电力市场环境下我国新能源消纳与交易机制设计

张旭东 郭坚

【摘要】首先在分析我国新能源发展现状和消纳机制设计存在的问题。其次，深入分析新形势下我国新能源消纳可能面临的问题，并研究典型国家在促进新能源消纳的电力市场机制设计方面的经验。再次，在分析我国新能源优先消纳创新机制相关实践及拟开展试点的基础上，研究适应新形势下我国新能源的消纳机制。最后，提出为促进我国新能源消纳的机制建议与决策参考。

【关键词】电力市场;新能源;交易机制设计

一、前言

多种能源之间互补运行有利于提高可再生能源利用效率，这是解决我国风能太阳能等新能源长期存在的弃风弃光等问题的重要手段。发展可再生能源等清洁能源是保证我国能源可持续发展体系建立、完成能源技术革命的国家战略需求。我国可借鉴国外市场的架构设计、规则设计等经验推动市场机制建设。推动可再生能源发电由享受带补贴的优先发电向完全市场化逐步演变是国外新能源消纳的主要方式。国外具有促进新能源消纳的市场基础。例如美国PJM日前市场为发电商即、零售商等提供了金融激励，使他们能够提交负荷其交易日实际期望的日前计划，实时平衡市场为出力不平衡电量和阻塞问题提供了一种激励机制。文献构建了可再生能源发电电价形成机制与参与电力市场的竞价策略。文献叩综合分析了国外新能源参与电力市场的主要模式，文献分析了国外新能源参与电力市场的主要经验。文献阴结合了随着中国电力市场建设的持续推进，有必要结合国外新能源政策、市场数据等，对国外新能源参与电力市场的经验进行深人分析，并结合中国新能源消纳与市场建设，提出对中国的参考意义。

此外，美国与欧洲的电力市场框架及规则有较大差异，新能源参与电力市场的机制也有所不同。完善市场设计，保证常规电源在电量市场上的盈利，也促进新能源消纳。

新一轮电力体制改革确定了未来我国新能源消纳的基本思路，但机制设计不完善，仍然无法解决我国新能源消纳难题，需要重点关注常规机组中长期交易电量与调峰调频容量的协调、中长期合约与现货市场协调、交易与调度协调、辅助服务等机制设计。

二、我国新能源消纳现状与存在的机制问题

（一）辅助服务机制不健全

各地在年度计划中为清洁能源预留了电量空间，我国可再生能源全额保障性收购政策落实困难。由于火电等常规电源发电出力具有可调节性，为保证电网安全运行，平衡各方利益，我国电力运行应采用年度、月度和日前发电计划管理的方式，各类电厂发电量主要依靠发电计划来落实。但是风电、光伏发电等发电出力随机性、间歇性等特点，发电量和实时的发电出力很难预测，在现行管理方式下很难准确充分安排计划电量。计划电量过多，将影响电力供需平衡。

火电机组受技术特性限制，需提前数日安排机组启停、检修计划，而目前风电、光伏发难以纳入电力平衡有效消纳。我国电源结构以煤电为主，由于燃煤机组启动时间长，同时，燃煤机组启动过程需要大量投油，启动成本高，一般很少用于启停调峰。基于煤电运行特性，现行电网运行方式一般是提前一个月制定机组启停、检修和发电组合计划。目前风电、光伏发电预测精度还不高，只能纳入短期电力电量平衡，从运行方式安排上制约了清洁能源发展。

（二）缺乏中长期交易机制

在清洁能源保障性收购条件下，优先发电交易有待进一步明确。纳入规划的风能、太阳能、生物质能等可再生能源优先发电，风电、太阳能发电、生物质能发电等按照資源条件全额安排发电。风能、太阳能发电具有显著的年度、月度、日、小时等出力波动特性，可再生能源发电运行消纳与电网调峰资源、输电线路约束、运行时段等系统因素密切相关。

缺乏常规机组中长期交易电量与调峰调频容量的协调机制。在调峰调频补偿机制缺失或激励不足的情况下，可能造成常规电源通过中长期交易锁定大量发电量，而调峰调频能力不足，影响实时新能源消纳。由于当前火电机组发电能力过剩、利用小时数持续走低，同时在火电机组调峰调频补偿机制尚不明确或激励不够，难以保证火电机组在直接交易、调峰调频之间保持合理比例。

（三）缺乏现货市场机制

我国缺乏有利于新能源消纳的中长期合约与现货市场有效协调机制。在分散式市场中，在中长期交易与现货交易缺乏有效协调的情况下，大量用电需求空间可能被常规电源中长期交易锁定，考虑新能源中长期发电量难以准确预测，且年际和年内变化大，如果事前对常规电源中长期交易不能予以相对精准的总量控制，则可能造成现货市场新能源电量空间不足，难以保障新能源完全消纳。

三、国外新能源消纳的市场机制及经验启示

（一）国外新能源消纳模式

解决我国弃风、弃光问题具有重要意义。许多国家新能源消纳的模式主要有以下三种：

（1）新能源不参与竞价交易

该模式下，新能源发电以政府规定的固定电价上网，不参与竞价交易，电网企业按照法律规定的新能源优先收购政策，以固定电价收购新能源发电。该模式下各主体关系如图1所示。新能源发电无需承担常规发电承担的调峰、备用容量费用支付等责任，在运营商统一在实时电力市场上进行售卖。

