廣東調頻市場改革對燃氣機組的影響分析

中海油氣電集團有限責任公司 雷連白 蔣 韜

隨著電力體制改革的持續深入，為更好的與現行電力市場銜接，近年來廣東省積極推動電力輔助服務市場改革。2018年8月廣東省國家能源局南方監管局發布了《廣東調頻輔助服務市場交易規則（試行）的通知》（南方監能局[2018]272號），2018年9月開始把調頻作為獨立市場開展交易及進行競爭；2020年12月中國南方電網電力調度控制中心進一步發布了《南方區域調頻輔助服務市場交易規則（征求意見稿）》（總調市場[2020]5號），2021年7月在廣東、廣西、海南三省正式運行。

1 廣東省儲能項目改造對燃氣機組的影響

2018年9月廣東省開始啟動調頻市場結算試運行。市場初期，調頻性能優越的燃氣機組獲得的調頻收益大幅增加。在市場利益的驅動下，此后一些燃煤機組紛紛上馬儲能項目，燃煤機組儲能項目的改造升級大幅提升了其調頻性能和市場競爭力。由于全省發電機組綜合調頻性能的提升，廣東省調頻市場補償規模由最初的4500萬元/月迅速增加至2020年8月高峰的15604萬元/月，在此消彼長之下，市場上燃煤與燃氣機組的調頻收益排序情況也發生了較大的變化。

從表1的調頻收益數據對比分析可看出，調頻收益前十名中燃氣電廠從2018年、2019年的7～8家減少到了2020年的2家，其中上榜的煤機均進行了儲能項目改造，由此也反映出燃煤機組儲能項目改造完成后對燃氣機組調頻市場收益造成影響和沖擊。截止至2021年6月，廣東全省已有21家電廠完成了儲能項目改造（包括20家燃煤電廠和1家燃氣電廠），儲能容量合計達到317MW，其中儲能改造規模最大的小漠電廠其儲能容量約為30WM。根據近期多家發電廠發布的儲能項目招標情況，預計未來廣東省內火電機組儲能項目改造將成為趨勢。據統計，完成儲能項目改造的燃煤機組平均收益由改造前的約6萬元/天增加至約218萬元/天，提高了36倍。

表1 2018～2020年11月調頻收益前十排名情況

2 南方區域調頻市場建設對廣東燃氣機組的影響

2.1 南方區域調頻市場建設

南方區域調頻市場新規則于2020年12月28日開始實施和試運行，2021年7月1日進入正式運行。南方區域形成統一的調頻市場后，市場規模進一步擴大，競爭加劇。南方區域調頻市場建設分兩個階段開展：第一階段，市場范圍覆蓋廣東、廣西、海南三省(區)，同期建設云南異步電網調頻市場(已于2020年10月進入試運行)，兩個子市場的市場結構、交易機制、價格機制等方面基本保持一致，異步聯網期間各自相對獨立運行；第二階段，于2022年將貴州納入南方區域調頻市場，屆時調頻輔助服務市場機制將在南方五省區實現全覆蓋[3]。

2.2 南方區域調頻市場新規則對廣東調頻市場的影響

南方區域調頻市場新規則對廣東調頻市場的影響主要如下：

調頻市場范圍擴大，調頻空間由廣東本省增加至廣東、廣西、海南三省。試運行初期，調頻資源分布區內市場主體提供的調頻容量占分布區總需求比例下限設置為90%，并視市場運行情況擇機放開至80%。

水電機組正式納入調頻市場，與火電機組同臺競爭。由于水電的加入，南方區域市場范圍內AGC發電單元的平均標準調節速率大幅度提升，由此前的約12MW/分鐘增加至約30MW/分鐘，并使得全省火電機組的綜合調頻性能K值下降約50%。據測算，水電機組的標準調頻速率約為78MW/分鐘，區域內最快的水電機組調頻速率超過90MW/分鐘,遠遠大于調節速率最快的火電機組55MW/分鐘（經過變負荷速率改造后的燃氣機組）。

目前，南方區域內天一、天二、龍灘水電機組納入廣西調頻資源分布區參與運行，水電機組總裝機容量達8820MW,參與市場競爭的調頻容量約為529MW（按南方區域調頻市場新規則發電單元標準調頻容量計算。）假設整個廣東區域夏季的調頻容量平均為1000MW，以調頻性能優先排序進行出清，市場上水電機組以20%的容量參與廣東省調頻市場出清約為158MW，區域內的調頻儲能裝機容量約為317MW,則剩余燃氣機組可競爭的調頻容量空間最大為525MW。以廣東省內燃氣機組裝機容量28000MW計算，其可參與市場競爭的調頻容量預估為980MW，由此市場一半以上的燃氣機組將無法獲得調頻收益。

