電力市場環(huán)境下我國新能源消納與交易機制設(shè)計

張旭東 郭堅

【摘要】首先在分析我國新能源發(fā)展現(xiàn)狀和消納機制設(shè)計存在的問題。其次，深入分析新形勢下我國新能源消納可能面臨的問題，并研究典型國家在促進新能源消納的電力市場機制設(shè)計方面的經(jīng)驗。再次，在分析我國新能源優(yōu)先消納創(chuàng)新機制相關(guān)實踐及擬開展試點的基礎(chǔ)上，研究適應(yīng)新形勢下我國新能源的消納機制。最后，提出為促進我國新能源消納的機制建議與決策參考。

【關(guān)鍵詞】電力市場;新能源;交易機制設(shè)計

一、前言

多種能源之間互補運行有利于提高可再生能源利用效率，這是解決我國風(fēng)能太陽能等新能源長期存在的棄風(fēng)棄光等問題的重要手段。發(fā)展可再生能源等清潔能源是保證我國能源可持續(xù)發(fā)展體系建立、完成能源技術(shù)革命的國家戰(zhàn)略需求。我國可借鑒國外市場的架構(gòu)設(shè)計、規(guī)則設(shè)計等經(jīng)驗推動市場機制建設(shè)。推動可再生能源發(fā)電由享受帶補貼的優(yōu)先發(fā)電向完全市場化逐步演變是國外新能源消納的主要方式。國外具有促進新能源消納的市場基礎(chǔ)。例如美國PJM日前市場為發(fā)電商即、零售商等提供了金融激勵，使他們能夠提交負荷其交易日實際期望的日前計劃，實時平衡市場為出力不平衡電量和阻塞問題提供了一種激勵機制。文獻構(gòu)建了可再生能源發(fā)電電價形成機制與參與電力市場的競價策略。文獻叩綜合分析了國外新能源參與電力市場的主要模式，文獻分析了國外新能源參與電力市場的主要經(jīng)驗。文獻陰結(jié)合了隨著中國電力市場建設(shè)的持續(xù)推進，有必要結(jié)合國外新能源政策、市場數(shù)據(jù)等，對國外新能源參與電力市場的經(jīng)驗進行深人分析，并結(jié)合中國新能源消納與市場建設(shè)，提出對中國的參考意義。

此外，美國與歐洲的電力市場框架及規(guī)則有較大差異，新能源參與電力市場的機制也有所不同。完善市場設(shè)計，保證常規(guī)電源在電量市場上的盈利，也促進新能源消納。

新一輪電力體制改革確定了未來我國新能源消納的基本思路，但機制設(shè)計不完善，仍然無法解決我國新能源消納難題，需要重點關(guān)注常規(guī)機組中長期交易電量與調(diào)峰調(diào)頻容量的協(xié)調(diào)、中長期合約與現(xiàn)貨市場協(xié)調(diào)、交易與調(diào)度協(xié)調(diào)、輔助服務(wù)等機制設(shè)計。

二、我國新能源消納現(xiàn)狀與存在的機制問題

（一）輔助服務(wù)機制不健全

各地在年度計劃中為清潔能源預(yù)留了電量空間，我國可再生能源全額保障性收購政策落實困難。由于火電等常規(guī)電源發(fā)電出力具有可調(diào)節(jié)性，為保證電網(wǎng)安全運行，平衡各方利益，我國電力運行應(yīng)采用年度、月度和日前發(fā)電計劃管理的方式，各類電廠發(fā)電量主要依靠發(fā)電計劃來落實。但是風(fēng)電、光伏發(fā)電等發(fā)電出力隨機性、間歇性等特點，發(fā)電量和實時的發(fā)電出力很難預(yù)測，在現(xiàn)行管理方式下很難準確充分安排計劃電量。計劃電量過多，將影響電力供需平衡。

火電機組受技術(shù)特性限制，需提前數(shù)日安排機組啟停、檢修計劃，而目前風(fēng)電、光伏發(fā)難以納入電力平衡有效消納。我國電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，由于燃煤機組啟動時間長，同時，燃煤機組啟動過程需要大量投油，啟動成本高，一般很少用于啟停調(diào)峰。基于煤電運行特性，現(xiàn)行電網(wǎng)運行方式一般是提前一個月制定機組啟停、檢修和發(fā)電組合計劃。目前風(fēng)電、光伏發(fā)電預(yù)測精度還不高，只能納入短期電力電量平衡，從運行方式安排上制約了清潔能源發(fā)展。

（二）缺乏中長期交易機制

在清潔能源保障性收購條件下，優(yōu)先發(fā)電交易有待進一步明確。納入規(guī)劃的風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能等可再生能源優(yōu)先發(fā)電，風(fēng)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等按照資源條件全額安排發(fā)電。風(fēng)能、太陽能發(fā)電具有顯著的年度、月度、日、小時等出力波動特性，可再生能源發(fā)電運行消納與電網(wǎng)調(diào)峰資源、輸電線路約束、運行時段等系統(tǒng)因素密切相關(guān)。