（2）有溢价补贴的新能源直接参与电力市场

随着新能源装机容量的增加，基于固定上网电价的新能源补贴额度持续上升，一些国家对新能源提供溢价补贴方式，推动新能源参与市场交易。该模式各主体关系如图2所示。

（3）无补贴新能源直接参与电力市场

该模式下，新能源发电直接参与电力市场，且承担类似于常规电源的电力系统平衡义务，没有额外的补贴。该模式直接将新能源和常规电源作为商品在市场中买卖，承担类似于常规电源的电力系统平衡义务，没有任何额外的补贴和优待。

（二）我国新能源消纳实践

1.东北电力调峰辅助服务市场引入了市场价格机制

东北调峰服务市场，引入“阶梯式”浮动报价及分摊机制最终按照各档实际出清价格进的原则，进一步提高了奖罚，将风电、核电作为重要市场主体纳实现风火、核火之间的互补互济，图3为东北调峰辅助服务定价机制。

2新能源代替企业自备火电厂发电

新能源替代自备电厂发电是风火发电权交易的一种实施方式，该情况下，自备电厂根据系统调度指令，在风电出力较大时段，降出力运行，由风电企业给予自备电厂一定经济补偿。如中国铝业兰卅1分公司自备电厂出6亿千瓦时电量，与甘肃新能源企业做发电权交易，近百家风电场及光伏电站参与其中。图4为自备电厂参与电力市场交易结构图。

3新能源参与大用户直购电

以优惠的电价来吸引用电量大的工业企业使用新能源，交易价格、交易量由双方协商确定。同一发电主体投资的风电与火电共同为一定区域范围内的负荷供电，该发电主体的火电为风电进行出力调节，促进风电消纳，保证供电稳定可靠。图5为新能源参与直购电运营结构。

相关案例：内蒙古通辽霍林河循环经济示范项目。项目利用霍林河地区丰富的风能、太阳能资源，形成了褐煤就地发电转化为主，大比例消纳风电的“煤一电一铝”产业链，孤网运行，和主网有联络线备用。

4新能源微电网

为缓解北方地区风电消纳困难，利用弃风电量替代直燃煤采暖，促进大气污染治理，或利用弃风电量通过电解等方式将电力转换为气体能源，如氢气等。图6为新能源参与市场交易微电网基本结构。

相关案例：我国已投运的风电清洁供暖示范试点项目12项。目前风电供热试点主要采用两种模式：一是“供暖负荷一弃风消纳”的配对建设运营模式，如吉林、蒙东、蒙西试点：二是直接交易模式，如北京房山区韩村河集中电采暖试点。

（三）我国电力交易机制构建

我国的电力交易市场机制主要分为三个部分：现货市场、电力备用市场和电力衍生品交易市场。如图7所示三个市场分别实现这不同的交易内容，满足这不同的交易需求。

1.现货市场机制

现货市场构架分为日前交易、日内交易。日前交易是现货市场中主要的交易平台，使得市场成员能够比较准确地预测自身的发电能力或用电需求，从而形成与系统运行隋况相适应的、可执行的交易计划。图8为电力交易机制运行机制。

2.电力中长期合同与现货市场协调机制

电力中长期合同，主要在电力衍生品市场中进行交易。电力衍生品市场中的交易合同，多为中长期合同或在未来才进行实物交割的合同，这些合同在实际的操作中，存在着与现货市场的协调运行的问题。

3.电力备用容量市场的实时系统平衡机制

电力备用市场中，定义了有三种类型的备用容量：主控备用容量、二次控制备用容量、分钟备用容量。通过对电力备用容量产品的区分以及其电力商品屙眭的还原，引入市场机制，使得电力备用服务的供应商在透明的同一平台上参与竞价，大大降低了电力备用容量的配置成本，图9为电力备用容量市场交易基本内涵。

四、结论

综上所述，促进新能源消纳可归纳为以下几点：

一是推动可再生能源发电由享受带补贴的优先发电向完全市场化逐步演变。对风电的强制入网以及优先购买，引入招标机制，通过招标确定补贴额度，确定最低成本的可再生能源项目。可再生能源发电商必须参与类似于常规电源的调度平衡组，从而在电力批发市场上售电，这将有助于缓解电网运行商的系统平衡压力。

二是采用双结算机制有效协调日前市场与实时平衡市场。有利于引导风电等新能源发电出力重视日前交易风险，降低系统平衡压力。日前市场为发电商、零售商等提供了金融激励，使他们能够提交负荷其交易日实际期望日前计划。实时平衡市场为出力不平衡电量和阻塞问题提供了一种激励机制。中长期交易与现货交易，增强了系统运行的灵活性。通过远期合同确定的。合同约定的数量与实际生产、消耗量会有偏差，不管是什么原因造成的，都是以实时市场价格进行结算。集中式市场交易模式下系统运行方式与我国现有系统运行方式类似，无需采用新的运行方法调整合同交易，增加了系统运行的灵活性。

三是将辅助服务市场与日前市场和实时平衡相結合，采用补全支付、偏差惩罚等各类激励手段，调动各类机组参与实时平衡市场调节由风电等新能源波动带来系统不平衡的积极性。将辅助服务市场与日前市场和实时平衡相结合，设计补全支付、偏差惩罚等激励各类发电资源积极调整系统不平衡量，同时激励发电机组提高控制水平，降低实时运行偏差，减轻系统平衡压力。