浅析

411号文第二十八条明确：调峰服务是指经营主体为跟踪系统负荷的峰谷变化和可再生能源的出力变化，根据调度指令或出清结果调整发用电功率（包括设备启停）所提供的服务。

简单来说，就是“削峰填谷”，可以用蓄水库进行类比。

发电就是向水库里放水，大家用电就是把水抽出去用。

唯一不同的是水池的水位必须永远保持在一个恒定的刻度线上，水位高了或者低了，整个水库就会崩溃。

要知道老百姓用电的是很“任性”的，想用就用，不想用就不用。

比如，晚上6点到9点，天黑下班了，大家纷纷打开电灯、电视机、空调、电磁炉。这时候全社会都在疯狂用电，就会产生用电的“峰”。

凌晨1点到5点，绝大多数人都呼呼大睡了，工厂也停工了，全社会用电量急剧下降，就会产生用电的“谷”。

为了保持水位在一个恒定的刻度线上，“峰”时就要想办法尽可能多地向水库中放水，“谷”时就要想办法尽可能减少地向水库中放水。

这个活儿就是通过调峰服务来实现的。

在低谷期，有两种途径可以实现“填谷”，一种是发电侧压谷，比如让一部分发电厂少发点电。另一种是负荷侧填谷，比如让储能、可中断负荷等多用电。

在高峰期，同样有两种途径可以实现“削峰”，一种是发电侧顶峰，也就是让发电厂增加出力。另一种是负荷侧削峰，也就是想办法让用户减少用电。

总之，就是通过各种调节手段来实现“削峰填谷”，想办法让发电的曲线紧紧贴合用电的曲线。

那么具体干活（调峰）的是谁？主要有4个主体。

首先是最任劳任怨的老黄牛，传统煤电。

煤电厂正常情况下稳稳发电，但为了配合大家的用电习惯，在用电的低谷期它得硬生生把出力降到很低，到了用电高峰，它又得把出力拉得很高。

让煤电深度调峰是极为不经济的做法，主要体现在三个方面：

一是煤粉锅炉的设计最佳工况通常是70%~85%负荷，当负荷降到40%甚至30%以下时，，火焰极易闪烁熄灭，不仅会中断供电，重新点火还需要耗费大量燃油，不划算。（当然，经过近些年以来灵活性改造的先进煤电机组，最低稳燃负荷已可降至20%甚至15%的额定负荷，技术是在不断进步的）

二是频繁地在高低负荷之间快速切换，会给锅炉带来不可逆转的损伤，降低使用寿命。

三是大马拉小车注定是不经济的。当煤电机组被迫在低负荷下运行时，锅炉的燃烧效率会下降，也就意味着发一度电所需的煤耗会大幅飙升。同时，烟气温度降低，可能引发氮氧化物排放超标。

第二个干活的是抽水蓄能，这是一种很老的储能方式，但体量极大，是目前人类掌握的规模最大、最成熟、最经济的储能方式。

抽水蓄能有两个上下相连的水库。

用电低谷期，它可以用多余的电能把下水库的水抽到上水库存着；

用电高峰期，它可以把上水库的水放下来，冲转水轮机发电。

抽水蓄能的本质上就是利用了水的重力势能来搬运时间。

抽水蓄能具有以下几个特点：

一是劲儿大。一个普通的抽水蓄能电站，装机容量动辄百万千瓦级别，这个量级相当于一个中型火电厂的规模。对于电网这种需要超大调节的系统来说，这种体量极为“解渴”。

二是反应极快。煤电机组冷启动可能需要好几个小时，但抽水蓄能机组从接到指令到满功率发电，只需要短短几分钟。如果是处于热备用状态，只需几十秒就能瞬间顶峰。

三是超级长寿。锂电池储能用个十年八年就算不错了，而抽水蓄能基本上就是挖两个大坑加上钢铁设备，正常来说它的寿命超过50年甚至百年。

四是相对安全。抽水蓄能不涉及易燃易爆的化学物质，几乎没有爆炸起火的风险，也不会产生有害废弃物，只是水的循环，对环境影响极小。

但同时他也存在诸多限制：

一是对地形有要求。它必须要有一高一低两个水库和巨大的山体落差，因此不能建在平坦的平原，也不能建在远离山区的沿海负荷中心。我国大部分优质的抽水蓄能选址都在内陆山区，这与我国东部沿海极度缺调峰资源的现状形成了错位。