缺乏常規(guī)機組中長期交易電量與調(diào)峰調(diào)頻容量的協(xié)調(diào)機制。在調(diào)峰調(diào)頻補償機制缺失或激勵不足的情況下，可能造成常規(guī)電源通過中長期交易鎖定大量發(fā)電量，而調(diào)峰調(diào)頻能力不足，影響實時新能源消納。由于當前火電機組發(fā)電能力過剩、利用小時數(shù)持續(xù)走低，同時在火電機組調(diào)峰調(diào)頻補償機制尚不明確或激勵不夠，難以保證火電機組在直接交易、調(diào)峰調(diào)頻之間保持合理比例。

（三）缺乏現(xiàn)貨市場機制

我國缺乏有利于新能源消納的中長期合約與現(xiàn)貨市場有效協(xié)調(diào)機制。在分散式市場中，在中長期交易與現(xiàn)貨交易缺乏有效協(xié)調(diào)的情況下，大量用電需求空間可能被常規(guī)電源中長期交易鎖定，考慮新能源中長期發(fā)電量難以準確預(yù)測，且年際和年內(nèi)變化大，如果事前對常規(guī)電源中長期交易不能予以相對精準的總量控制，則可能造成現(xiàn)貨市場新能源電量空間不足，難以保障新能源完全消納。

三、國外新能源消納的市場機制及經(jīng)驗啟示

（一）國外新能源消納模式

解決我國棄風(fēng)、棄光問題具有重要意義。許多國家新能源消納的模式主要有以下三種：

（1）新能源不參與競價交易

該模式下，新能源發(fā)電以政府規(guī)定的固定電價上網(wǎng)，不參與競價交易，電網(wǎng)企業(yè)按照法律規(guī)定的新能源優(yōu)先收購政策，以固定電價收購新能源發(fā)電。該模式下各主體關(guān)系如圖1所示。新能源發(fā)電無需承擔常規(guī)發(fā)電承擔的調(diào)峰、備用容量費用支付等責(zé)任，在運營商統(tǒng)一在實時電力市場上進行售賣。

（2）有溢價補貼的新能源直接參與電力市場

隨著新能源裝機容量的增加，基于固定上網(wǎng)電價的新能源補貼額度持續(xù)上升，一些國家對新能源提供溢價補貼方式，推動新能源參與市場交易。該模式各主體關(guān)系如圖2所示。

（3）無補貼新能源直接參與電力市場

該模式下，新能源發(fā)電直接參與電力市場，且承擔類似于常規(guī)電源的電力系統(tǒng)平衡義務(wù)，沒有額外的補貼。該模式直接將新能源和常規(guī)電源作為商品在市場中買賣，承擔類似于常規(guī)電源的電力系統(tǒng)平衡義務(wù)，沒有任何額外的補貼和優(yōu)待。

（二）我國新能源消納實踐

1.東北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場引入了市場價格機制

東北調(diào)峰服務(wù)市場，引入“階梯式”浮動報價及分攤機制最終按照各檔實際出清價格進的原則，進一步提高了獎罰，將風(fēng)電、核電作為重要市場主體納實現(xiàn)風(fēng)火、核火之間的互補互濟，圖3為東北調(diào)峰輔助服務(wù)定價機制。

2新能源代替企業(yè)自備火電廠發(fā)電

新能源替代自備電廠發(fā)電是風(fēng)火發(fā)電權(quán)交易的一種實施方式，該情況下，自備電廠根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度指令，在風(fēng)電出力較大時段，降出力運行，由風(fēng)電企業(yè)給予自備電廠一定經(jīng)濟補償。如中國鋁業(yè)蘭卅1分公司自備電廠出6億千瓦時電量，與甘肅新能源企業(yè)做發(fā)電權(quán)交易，近百家風(fēng)電場及光伏電站參與其中。圖4為自備電廠參與電力市場交易結(jié)構(gòu)圖。

3新能源參與大用戶直購電

以優(yōu)惠的電價來吸引用電量大的工業(yè)企業(yè)使用新能源，交易價格、交易量由雙方協(xié)商確定。同一發(fā)電主體投資的風(fēng)電與火電共同為一定區(qū)域范圍內(nèi)的負荷供電，該發(fā)電主體的火電為風(fēng)電進行出力調(diào)節(jié)，促進風(fēng)電消納，保證供電穩(wěn)定可靠。圖5為新能源參與直購電運營結(jié)構(gòu)。

