1. 背景介绍
面向碳达峰、碳中和目标，我国将建设新型电力系统，而新能源占比逐步提升是新型电力系统发展重要特征。然而新能源出力的短期大幅波动性，需要电网配置大量的灵活爬坡调节资源；同时，新能源出力的强随机性和不可控性特征，造成电网平衡点突变且漂浮不定，也需要对净负荷预测误差进行分析并额外预留足够的爬坡需求。传统的辅助服务主要包括调频、备用和调峰等，无法覆盖机组出力在基准负荷率以上跟随负荷峰谷变化的灵活爬坡资源的贡献。因此，爬坡辅助服务市场应运而生。
在国际上，美国、英国在内的一些国家已经在积极探索爬坡辅助服务市场的建设，并取得了一定先进经验。目前美国中西部电力市场（MISO）、加州电力市场（CAISO）和英国国家电力市场已通过市场化方式进行爬坡产品采购。
清华大学智慧能源课题组从16年开始探索爬坡辅助服务市场机制，发表了一系列的研究成果，包括对爬坡辅助服务的市场机制进行综述，在考虑爬坡辅助服务的情况下分析电力市场主体的最优投标决策与市场均衡分析等。具体研究内容可参考本文第三部分。
2021年12月，国家能源局印发《电力辅助服务管理办法》，提出增设爬坡、备用、转动惯量等新型辅助服务，以应对新能源出力波动、风光等弱惯量系统对电网运行造成的影响，这开启了我国电力市场纳入爬坡辅助服务的序幕。2023年8月8日，国家能源局山东监管办公室发布“关于征求《山东电力爬坡辅助服务市场交易规则(征求意见稿)》意见的通知”（具体请点击文末“阅读原文”），标志着国内首个爬坡辅助服务市场交易规则的征求意见稿正式出炉。由于爬坡辅助服务在国内市场尚属于新兴品种，本文尝试对此规则进行解读。
2. 规则解读
本文首先对本次发布的《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《规则》）中的要点进行介绍，接着会对其中的部分广受关注的问题进行讨论。
2.1 整体规则介绍
（1）爬坡服务是什么
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。爬坡辅助服务根据爬坡方向分为向上爬坡和向下爬坡两类产品，两个产品分别进行交易和定价。
（2）市场成员有哪些
市场参与成员包括爬坡辅助服务供应商、爬坡辅助服务费用缴纳者、市场运行机构三类。
其中，爬坡辅助服务供应商包括（1）山东省级电力调度机构直接调度的并网公用发电机组，包括单机容量100MW及以上的发电机组，暂不包括抽水蓄能电站，（2）独立储能，（3）独立辅助服务提供者。
爬坡辅助服务费用缴纳者包括：（1）未提供爬坡服务的由省级调度机构直调的并网公用发电机组，（2）集中式管理的风电和光伏电站。
市场运行机构包括：调度机构与交易机构，其权责划分如下：（1）调度机构：负责建设、运营和管理爬坡辅助服务市场，负责市场平衡、组织和市场出清和费用考核结算等；（2）交易机构：负责建设、运营和管理电力交易平台；监测市场运行，实施干预或中止；管理市场信息，披露发布信息，维护信息平台。
（3）市场如何组织交易
在交易尺度方面，本规则中的爬坡辅助服务在日前和日内开展，每15分钟一个交易时段。现阶段只开展日内交易。在申报方式方面，仅需提供爬坡服务的市场主体在日前市场中申报爬坡服务速率，不需要单独对爬坡辅助服务进行报价，而是基于市场运行的机会成本进行价格的确认；在出清方式方面，流程与现货市场实时电能量市场相近，爬坡辅助服务与实时电能量市场联合出清，共同产生出清价与出清量；在定价模式方面，爬坡辅助服务的价格有两套，分别是上爬坡价格和下爬坡价格，其分别由各个时段系统上/下爬坡需求约束的拉格朗日乘子（影子价格）确定。
（4）费用如何结算分摊
对于提供爬坡服务的市场主体，其获得的费用为中标容量和爬坡出清价格乘积随时间的累积。市场运行机构将按日统计费用，并按月进行结算。爬坡服务的费用由未提供爬坡服务的直调公用发电机组、风电场、光伏电站共同分摊，分摊比例为各个电厂当日的上网电量比例。
（5）信息披露方式
关于爬坡辅助服务市场的信息披露，主要分为三种类型的信息。其中，公众信息包括法律法规、政策文件、市场规则、注册变更情况、市场出清结果和价格等；公开信息包括市场主体基本信息、服务需求等；私有信息包括中标容量、时段、费用等。
（6）市场干预手段
山东能源监管办负责监督管理爬坡辅助服务市场交易实施情况。当存在以下情况时，可能触发市场干预措施：市场秩序受到严重扰乱，如市场主体滥用市场力、严重违约等；市场费用异常变化影响市场正常运行；电力政策调整或交易规则需要重大修改。
