電力市場環境下我國新能源消納與交易機制設計

張旭東 郭堅

【摘要】首先在分析我國新能源發展現狀和消納機制設計存在的問題。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計方面的經驗。再次，在分析我國新能源優先消納創新機制相關實踐及擬開展試點的基礎上，研究適應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。

【關鍵詞】電力市場;新能源;交易機制設計

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，這是解決我國風能太陽能等新能源長期存在的棄風棄光等問題的重要手段。發展可再生能源等清潔能源是保證我國能源可持續發展體系建立、完成能源技術革命的國家戰略需求。我國可借鑒國外市場的架構設計、規則設計等經驗推動市場機制建設。推動可再生能源發電由享受帶補貼的優先發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。例如美國PJM日前市場為發電商即、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。文獻構建了可再生能源發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驗。文獻陰結合了隨著中國電力市場建設的持續推進，有必要結合國外新能源政策、市場數據等，對國外新能源參與電力市場的經驗進行深人分析，并結合中國新能源消納與市場建設，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。完善市場設計，保證常規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，但機制設計不完善，仍然無法解決我國新能源消納難題，需要重點關注常規機組中長期交易電量與調峰調頻容量的協調、中長期合約與現貨市場協調、交易與調度協調、輔助服務等機制設計。

二、我國新能源消納現狀與存在的機制問題

（一）輔助服務機制不健全

各地在年度計劃中為清潔能源預留了電量空間，我國可再生能源全額保障性收購政策落實困難。由于火電等常規電源發電出力具有可調節性，為保證電網安全運行，平衡各方利益，我國電力運行應采用年度、月度和日前發電計劃管理的方式，各類電廠發電量主要依靠發電計劃來落實。但是風電、光伏發電等發電出力隨機性、間歇性等特點，發電量和實時的發電出力很難預測，在現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。

火電機組受技術特性限制，需提前數日安排機組啟停、檢修計劃，而目前風電、光伏發難以納入電力平衡有效消納。我國電源結構以煤電為主，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峰。基于煤電運行特性，現行電網運行方式一般是提前一個月制定機組啟停、檢修和發電組合計劃。目前風電、光伏發電預測精度還不高，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，優先發電交易有待進一步明確。納入規劃的風能、太陽能、生物質能等可再生能源優先發電，風電、太陽能發電、生物質能發電等按照資源條件全額安排發電。風能、太陽能發電具有顯著的年度、月度、日、小時等出力波動特性，可再生能源發電運行消納與電網調峰資源、輸電線路約束、運行時段等系統因素密切相關。

缺乏常規機組中長期交易電量與調峰調頻容量的協調機制。在調峰調頻補償機制缺失或激勵不足的情況下，可能造成常規電源通過中長期交易鎖定大量發電量，而調峰調頻能力不足，影響實時新能源消納。由于當前火電機組發電能力過剩、利用小時數持續走低，同時在火電機組調峰調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、調峰調頻之間保持合理比例。

（三）缺乏現貨市場機制

我國缺乏有利于新能源消納的中長期合約與現貨市場有效協調機制。在分散式市場中，在中長期交易與現貨交易缺乏有效協調的情況下，大量用電需求空間可能被常規電源中長期交易鎖定，考慮新能源中長期發電量難以準確預測，且年際和年內變化大，如果事前對常規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驗啟示

（一）國外新能源消納模式

解決我國棄風、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，新能源發電以政府規定的固定電價上網，不參與競價交易，電網企業按照法律規定的新能源優先收購政策，以固定電價收購新能源發電。該模式下各主體關系如圖1所示。新能源發電無需承擔常規發電承擔的調峰、備用容量費用支付等責任，在運營商統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，基于固定上網電價的新能源補貼額度持續上升，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，新能源發電直接參與電力市場，且承擔類似于常規電源的電力系統平衡義務，沒有額外的補貼。該模式直接將新能源和常規電源作為商品在市場中買賣，承擔類似于常規電源的電力系統平衡義務，沒有任何額外的補貼和優待。

（二）我國新能源消納實踐

1.東北電力調峰輔助服務市場引入了市場價格機制

東北調峰服務市場，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，將風電、核電作為重要市場主體納實現風火、核火之間的互補互濟，圖3為東北調峰輔助服務定價機制。

2新能源代替企業自備火電廠發電

新能源替代自備電廠發電是風火發電權交易的一種實施方式，該情況下，自備電廠根據系統調度指令，在風電出力較大時段，降出力運行，由風電企業給予自備電廠一定經濟補償。如中國鋁業蘭卅1分公司自備電廠出6億千瓦時電量，與甘肅新能源企業做發電權交易，近百家風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構圖。

3新能源參與大用戶直購電

以優惠的電價來吸引用電量大的工業企業使用新能源，交易價格、交易量由雙方協商確定。同一發電主體投資的風電與火電共同為一定區域范圍內的負荷供電，該發電主體的火電為風電進行出力調節，促進風電消納，保證供電穩定可靠。圖5為新能源參與直購電運營結構。

相關案例：內蒙古通遼霍林河循環經濟示范項目。項目利用霍林河地區豐富的風能、太陽能資源，形成了褐煤就地發電轉化為主，大比例消納風電的“煤一電一鋁”產業鏈，孤網運行，和主網有聯絡線備用。

4新能源微電網

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

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

（三）我國電力交易機制構建

我國的電力交易市場機制主要分為三個部分：現貨市場、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這不同的交易內容，滿足這不同的交易需求。

1.現貨市場機制

現貨市場構架分為日前交易、日內交易。日前交易是現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測自身的發電能力或用電需求，從而形成與系統運行隋況相適應的、可執行的交易計劃。圖8為電力交易機制運行機制。

2.電力中長期合同與現貨市場協調機制

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，存在著與現貨市場的協調運行的問題。

3.電力備用容量市場的實時系統平衡機制

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品的區分以及其電力商品屙眭的還原，引入市場機制，使得電力備用服務的供應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涵。

四、結論

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電由享受帶補貼的優先發電向完全市場化逐步演變。對風電的強制入網以及優先購買，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。可再生能源發電商必須參與類似于常規電源的調度平衡組，從而在電力批發市場上售電，這將有助于緩解電網運行商的系統平衡壓力。

二是采用雙結算機制有效協調日前市場與實時平衡市場。有利于引導風電等新能源發電出力重視日前交易風險，降低系統平衡壓力。日前市場為發電商、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。中長期交易與現貨交易，增強了系統運行的靈活性。通過遠期合同確定的。合同約定的數量與實際生產、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算。集中式市場交易模式下系統運行方式與我國現有系統運行方式類似，無需采用新的運行方法調整合同交易，增加了系統運行的靈活性。

三是將輔助服務市場與日前市場和實時平衡相結合，采用補全支付、偏差懲罰等各類激勵手段，調動各類機組參與實時平衡市場調節由風電等新能源波動帶來系統不平衡的積極性。將輔助服務市場與日前市場和實時平衡相結合，設計補全支付、偏差懲罰等激勵各類發電資源積極調整系統不平衡量，同時激勵發電機組提高控制水平，降低實時運行偏差，減輕系統平衡壓力。