二是建设周期长。由于涉及复杂的地质勘探、大坝修筑和移民安置，一个抽水蓄能电站从规划、核准到最终建成投产，往往需要多年时间。而新能源爆发速度极快，远水难解近渴。

三是对连续变速适应能力较差。抽水蓄能能应对分钟级的负荷变化，但面对秒级、毫秒级的极端频率波动，庞大的水体和水力惯性会让它反应迟钝。这方面它不如锂电池储能灵巧。

第三个干活的是新型储能。这是目前电力市场最靓的仔，类似于大型充电宝。

专业地说，新型储能是指除抽水蓄能以外的储能技术。它是利用电化学、电磁场或高压气体来存储能量，其中最典型的代表就是锂离子电池储能，此外还有压缩空气储能、熔盐储能、液流电池、飞轮储能等。

半夜用电低谷期，风电光伏可能还在疯狂发电，这时候电价极低，新型储能开始猛猛充电。

傍晚用电高峰期，电价飙升至顶峰，新型储能“啪”的一下开始猛猛放电，大赚一笔。

新型储能不消耗煤炭，前面也提到其充放电也就是一眨眼的事，能有效应对秒级、毫秒级的极端频率波动，可谓是名副其实的救火队长。

虽然政策利好、挣钱简单，但如果你认为这是个闭眼入的暴利行业，那就大错特错了。

由于技术门槛相对透明，过去几年无数企业涌入，导致锂电池电芯、储能系统的价格一路狂跌，企业为了抢订单不惜低于成本价投标，整个产业链都在流血前行，中小玩家死伤惨重。投资有风险，入局需谨慎呐。

第四个干活的是虚拟电厂/负荷聚合商。说白了，就是类似于二房东或者滴滴平台。

从表面来看很神奇，因为它自己既不发电也不储电，却能调峰。

它做的工作是用先进的互联网、物联网和AI技术，把千家万户手里闲置的、分散的电力资源，在同一个平台上进行撮合。

包括工厂里的大型机床、写字楼里的中央空调、百姓车库里的电动汽车、屋顶上的太阳能板等等，各种资源能搓尽搓。

比如下午2点用电紧张的时候，通过平台让手中的钢铁厂几个不重要的水泵先停半小时，然后每度电补贴点儿钱；让手中的写字楼把空调温度调高两度扛一扛等等。

通过东拼西凑的方式省下几万度电，相当于在高峰期凭空变出了一个发电厂。也就是说成千上万个微小的电力资源全部聚合起来，就形成了一个堪比大型发电厂的虚拟电厂。

当电网遇到用电高峰（低谷）时，它只需要通过发指令，让成千上万个被聚合的设备同时稍微减少一点用电（放出一点储存的电），瞬间就能给电网腾出几十万甚至上百万负荷空间，这就是其调峰原理。

这个套路是基于电价波动带来的利益可能性，用别人的资源去赚市场的钱，顺便帮电网排忧解难。

411号文第二十九条明确：调频服务是指经营主体为减少系统频率偏差（或联络线控制偏差），通过调速系统、自动功率控制等所提供的服务。调频服务主要为二次调频服务。二次调频服务是指经营主体通过自动功率控制技术，包括自动发电控制（AGC）、自动功率控制（APC）等，提供的有功出力调整服务。

调频说白了就是通过动态调整使电网频率稳定在50Hz。

频率与发电量和用电量的差值强相关。

当发电量大于用电量，相当于能量溢出，此时频率就会飙升，如果不加以控制，转速过快的发电机会像飞车一样解体，引发大面积停电。

当发电量小于用电量，相当于能量亏空，此时频率就会暴跌，电器会因为没有足够的能量供应而停止运转，严重时同样会造成电网崩溃。

要解释这个现象还是以上面水库做例子。

当发电>用电，意味着水泵开大的同时不改变水库底部出水口的大小。此时注入水库的水量大于流出的水量，水库的水位就开始上涨。与此同时出水口水流的“流速”也会增加，这就相当于电网频率的上升。

