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截至2019 年底,我國(guó)可再生能源裝機(jī)占總裝機(jī)的39.5%,發(fā)電量占總發(fā)電量的27.5%。隨著可再生能源裝機(jī)比例不斷提高,近年來(lái),我國(guó)一些地區(qū)棄風(fēng)棄水的現(xiàn)象愈加嚴(yán)重,可再生能源消納問(wèn)題日漸突出。
2015 年,《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)》(以下簡(jiǎn)稱“中發(fā)〔2015〕9 號(hào)文”)及配套文件指出電力市場(chǎng)由中長(zhǎng)期市場(chǎng)和現(xiàn)貨市場(chǎng)組成,并明確提出形成促進(jìn)可再生能源利用的市場(chǎng)機(jī)制,鼓勵(lì)可再生能源參與電力市場(chǎng)[1]。2019 年,《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》(發(fā)改能源〔2019〕807 號(hào))的印發(fā),為可再生能源消納奠定了制度保障,并指出電力市場(chǎng)是未來(lái)可再生能源消納的主要環(huán)境[2]。
國(guó)內(nèi)各省份電力市場(chǎng)的建設(shè)模式不盡相同,但都是主要借鑒國(guó)外典型電力市場(chǎng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[3-4]。例如,浙江電力市場(chǎng)主要借鑒美國(guó)PJM 電力市場(chǎng),但是在電力市場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中,沒(méi)有充分考慮未來(lái)高比例可再生能源參與電力市場(chǎng)的機(jī)制建設(shè)。國(guó)外典型電力市場(chǎng)在建設(shè)初期也未充分考慮可再生能源參與電力市場(chǎng)的機(jī)制[5-7]。電力市場(chǎng)建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜且不斷演進(jìn)的過(guò)程,隨著可再生能源裝機(jī)比例的提高,越來(lái)越多的可再生能源發(fā)電企業(yè)將參與電力市場(chǎng)。由于可再生能源生產(chǎn)成本接近于零,總是以最大容量運(yùn)行,對(duì)電力市場(chǎng)的出清結(jié)果會(huì)有很大影響,導(dǎo)致市場(chǎng)出清價(jià)格降低。
國(guó)內(nèi)對(duì)高比例可再生能源參與電力市場(chǎng)有一定的研究[6-12],主要集中在高比例可再生能源電力市場(chǎng)體系建設(shè),但目前的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)不能完全支持高比例可再生能源參與電力市場(chǎng)。
因此,批發(fā)電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮高比例可再生能源發(fā)電參與電力市場(chǎng)的影響。本文首先分析了可再生能源對(duì)電力市場(chǎng)的影響,其次介紹可再生能源比例較高的巴西電力市場(chǎng)建設(shè)情況,梳理了巴西支撐高比例可再生能源參與電力市場(chǎng)機(jī)制的建設(shè)經(jīng)驗(yàn),最后總結(jié)巴西電力市場(chǎng)建設(shè)對(duì)我國(guó)可再生能源參與電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)的啟示。
隨著中發(fā)〔2015〕9 號(hào)文的發(fā)布以及可再生能源電力消納保障機(jī)制的下發(fā),可以預(yù)計(jì)未來(lái)可再生能源在電力市場(chǎng)中的參與程度將不斷提高。與此同時(shí),這一過(guò)程也有助于降低可再生能源發(fā)電技術(shù)成本。目前行業(yè)已普遍達(dá)成共識(shí),大規(guī)模可再生能源發(fā)電不僅在技術(shù)上可行,而且在未來(lái)電力市場(chǎng)中將發(fā)揮重要作用。
