)償額度測算

我國大部分地區(qū)對參加調(diào)頻的機(jī)組進(jìn)行補(bǔ)償一般是按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，但由于機(jī)組性能不同導(dǎo)致參與調(diào)頻時所做貢獻(xiàn)也不相同，按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)償，對調(diào)頻性能較好的機(jī)組并不公平[11]，因此需重新設(shè)計(jì)瀑布溝及大崗山電站補(bǔ)償方法，思路如下：

(1)對瀑布溝及大崗山電站的損失電量進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償電價按峰、平、谷3個時期進(jìn)行確定。

(2)豐水期損失電量按四川省發(fā)改委關(guān)于降低豐水期水電標(biāo)桿上網(wǎng)電價的通知(川發(fā)改價格[2017]234號)中規(guī)定的8厘/(kW·h)進(jìn)行補(bǔ)償，文件規(guī)定四川省豐水期為6月～10月。

(3)其余時期損失電量按瀑布溝及大崗山同期上網(wǎng)電價確定，根據(jù)四川省發(fā)改委關(guān)于再次降低四川電網(wǎng)一般工商業(yè)用電價格等有關(guān)事項(xiàng)的通知(川發(fā)改價格[2019]257號)，瀑布溝及大崗山電站批復(fù)電價分別為0.346 0元/(kW·h)和0.297 4元/(kW·h)。

基于上述補(bǔ)償原則，并結(jié)合瀑布溝及大崗山備用損失電量計(jì)算結(jié)果，計(jì)算得到瀑布溝及大崗山電站具體補(bǔ)償額度如表2所示。

表2 瀑布溝及大崗山電站備用損失電量補(bǔ)償額度結(jié)果 億元

由表2可以看出，按照補(bǔ)償原則進(jìn)行計(jì)算，瀑布溝電站在豐水期應(yīng)補(bǔ)償0.037億元，其余時期應(yīng)補(bǔ)償2.001億元，全年應(yīng)補(bǔ)償2.038億元，而實(shí)際補(bǔ)償金額為1 336萬元，僅為應(yīng)得補(bǔ)償?shù)?.56%；大崗山電站在豐水期應(yīng)補(bǔ)償0.025億元，其余時期應(yīng)補(bǔ)償1.192億元，全年應(yīng)補(bǔ)償1.217億元，而大崗山電站AGC補(bǔ)償費(fèi)用為365萬元，汛期優(yōu)先電量5.2億kW·h，按照豐水期電價計(jì)算大崗山電站獲得的補(bǔ)償金額為4 525萬元，僅為應(yīng)得補(bǔ)償?shù)?7.17%。由此可以看出瀑布溝電站和大崗山電站調(diào)頻實(shí)際補(bǔ)償額度遠(yuǎn)沒有達(dá)到應(yīng)得補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 論

(1)承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)的水電站各月備用容量趨勢與電網(wǎng)負(fù)荷需求趨勢相一致，電網(wǎng)負(fù)荷需求變化導(dǎo)致電站備用容量變化以保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)水電站承擔(dān)調(diào)頻輔助任務(wù)會因預(yù)留備用容量而導(dǎo)致巨大電量損失，因此應(yīng)給予調(diào)頻電站適當(dāng)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。按本文設(shè)計(jì)補(bǔ)償原則計(jì)算，瀑布溝電站全年應(yīng)得補(bǔ)償金額為2.038億元，實(shí)際補(bǔ)償金額為1 336 萬元，僅為補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的6.68%。大崗山電站全年應(yīng)得補(bǔ)償金額為1.217億元，實(shí)際補(bǔ)償金額為4 525 萬元，僅為補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)的37.17%。兩電站實(shí)際補(bǔ)償金額遠(yuǎn)小于應(yīng)得補(bǔ)償費(fèi)用，每年都因參加調(diào)頻輔助任務(wù)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。