当发电<用电，会导致电网频率的下降也是同样的道理。

从专业的角度上来讲，根据转子运动方程可知，发电机转速的变化率完全取决于同步发电机“输入的机械功率”与“输出的电磁功率”之差。

当发电>用电，意味着这个差大于0，多发出来的电必须要消耗掉，没有通过输出电磁功率消耗的部分（即多发出来的电），会变成使得发电机转子转得更快的离心动能，而其具体表现就是频率升高。

反之也是一样，没发够的电，会靠发电机转子牺牲自己的转速硬顶上去，相当于用一部分转子的离心动能去输出的电磁功率来弥补差值，而其具体表现就是频率的降低。

调频服务的本质，就像是极其敏锐的自动平衡器，随时对频率进行微调。

由于每一个瞬间发电量和用电量都在变化，因此频率在每一个时刻都在波动，而且是微秒级的剧烈颠簸。这就要求调频的的响应速度要快。

根据响应速度和调节目的的不同，调频可以被严格划分为一次、二次与三次调频三个梯队。但是411号文中说调频服务主要为二次调频服务，这是因为一次调频和三次调频不参与辅助服务市场交易。

一次调频一般作为并网机组的强制基本义务，多数地区仅给予少量定额补偿或不补偿，不参与市场化竞价。而三次调频通常纳入日前和实时电力市场的经济调度范畴，不单独作为辅助服务交易品种。下面分开详细讨论。

首先是一次调频。

一次调频是指由并网运行的同步发电机根据自身转速的偏差，自动改变有功功率输出的一种控制行为。它是电力系统抵御频率波动的第一道防线，也是最快的一道防线，是每台发电机与生俱来的求生本能。

一次调频的过程可以简单的分为感知、比较、决策、执行几个步骤。以频率下降的情况来进行简单分析：

感知：发电机出口的测控装置实时监测电网频率。

比较：控制系统将实测频率与50Hz进行比较，得出频率偏差。

决策：发电机的调速器会内置一条静态调节特性曲线，它规定了频率下降0.1Hz，应该增加多少功率。这条曲线是有差调节的，也就意味着它永远不会把频率拉回到绝对的50Hz，只会在一个新的稳态频率下重新平衡。

执行：根据计算出的功率增量，调速器驱动伺服系统，增加机械功率的输入。

类似于自动油门，电网频率一掉，发电机的调速器就像被踩了油门，自动把发电的阀门开大一点，多发电，反之亦然。

一次调频的整个过程无人干预，纯靠本能。

其次是二次调频，通常被称为AGC（Automatic Generation Control，自动发电控制）。

上面提到，一次调频虽然很快，是本能反应，但同时它也有两个明显的缺点。一方面它是有差调节，无法精确回到50Hz，比如频率掉到49.8Hz，一次调频发力后可能只能稳定在49.9Hz。另一方面，每台发电机只顾自己，没有全局观念，容易导致局部调节过度或不足。

这时候就需要二次调频登场了。它的核心任务有三个：一是达到无差调节，通过全局统筹把频率精确拉回到50Hz。二是经济调度，在满足频率要求的前提下，尽可能让发电成本最低。三是联络线控制，精准控制跨区域送电的功率。

说白了，一次调频是心肺复苏，是江湖急救，是大锤开洞，先把频率暴跌的势头按住；二次调频是专家会诊，是精细救治，是小锤修边。当二次调频接过指挥权，就能够精雕细琢地把频率恢复到50Hz的完美健康状态。

二次调频过程是通过调度中心实现的，可以概括为感知、计算、发令、执行四个步骤。

感知：电网里有成千上万个智能电表和PMU（相量测量单元），它们以极高的频率把全网的频率、各节点电压、以及跨区域联络线的实际功率，实时传回调度中心。

计算：调度中心将实测数据与50Hz标准以及计划送电曲线进行对比，计算出区域控制误差。这个区域控制误差可以理解为“病例”，上面详细写了现在电网有什么病症。

发令：调度中心根据ACE值，结合各个发电厂的报价和调节能力，通过算法计算该让哪家电厂增加出力/减少出力。然后发送命令给电厂。

执行：电厂接收到指令后，自动调整发电机出力，直到区域控制误差归零，此时频率恢复50Hz。

二次调频整个过程也是完全自动化的，通常几分钟完成一次全局修正。

最后是三次调频。

三次调频通常也被称为经济调度或在线经济调度控制。它不再纠结于某一秒的频率是49.9Hz还是50.1Hz，而是把眼光放长远，算计着接下来的一整天或者明天，怎么弄最省钱。

