丹麦经验：大规模风电并网下如何维护电力供需平衡-第2页-北极星风力发电网

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如图1所示，丹麦国家电网公司作为丹麦电网运营商，其职责是时刻维护电力的供需平衡。丹麦电网公司与主要生产者，大用电户和一些被称为平衡责任方的代表签订了一系列协议。主要目的就是能够时刻保证系统内有充足的容量和及时的备用电源。同时，作为北欧电力交易所的所有者之一，丹麦电网公司同时履行监管市场运行的职责，保证所有人公平的进入市场交易。政府是能源法的制定者，而电网公司是政策的执行者之一。电网公司不以盈利为目的，这确保了电网公司作为执行者在电力市场中的公正性。

3.1 电力市场下的传统电厂与风电

电力市场为电力生产方提供了很多选择。电机的发电容量是一定的，而每台电机也可以选择参与不同的市场从而实现利益最大化。比如，某个燃煤电机可以首先将部分容量在纳斯达克市场交易。这是因为这台电机不确定未来燃煤的价格，所以在计算风险后，可以将一部分容量交易，用于抵消对未来煤价浮动的不确定性。在距离真正发电前的一两天，此台电机可以将剩下的容量参与日前市场竞价。这时电机也更加确定自己的成本，因而报价也更加准确。如果电机在日前交易后还有剩余容量，那么电机还可以参与盘中甚至是平衡市场的交易。在这三级市场中，交易价格是有规律的。一般越靠近真正发电时刻，价格越高。因此，市场本着社会整体效益最大的前提，总会更多的从日前市场和盘中市场确定交易。而平衡市场更多的是用于抵消预测的误差或者故障发生造成的某些区域的不平衡。这样的电力市场设计使得即使在风电和用电方都有不确定性时，传统电机仍有充分补充电网平衡的积极性﹔同时也鼓励了风电提高自身预测的准确性。

电力市场是丹麦消纳风电的关键。目前，相较于相同级别的火电厂，风场的建造和运营成本仍旧偏高。在没有任何补贴的情况下，较高的成本将最终反映在电力市场的报价中。目前，为了让风电的价格在市场中有竞争力，适当的补贴是必不可少的。自2008年以来，丹麦可再生能源法明确了一系列对于风能的补贴方案，从而降低其市场价格，使其被市场优先消纳。比如，对于大型风电项目，给予整体项目5%的补贴，不但提高了投资竞标方的积极性也降低了风电的成本。另外，在风电并网发电的最初2000小时，给予每兆瓦时250丹麦克朗的补贴(相当于丹麦年区域电价的平均值水平)。由于补贴，风电在市场中几乎成为了“免费”的电，完全被市场优先接纳。在这种补贴制度下，风电上网发电问题得到了解决。这种对于风电的补贴模式和力度并不是一成不变的。通过调节对风电的补贴，来控制风电的发展使其与市场需求相匹配。最终目的是使风电的并网消纳进入了良性循环。

风电的补贴来自于人们对环境保护的贡献。在丹麦，所有用户必须履行公共服务责任，即根据电量的消耗缴纳额外的费用(PSO)。这项公共服务责任费用中一部分就用于通过上网电价(Feed-in tariff)补贴风电。上网电价又可以理解为准入电价，保证了风电的价格低于其它形式的发电价格从而被市场优先消纳。上网电价是基于生产成本核算出的，是一种长期合同价格，为生产者和投资方提供了一个稳定的回报预期，激励了风电的发展。同时，上网电价往往是随着时间逐渐降低，这是由于考虑到技术的进步使得生产成本降低。同时这种价格调整，反过来也会激励生产投资方改进自身的技术，提高生产效率。此外，在丹麦，由于电力零售市场的开放，普通用户有机会自由选择电力零售商。而终端用户的电价往往是每半年调整一次。而对于风电，很多零售商对终端用户推出实时变动价格，由于人们对环境保护的关注，很多用户在可以自由选择用电来源时，还是会选择波动的风电。根据价格变化，灵活用电，间接的帮助平衡电力供需。这样的电力消费平台的创立，使得普通用户也有了对环境做贡献的机会与积极性。参与平衡电力供需的用户也会得到经济补偿。在这种补贴制度和市场机制下，风电在电网中的比重大大提高。为减少污染物排放而征收的各种费用也加大了传统电厂的发电成本，使得传统电厂必须积极配合接纳风电，提高自身的灵活性以及生产效率，更多参与平衡市场，或者为风电提供备用服务来弥补风能的波动性带来的供需不平衡，从而得到经济回报。

大型热电联产电机可以灵活的调节自身出力，这是以牺牲发电效率实现的。效率较低的热电联产电厂(发电效率40%左右)在电力经营方面很难盈利。没有一家大型电厂愿意低效运行，除非回报大于损失。而热电联产的供热能力作为人们生活的另一个必需品，成为了对传统电厂盈利的一个补充。只有在电力市场的作用下，使得传统电机低效运行时也能得到经济回报。因为热电联产发电会同时产生热，其总能源转换效率将会达到90%以上，这就使得热电联产厂可以从供热服务中获得回报。任何电厂的调节技术都是为市场服务的。当市场有需求，技术就会诞生。热电联产安装了电锅炉，储热设备等等，增加了电力生产的灵活性，用以配合市场中电价较低时，可以产生热并储存起来。以目前技术水平，热能可以被储存3天以上。而当没有风，市场中电价较高时，热电联产的稳定输出也会获得更高的利益。实现这些技术要考虑需求以及成本。以丹麦普通居民为例，平均电价大约2元人民币每千瓦时(以2015年3月汇率，1丹麦克朗对换0.9元人民币计算)。而真正的发电输电成本大约占电价的50%;公共服务责任费用及税费占了剩下的50%。较高的电价事实上增加了居民使用私人热泵供热的成本。目前丹麦最廉价的供热依然是来源与大型热电联产。以普通家庭为例，室内温度常年维持在23摄氏度，房屋绝热等级为 B级(即较好)。来自热电联产的供热年花费大约在1万元人民币，而加装私人热泵需要一次性投资成本约10万元人民币。这样的对比关系为热电联产留下了供热方面的经济空间。同时，大型的热电联产厂还会通过为电网提供无功等辅助性服务而得到经济补偿，也为大规模风电消纳提供了补充。

3.2 电力市场下的国际互联与风电

国际联络线对于丹麦是基于市场原则下的重要选项。丹麦目前的冬季最大负荷大约是6000MW。传统火电容量4400MW，其能力足以覆盖载荷的 75%。而风机装机容量截止到2014年大约是4900MW。全年风电覆盖负荷最大比率132%。同时配合小型热电联产和太阳能等等，总装机容量有能力独立覆盖丹麦所有的负载。在本地充足容量的保证下，电力市场为丹麦供电平衡和风能消纳提供了优化经济效益的平台。北欧电力市场被划分为多个电价区域。当丹麦出现过多的风电，丹麦的区域电价会变得极低。这时邻国的电力市场参与者会优先选择低价的丹麦风电，直到满足该地区的平衡，即在满足联络线不过载的条件下区域间电价趋同。同时由于区域功率扰动平衡的问题，会对联络线上传出功率的变化率作一定要求。对于北欧电力市场，不同电价区域的小时的变化率被限制在±600MW。这个功率交换限制会在未来被放开到±1200MW或者更大以提供灵活性。所以国际联络线与风能消纳之间是市场下的联动关系，而并非依赖关系。

原标题：电力市场下丹麦大规模风电消纳经验

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