可再生能源参与的电力市场研究

刘彦伶

（华北电力大学，北京 102200）

引言

发展可再生能源，是应对化石燃料短缺、环境污染、气候变化、能源安全等问题的重要手段，也是实现社会经济可持续发展的有效途径。随着各国政府不断出台的目标激励和政策支持，可再生能源发展前景广阔。据数据显示，至2019 年底，我国可再生能源装机占总装机的 39.5%，发电量占总发电量的 27.5%。全球主要经济体电力供给的重要来源已变成可再生能源，并且其效费比重在未来仍将高速增长。

可再生能源具有较强的不确定性，面临着一系列传统电力系统未曾出现的问题。我国应抓住可再生能源高速发展和电力市场改革持续稳步有力推进的双重机遇，加快可再生能源电力市场的研究。本文基于这一背景，分析高比例可再生能源参与电力市场对市场机制的影响和遇到的问题，参考借鉴巴西电力市场机制，以及部分国家在高比例可再生能源电力市场研究的成果，从中找到对我国发展电力市场的启示。

一、我国可再生能源政策分析

（一）我国可再生能源的发展现状

近年来，我国的风电、太阳能等可再生能源发展迅猛。截至 2015年，全国风电并网装机容量达147.6 GW，占全部装机的 8.6%，占世界风电装机1/4 以上;而光伏累计装机容量 43.18 GW，占全部装机的 2.84%，装机容量居全球之首。根据我国未来能源战略规划，风电和光伏发电将逐渐成为电力系统的支柱性技术与能源供应来源。

然而，受风电与光伏自身特性以及我国电网运行方式的制约，我国的可再生能源消纳问题形势严峻。2015 年全年平均弃风率约为 15%，全年弃风电量 33.9 TWh，甘肃、新疆、吉林三省份弃风率均超过 30%。2015年全年弃光率预计达到 10%，甘肃等地弃光率达到 28%。全年弃风与弃光折合经济损失超过170 亿元，造成了能源的极大浪费。

（二）我国可再生能源政策总结

中国推动可再生能源发展的主要政策包括:特许权招标项目、固定上网电价、价格补贴和国家示范项目等。我国当前的可再生能源价格机制为固定上网电价，电网公司与可再生能源电站按当地脱硫火电机组的标杆电价结算，剩余部分由国家可再生能源发展基金支付。以风电为例，一方面，对风电全额保障性收购，风电的售电价格和销售量都有保证，无需面对远期市场价格波动的风险;另一方面，风电无需承担平衡辅助服务的义务，其出力波动性和间歇性带来的平衡问题均由电网公司负责，成本最终由用户分摊。

当前我国可再生能源采用固定电价与固定补贴机制，一定程度上为可再生能源接纳带来了一定的阻碍。一方面，可再生能源相比火电而言没有价格优势，电力富余时无法与调节灵活的火电相竞争，电网公司接纳可再生能源没有激励相容的机制;另一方面，可再生能源无法对给予其辅助服务的其他机组进行补偿，使其他机组缺乏动力为可再生能源进行调峰、调频及预留备用。

二、高比例可再生能源参与电力市场出现的问题

（一）弃风、弃光

尽管中国国家电网通过一系列优化机组运行，对水火风光进行协调控制等，但我国相关问题仍相当严峻。截至 2019 年，我国累计风电装机容量占世界 1/3，全国平均弃风率 4%；世界平均弃风率 1%；光电装机容量占世界1/4，全国平均其光率 4%。在最近国家发布的“绿色低碳”发展战略中，非化石能源占一次消费能源消费比重首次超过50%。从上述数据对比可见，从根本上解决弃风、弃光问题，提高运行效率尤为重要。

（二）生产、出力不确定性和电价波动性

可再生能源发电具有不确定性。在现有风电功率预测技术条件下，风电出力随机波动性给传统机组组合带来了挑战。同时风电发电的边际成本低，高比例可再生能源参与会降低电力市场的电价，甚至会产生负电价，对电力系统的长期发展造成不良影响。由于出力预测误差的存在，可再生能源参与电力市场不仅面临电价风险，还面临较大的电量风险，而现有的方法和工具未能解决相应问题。

（三）可再生能源的平衡成本较高，市场竞争力较弱

我国缺乏可灵活调节的快速电源，可再生能源的不确定性使系统的不平衡成本提高了，不确定性也使可再生能源在市场中无法准确申报电量信息，在市场策略性竞价的能力又因为其受天气等不可控因素受限制。

三、高比例可再生能源参与的电力市场的影响

通过查找文献，总结了部分文章关于可再生能源对电力市场在节能减排、社会效益、市场均衡等方面产生的影响的概述。

（一）节能减排方面：

以改进的可计算一般均衡模型为计算方法，以中国电力市场为研究对象，提出不同的社会经济发展阶段应采取相应的可再生能源政策的建议。

（二）社会效益方面：

参考了西班牙电力市场、PIM 市场等算例，可再生能源参与的市场机制分别为参与竞价和溢价、参与竞价且报价为 0、参与竞价且允许弃风的情况下，得到了风电会降低市场电价的统一结论，同时指出风电增长逐渐取代传统机组，但对承担调峰的机组的需求增加，但承担基荷的传统机组更需要容量市场的支付保证收益充足。

（三）市场均衡方面：

风电反调峰性明显，提升了负荷峰谷时的电价差；光伏发电会降低电价，且其对批发电价的影响大于风电，固定电价等可再生能源随增加社会成本但也会带来电费降低等社会效益。在寡头垄断的市场均衡中，随着风电穿透率的增加，市场均衡点和市场主体收益变化。

