【到了太阳落山之时，光伏没了（出力逐步或突然降低），各省电力系统如何应对？】
——《光伏高发，全国午间谷电蔓延》后续
（来源：微信公众号“享能汇” 作者：享能汇工作室）
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本文内容包括：
调节能力不足，出现弃风弃光，山东“爬坡”市场出炉
新型电力系统重要新概念之一：净负荷
新型电力系统第二个重要概念——山东爬坡服务提供者快不快？
三大原因，山东更需要爬坡市场
爬坡，与其说是辅助服务更新，不如说是山东现货市场升级
新趋势：全国晚高峰前移
除了电源侧改革，还有灵活性可中断负荷可用
1.调节能力不足，出现弃风弃光，山东“爬坡”市场出炉
山东光伏已经成长为省内第二大电源，从煤电大省，发展到光伏装机以及新型储能装机第一大省。
能源转型之际，省内的市场规则更迭频繁。
8月第二周，山东又迎来一个“首发”——《山东电力爬坡辅助服务市场交易规则(征求意见稿)》（以下简称“山东爬坡意见稿”）出台，这是国内首个正式出炉的爬坡品种。
“山东爬坡意见稿”的编制说明对文件起草必要性作出解释：
“新能源高比例接入对系统灵活爬坡能力提出了迫切需求。截至今年7月底，山东电网新能源装机容量已达7470万千瓦（其中光伏装机5048万千瓦、占新能源总装机67.6%），超过直调煤电装机，占全网总装机比例为44.3%。新能源高比例接入和“多光少风”的装机结构，电网调度用电负荷的波动性和不确定性增加，在光伏大发日中午呈现典型的深V型曲线。”
在山东电力现货市场运行中，部分时段已出现系统调节能力不足的情况，一方面导致产生尖峰电价，增加了用电成本，另一方面增加了系统二次调频压力，不利于电网安全可靠运行。
表1:来自“山东爬坡文件”编制说明
所谓爬坡，分为上爬坡和下爬坡。粗暴点解释*的话，上爬坡，就是指当风光发电时，必须有一定量的火电机组趴在低出力水平，随时准备上爬坡，如果风光不消失，火电就一直趴在低出力水平做备胎；而下爬坡的目的，则类似于调峰，减少弃风弃电。（*此解释不计入负荷波动）
表2:如题
说起来，爬坡就是让可控电源“做小伏低”，而顶着“主角光环”的不可控风光，方可来去自如。
盈术华亮CEO张骥告知：“山东以前很少出现弃风弃光，但随着新能源发电比例的升高，如果不设法增加调节资源，大规模的弃风弃光就难以避免。”
2.新型电力系统重要新概念之一：净负荷
新能源装机与日俱增的新型电力系统里，“净负荷”和“爬坡”是两个很关键的概念。
参与现货市场的主体，很熟悉“净负荷”概念。
山东电网的系统净负荷=电网总负荷需求-新能源功率-外电联络线功率-不可调节电源出力。
“山东爬坡意见稿”起草说明提到的“深V曲线”，是“鸭子曲线”的进化版本。“鸭子曲线”概念最早于2008年提出，“鸭腹”在低位，指日间的净负荷需求减少，“鸭脖”在高处，指的是日落时净负荷需求剧增。
十几年来，随着新能源发电量的提升，“鸭腹”越陷越深，在国外，也演化成为“峡谷曲线Canyon Curve”（见下图1）。
图1:来自ElectricPowerResearchInsituteCEOArshadMansoor描述
再看我们山东今年劳动节期间，出现连续负电价这两天的分时曲线。
5月1日，早上8点多的负电价之前2个小时内，电价是不是没有缓坡，几乎直冲下来的？
5月2日16点以后，电价又是从负值骤然抬头上去的，也几乎没有缓坡。
图2:山东电力现货市场2023/5/1-5/2分时电价数据
这就是净负荷骤降，净负荷骤升。
今年1月1日，山东零售市场开始执行新的峰谷系数，可以看到三点吻合现货市场规律：
午间出现深谷时段（深蓝色），和现货深V曲线吻合。
春、夏、秋季下午的尖峰时段（大红色），相较之前，都往前移动了1小时，更接近光伏消失的时刻。
冬季14:00-16:00之间，原本是平段-高峰-尖峰的圆滑型线条，现在则是从谷段突然变成尖峰的陡峭型线条。
享能汇制图3:山东零售市场峰谷系数变化
2020年加州夏季停电事件中，日落时分净负荷飙升也是诱因之一。
8月14日17:00-19:30这段时间内，可再生能源提供的负荷从10032兆瓦降到3094兆瓦，当天的净负荷高峰在18:55分左右，由于新能源出力骤降，燃气机组又恰好出现故障，引发轮停。