可再生能源發(fā)電技術(shù)呈現(xiàn)出完全不同的成本和風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu),與化石燃料熱電廠不同,可再生能源發(fā)電技術(shù)的可變成本可忽略不計(jì),這意味著它們不存在燃料成本的不確定性,但也不是無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的,因?yàn)槠浒l(fā)電能力受到自然能源隨機(jī)可用性的限制。
高比例可再生能源參與電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì),應(yīng)為可再生能源設(shè)計(jì)響應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制,從而促使可再生能源投資者能夠協(xié)調(diào)一致,以確保資源充足、成本最低。可再生能源發(fā)電的隨機(jī)性與不確定性,增加了預(yù)測(cè)需求的不確定性,也增加了其他發(fā)電商和消費(fèi)者對(duì)價(jià)格反應(yīng)的敏感性,從而突出了現(xiàn)貨市場(chǎng)定價(jià)機(jī)制的重要性。
巴西面積851 萬(wàn)km2,是世界上國(guó)土面積第五大的國(guó)家,人口2.1 億,自然資源豐富,地處熱帶,水資源極其豐富。近年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,與中國(guó)一樣是金磚國(guó)家之一。
可再生能源發(fā)電在巴西電力工業(yè)中占重要地位[13-17]。巴西電力市場(chǎng)與其他國(guó)家電力市場(chǎng)建設(shè)路徑不同,在建設(shè)初期就是以可再生能源為主的電力市場(chǎng)。巴西電力市場(chǎng)為研究可再生能源參與電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)很好的樣板。
截至2018 年底,巴西總發(fā)電量5 880 億kWh,其中:水電3 880 億kWh,新能源1 050 億kWh,火電340 億kWh,燃?xì)獍l(fā)電470 億kWh,約75%的電力來(lái)自清潔能源。
巴西的電力主要由水力發(fā)電廠供應(yīng),近年來(lái),風(fēng)力發(fā)電和生物質(zhì)熱電廠的發(fā)電量顯著增加。在未來(lái)幾年,太陽(yáng)能發(fā)電也有望成為一種越來(lái)越重要的能源。
巴西運(yùn)行著一個(gè)大型輸電網(wǎng),即SIN(國(guó)家互聯(lián)系統(tǒng)),它由南部、東南部/中西部、東北部和北部4 個(gè)系統(tǒng)組成,如圖1 所示。SIN 由獨(dú)立的ONS(國(guó)家電力調(diào)度中心)運(yùn)營(yíng),并由ANEEL 監(jiān)管。截至2018 年底,SIN 輸電線路總長(zhǎng)134 765 km,滿足了99%的總體電力需求。

圖1 巴西電網(wǎng)結(jié)構(gòu)
巴西電力市場(chǎng)改革可以大體分為三個(gè)階段:第一階段,1995 年以前,巴西電力行業(yè)一直是國(guó)家壟斷行業(yè)。第二階段,為1995—2004 年的自由電力市場(chǎng)模式,1995 年巴西首次嘗試對(duì)電力行業(yè)進(jìn)行自由化和重組,開(kāi)創(chuàng)新的電力市場(chǎng)模式,建立了MAE(電力批發(fā)市場(chǎng)),但2000—2001 年受能源危機(jī)影響,電力市場(chǎng)一度停擺。第三個(gè)階段,政府在2004 年進(jìn)行了第二次電力體制改革,也是更為實(shí)質(zhì)性的改革,建立了電力市場(chǎng)新模式。三個(gè)階段的電力市場(chǎng)模式對(duì)比分析見(jiàn)表1。

表1 巴西電力市場(chǎng)三個(gè)階段模式對(duì)比
