可再生能源參與的電力市場研究

劉彥伶

（華北電力大學，北京 102200）

引言

發展可再生能源，是應對化石燃料短缺、環境污染、氣候變化、能源安全等問題的重要手段，也是實現社會經濟可持續發展的有效途徑。隨著各國政府不斷出臺的目標激勵和政策支持，可再生能源發展前景廣闊。據數據顯示，至2019 年底，我國可再生能源裝機占總裝機的 39.5%，發電量占總發電量的 27.5%。全球主要經濟體電力供給的重要來源已變成可再生能源，并且其效費比重在未來仍將高速增長。

可再生能源具有較強的不確定性，面臨著一系列傳統電力系統未曾出現的問題。我國應抓住可再生能源高速發展和電力市場改革持續穩步有力推進的雙重機遇，加快可再生能源電力市場的研究。本文基于這一背景，分析高比例可再生能源參與電力市場對市場機制的影響和遇到的問題，參考借鑒巴西電力市場機制，以及部分國家在高比例可再生能源電力市場研究的成果，從中找到對我國發展電力市場的啟示。

一、我國可再生能源政策分析

（一）我國可再生能源的發展現狀

近年來，我國的風電、太陽能等可再生能源發展迅猛。截至 2015年，全國風電并網裝機容量達147.6 GW，占全部裝機的 8.6%，占世界風電裝機1/4 以上;而光伏累計裝機容量 43.18 GW，占全部裝機的 2.84%，裝機容量居全球之首。根據我國未來能源戰略規劃，風電和光伏發電將逐漸成為電力系統的支柱性技術與能源供應來源。

然而，受風電與光伏自身特性以及我國電網運行方式的制約，我國的可再生能源消納問題形勢嚴峻。2015 年全年平均棄風率約為 15%，全年棄風電量 33.9 TWh，甘肅、新疆、吉林三省份棄風率均超過 30%。2015年全年棄光率預計達到 10%，甘肅等地棄光率達到 28%。全年棄風與棄光折合經濟損失超過170 億元，造成了能源的極大浪費。

（二）我國可再生能源政策總結

中國推動可再生能源發展的主要政策包括:特許權招標項目、固定上網電價、價格補貼和國家示范項目等。我國當前的可再生能源價格機制為固定上網電價，電網公司與可再生能源電站按當地脫硫火電機組的標桿電價結算，剩余部分由國家可再生能源發展基金支付。以風電為例，一方面，對風電全額保障性收購，風電的售電價格和銷售量都有保證，無需面對遠期市場價格波動的風險;另一方面，風電無需承擔平衡輔助服務的義務，其出力波動性和間歇性帶來的平衡問題均由電網公司負責，成本最終由用戶分攤。

當前我國可再生能源采用固定電價與固定補貼機制，一定程度上為可再生能源接納帶來了一定的阻礙。一方面，可再生能源相比火電而言沒有價格優勢，電力富余時無法與調節靈活的火電相競爭，電網公司接納可再生能源沒有激勵相容的機制;另一方面，可再生能源無法對給予其輔助服務的其他機組進行補償，使其他機組缺乏動力為可再生能源進行調峰、調頻及預留備用。

二、高比例可再生能源參與電力市場出現的問題

（一）棄風、棄光

盡管中國國家電網通過一系列優化機組運行，對水火風光進行協調控制等，但我國相關問題仍相當嚴峻。截至 2019 年，我國累計風電裝機容量占世界 1/3，全國平均棄風率 4%；世界平均棄風率 1%；光電裝機容量占世界1/4，全國平均其光率 4%。在最近國家發布的“綠色低碳”發展戰略中，非化石能源占一次消費能源消費比重首次超過50%。從上述數據對比可見，從根本上解決棄風、棄光問題，提高運行效率尤為重要。

（二）生產、出力不確定性和電價波動性

可再生能源發電具有不確定性。在現有風電功率預測技術條件下，風電出力隨機波動性給傳統機組組合帶來了挑戰。同時風電發電的邊際成本低，高比例可再生能源參與會降低電力市場的電價，甚至會產生負電價，對電力系統的長期發展造成不良影響。由于出力預測誤差的存在，可再生能源參與電力市場不僅面臨電價風險，還面臨較大的電量風險，而現有的方法和工具未能解決相應問題。

（三）可再生能源的平衡成本較高，市場競爭力較弱

我國缺乏可靈活調節的快速電源，可再生能源的不確定性使系統的不平衡成本提高了，不確定性也使可再生能源在市場中無法準確申報電量信息，在市場策略性競價的能力又因為其受天氣等不可控因素受限制。

三、高比例可再生能源參與的電力市場的影響

通過查找文獻，總結了部分文章關于可再生能源對電力市場在節能減排、社會效益、市場均衡等方面產生的影響的概述。

（一）節能減排方面：

以改進的可計算一般均衡模型為計算方法，以中國電力市場為研究對象，提出不同的社會經濟發展階段應采取相應的可再生能源政策的建議。

（二）社會效益方面：

參考了西班牙電力市場、PIM 市場等算例，可再生能源參與的市場機制分別為參與競價和溢價、參與競價且報價為 0、參與競價且允許棄風的情況下，得到了風電會降低市場電價的統一結論，同時指出風電增長逐漸取代傳統機組，但對承擔調峰的機組的需求增加，但承擔基荷的傳統機組更需要容量市場的支付保證收益充足。

（三）市場均衡方面：

風電反調峰性明顯，提升了負荷峰谷時的電價差；光伏發電會降低電價，且其對批發電價的影響大于風電，固定電價等可再生能源隨增加社會成本但也會帶來電費降低等社會效益。在寡頭壟斷的市場均衡中，隨著風電穿透率的增加，市場均衡點和市場主體收益變化。