享能汇工作室根据CAISO专家分析改编的画本《一份致州长的《停电根本原因分析》——美国加州电力故事连载2介绍了详细始末（有兴趣可以了解轮停始末分析，见下图3）。
图3：来自文章：对2020年8月14日加州电力市场净负荷高峰描述
3. 第二个重要概念——爬坡，比比谁更快！
爬坡辅助服务则是围绕净负荷开展的。
“山东爬坡文件”定义的爬坡辅助服务，是指为应对可再生能源发电波动等不确定因素带来的系统净负荷短时大幅变化，具备较强负荷调节速率的并网主体根据调度指令调整出力，以维持系统功率平衡所提供的服务。
较强的负荷调节速率，强调的就是一个字，快！
如果不算水电，传统机组中，爬坡能力最强的是气电机组。
前文提到的Electric Power Research Insitute CEO Arshad Mansoor在接受外媒Power Magazine采访时也提到：
“太阳落山，从净负荷谷底向上爬坡时，要具备几个条件——燃气机组必须要在线，还要从水库释放水电来调节，谷电时充电的储能，此刻要放电，原来电力是外送的，这会儿可能变成进口了。”
美国的页岩气革命，确实是燃气机组发展的天然土壤，而我们的基本盘是煤机，爬坡能力，逊色不少。
参考工作室在2020年8月撰写的《“受气”的天然气发电｜连载（二）广东篇》一文——8月8日（周六）的广东实时市场16:00点陡然出现1105.1875元/兆瓦时高价，当天的最大峰谷差值超过1元/千瓦时。（见下图4）
“燃机的优势——只需要20分钟就可以并网，10分钟就可以带到满负荷。如果遇到广东省负荷中心珠三角地区16:00左右用电需求突然飙升，那么天然气机组的迅速调节优势就能体现出来，这点是煤机无法比拟的。”
图4：来自文章中2020/8/8广东电力现货市场出清价格
而煤机经过灵活性改造之后，为满足上下爬坡需求，则需要趴在固定的出力不动，随时准备爬坡，所以在一定程度上，既消耗了煤炭，又可能损失电量机会，即前文说的“做小伏低”。
在与电力软件公司老总，聊聊碳中和（3）风电光伏，怎么就被秘密的叫作“垃圾电”？一文，我们做过煤机和燃机爬坡的类比（下图5）：
图5：来自该文章
4. 三大原因，山东更需要爬坡市场
原因一：缺乏其他调节电源
广东是气电大省，年用电量上，两省又一向是争夺雌雄的，我们就和广东做个比较。
同为沿海大省，两省的资源禀赋截然不同：
——广东的气电，到2025年底，预计装机超过6280万千万。
——广东的负荷中心在珠三角，燃机、用户附近的分布式天然气能跟上飙升的负荷。（见下表3）
享能汇工作室制表3：广东和山东电力数据比较（注：广东水力发电占比3%根据2023年1-5月发电量分类计算）
——山东没有水电做调节：虽然临海，但山东并没有直调水电机组做调节电源（除了泰山、沂蒙、文登三座抽水蓄能电站）。
原因二：分布式光伏发电预测难度高
还是和广东做个比较：
新能源在电网总容量的占比：山东达44.3%，是广东的2倍（见下表4）。
光伏并网占比：山东约为广东的2.5倍。
山东6月底公开的光伏并网容量还是4945.8万千瓦（见下图5），到7月底，又增至5048万千瓦。换算一下，而广东风光总和占电量容量的20%，而山东只是光伏装机，就占了30%。
分布式光伏并网容量：山东约为广东的3.36倍。（根据6月底数据作计算）
享能汇工作室制图5：山东VS广东光伏装机情况（截至2023年6月30日）
今年上半年，山东的光伏发电量增速也很惊人，同比增长超过30%（见下图6）。
图6：如题，数据来自山东2023年第二季度电力市场信息交易报告
可以想象，这其中，分布式光伏发电量的贡献有多大。
关于分布式光伏和爬坡市场的关系，澳大利亚市场运营机构AEMO今年5月发布的批发电力市场（WEM）辅助服务报告也有提及。
大致意思如下：
“屋顶光伏容易受云层遮蔽影响，对此，去年（2022年5月-2023年4月）对15分钟最大爬坡需求使用量是412MW，比上一年增加了113MW。由于云层遮蔽是很难精确预报的，所以只能通过调度控制室去实时调整。在旋转备用辅助服务规划层面，AEMO认为，如果爬坡需求超出预期使用量，下一年还得再往上调。”（文末附上原文，如翻译有误差，请留言指出）。
也就是说，一个多云的天气，一旦云层飘过，对集中式电站的影响较小，但对屋顶光伏来说，出力一下子就没了。