巴西電力行業(yè)主要管理機(jī)構(gòu)[17]如圖2 所示。
CNPE(國(guó)家能源政策委員會(huì))是一個(gè)由礦業(yè)能源部長(zhǎng)主持的多部委理事會(huì)。CNPE 充當(dāng)能源政策設(shè)計(jì)委員會(huì)顧問(wèn),特別關(guān)注供應(yīng)安全和國(guó)家能源資源的開(kāi)發(fā)。
MME(礦業(yè)能源部)是負(fù)責(zé)能源部門立法、監(jiān)管和控制旨在促進(jìn)該部門發(fā)展的政策的主要政府機(jī)構(gòu)。

圖2 巴西電力行業(yè)管理機(jī)構(gòu)
EPE(能源研究院)是一個(gè)公共實(shí)體,代表MME開(kāi)展技術(shù)研究并為政府能源規(guī)劃提供投入。EPE還為發(fā)電能力拍賣提供技術(shù)支持。
CMSE(電力行業(yè)監(jiān)督委員會(huì))負(fù)責(zé)監(jiān)察電力供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性,并向CNPE 提供預(yù)防和糾正措施的建議。
ANEEL(國(guó)家電力監(jiān)管局)監(jiān)管和監(jiān)督電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和商業(yè)化。ANEEL 規(guī)定了電力運(yùn)輸和消費(fèi)關(guān)稅,并確保了輸配電特許權(quán)的財(cái)政和經(jīng)濟(jì)可行性。
CCEE(電力交易中心)是一個(gè)非營(yíng)利性的私人法人實(shí)體,受ANEEL 監(jiān)管,并監(jiān)督SIN 的電力商業(yè)化。CCEE 負(fù)責(zé)ACR(管制合同市場(chǎng))和ACL(自由合同市場(chǎng))的運(yùn)營(yíng),并保存所有能源合同的記錄。此外,該機(jī)構(gòu)還負(fù)責(zé)能源生產(chǎn)和消費(fèi)的核算,以及付款結(jié)算或違約制裁。CCEE 還計(jì)算差額結(jié)算價(jià)格,并結(jié)算合同金額和供應(yīng)金額之間的財(cái)務(wù)差額。
ONS 是非盈利的私人法人實(shí)體,受ANEEL監(jiān)管和監(jiān)督。ONS 的一項(xiàng)主要職責(zé)是考慮電網(wǎng)限制、資源可用性和氣候預(yù)測(cè)的情況下,確定和組織電廠調(diào)度。
自2004 年以來(lái),電力出現(xiàn)ACR 和ACL 兩種不同的商業(yè)化合同環(huán)境。巴西的新電力市場(chǎng)模式如圖3 所示。
2.4.1 ACR 模式

圖3 巴西新電力市場(chǎng)模式
在ACR 中,消費(fèi)者從當(dāng)?shù)嘏潆姽举?gòu)買電力。為了促進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)和提高成本效率,配電公司必須通過(guò)政府拍賣購(gòu)買電力。這些拍賣會(huì)由MME組織,由ANEEL 進(jìn)行監(jiān)管。MME 規(guī)定了每次拍賣的指導(dǎo)原則,包括提供的合同類型、合同指數(shù)化和交貨期。拍賣合同能源將提前“x”年交付,被稱為“A-x”拍賣,其中“x”代表交付年份。現(xiàn)有的和新的發(fā)電廠在不同的拍賣會(huì)上競(jìng)爭(zhēng)。MME 會(huì)對(duì)不同發(fā)電技術(shù)之間的合同量進(jìn)行劃分。
2.4.1.1 ACR 中主要拍賣類型
(1)現(xiàn)有的LEE(能源拍賣)將PPAs(電力購(gòu)買協(xié)議)的期限延長(zhǎng)至15 年。只有現(xiàn)有發(fā)電廠才能參加這種拍賣,目的是更新配電公司現(xiàn)有的合同,降低價(jià)格上漲的風(fēng)險(xiǎn)。在拍賣日期的同一年或兩年內(nèi)開(kāi)始交付。
