面向高比例可再生能源消纳的电力市场建设及研究进展.docx

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1、一、前言随着化石燃料短缺、环境污染、能源安全等问题日益突出，加快能源转型成为普遍共识，可再生能源(RE)进入了高速发展期。2021年，世界新增RE装机量接近257GW,RE装机量约占世界能源总装机量的38%在我国，构建以新能源为主体的新型电力系统成为国家要求，未来的RE消费比重将持续增加；以化石能源为主导的电力系统逐步转变为RE主导甚至全部供应的新型电力系统。电力系统RE消纳作为系统工程，是输电网建设协调规划、市场规则改进、电网运行水平及技术提升等因素共同作用的结果。从系统条件看，电源调节性能、电网联通能力、负荷规模及峰谷差是影响RE消纳的重要因素。随着高比例新能源电力系统的转型，RE出力的强

2、随机性、波动性对电力系统的电力电量平衡产生极大影响，电力系统双峰特性凸显。同时，当前我国能源供需逆向分布情况较严重，资源富余地区的RE消纳困难，而重负荷地区传统燃煤机组占比高、RE参与程度低。为了克服进一步扩大RE消纳、保持电力供应稳定之间的矛盾，需要发电机组灵活配合、供需两侧积极互动，最终表现为电力系统安全、高效运行。在这一过程中，完善的电力市场可发挥对电力资源配置的决定性作用，为市场主体成员提供中长期交易平台和日前、日内、实时交易平台；合理反映电力在各种时空条件及供需关系下的价值，支持各类市场主体通过公平竞争获利并开展活跃的供需互动。因此，完善的电力市场是促进RE消纳的关键机制。发达国家和

3、地区的电力市场建设起步较早，以美国宾夕法尼亚-新泽西-马里兰联合电力市场（PJM）、得克萨斯州电力可靠性委员会电力市场（ERCOT）加利福尼亚州独立系统运营商（CAISO）电力市场、欧洲统一电力市场为代表，通过互联市场、财政激励、绿证市场等方式促进RE发展并鼓励消纳；也因电源结构、市场目标、电力体制等因素的差异，各国面向高比例RE的电力市场建设重点不尽相同。相关研究围绕RE在电力市场中的新能源消纳模式及优劣势、RE相关的科学技术、电力市场促进RE消纳的形势及展望等展开，而促进RE消纳的电力市场改革课题未见涉及。近年来，国内学者在促进RE消纳的电力市场方面完成了一些综述性研究,主要围绕现货交易市

4、场、调峰服务市场等细分方向展开,研究对象呈现模块化特征。例如，总结了现货交易的基本框架、组织流程、市场衔接等机制，侧重讨论跨区域现货交易对RE消纳的影响；概述了国外成熟现货市场、我国试点省份现货市场的建设特点及促进RE消纳的市场机制，分析了未来我国现货市场建设的主要挑战；结合我国电力调峰辅助服务市场的发展背景及各地区发展实际，提出了面向高比例RE的消纳调峰辅助服务市场建设设想；梳理了各国的RE补贴及配额制度，但未开展与RE消纳相关因素的深入分析。在此背景下,梳理国外不同特性市场结构及机制中影响RE消纳的关键因素,分析我国不同电力供需特性的地区市场发展态势，将为电力市场的持续建设及优化提供支持。

5、文章着重考虑全时间尺度下促进RE消纳的交易机制，开展国外案例梳理和关键影响因素提炼，围绕关键影响因素分析国内相关市场的建设现状及面临挑战；立足国情并结合“双碳战略目标，展望面向高比例RE消纳的电力市场建设要素。二、国外面向高比例RE消纳的电力市场结构及机制（一）中长期及现货交易高比例RE电力市场1 .中长期交易市场RE发电规模较大的国家都建立了竞争性的电力市场，RE发电可参与场外双边合同、现货市场，通过冗余容量及运行策略参与辅助服务市场。美国的大部分发电商、英国的RE机组可直接参与各类电力中长期交易、现货交易、实时平衡机制，采用购电协议（场外双边协议）形式承担与其他类型电力供应商同等的责任。在