山东分布式装机如此之高，增长了爬坡备用的需求。
原因三：老兵火电发电量下降，新兵储能需要收入来源
与光伏发电量同比增速飙升，形成鲜明对比的，是统调火电发电量增速为负数。（见下图7）
图7：如题，数据来自山东2023年第二季度电力市场信息交易报告
很明显，从发电量上看，火电是给风光让位的。这就是所谓的电量王者让出王冠。
7月底，国家能源局第三季度新闻发布会数据显示，截止到上半年，山东新型储能累计装机规模排名全国第一，今年新增规模排名全国第二。
享能汇工作室制表5：国家能源局关于新型储能装机公开数据
随着可再生能源装机规模快速增长，电力系统对各类调节性资源需求迅速增长，新型储能项目加速落地，装机规模持续快速提升。
而山东独立储能进入现货市场后，收入来源由峰谷价差、容量补偿和租赁费用，站在项目收益率上看，继续扩大新的收入来源。而省内大容量第一批电化学储能电站，在建设设计时，就已经考虑了替代火电机组承担电网旋转备用，并预留AGC、AVC、一次调频等接口，择机电力市场辅助服务品种逐步增加作好准备。
根据“山东爬坡意见稿”，火电和储能都可以成为服务卖方，费用则遵循“谁受益，谁分摊”原则。（见下表6）
享能汇工作室制表6：“山东爬坡意见稿”关于市场成员的定义
然而，此前山东没有爬坡市场，并不代表山东的煤电不提供爬坡服务，只不过，那都是免费的、义务的。
5.与其说是辅助服务更新，不如说是山东现货市场升级
回顾今年3月，山东“两个细则”新版意见稿发布的时候，省内火电人士还嘀咕：“可惜啊，怎么还是没有爬坡品种呢？”
2021年底，“爬坡”已经正式编入文件：
国家能源局修订发布新的辅助服务管理办法，考虑到构建新型电力系统的发展需求，新增引入了多个辅助服务品种，“爬坡”即新增品种之一（见下图8）。
图8：来自《电力辅助服务管理办法》（国能发监管规〔2021〕61号）
该文件同时明确，以市场竞争方式确定辅助服务提供主体，形成交易价格，降低系统辅助服务成本，更好地发挥市场在资源配置中的决定性作用。
此后，正在连续现货运行的山东省加速了对“两个细则”的修改：
2022年7月，山东省内印发新版“两个细则”。
相隔8个月后，今年3月，山东又一次更新“两个细则”。
“改动很实际，”省内火电人士评价3月版本：“根据现货运行情况做出了较大调整。”比如，风、光、储能也参与提供一次调频（原本只有火电提供），比如，把发电低谷消缺时间调整到与现行低谷、深谷时间一致。
但遗憾的是，3月的新版“两个细则”，还是没有“爬坡”。
“对山东光伏的装机发展还是预估不足啊。”省内人士当时感慨。
然而，8月《山东电力爬坡辅助服务市场交易规则(征求意见稿)》的出台，根据该意见稿，“爬坡辅助服务市场交易组织时间和出清流程与现货市场实时电能量市场相同，与实时电能量市场联合出清。”
一切豁然开朗：
“爬坡”并没有出现在3月的“两个细则”内，而是在8月另外出台单独文件，这不仅是新增了辅助服务交易品种，更可视作为现货市场的升级。
盈术华亮CEO张骥指出：“按国内各省目前的现状看，大部分辅助服务和现货是分别出清的。”
接近美国PJM市场的人士对此评价：“山东这个文件，更准确的描述，是在现货市场增加了交易品种，属于现货市场的升级。如果电能和备用是一个统一的市场，发电侧可以同时申报电能和备用报价（注：爬坡=留出上下备用空间），综合收益肯定大于原来单一的电能市场。”
享能汇工作室制表7：“山东爬坡意见稿”关于交易组织的定义
这么一来，市场主体参与市场的交易策略水平也要提升。
张骥提到：“按现在交易复杂情势看，售电侧也倾向于把批发零售交易业务全部委托给更专业的第三方来做。”
6.新趋势：全国晚高峰前移
日落时分，华灯初上，传统的晚高峰于夏季19点开始，冬季或从17点30分开始，如今，晚高峰开始出现前移趋势：
比如河北南网，12点-15点这3小时从以前的平段变成了谷段，相应的，峰段也从16点就开始了，比以前早提早一小时。河北省的光伏装机总量是仅次于山东的，达4171.5万千瓦。
比如安徽从今年7月1日开始，夏季提早到16点开始入峰，比以前提早一小时。安徽省的光伏装机总量排名全国第六，达2689.3万千瓦，今年上半年的新增光伏并网容量排名全国第五。