(2)LEN(新能源拍賣),分配長(zhǎng)達(dá)30 年的長(zhǎng)期購(gòu)電協(xié)議,在3~6 年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)交付。新能源拍賣每年至少舉行2 次,以確保電力系統(tǒng)的增長(zhǎng)符合預(yù)期的需求增長(zhǎng)。
(3)同年交付的短期購(gòu)電協(xié)議調(diào)整拍賣。這些活動(dòng)每年進(jìn)行4 次,以便經(jīng)銷商能夠根據(jù)需求進(jìn)行短期調(diào)整。
2.4.1.2 ACR 中兩種類型的電力合同
(1)能源數(shù)量合同:這些是金融遠(yuǎn)期合同,承諾發(fā)電商在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)以每兆瓦時(shí)的給定價(jià)格提供固定數(shù)量的能源。在巴西,這種合同通常用于水力發(fā)電。水電站發(fā)電成本的水文風(fēng)險(xiǎn)和變化由發(fā)電商承擔(dān)。
(2)能源可用性合同:在這些合同中,發(fā)電商使其工廠的發(fā)電能力可用,并獲得固定收入作為回報(bào)。當(dāng)這些電廠被調(diào)度時(shí),配電公司承擔(dān)發(fā)電的可變(燃料)成本和潛在的不平衡結(jié)算成本或收入。通過(guò)可用性合同簽訂的發(fā)電廠(其中大部分為熱電廠和風(fēng)力發(fā)電廠)由國(guó)家統(tǒng)計(jì)局根據(jù)優(yōu)先順序規(guī)則和最大化供應(yīng)安全性的組合進(jìn)行調(diào)度,這些合同類似于能源看漲期權(quán)。
2.4.2 ACL 模式
在ACL 中,最低需求為3 MW 的用戶(自由用戶)可以直接從發(fā)電機(jī)和貿(mào)易商處購(gòu)買電力。為了推廣可再生能源,最低需求量為500 kW 的用戶(特殊用戶)也可以參與ACL,只要他們完全從這些來(lái)源購(gòu)買電力。能源價(jià)格和合同條款、條件在ACL 中進(jìn)行雙邊談判。
雖然ACL 合同對(duì)消費(fèi)者和發(fā)電商都很有吸引力,但它們通常最長(zhǎng)限制在3~5 年內(nèi),因此很難進(jìn)行資本密集型可再生能源投資,因?yàn)檫@些投資需要長(zhǎng)期和安全的能源銷售安排,才能使投資者在財(cái)務(wù)上可行。因此,更具吸引力的短期ACL合同通常用于補(bǔ)充ACR 的長(zhǎng)期收入。
2.4.3 巴西短期市場(chǎng)(現(xiàn)貨市場(chǎng))
CCEE 還負(fù)責(zé)通過(guò)計(jì)算在RCE(管制合同環(huán)境)和FCE(自由合同環(huán)境)下有效生產(chǎn)或消費(fèi)的產(chǎn)品與合同的差異,促進(jìn)代理商在短期市場(chǎng)上交易的月度核算,如圖4 所示。這些差異(不平衡)以PLD(短期價(jià)格)結(jié)算。SIN 中的發(fā)電調(diào)度方法是基于集中調(diào)度,并使用優(yōu)化工具。選擇這種調(diào)度方式而不是投標(biāo)方案的原因是巴西體制的特殊性,因?yàn)槲挥谕粭l河上的水電廠屬于不同主體,并且水電出力受水流隨機(jī)流量的影響。

圖4 短期電力市場(chǎng)(現(xiàn)貨市場(chǎng))
巴西在電力市場(chǎng)改革中也遇到了一些問(wèn)題,并因此積累了較多經(jīng)驗(yàn),特別是在適應(yīng)高比例可再生能源的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)方面。
通過(guò)集中拍賣的方式簽訂中長(zhǎng)期合同以滿足未來(lái)需求,是巴西當(dāng)前電力市場(chǎng)一個(gè)特別引人注目的特點(diǎn)。利用拍賣提前幾年簽訂未來(lái)電力供應(yīng)合同,從而使發(fā)電企業(yè)和電力用戶積極參與,這是培育完全可競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)的有效途徑。這大大降低了市場(chǎng)力濫用的風(fēng)險(xiǎn),有助于促進(jìn)有效的擴(kuò)張,并減輕了發(fā)電商和消費(fèi)者的風(fēng)險(xiǎn)。