四、可再生能源参与市场的核心技术问题

（一）不确定环境下电力市场均衡研究

针对大规模可再生能源并网所引入的不确定性，如何分析并对电力市场中信息不完全、结构不对称、竞争不充分、收益不确定等特有条件进行建模，如何平衡市场主体的收益与风险，进而分析市场成员(尤其是可再生能源厂商)的竞价行为与电力市场的纳什均衡点，是可再生能源参与市场研究的理论基础。

（二）适应可再生能源并网交易的电力市场机制设计

由于各国的可再生能源发展程度不同，国外已有的可再生能源参与市场机制不能直接套用。未来的研究方向包括深入分析影响间歇性可再生能源并网消纳的关键技术问题;详细分析与设计大规模间歇性可再生能源参与交易的准入机制、竞价周期、出清机制、定价方法、结算机制、偏差惩罚、价格补贴等具体的市场规则，以及建立相适应的辅助服务市场，实现各种机制要素在中长期、日前、实时等多时序上的紧密协调，有效激励各方市场主体的积极性，以确保机制设计的有效性与最优性。

（三）面向可再生能源参与市场的源-网-荷互动机制研究

实现大规模的可再生能源发电并网，保障可再生能源行业的合理有序发展，离不开与电源、电网和负荷的互动。对于电源而言，需要设计高效的互动机制激励电源的灵活性，对电源的灵活性进行合理定价，以分摊可再生能源的不确定性带来的调节成本;对于电网而言，需要制定合理的输电成本分摊方法，依据市场引导电网的未来投资建设;对于负荷而言，需要设计高效的负荷互动机制，引导电力用户参与可再生能源消纳。

五、巴西电力市场建设经验

（一）行业概况

1.巴西电力基本情况

巴西幅员辽阔，居世界第五。其电能结构以可再生能源为主，截至 2018 年低，巴西全国水力发电 3876.9 亿 kW·h,占全国总发电量的65.94%；火力发电量占比 13.65%；核能发电量占比 2.66%；风电、太阳能、生物质能发电，发电量占比 17.77%。巴西电力系统由全国互联系统 SIN和部分独立系统组成，覆盖国土面积达 60%，涵盖90%人口，满足了总体电力需求的 99%。

2.发展进程

巴西电力发展大体经历了 4 个阶段。分别为以外资为主的萌芽发展阶段、国有化大发展阶段、私有化改革阶段以及发展新模式阶段。我国电力工业发展与巴西电力工业发展有许多相似之处。

（二）电力市场主要类别

巴西政府将电力买卖市场分为管制交易市场、自由交易市场、短期交易市场。管制交易市场(ACR)。

1.管制交易市场使主要组成部分。配电企业和发电企业使该市场的主要参与者，其主要是为了保障中小型企业、普通居民能够规避交易成本信息不对称的问题的情况下能够获得较长期的稳定的价格。

2.自由交易市场（ACL）。自由交易市场是电力市场的重要组成部分，主要面向自由电力用户、电力交易商、电力进口企业和特殊电力用户。巴西政府为了提高市场的流动性，允许 ACL 中用电客户将未能使用的剩余电力进行转让，可以降低由于自由电力用户因合同电量剩余造成的财务损失。

3.短期交易市场。短期交易市场作为前两个市场的补充，主要是为了保护电力供需平衡，现货合约为主体。

（三）中国电力交易建立可借鉴经验

与巴西相同，中国作为世界发展大国，但中国的电力交易机制建立的时间比巴西短，以公有制为主体，计划性强，同时也具有交易品种较为单一，不断改进配套金融机制的特点。中国在建立竞争性、市场化的机制方面，可以在巴西电力市场的稳步运行和交易机制的成功建设中吸取可借鉴经验。

1.为了满足不同类别用户用电和电源发展的需要，建立分类电场，相互补充。中国的大用户的选择权在 2015 年国家出台多项开发用电计划政策后“从无到有”，如何真正有序开放发电计划和除大用户之外的用户成为接下来的研究重点，通过用户的需求引导发电计划，才能解决中国当前的电力过剩问题。

2.居民以及中小企业的普遍服务用电需求通过中长期合同制来满足。中国用户用电较低，明显低于美、英等发达国家，一定程度上偏离发电成本。在未来的发展建设中，既要保障居民用电、中小企业用电，同时也英尊重市场供需规律，逐步减少交叉补贴需求，制定更加精细化的价格套餐势在必行。

3.通过激励等机制保障参与方的收益来提高市场活力和发展储能等解决电力系统的平衡问题。市场参与者都有义务和有责任去维持系统的平衡，为了保证电力系统的可靠性，一定的干预手段是必需的。我国目前朝着大力发展电力市场的方向稳步前进，保证市场活力是必不可少的。巴西电力市场通过成本向终端用户转移等机制保证了收益的实现，市场活力也由此得到了保证。

六、结语

高比例可再生能源参与的电力市场已成当前电力市场发展的主要趋势，由于可再生能源的特性，目前的弃风、弃光、电价波动、市场竞争力弱等问题在各国的电力市场建设中都凸显出来，本文从可再生能源的特点入手，简单叙述了可再生能源对电力市场造成的影响，以及针对可再生能源参与的建设较成功的巴西进行了资料的查找，通过对比其与我国的发展情况，“求同存异”，吸取先进经验，并通过阅读相关领域文章，总结了可供中国发展高比例可再生能源电力市场的一些启示。