接着上面的说，二次调频以把频率拉回50Hz为根本目的，相当于不惜代价的保命措施，过程中它分配任务的方式是按需分配，哪家电厂有调节空间就派给谁，这时常会导致昂贵的燃气轮机在疯狂发电，而便宜的煤电却在一旁休息围观。

三次调频的核心目标是在全网频率安全和设备限制的前提下，算出一套让总发电成本最低的机组组合与出力分配方案，主打一个保钱包。

所以它本质上是一个大维度的数学优化问题，算法主要遵循“等耗量微增率准则”（学电的应该都不陌生），优先让边际成本最低（在这里指的就是多发一度电成本最低）的机组满发，直到满足全网负荷，并且让所有开机机组的“微增率”相等，最终让总发电成本达到数学上的最小值。这其中的过程复杂程度自不必多说。

411号文第三十条明确：备用服务是指为满足系统安全运行需要，经营主体通过预留调节能力，并在系统运行需要时于规定时间内调整有功出力的服务。

简单来说，就是电网为了应对突发危机，而提前让一部分发电设备或负荷处于战备状态的待命机制。

还是以前面水库的例子进行简单说明，有几根进水管在注水（多个发电厂发电），有几根出水管在往外出水（用电负荷）。

正常情况下，进、出水量刚好相等，水位保持稳定。

天有不测风云，突然某根进/出水管炸裂，水库水位就会瞬间暴跌/暴涨。

这在现实中可能意味着大型发电机组的故障停机，或者突然的负荷丢失。这时候调频是没办法应对的。

例如，一台百万千瓦机组突然炸机，电网频率可能在几秒内就掉到49.5Hz以下。

此时，全网所有其他正常运行的发电机都会立即启动一次调频本能，自动增加出力来遏制频率急速下跌的势头，但也只是止住势头，真正恢复还得靠二次调频。

但这种情况下，二次调频也是来不及的，因为它要先采集全网的频率数据，然后计算需要补偿多少功率，最后再把指令发给各个电厂。等它的指令下发完毕，至少已经过去了几十秒甚至一两分钟。

三次调频更是起不到任何帮助。

所以，备用服务的核心逻辑就是防患于未然。

调度中心必须提前花钱雇一批备用机组/负荷随时待命。一旦有事他们能在规定时间内瞬间顶上，填补功率缺口/消纳过剩功率，为后续的事故处理争取宝贵时间。

备用具有闲置性，提供备用的机组，平时可能处于停机状态，或者以最小出力运行，也就是说它并没有真正在干活，但是要随时准备干活。

备用要绝对可控，调度说加载到10万千瓦，绝不敢只加载到9.5万。调度说在10秒内拿出10万千瓦，绝不能在11秒才拿出。

传统上，备用服务按照机组状态分为旋转备用、非旋转备用和替代备用三大流派：

第一个流派是旋转备用。它的状态是机组已经开机并网，但还有多余的发电潜力没用完。只要调度员一声令下，几秒就能把出力加上去。它的特点是快且贵，因为它时刻都在空转消耗燃料。一般用于应对突然发生的重大机组跳闸，防止频率雪崩。

第二个流派是非旋转备用。它的机组没有并网，但处于热状态，比如火力发电的锅炉还是热的，它可以在短时间内启动并带上负荷。它的特点是相对较快且相对较便宜，虽然不需要时刻空转，但需要提前热机。一般用于应对持续时间较长的负荷高峰，或者顶替那些需要长时间维修的故障机组。

第三个流派是替代备用。它的机组状态时冷的、完全停机的，可能需要几个小时甚至更长的时间才能并网。它的特点是慢且便宜。一般用于应对第二天的负荷预测误差，或者作为前两级备用的替补。

当然还有其他分类方式，但是道理都差不多。

411号文第三十一条明确：爬坡服务是指经营主体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经营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。