在這些拍賣中,確立的中長(zhǎng)期出售合同使市場(chǎng)參與者能夠根據(jù)當(dāng)前的市場(chǎng)預(yù)期做出長(zhǎng)期投資決策。只要企業(yè)履行合同,供應(yīng)商的收入和買方的成本將是合同條款規(guī)定的,這大大降低了市場(chǎng)的不確定性,促進(jìn)了長(zhǎng)期投資。
考慮到供需的隨機(jī)性,以及由于短期需求的低價(jià)格彈性導(dǎo)致的價(jià)格大幅波動(dòng),電力市場(chǎng)非常容易受到經(jīng)濟(jì)繁榮和蕭條周期的影響。穩(wěn)定市場(chǎng)的關(guān)鍵在于讓市場(chǎng)參與者預(yù)測(cè)未來(lái)的情況,無(wú)論是在供不應(yīng)求階段還是供過(guò)于求階段。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法是形成中長(zhǎng)期合同。中長(zhǎng)期合同不僅有助于穩(wěn)定收入流,而且有助于投資決策,從而通過(guò)買方和買方之間的長(zhǎng)期合同來(lái)分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。然而,只有在接近交貨日期時(shí),才能做出更準(zhǔn)確的決策,因?yàn)榭梢垣@得關(guān)于當(dāng)前供需的更準(zhǔn)確的信息,這對(duì)于依賴天氣條件(降雨、風(fēng)力、陽(yáng)光等)的可再生能源尤其重要。為了使長(zhǎng)期頭寸與接近交割日期時(shí)可能做出的更精細(xì)的決策相協(xié)調(diào),市場(chǎng)參與者可以通過(guò)購(gòu)買或出售部分現(xiàn)有合同在二級(jí)市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整。為了培育充滿活力的二級(jí)市場(chǎng),應(yīng)該推廣標(biāo)準(zhǔn)化合約。合同標(biāo)準(zhǔn)化增加了市場(chǎng)流動(dòng)性,降低了交易成本,使參與者能夠通過(guò)購(gòu)買或出售額外的可置換合同來(lái)調(diào)整其市場(chǎng)地位。
為確保資源充足,將設(shè)立做市商。做市商將是一個(gè)獨(dú)立的實(shí)體,負(fù)責(zé)中長(zhǎng)期合同以外的能源,以確保所需的供應(yīng)擴(kuò)大,來(lái)確保資源充足性和安全性達(dá)到所需的可靠性水平。當(dāng)供應(yīng)被認(rèn)為不足以滿足預(yù)期可靠性水平的未來(lái)預(yù)測(cè)需求時(shí),將舉行拍賣會(huì),以合同形式提前3 年交易。發(fā)電商將通過(guò)遞減報(bào)價(jià)拍賣來(lái)獲得中長(zhǎng)期合同,做市商將是這些合同的購(gòu)買者。做市商隨后將以較短的交貨期和合同期限在二級(jí)市場(chǎng)上提供可用可交易能源,做市商合同的剩余能源將在現(xiàn)貨市場(chǎng)上提供。做市商將遵循預(yù)先制定的商業(yè)化程序和定價(jià)規(guī)則。做市商的定價(jià)政策應(yīng)包括定價(jià)規(guī)則,以涵蓋做市功能中承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)。如果做市商出現(xiàn)收入短缺,將對(duì)短期合同和現(xiàn)貨市場(chǎng)交易征收費(fèi)用,以彌補(bǔ)虧損,確保做市商的成本主要由有效依賴做市商供應(yīng)的客戶承擔(dān)。
因此,做市商將確保系統(tǒng)擴(kuò)張時(shí)的供應(yīng)安全,它還將有助于確保市場(chǎng)流動(dòng)性,并充當(dāng)市場(chǎng)定價(jià)的錨。最終,一些市場(chǎng)參與者可能會(huì)尋求與做市商競(jìng)爭(zhēng),提前建設(shè)或承包電力供應(yīng),通過(guò)這種方式向那些不能或不愿簽訂中長(zhǎng)期合同的用戶銷售電力。