四、可再生能源參與市場的核心技術問題

（一）不確定環境下電力市場均衡研究

針對大規?？稍偕茉床⒕W所引入的不確定性，如何分析并對電力市場中信息不完全、結構不對稱、競爭不充分、收益不確定等特有條件進行建模，如何平衡市場主體的收益與風險，進而分析市場成員(尤其是可再生能源廠商)的競價行為與電力市場的納什均衡點，是可再生能源參與市場研究的理論基礎。

（二）適應可再生能源并網交易的電力市場機制設計

由于各國的可再生能源發展程度不同，國外已有的可再生能源參與市場機制不能直接套用。未來的研究方向包括深入分析影響間歇性可再生能源并網消納的關鍵技術問題;詳細分析與設計大規模間歇性可再生能源參與交易的準入機制、競價周期、出清機制、定價方法、結算機制、偏差懲罰、價格補貼等具體的市場規則，以及建立相適應的輔助服務市場，實現各種機制要素在中長期、日前、實時等多時序上的緊密協調，有效激勵各方市場主體的積極性，以確保機制設計的有效性與最優性。

（三）面向可再生能源參與市場的源-網-荷互動機制研究

實現大規模的可再生能源發電并網，保障可再生能源行業的合理有序發展，離不開與電源、電網和負荷的互動。對于電源而言，需要設計高效的互動機制激勵電源的靈活性，對電源的靈活性進行合理定價，以分攤可再生能源的不確定性帶來的調節成本;對于電網而言，需要制定合理的輸電成本分攤方法，依據市場引導電網的未來投資建設;對于負荷而言，需要設計高效的負荷互動機制，引導電力用戶參與可再生能源消納。

五、巴西電力市場建設經驗

（一）行業概況

1.巴西電力基本情況

巴西幅員遼闊，居世界第五。其電能結構以可再生能源為主，截至 2018 年低，巴西全國水力發電 3876.9 億 kW·h,占全國總發電量的65.94%；火力發電量占比 13.65%；核能發電量占比 2.66%；風電、太陽能、生物質能發電，發電量占比 17.77%。巴西電力系統由全國互聯系統 SIN和部分獨立系統組成，覆蓋國土面積達 60%，涵蓋90%人口，滿足了總體電力需求的 99%。

2.發展進程

巴西電力發展大體經歷了 4 個階段。分別為以外資為主的萌芽發展階段、國有化大發展階段、私有化改革階段以及發展新模式階段。我國電力工業發展與巴西電力工業發展有許多相似之處。

（二）電力市場主要類別

巴西政府將電力買賣市場分為管制交易市場、自由交易市場、短期交易市場。管制交易市場(ACR)。

1.管制交易市場使主要組成部分。配電企業和發電企業使該市場的主要參與者，其主要是為了保障中小型企業、普通居民能夠規避交易成本信息不對稱的問題的情況下能夠獲得較長期的穩定的價格。

2.自由交易市場（ACL）。自由交易市場是電力市場的重要組成部分，主要面向自由電力用戶、電力交易商、電力進口企業和特殊電力用戶。巴西政府為了提高市場的流動性，允許 ACL 中用電客戶將未能使用的剩余電力進行轉讓，可以降低由于自由電力用戶因合同電量剩余造成的財務損失。

3.短期交易市場。短期交易市場作為前兩個市場的補充，主要是為了保護電力供需平衡，現貨合約為主體。

（三）中國電力交易建立可借鑒經驗

與巴西相同，中國作為世界發展大國，但中國的電力交易機制建立的時間比巴西短，以公有制為主體，計劃性強，同時也具有交易品種較為單一，不斷改進配套金融機制的特點。中國在建立競爭性、市場化的機制方面，可以在巴西電力市場的穩步運行和交易機制的成功建設中吸取可借鑒經驗。

1.為了滿足不同類別用戶用電和電源發展的需要，建立分類電場，相互補充。中國的大用戶的選擇權在 2015 年國家出臺多項開發用電計劃政策后“從無到有”，如何真正有序開放發電計劃和除大用戶之外的用戶成為接下來的研究重點，通過用戶的需求引導發電計劃，才能解決中國當前的電力過剩問題。

2.居民以及中小企業的普遍服務用電需求通過中長期合同制來滿足。中國用戶用電較低，明顯低于美、英等發達國家，一定程度上偏離發電成本。在未來的發展建設中，既要保障居民用電、中小企業用電，同時也英尊重市場供需規律，逐步減少交叉補貼需求，制定更加精細化的價格套餐勢在必行。

3.通過激勵等機制保障參與方的收益來提高市場活力和發展儲能等解決電力系統的平衡問題。市場參與者都有義務和有責任去維持系統的平衡，為了保證電力系統的可靠性，一定的干預手段是必需的。我國目前朝著大力發展電力市場的方向穩步前進，保證市場活力是必不可少的。巴西電力市場通過成本向終端用戶轉移等機制保證了收益的實現，市場活力也由此得到了保證。

六、結語

高比例可再生能源參與的電力市場已成當前電力市場發展的主要趨勢，由于可再生能源的特性，目前的棄風、棄光、電價波動、市場競爭力弱等問題在各國的電力市場建設中都凸顯出來，本文從可再生能源的特點入手，簡單敘述了可再生能源對電力市場造成的影響，以及針對可再生能源參與的建設較成功的巴西進行了資料的查找，通過對比其與我國的發展情況，“求同存異”，吸取先進經驗，并通過閱讀相關領域文章，總結了可供中國發展高比例可再生能源電力市場的一些啟示。