2.3 南方區域調頻市場新規則對燃氣機組調頻收益的影響

以廣東省內某大型調頻性能優越的燃氣電廠為例，該廠現有五套9F型燃氣機組，其中#1、#2機組為GE公司生產的9F型單軸390MW燃氣機組，并于2019年進行了變負荷速率改造；#3/4、#5/6、#7/8機組為東方電氣生產的9F改進型雙軸460MW燃氣機組。對該公司燃氣機組參與廣東調頻市場的情況在新、舊規則不同情況下進行對比分析如下：

對燃氣機組綜合調頻性能K值的影響。在不同規則下該廠機組綜合調頻性能K值如表2。可看出在執行南方區域調頻市場新規則后，該廠五套9F型燃氣機組的綜合調頻性能K值下降了約50%。

表2 廣東省規則與南方區域規則燃氣機組綜合調頻性能K值對比

對燃氣機組申報排序價格的影響。在南方區域調頻市場新規則下，歸一化之后的綜合調頻性能評價指標P值（P值越低，排序價格越高）大幅降低，并導致其申報排序價格明顯升高。不同規則下，該廠不同類型機組按最低價申報其出清排序價格如表3。可看出，在南方區域調頻新規則下，相同報價經變負荷速率改造的#1、#2機其出清排序價格相對較低，具有出清排序優勢，而未經改造的#3/4、#5/6、#7/8燃氣機組歸一化后的P值僅為0.52，按最低價格5.5元/MW申報，其出清排序價格為10.58元/MW。目前廣東省調頻市場出清中標價格約為11.0元/MW左右，該類型燃氣機組已經處于出清的邊界范圍。

表3 廣東省規則與南方區域規則出清排序價格

對燃氣機組調頻收益的影響。以該廠連續運行機組為例。在原廣東調頻市場規則下，該廠單臺/套連續運行機組每日的調頻收益約為19.0萬元（2020年12月前），在南方區域調頻市場新規則下，該廠單臺連續運行的9F燃氣機組在南方區域調頻新規則下，每日平均收益降至10.4萬元/天，降幅達45%。

3 燃氣機組提高調頻性能和市場收益的措施

通過上述分析可知，在廣東省開展調頻市場交易初期，具有調頻性能優勢的燃氣機組獲得了較好的市場收益，有效增加了燃氣機組發電的積極性。隨著儲能機組增加及南方區域調頻市場新規則的實施，燃氣機組的調頻優勢逐漸被市場上的儲能和水電機組所取代。燃氣機組提高調頻性能和市場收益的措施分析如下：

推進燃氣機組變負荷速率改造或調頻儲能項目改造。燃氣機組進行變負荷速率改造或調頻儲能改造是提升燃氣機組調頻性能的有效途徑。根據上述某燃氣發電企業#1、#2燃氣機組變負荷速率改造經驗，經變負荷速率改造后的燃氣機組，其綜合調頻性能K值約是改造前的1.5倍，即便與改造后的燃煤儲能機組同臺競爭，其K值仍然位列榜首。然而燃氣機組變負荷速率改造有其局限性，一是根據燃氣機組廠家提供的數據，目前只有GE公司生產的9F型燃氣機組有變負荷速率改造的經驗，且改造成本相對較低，其他廠家提供的報價則遠高于達到相同調頻性能效果的儲能改造成本；其次，由于變負荷速率改造改變的是燃氣機組的機械調速性能，因此其必然會對燃氣機組設備的壽命產生一定的傷害。相對而言，與燃煤機組一樣通過儲能項目改造對機組調頻性能的提升更加明顯，且隨著化學儲能電池的技術改進及成本下降，通過儲能技術改造的經濟性也不斷增強。目前廣東省內已有一家燃氣發電企業進行了儲能改造，經過儲能改造后的燃氣機組其調頻性能仍然在燃煤儲能改造機組之上，儲能改造對燃氣機組的調頻性能提升依然明顯。

調頻市場規則需要進一步完善。在國家“30,60”碳達峰、碳中和背景下，相對于燃煤發電，燃氣發電的降碳、減排效果優勢明顯。然而，由于天然氣發電的燃料成本相對較高以及燃煤、燃氣實行不同的碳配額政策，燃氣發電減碳、調峰的優勢并沒有通過市場反映到經營效益上。為此，為提高燃氣機組的市場競爭力，在調頻市場規則建設層面，應繼續提高市場活躍度，在市場建設初期需要對調頻價格進行一定的保護，可參照不同類型機組實行差異化價格機制，以避免各類型機組惡性競爭。

及時調整和優化報價策略。對于未經改造的燃氣機組，已處于調頻市場出清的邊界范圍，為獲取調頻收益，建議該部分機組按市場最低價格（5.5元/MW）申報，盡量確保在調頻市場中標出清；優化燃氣機組運行方式。根據運行經驗，燃氣機組中標調頻市場的里程與機組的運行方式及負荷率密切相關，因此爭取機組連續運行，避免由于自身原因退出AGC運行，安排合理的機組負荷曲線，可有效增加燃氣機組在調頻市場的中標機率和收益。