主要市场干预措施包括：调整市场准入或退出条件，包括市场主体权限的取消或恢复；调整交易时间、申报、出清等流程；调整交易结果；暂停市场交易等。
2.2 关键要点解读
1. 山东电力爬坡辅助服务市场中，允许哪些新主体的参与？
山东电力爬坡辅助服务市场允许储能、独立辅助服务供应商（类似虚拟电厂的可调节负荷等可调节资源聚合体）等新主体参与。对比而言，美国MISO爬坡辅助服务市场较为保守，其准入主体不包括储能和需求响应资源；CAISO爬坡辅助服务市场更考虑经济因数，市场规则比较激进，只要满足准入标准，发电商、电储能、售电商或电力用户等主体均可参与爬坡辅助服务市场。
2. 为何本规则允许独立储能参与市场，但是具有更强调节能力的抽水蓄能暂不纳入市场？
目前国内的抽水蓄能电站和水电站一般都是作为计划调度机组，暂不参与电力市场，按照国家发展改革委《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》（发改价格﹝2021﹞633 号）要求，2023 年起要建立抽蓄“容量+电量”的两部制电价机制，其中电量电价部分主要通过现货市场形成。因此待市场运行成熟，抽水蓄能电站也有可能能参与到市场中。
3. 除了爬坡辅助服务市场，独立储能在山东省电力市场还能参与了哪些品种的交易？
根据《规则》，独立储能可参与能量市场和调频辅助服务市场。但是由于各种原因，目前仍少见独立储能参与调频市场的记录。目前，储能在山东省电力市场的收益主要来自于电能量市场的价差。
4. 即将开展的爬坡辅助服务市场的时间尺度与国际上其他市场相比如何？
山东电力爬坡辅助服务市场目前仅在日内运行开展交易，以15分钟为交易的时间尺度。对比来看，MISO开展日前（1小时）和实时市场（5分钟）交易。CAISO开展日前（15分钟）和实时市场（5分钟）交易。可见，在山东电力爬坡辅助服务市场开展的时间段（日内），美国MISO和CAISO市场交易时间尺度更小，因此其对系统净负荷波动的响应程度应该更强。不过目前我国各地日内市场的时间尺度一般为15分钟，因此爬坡辅助服务市场以15分钟为出清时间尺度也是合理的。
5. 爬坡辅助服务与能量交易的出清关系是？
本方案采用爬坡和能量市场联合出清的模式，与美国CAISO和MISO的出清方式一致。事实上，本方案采用联合出清的模式，这与国内辅助服务市场普遍采用的与能量分别出清的模式有较大的区别。以山西电力市场为例，其能量市场、调频市场和备用市场采用顺序出清的方式；以山东电力市场为例，其能量市场和调频市场采用顺序出清的方式。一般来说，在市场发展初期阶段，通常采用顺序出清方法。这种方法虽然易于起步，但通常难以达到市场主体在各市场产品间选择的最优分配，不利于社会福利最大化的实现。而采用联合出清的模式，虽然会对市场出清带来更大挑战，但可以更有效地发挥不同资源的价值，提升整体社会福利。
6. 本次爬坡辅助服务市场的报价与定价方式是什么？
与其他辅助服务产品（调频、备用）一般采用报价报量的方式不同，《规则》规定爬坡市场参与主体只需要申报爬坡服务速率，不单独对爬坡辅助服务进行报价。出清价格方面，根据联合出清模型的上下爬坡约束的拉格朗日乘子（影子价格）得到上/下爬坡辅助服务的出清价格。这与美国MISO和CAISO市场的爬坡辅助服务市场规则类似，均只需要申报主体参与意愿而无需报价。在这种模式下，市场组织者会根据机会成本（因参与爬坡市场而错过参与其他市场的收益损失）对出清的产品价格进行确定。相比其他辅助服务产品自行报价的方式，影子价格的模式更适合爬坡辅助服务的特点，能够降低市场无序博弈的可能，从而提升电力市场运行的效率。
7. 提供爬坡辅助服务市场主体的收益将如何确认？
根据《规则》规定，提供爬坡辅助服务的主体将获得容量收益，并减去考核费用（若有）。其中，容量收益由主体在各个时段的中标容量和出清价格乘积并累积得到；考核费用是对市场主体最终没有提供的爬坡辅助服务容量进行考核，具体的，以15分钟为一个时段，对爬坡出力偏差进行考核并收取考核费用。视机组容量不同，允许的偏差为计划出力的0.5%至2%。
