利用富余風(fēng)能進行清潔供熱的交易機制研究

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荷低谷時段風(fēng)電并網(wǎng)運行困難的問題，同時促進城鎮(zhèn)能源利用清潔化，減少化石能源低效燃燒帶來的環(huán)境污染，目前我國正在“三北”地區(qū)大力推進利用富余風(fēng)能進行清潔供熱的相關(guān)工作。在電力市場改革的大背景下如何運用市場化手段實現(xiàn)這一過程中的資源優(yōu)化配置是一個需要探究的問題。

2論文所解決的問題及意義

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。但是目前我國的交易模式仍以中長期的大用戶直購方式為主，缺乏相應(yīng)的短期交易配套機制，這為風(fēng)電供熱交易機制的引入帶來了巨大的阻礙。

2) 風(fēng)能供熱通常需要引入發(fā)電成本較高的常規(guī)能源來保障供熱的可靠性，但是現(xiàn)階段低廉的傳統(tǒng)供熱價格使得居民對風(fēng)電供熱的價格承受能力較弱，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可行性研究需要關(guān)注的重點。

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行方式靈活的特點，同時風(fēng)電商具有依據(jù)滾動預(yù)測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整中標電量的需求，因此風(fēng)電供熱交易機制應(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)測改變造成的供需平衡改變。

4) 風(fēng)電供熱合同往往會產(chǎn)生較大的執(zhí)行偏差，由此需要一個同現(xiàn)有結(jié)算體系兼容的交易結(jié)算機制來進行電量的核算、偏差責(zé)任的劃分以及偏差調(diào)整費用的計算。

3論文重點內(nèi)容

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

1) 棄風(fēng)供熱交易模式的設(shè)計。

本文首先提出了一種與現(xiàn)有市場環(huán)境兼容的時前交易模式，即在每一小時前通過市場交易確定這一個小時的電能價格和供熱電量。交易采用循環(huán)競價的模式，成交關(guān)系如圖1所示。在極端的情況下通過引入火電商來保證供熱的進行。

圖1  循環(huán)競價交易模式

2) 配套的交易核算及結(jié)算機制。

電量核算機制規(guī)定了所有供熱合約執(zhí)行結(jié)果的核算方法：通過發(fā)用電兩側(cè)的計量結(jié)果分別對供熱合約的實際執(zhí)行電量進行核算，對比上述發(fā)、用電兩側(cè)的核算結(jié)果，核算調(diào)度部門通過調(diào)用其他電廠平抑掉的不平衡電量。進而可以通過結(jié)算機制針對不平衡電量進行責(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)生的額外費用。

3) 市場可行性分析。

對于棄風(fēng)供熱交易，市場可行等價于發(fā)電商、零售商均能夠從交易中獲得長期的非負收益。通過可行性分析，給出各市場主體總收益期望非負時交易參數(shù)需要滿足的充分性條件，該條件可以作為市場可行性判據(jù)用以評估某地區(qū)的客觀情況能否維持市場的運營。

4結(jié)論

在市場化改革的背景下研究富余風(fēng)能清潔供熱交易機制具有重大的現(xiàn)實意義，現(xiàn)階段實現(xiàn)富余風(fēng)能清潔供熱交易的關(guān)鍵問題在于能否找到一種與我國現(xiàn)有市場環(huán)境相兼容的交易機制，使得參與交易的各方利益主體都能夠從中獲益。本文通過對富余風(fēng)電清潔供熱交易的特點進行分析，設(shè)計了一種時前交易模式，并研究了與之配套的核算及結(jié)算機制，所提出的交易機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。本文進一步針對上述交易機制進行了可行性探討，并給出了可行性判據(jù)用以評估某地區(qū)是否適合開展棄風(fēng)供熱交易，或為政府確定補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)能進行清潔供熱的交易機制研究[J]．中國電機工程學(xué)報，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)．

團隊介紹

作者所在的團隊為清華大學(xué)“新能源電力系統(tǒng)分析與運行”團隊，團隊負責(zé)人為閔勇教授，團隊現(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。團隊的工作目標是從不同角度入手，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)分析與運行、電力系統(tǒng)動態(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)電機系本科畢業(yè)，1990年在清華大學(xué)電機系獲博士學(xué)位。曾任清華大學(xué)電機系柔性輸配電系統(tǒng)研究所所長、電力系統(tǒng)研究所所長、清華大學(xué)電氣工程學(xué)位分委會主席、清華大學(xué)電機系主任和清華大學(xué)低碳能源實驗室副主任，現(xiàn)任電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真國家重點實驗室副主任、清華大學(xué)電機系學(xué)術(shù)委員會主席。曾獲國家科技進步二等獎一項，省部級科技進步二等獎四項。在國內(nèi)外期刊和會議上共發(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”國家科技重點專項（智能電網(wǎng)專項）專家組組長、科技部“十二五”863計劃“智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)（一期）”重大項目總體專家組組長、國務(wù)院學(xué)位委員會第七屆學(xué)科評議組（電氣工程組）委員、國務(wù)院安委會專家咨詢委員會能源專業(yè)委員會委員、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)電機系本科畢業(yè)，1999年在清華大學(xué)電機系獲得工學(xué)碩士學(xué)位，2015年在清華大學(xué)電機系獲得工學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)為清華大學(xué)電機系培訓(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)明一等獎一項，省部級科技進步三等獎一項，清華大學(xué)教學(xué)成果一等獎一項。

陳磊，男，1982年生，工學(xué)博士，副教授。2003年清華大學(xué)電機系本科畢業(yè)，2008年清華大學(xué)電機系獲工學(xué)博士學(xué)位并留校工作任助理研究員，2013年起任副教授。主要研究方向為電力系統(tǒng)穩(wěn)定、電力系統(tǒng)動態(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)明獎一等獎，中國電力科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎。

姜拓，男，1994年生，碩士研究生，2015年清華大學(xué)電機系本科畢業(yè)，主要研究方向為電熱綜合能源系統(tǒng)、大容量儲熱技術(shù)、可再生能源清潔供熱。