6、欧洲，RE参与电力交易机制的形式更加多样，与政策机制创新密切关联，如德国对大型新能源电站实行“直接交易机制，需要参加电力市场以获得市场溢价补贴。2 .现货交易市场电力现货市场包括日前市场、日内市场、实时市场，多数国家采用3种市场的组合方式。美国电力市场发展的核心在于推动现货市场运行精细化，据此提高系统运行的可靠性和经济性。大部分系统运营商采用电能-辅助服务（备用）联合出清模型，经由稀缺定价机制向参与调峰企业提供盈利空间；提高出清颗粒度、预测度，提升系统灵活性并促进RE消纳。在跨区现货市场方面，建立买卖区域之间的不平衡电量市场，协调多区域电力现货市场融合。欧洲各国电力资源分布不均衡，现货市场发展

7、的核心在于实现更大范围内的RE优化配置，增强多个国家电力市场的耦合度、大范围的能量互济能力。日前市场采取了跨区传输、跨价格耦合的统一出清模型，日内市场则在各国范围内独立组织电力市场。针对RE的间歇性，一些国家开始采用潮流耦合模型来提高日内市场的滚动频率、增强RE消纳的市场信号,进而刺激市场提供充足的灵活度。（二）辅助服务市场及需求侧响应机制1 .辅助服务市场建设随着RE并网规模的不断扩大,传统调节手段无法维持具有高比例RE特征的电力系统安全运行。建设辅助服务市场，旨在容纳一系列先进能源技术，激发各类市场主体参与高比例RE系统调节的积极性，从而应对RE的随机性及波动性对电力系统带来的问题，提高R

8、E在系统内的消纳比例。为了提高辅助服务市场的活跃度、增大应对高比例RE系统的电力备用容量,在以美国PJM为代表的全电量竞价现货市场中，发电企业的调峰收益表现在不同时间能量市场的实时电价变化；在现有价格机制方面，英国、北欧国家的市场主要以双边协议、竞价交易的形式，按协议价格、报付价格、出清价格分摊给终端用户。为增强高比例RE系统的电压支撑与调节能力，美国得克萨斯州电力市场建立了毫秒级响应速度的调频服务、加利福尼亚州积极推动具有灵活性的爬坡产品；北欧国家2011年启动了含快速频率响应的辅助产品类型,包括柔性负荷、可再生分布式电源、储能资源，以数百毫秒级的响应速度来应对高比例RE电力系统的低惯量问题

9、。2 .需求侧响应机制在电源侧调节能力以外，规模小、多元化的需求侧解决方案为高比例RE系统提供了灵活调节能力。随着RE占比逐步提高，需求侧资源较多同时参与电能量市场、调频市场、备用市场，再由RE提供系统可调节容量及调节灵活性。依托成熟的电力市场环境，发达国家建立了包含RE需求侧资源参与各细分市场在内的交易规则及机制。2020年，美国联邦能源管理委员会启动了RE分布式资源聚合商参与市场投标，拓展了需求侧应用空间。欧洲电力市场重在完善信息披露制度、加强零售市场竞争、实施用户数据保护，促使RE分布式资源用户从消费者转化为产销者；发布相关政策，使自产自销用户无需支付服务运营费用，推动电网侧含RE的分散

10、资源深度参与电力市场。（三）促进RE消纳的其他机制1.RE消纳政策为了鼓励消纳RE,很多国家制定了针对性补贴政策，如固定上网电价机制（英国、北欧国家、澳大利亚）、溢价补贴（德国）、生产税及投资税抵扣（美国）等，同步实施配额制等强制型消纳RE的机制。欧盟鼓励以市场化招投标方式确定RE上网电价，合理降低补贴资金规模。英国要求电力供应商提供一定比例的RE发电量以履行RE义务,美国采用了与绿证市场相结合的RE消纳配额制。3 .绿证市场和碳市场绿证市场以满足发电企业、售电企业、电力用户等市场主体出售、购买、消费绿色电力的需求为建立目标，绿电交易结算结果影响电力用户获得的绿证数量;作为在电力市场交易以外向

11、RE发电企业提供绿证市场盈利的平台，驱动市场增加绿色电力供应。碳市场旨在通过缴纳碳税、购买碳排放权、购买绿证等方式，增加传统化石能源发电厂的生产成本，进而调整电源结构并推动碳减排。从市场运作机理角度看，电力市场、碳市场、绿证市场通过价格和供需关系来深刻影响市场主体的决策及RE消纳情况。欧盟碳排放权体系采用总量控制与交易模式进行碳排放控制及碳税限制，德国额外就运输、建筑等高排放行业实行碳定价体系。瑞典和挪威在2012年即建立了联合绿色证书市场。在欧盟范围内，电力市场和碳市场主要通过价格传递、碳排放成本转移的形式，引导市场主体自主决策并驱动实现协同运行，衍生的碳期货、绿色债券丰富了金融市场。美国加