相關(guān)案例：內(nèi)蒙古通遼霍林河循環(huán)經(jīng)濟示范項目。項目利用霍林河地區(qū)豐富的風(fēng)能、太陽能資源，形成了褐煤就地發(fā)電轉(zhuǎn)化為主，大比例消納風(fēng)電的“煤一電一鋁”產(chǎn)業(yè)鏈，孤網(wǎng)運行，和主網(wǎng)有聯(lián)絡(luò)線備用。

4新能源微電網(wǎng)

為緩解北方地區(qū)風(fēng)電消納困難，利用棄風(fēng)電量替代直燃煤采暖，促進大氣污染治理，或利用棄風(fēng)電量通過電解等方式將電力轉(zhuǎn)換為氣體能源，如氫氣等。圖6為新能源參與市場交易微電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)。

相關(guān)案例：我國已投運的風(fēng)電清潔供暖示范試點項目12項。目前風(fēng)電供熱試點主要采用兩種模式：一是“供暖負荷一棄風(fēng)消納”的配對建設(shè)運營模式，如吉林、蒙東、蒙西試點：二是直接交易模式，如北京房山區(qū)韓村河集中電采暖試點。

（三）我國電力交易機制構(gòu)建

我國的電力交易市場機制主要分為三個部分：現(xiàn)貨市場、電力備用市場和電力衍生品交易市場。如圖7所示三個市場分別實現(xiàn)這不同的交易內(nèi)容，滿足這不同的交易需求。

1.現(xiàn)貨市場機制

現(xiàn)貨市場構(gòu)架分為日前交易、日內(nèi)交易。日前交易是現(xiàn)貨市場中主要的交易平臺，使得市場成員能夠比較準確地預(yù)測自身的發(fā)電能力或用電需求，從而形成與系統(tǒng)運行隋況相適應(yīng)的、可執(zhí)行的交易計劃。圖8為電力交易機制運行機制。

2.電力中長期合同與現(xiàn)貨市場協(xié)調(diào)機制

電力中長期合同，主要在電力衍生品市場中進行交易。電力衍生品市場中的交易合同，多為中長期合同或在未來才進行實物交割的合同，這些合同在實際的操作中，存在著與現(xiàn)貨市場的協(xié)調(diào)運行的問題。

3.電力備用容量市場的實時系統(tǒng)平衡機制

電力備用市場中，定義了有三種類型的備用容量：主控備用容量、二次控制備用容量、分鐘備用容量。通過對電力備用容量產(chǎn)品的區(qū)分以及其電力商品屙眭的還原，引入市場機制，使得電力備用服務(wù)的供應(yīng)商在透明的同一平臺上參與競價，大大降低了電力備用容量的配置成本，圖9為電力備用容量市場交易基本內(nèi)涵。

四、結(jié)論

綜上所述，促進新能源消納可歸納為以下幾點：

一是推動可再生能源發(fā)電由享受帶補貼的優(yōu)先發(fā)電向完全市場化逐步演變。對風(fēng)電的強制入網(wǎng)以及優(yōu)先購買，引入招標機制，通過招標確定補貼額度，確定最低成本的可再生能源項目。可再生能源發(fā)電商必須參與類似于常規(guī)電源的調(diào)度平衡組，從而在電力批發(fā)市場上售電，這將有助于緩解電網(wǎng)運行商的系統(tǒng)平衡壓力。

二是采用雙結(jié)算機制有效協(xié)調(diào)日前市場與實時平衡市場。有利于引導(dǎo)風(fēng)電等新能源發(fā)電出力重視日前交易風(fēng)險，降低系統(tǒng)平衡壓力。日前市場為發(fā)電商、零售商等提供了金融激勵，使他們能夠提交負荷其交易日實際期望日前計劃。實時平衡市場為出力不平衡電量和阻塞問題提供了一種激勵機制。中長期交易與現(xiàn)貨交易，增強了系統(tǒng)運行的靈活性。通過遠期合同確定的。合同約定的數(shù)量與實際生產(chǎn)、消耗量會有偏差，不管是什么原因造成的，都是以實時市場價格進行結(jié)算。集中式市場交易模式下系統(tǒng)運行方式與我國現(xiàn)有系統(tǒng)運行方式類似，無需采用新的運行方法調(diào)整合同交易，增加了系統(tǒng)運行的靈活性。

三是將輔助服務(wù)市場與日前市場和實時平衡相結(jié)合，采用補全支付、偏差懲罰等各類激勵手段，調(diào)動各類機組參與實時平衡市場調(diào)節(jié)由風(fēng)電等新能源波動帶來系統(tǒng)不平衡的積極性。將輔助服務(wù)市場與日前市場和實時平衡相結(jié)合，設(shè)計補全支付、偏差懲罰等激勵各類發(fā)電資源積極調(diào)整系統(tǒng)不平衡量，同時激勵發(fā)電機組提高控制水平，降低實時運行偏差，減輕系統(tǒng)平衡壓力。