比如辽宁7月发布最新分时电价意见稿，除了新增中午11:30到13:00这1个半小时谷电，晚高峰也提早到16点开始，比以前提早一小时。这是辽宁近两年首次更新分时电价体系，目前，辽宁光伏装机742.4万千瓦，集中式约占60%。
享能汇工作室制图9：多地傍晚峰电时间提早至16点开始
冬季尖峰电价也提早从17点后集中出现：
北京的新意见稿，冬季18点开始进入尖峰，尖峰系数为2.16，高于山东尖峰系数2。
河南的过去1月和2月为冬季用电，去年调整为12月和1月，冬季的1小时尖峰，则变为到18-19点，提前了1小时。
而江苏，今年7月开始执行新的分时电价政策，冬季的尖峰时段开始时间不变，为18点，但原本是≤-3℃才触发，现在改为12月和1月全月执行。江苏的光伏总并网装机排名全国第四，为3070.6万千瓦，今年，江苏也开始探索重大事件节假日午间深谷电价。
广西在迎峰度夏、迎峰度冬期间，17-18点定义为尖峰时段，根据今年3月开始执行的新政策，夏季从7-9三个月，增加到6-9四个月；而冬季从12月，追加了1月份。但考虑到省内企业电价承受能力，尖峰电价暂停执行。
享能汇工作室制图10：多地冬季期间，17点后出现尖峰
总体看来，伴随着光伏发电量的提升，全国不少地区，出现中午变谷电，但晚高峰提早移动的趋势。这可能与晚间净负荷的突然增加不无关系。
可见，山东现货市场的升级，只是开了全国的一个头。
7.除了电源侧，还有灵活性可中断负荷
原本以煤电为发电主体的电力系统，只需要源随荷动，晚间负荷高峰什么时候来，就在什么时候高发，而风光大量加入之后，净负荷高峰概念，已经取代了负荷高峰，成为电力现货市场交易常识。
增加爬坡市场品种，是在“源”处发力，那么在源网荷储互动的新型电力系统里，“荷”能做些什么呢？
下午15-17点这两小时，深圳定义为尖峰电价时段。为了应对少数时刻的尖峰，深圳发改委管理、深圳供电局主导了深圳虚拟电厂平台，至今已成立1年，是目前国内数据采集密度最高、接入负荷类型最全、直控资源最多、应用场景最全的虚拟电厂平台，实时最大可调节负荷能力超过了30万千瓦。
图11，来自《专访图迹科技董事长章羽：大数据如何变成新的能源》一文
根据前文提到的澳大利亚AEMO辅助服务年度报告，旋转备用辅助服务也不完全是由发电侧提供的——近一年来（2022-2023），灵活可中断负荷通过签订合同，也提供了一部分上述服务。
光伏消失那刻，谁能出力，谁的收益就该上涨，是不是？
【说明1】全国分时电价统计，由图迹科技虚拟电厂团队提供。
【说明2】本文收录于《中国分时电价十二时辰系列》，为《申、酉篇》。《中国分时电价十二时辰》系列根据各省分时电价制作完成，以每两小时为区间，描述中国各省、市、自治区的工商业电价峰谷情况。内蒙古自治区分蒙西、蒙东两部分，河北分国网河北和国网冀北两部分，系列不包含港、澳、台地区，未标注南海黄岩岛九段线领土。
【说明3】享能汇工作室原创，请严格遵守微信转载规定，注明作者及享能汇ID：encoreport，非微信客户端转载，请联系享能汇AI（jingReport_AI)。
*AEMO辅助服务报告原文：The maximum load ramp over a 15-minute period during the last year, during a rooftop DPV cloud cover event, was 412 MW (up by 113 MW from previous period), where the SRAS available prior to the ramp was higher than this. The magnitude and timing of these cloud cover events is difficult to forecast accurately and is managed in real-time by the control room. For SRAS planning, AEMO will consider the forecast maximum load ramp and if greater than the expected spinning reserve quantity, will adjust the spinning reserve quantity accordingly.