由此可见，本次爬坡辅助服务市场主体的收益与美国MISO和CAISO的爬坡辅助服务市场规则有所不同。在美国MISO和CAISO市场中，除了容量收益之外，还有能量收益，即对实时市场中被调用的爬坡容量，给予实时能量市场对应的费用。不过为避免交叉补偿，两市场规定对机组中标的爬坡容量在实时运行中被调用的部分，只提供能量服务的费用（不再提供爬坡容量的费用），而对爬坡容量实时运行中未被调用的部分，给予爬坡容量的费用。
8. 爬坡辅助服务市场的费用是否只面向发电侧分摊，用电侧是否参与分摊？具体分摊原则是什么？
目前的《规则》规定爬坡辅助服务的费用只由未提供爬坡服务发电侧提供（公用发电机组、风、光等）分摊，而没有需求侧的参与。事实上，需求侧也是造成爬坡成本的主要因素及系统稳定的收益方，若根据“谁受益、谁承担”的原则，爬坡服务带来的新增成本应该一定程度传导至用户侧。事实上，美国MISO市场和CAISO市场均采用爬坡费用在发用两侧共同分摊原则，这或许是我国爬坡辅助服务市场发展的方向。
《规则》中规定各机组的补充费用的分摊比例根据机组的当日上网量确定。笔者看来这一点仍需要进一步讨论。事实上，有些机组上网电量高但并非带来很大的爬坡需求（例如核电和全天波动较小的电源），如果按照上网电量而不是爬坡贡献率来测算，与“谁受益、谁承担”的原则相违背。
9. 在目前阶段，独立储能参与爬坡辅助服务将面临哪些挑战？
储能参与爬坡市场需要准确估计在所提交报价时段的储能状态（SOC，State of Charge），因为储能的SOC直接影响其在市场中提供的服务能力和效果。如果估计不准确，可能导致储能在实际运行中无法如预期地提供所需的爬坡服务，进而可能面临考核和补偿方面的问题。因此，储能系统需要可靠的SOC估计方法和技术，以确保其在市场中的参与和运营的准确性。
由于储能系统在电力市场中有其独特的灵活性特点，为避免SOC状态申报准确性和严格的考核机制影响储能参与市场的积极性，可能需要一种更为定制化的考核机制，如逐步调整初始SOC的申报要求，或者允许储能系统在一定范围内进行SOC的调整。探讨设定一些奖励机制，以鼓励储能系统准确申报初始SOC，以确保其在市场中能够充分发挥其优势。
3. 学术分享
清华大学智慧能源课题组自2016年起，对电力市场中的爬坡辅助服务开展了系列研究，并形成了系列成果（见下）。其中，文献[1]综述性地探讨了爬坡辅助服务的定义、市场均衡模型、交易机制设计，对爬坡辅助服务的研究现状进行总结，并对其未来研究方向进行了展望；文献[2,3]针对美国MISO和CAISO提出的灵活爬坡市场和能量市场联合运行方式，建立multi-period Nash-Cournot均衡模型，将能量市场与爬坡市场联合优化，探究爬坡产品对市场价格、机组出力以及可再生能源消纳的影响；文献[4]为挖掘储能系统作为优秀灵活性资源的潜力，在能量市场和爬坡服务市场协调优化的框架下，提出了一种储能系统的最优投标策略。
[1] 郭鸿业, 陈启鑫, 夏清, 邹鹏. 电力市场中的灵活调节服务:基本概念、均衡模型与研究方向, 中国电机工程学报, vol. 37, no. 11, pp. 3057-3066+3361, 2017.
DOI :
https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.162369
摘要：
近年来， 风电、 光伏等可再生能源的渗透率不断提高，其发电出力的不确定性给电力系统的运行带来显著压力。大量随机波动与反调峰出力的可再生能源使得系统灵活调节资源短缺的情况愈发严重，并引发了大规模的弃风、弃光现象。基于此，灵活调节服务的交易品种与相应的市场化运作机制应运而生，如何定义灵活调节服务，以及组织灵活调节服务的交易机制，成为了学术界与业界的关注热点。为此，该文首先介绍了灵活调节服务的基本概念， 对比分析了灵活调节服务与传统辅助服务的区别。其次，细致剖析了灵活调节服务的组成要素， 并对灵活调节服务的发展与应用情况进行了整理。再次， 给出了考虑灵活调节服务的市场均衡模型。最后，对灵活调节服务的相关研究现状与进展进行了综述，并对灵活调节服务的未来研究方向进行了展望。
[2] Qixin Chen, Peng Zou, Chenye Wu, Junliu Zhang, Ming Li, Qing Xia, and Chongqing Kang. "A Nash-Cournot approach to assessing flexible ramping products." Applied energy 206 (2017): 42-50.