運(yùn)營(yíng)和現(xiàn)貨市場(chǎng)定價(jià)將不再由系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和官方算法決定,而是根據(jù)市場(chǎng)參與者在現(xiàn)貨市場(chǎng)上提交的投標(biāo)書來(lái)確定,這將為發(fā)電商提供更多的運(yùn)營(yíng)自主權(quán),更好地激勵(lì)市場(chǎng)參與者積極尋求優(yōu)化運(yùn)營(yíng)。
現(xiàn)貨市場(chǎng)將采取兩部制結(jié)算系統(tǒng)的形式。第一個(gè)結(jié)算是日前市場(chǎng)的結(jié)算,該市場(chǎng)將決定第二天的調(diào)度命令(可能會(huì)因電力緊張而進(jìn)行調(diào)整);第二個(gè)結(jié)算將在事后(即運(yùn)營(yíng)后)根據(jù)預(yù)先確定的調(diào)度命令,以及每個(gè)市場(chǎng)參與者能源供應(yīng)量和消耗量進(jìn)行結(jié)算。
兩部制結(jié)算系統(tǒng)是電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的主要模式。它使系統(tǒng)運(yùn)行商能夠以非常相似的方式指揮和控制每日調(diào)度。它為發(fā)電商提供了適當(dāng)?shù)募?lì)措施,以滿足系統(tǒng)需求,并在電價(jià)超過(guò)其設(shè)定的電力價(jià)值時(shí),鼓勵(lì)消費(fèi)者減少消耗。它還促進(jìn)了生產(chǎn)者之間的競(jìng)爭(zhēng),通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)來(lái)約束價(jià)格。
由于可再生能源的典型特征,巴西電力市場(chǎng)在建設(shè)過(guò)程中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題,甚至由于能源危機(jī)出現(xiàn)過(guò)停擺,這說(shuō)明電力市場(chǎng)改革不是一蹴而就的,特別是高比例可再生能源參與電力市場(chǎng)機(jī)制需要考慮的因素更多。巴西電力市場(chǎng)建設(shè)是一個(gè)不斷推進(jìn)、不斷完善的過(guò)程,自2004 年開(kāi)始建立新的模式后,建立了一些系列保障新能源消納的交易產(chǎn)品或市場(chǎng)機(jī)制,電力市場(chǎng)運(yùn)行良好,并處于不斷完善中。
我國(guó)與巴西在很多方面有相似性,比如國(guó)土面積接近,自然資源豐富,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,可再生能源占比越來(lái)越高,因此巴西電力市場(chǎng)建設(shè)對(duì)我國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè),特別是促進(jìn)可再生能源消納市場(chǎng)機(jī)制建設(shè)具有一定的借鑒意義。進(jìn)一步加強(qiáng)可再生能源參與市場(chǎng)的機(jī)制設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)相應(yīng)的可再生能源交易品種,可促進(jìn)可再生能源參與電力市場(chǎng),促進(jìn)可再生能源消納。考慮到我國(guó)能源狀況比較特殊,比如可再生能源電源點(diǎn)與用電負(fù)荷分布不均,大型水電和風(fēng)電等主要分布在西北和西南地區(qū),可再生能源需要通過(guò)特高壓線路進(jìn)行跨省跨區(qū)大范圍優(yōu)化配置,這也給可再生能源消納帶來(lái)了一定的困難,需要針對(duì)我國(guó)可再生能源的特點(diǎn),有針對(duì)性地建立一系列保障機(jī)制,通過(guò)優(yōu)化可再生能源參與電力市場(chǎng)機(jī)制,確保可再生能源消納,切實(shí)落實(shí)國(guó)家可再生能源保障政策,同時(shí)推動(dòng)電力市場(chǎng)建設(shè)。