12、利福尼亚州较为成功地实现了电力市场和碳市场的协同运作，考虑电价引入碳价或将加大末端电力用户成本，对社会投资售电商采取委托拍卖的价格竞争机制，起到了传导碳排放成本和环境价值、维护终端用户价格平衡的双重作用。梳理的国外促进RE消纳的市场结构及相应机制如表1所示。表1国外促进RE消纳的市场结构及相应机制机制美国英国北欧国家中长期交易双边合同为主双边合同为主直接参与市场批发现货交易区域间出清方式电量不平衡市场下的电能-辅助跨区传输、跨价格耦合服务联合出清统一出清区域内出清方式电能-辅助服务联合出清按报价支付出清潮流耦合模型出清配套机制需求便响应参与需求侧响应参与需求便响应参与辅助服务市场运行方式参与现

13、货市场联合出清独立竞价投用独立竞价投用交易品种调频服务、响应备用服务、频率响应服务、备用股务、频率控制、电压控制、紧急备用服务、非旋转备用无功功率服务、思扇动、黑启动、负荷跟踪、服务、快速频率备用等动态缓冲、动态抑制快速频率响应等政策激励生产、投资税收抵扣固定上网电价固定上网电价新能源消纳机制配额制RE义务配套市场绿证交易市场绿证交易市场、破足额制和绿证市场、碳市场碳定价体系三、我国促进RE消纳的电力市场建设进展（一）电力市场结构我国电力市场体系齐备，空间上覆盖省际、省内交易，时间上覆盖年、月、月内等中长期交易及日前、日内现货交易，标的上覆盖电量、辅助服务等交易，形成了以中长期交易为主、现货交

14、易为辅的交易模式。中长期交易有利于促进清洁能源大范围消纳、稳定电力市场供需、支持市场主体规避风险；现货交易侧重解决中长期交易与实际运行之间的偏差，可作为RE稳定消纳的重要补充类型。目前，RE参与电力市场的方式主要有中长期电量市场，日前:实时现货市场，辅助服务市场（见图1）。图1我国电力市场结构及影响RE消纳的因素（二）电力市场促进RE消纳机制1 .中长期交易及现货交易市场我国电力市场以省间、省内两级运作为框架：先以省间交易满足大范围资源配置要求，再由省内交易保障电力电量供需平衡并进一步优化资源配置。建立了北京、广州2个电力交易中心协调跨省、跨区交易，发布了跨区、跨省的中长期交易规则，推动中长期

15、市场与现货市场的有效衔接、省内富余电力现货交易。跨省、跨区交易以年度、月度为主，跨区现货交易仅在国家电网有限公司调管范围内的区域之间开展，暂不支持非区域内的省间开展。广东、重庆等8个省份已经开展电力现货市场试点，但电力系统调度一定程度上保持着计划管理特点。相比国外市场，国内电力现货市场的成熟度仍有一定差距。2 .辅助服务市场建设及需求侧响应机制针对大规模RE发电并网，围绕调峰并部分辅以调频，逐步开展政府主导框架下的电力辅助服务市场建设。截至2020年，辅助服务市场已在东北、华北、华东、西北等地区启动，全国范围内基本建立了相应机制。入网协议、辅助服务管理细则等规定了由发电企业提供辅助服务，区分了基本辅助服务、有偿辅助服务。辅助服务市场建设达到了提高火电机组参与调峰调频的主动性、降低RE弃电率的目标。随着代理聚合商、虚拟电厂的出现，智能化电网建设的推进，电网需求侧资源的灵活性显著提升。与国外需求侧响应深度参与电力现货市场不同，国内仅有部分省级市场引入用户侧以报量不报价方式参与市场，大部分用户侧可参与需求响应调节、不参与现货市场竞争。这一需求侧响应格局限制了储能、分布式资源聚合商等第三方市场资源的优化配置空间。3 .RE消纳责任权重制及绿证市场、碳市场在我国现行政策中，消纳责任主体为电网企业、配售电公司、电力用户、自备电厂企业；以实际消纳量作为消纳责任权的主要完成方式，还可购买超额消纳