简单来说，就是电网为了防备天气突变，提前花钱雇佣的极致变速应急队。

它应对的是短时大幅变化，主要是新能源靠天吃饭导致的在十几分钟或半小时内出现的剧烈起伏。

在中国，直到2021才首次正式提出增设爬坡辅助服务新品种。那这就不得不产生疑问了，之前为什么不用，而现在又需要爬坡？

在过去传统火电为主的时代，没有单独的爬坡服务是因为火电的出力变化很慢，用户的用电负荷变化也很平缓，随着负荷的降低/增加，发电机组慢慢减速/加速即可，传统的调峰和调频就能完全覆盖。

但随着风电、光伏装机首超火电，电力系统发生了根本性变化，新能源不仅不能调节，反而成了最大的波动源，导致全网的净负荷曲线变得像过山车。注：净负荷=总用电-新能源发电。

比如在午间光伏大发时，净负荷曲线会呈现典型的深V型。这对常规火电机组来说简直是灾难，要求其出力在短时间内极速下降，然后再极速上升。前面也提到了火电深度调峰的一系列坏处。

爬坡服务要解决的是功率变化率问题，而不是功率绝对值问题。它不关心你最终能发多少电，只关心你能以多快的速度改变发电功率。

比如一台100MW的火电机组，每分钟最多能增加2MW出力，那么它的爬坡速率就是2%/分钟。

而一台10MW的储能电站，每分钟能增加10MW出力，那么它的爬坡速率100%/分钟。

虽然储能电站的总容量小，但它的爬坡能力是火电的50倍，所以是爬坡服务的绝对主力。

爬坡也分为向上和向下两个方向：

向上爬坡指的是新能源突然没了，或者负荷突然飙升，需要极速增加发电出力。

向下爬坡指的是新能源突然大发，或者负荷骤降，需要极速减少发电出力。

向下爬坡是很重要的，特别是在甘肃、青海等新能源大发的地区，午间光伏出力突然翻倍，如果不能快速降低火电出力，就会导致弃光弃风。

从表面上来看，爬坡服务和二次调频好像差不多，都是连续调节出力。但两者的侧重点完全不同，二次调频追求的是稳准精，爬坡服务追求的是快准狠。

随着新能源占比越来越高，电力系统对调节资源的需求将呈指数级上升，传统的二次调频常常感到力不从心。功率缺口太大，而常规火电机组腿脚太慢。因此，电网不得不把爬坡作为一个新兴的交易品种单独拎出来，通过重金悬赏那些腿脚麻利的调节资源。

看不见摸不着的辅助服务，在新能源占比不断提高的今天，它的价值正在被重新发现和定义。

我认为，电力系统的每一次变革，本质上也可以说成是调节能力的重新分配，最终的目的都是为了尽可能地实现发用平衡，保持电网的稳定安全运行。

传统火电主导时代，调节能力是高度集中且垄断的，调节主体几乎完全集中在大型燃煤发电厂，火电机组通过增减出力、启停调峰来跟踪负荷变化。在计划经济下的义务调节中，没有单独的补偿机制，本质是电网通过行政命令，将所有调节责任强加给火电企业，用户和其他电源完全不承担调节义务。

在新能源快速发展的时代，不得不面临调节能力的危机与重构问题。风电、光伏等间歇性新能源大规模接入，不仅丧失了调节能力，反而成为最大的波动源，导致系统对调节能力的需求呈指数级增长。这时变革的本质就是要打破火电对调节能力的垄断，将调节责任从单一的发电侧扩展到源、网、荷、储全链条，让抽水蓄能、新型储能成为新的调节主力，让虚拟电厂、负荷聚合商将分散的用户侧资源转化为调节能力。同时，通过辅助服务市场建立，让调节能力从义务变成可以交易的商品。

对于未来的新型电力系统时代，可以预估的是调节能力将全面市场化与价值化。届时新能源占比将超过50%，传统火电逐步退出基荷电源，慢慢转变为纯调节电源，调节能力将成为电力系统中最稀缺、最有价值的资源，谁拥有调节能力，谁就将拥有电力市场的定价权和话语权。

从火电一家独大的义务调节时代，到如今多元主体同台竞技的市场定价时代，辅助服务正在从电力系统的幕后配角，一步步走向能源转型的舞台中央。411号文的落地，只是这场深刻变革的开始。

以上针对辅助服务进行了浅显的分析，后续再继续对辅助服务的交易细节进行额外讨论，看看这个市场是怎么赚钱的。