DOI :
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.08.031
摘要：
在更严格的能源和环境背景下，电力系统中可再生能源渗透率不断提高对电力市场的影响加剧。为处理可再生能源发电的不确定性，以及为资源提供灵活服务提供透明的经济激励，加州独立系统运营商（CAISO）和中部独立系统运营商（MISO）市场中提出了基于竞标的灵活爬坡产品市场。为了研究这些新产品对市场均衡的影响，本文提出了一个multi-period Nash-Cournot 均衡模型，并建立双层优化模型，利用Gauss-Seidel迭代方法来获得均衡。此外，建立了能量和灵活爬坡产品协同优化的框架，同时考虑不同类型的发电机，包括火电机组、水电机组、可再生能源机组和储能系统，以模拟不同机组组合。对两个分别以太阳能和风能为主的案例进行了比较，以展示灵活爬坡产品对市场价格、机组出力和可再生能源消纳的影响。仿真结果表明，引入新产品后：能源价格将略有上升；可消纳更多高可变性的可再生能源；机组出力将发生变化；更多发电机应上线以提供灵活服务等。
[3] Peng Zou, Qixin Chen, Jianxiao Wang, Qing Xia, Chongqing Kang, Peiran Shi, and Jun Liu. "Evaluating the impacts of flexible ramping products on the market equilibrium." In 2016 IEEE Power and Energy Society General Meeting (PESGM), pp. 1-5. IEEE, 2016.
DOI :
10.1109/PESGM.2016.7741483
摘要：
灵活爬坡产品是最近在CAISO和MISO市场提出的基于竞标的产品，旨在为越来越高的可再生能源高渗透率情况下的灵活资源提供透明的经济激励。为了评估灵活爬坡产品对市场均衡的影响，建立了一个multi-period Nash-Cournot 均衡模型，基于潜势函数法将多个个体的利润最大化问题转化为一个集成的单层优化模型。此外，还通过几个案例的数值计算和比较，展示爬坡产品对能源价格和可再生能源消纳的影响。
[4] Wentao Liu, Hongye Guo, Jialong Li, Yuguo Chen, and Qixin Chen. "Optimal bidding strategy for energy storage systems in energy and flexible ramping products markets." In 2016 IEEE Innovative Smart Grid Technologies-Asia (ISGT-Asia), pp. 776-780. IEEE, 2016.
DOI:
10.1109/ISGT-Asia.2016.7796483
摘要：
随着可再生能源在电力系统中的渗透率越来越高，可再生能源发电的不确定性所带来的运行问题也越来越严重，而使用灵活服务可以缓解这些问题。为了在经济上激励投资者提供灵活服务，CAISO 和 MISO 市场提出了灵活爬坡产品市场。由于具有灵活的功率输出能力，储能系统在提供灵活服务方面具有巨大潜力。为了使存能系统从协同优化的能源和灵活爬坡产品市场中获得最大利润，本文提出了储能系统的最优投标策略。我们建立了三个案例测试其效率和适应性，分别是仅能源市场、协同优化的能源市场与相对较高的灵活爬坡产品价格市场，以及协同优化的能源市场与相对较低的灵活爬坡产品价格市场。比较了不同示例下储能系统的性能。
作者简介:
陈启鑫，清华大学电机系长聘教授、博士生导师，长江学者，清华大学能源互联网创新研究院副院长。IET Fellow，国家能源局电力市场专家组成员，中国技术经济学会电力技术经济分会副理事长，中国能源研究会“电力市场和碳市场”专委会副主任委员。获评世界经济论坛青年科学家，MIT TR 35，Elsevier亚太青年科学家称号。主要从事电力市场、能源互联网、电力系统运行等领域的研究工作。发表专著3部，论文近200篇；获省部级科技奖励十余项，承担国家能源局、国家自然科学基金委、世界银行等委托研究课题50余项。
郭鸿业，博士，清华大学电机系助理研究员，清华大学能源互联网创新研究院交易平台研究室主任，主要研究领域为电力市场、智慧用电等。主持国自然青年基金、博士后面上基金各1项，入选北京市科协青年托举计划、清华大学“水木学者”计划，获联合国世界青年可持续能源项目平台YSEH支持，曾获清华大学优秀博士论文、清华大学优秀博士后等奖励荣誉。参与国家自然科学基金委重点基金或科技部重点研发项目5项，参与国家发改委、国家能源局等部门委托的电力市场建设相关课题5项，主持国家电网总部科技项目课题5项。发表论文30余篇，其中第一作者SCI论文12篇，第一作者EI论文6篇；出版英文专著1部，申请或授权专利11项。
邬凯浪，清华大学能源互联网创新研究院助理研究员，主要从事电力市场机制设计、综合能源系统低碳优化运行等领域研究。作为主要研究人员多次参与大型横纵向研究项目，并为政府、企业提供决策支持。
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