广西清洁能源参与电力现货市场关键问题研究

李 凌，卓毅鑫，黄 馗，莫 东，陈明媛，辜唯朕

(1.广西电网电力调度控制中心,南宁 530023；2.北京清能互联科技有限公司，北京 100080)

0 前 言

2017年8月，国家发展改革委、国家能源局联合下发了《关于开展电力现货市场建设试点工作的通知》(发改办能源〔2017〕1453号)，在广东、蒙西、浙江、山西、山东、福建、四川、甘肃等8个地区为试点开展电力现货市场建设工作[1]。随着电力现货试点全部启动结算试运行[2]，带动其他非试点地区现货市场建设加快推进，中国电改进入以现货市场为标志的新阶段。

2020年9月，在第75届联合国大会上，中国提出了“碳达峰碳中和”战略目标。2021年3月，习近平总书记提出构建清洁低碳安全高效的能源体系和以新能源为主体的新型电力系统。高比例清洁能源并网将成为我国能源领域的必然发展趋势和未来重要特征。

近年来，对广西电力市场的研究集中在对现有中长期市场的改进和完善，有关现货市场环境下促进清洁能源消纳机制建设的文献不多。黄冬生分析了广西电力市场取得的成效和面临的困难，提出了整体优化建议[3]；吴引航等总结国内外电力市场运行经验，为广西中长期电力交易机制建设提供借鉴[4]；韦远康等构建了广西电力市场运营评价指标体系[5]，但是其只针对省级电力市场进行整体评估，没有考虑日前现货市场梁盛盛等研究了广西电力市场交易系统的移动应用开发[6]；余小晴等研究了广西电力市场交易系统的安全策略[7]；严旭等提出了不同情景下广西与云南、广东的跨省区交易价格衔接机制[8]；杨启东等分析了广西水电企业在电力现货市场面临的挑战，站在企业角度提出了应对措施[9]；黄馗基于广西水电特性，提出了实时、短期和中长期的水电优化调度策略[10]；王娟等分析了西南水电外送电力的市场竞争力，提出了在能源价格的上涨速度将高于普通物价的上涨速度时，西南水电具有较大的市场竞争力[11]；刘爱龙等介绍了广西长洲水利枢纽项目安全监测仪器埋设方法[12]。

广西电源结构复杂、负荷峰谷差大、丰枯期发电结构差异显著。远期随着更多新能源发电机组并网运行，系统将面临更大的调峰和弃电压力，亟需借助电力市场机制解决资源优化配置的问题。本文通过介绍广西电力市场现状，指出在促进清洁能源消纳的过程中引入市场竞争机制的趋势，结合实际情况，分析风电、光伏发电、水电、核电等类型清洁能源参与现货市场面临的问题，旨在提出保障和促进清洁能源市场化消纳的配套机制建议，为广西电力现货市场建设提供参考。

1 广西电力市场概况

1.1 广西电力市场情况

广西电源结构复杂，清洁能源占比较高。2020年，广西总发电装机容量为5 291.0万kW，水电占比34.8%，火电占比45.4%，核电占比3.6%，风电占比12.1%，光伏发电占比4.1%。总发电量1 971.7亿kWh，水电占比32.7%，火电占比52.5%，核电占比8.5%，风电占比5.4%，光伏发电占比0.9%[13]。

2020年，广西全社会用电量达2 025.3亿kWh，同比增长6.2%。最高负荷2 620万kW，峰谷差较大，且负荷低谷增长缓慢。受火电保供热及保安全可停容量有限、核电低谷发电占比高、风电大量投产等因素影响，广西在台风、连续降雨等极端天气期间，调峰异常困难，弃风弃水风险凸显。

广西电力市场先后推出了年度交易、月度交易、增量交易、合约转让交易、跨省(区)交易等5类共11个交易品种。参与电力直接交易的发电主体为火电、核电，水电可参与发电权转让交易，风电、光伏等新能源未进市场。广西电力调峰辅助服务市场作为南方区域首个省级电力调峰辅助服务市场，于2020年5月正式转入试运行。

广西特有的电源结构也决定了现货市场中需要考虑大规模清洁能源特别是水电的参与方式。

1.2 开展现货交易面临的问题

广西汛期水电大发，将压减火电、核电等市场机组的发电空间，市场机组的实际上网电量不能满足市场用户需求，产生的供电缺口由水电填补，出现发用两侧市场电量不匹配。现阶段，广西根据水电历史上网电量确定基数电量，超额部分需要参与发电权转让交易(否则由电网公司统一收购)，缓解火电机组发电小时不足的问题[16]。

现货市场中，发用两侧市场电量不匹配将导致计划与市场难以衔接不平衡资金的形成，产生结算风险。在广东，由于燃煤、燃气装机占比接近70%，发电规模基本能够满足市场化用户的用电需求，市场机组的基数电量可以用来作为调节不平衡电量的手段。而广西燃煤火电基本已全电量进市场，没有基数电量可用。因此，对于广西来说，有以下2种方案可供选择：

方案一，限制市场用户规模,采用“以发定用”或“以用定发”，即根据市场机组的发电规模，确定市场用户规模和准入门槛[17]。该方案适合市场电量规模有限的初级阶段。

方案二，进一步放开发电计划，扩大市场机组范围，择机将水电、风电、光伏、核电等清洁能源纳入现货市场。

2 清洁能源参与市场的意义

我国对清洁能源采用的全额保障性收购与固定上网电价机制，从“量、价”两方面保障了消纳的发电量与收益[18]。清洁能源企业无需面临远期市场价格波动的风险，因而没有参与市场竞争的迫切性。然而，这种模式不可长期持续。

当前，清洁能源无需承担平衡辅助服务的义务和补偿费用分摊，其出力波动性和间歇性带来的平衡问题主要由常规电源解决。清洁能源装机比例逐渐增加，由于缺少激励相容的市场机制，在低谷调峰时段，常规机组缺乏为提供调峰等辅助服务的内生动力，清洁能源的消纳形势将日益严峻。另一方面，随着国家新能源财政补贴压力日渐增大，生产的技术水平上升与成本下降，新能源补贴退坡、平价上网已成趋势。

因此，当清洁能源产业和电力市场发展成熟，具备客观条件之后，应逐步推动清洁能源参与市场，更好发挥市场配置资源的决定性作用，实现各类电源协调健康发展，营造激励相容、多方共赢的局面。为了激励清洁能源有序参与现货市场，增加清洁能源消纳能力，需要针对广西省内各类清洁能源参与市场关键问题进行分析，并提出相应的应对思路。

3 风电光伏参与市场的关键问题

3.1 存在的问题

(1) 风光等新能源参与市场可能会导致弃风弃光的情况，与国家保障消纳政策矛盾。

(2) 新能源发电出力的随机性和波动性较大，参与现货市场具有较大风险。需要配套设计现货环境下新能源参与中长期市场的相关机制，提前锁定部分收益。

(3) 新能源完全参与市场后，受负荷水平、供需情况等因素的影响，可能会成为边际机组，并且风、光机组出力可预测性差，增加了系统出清价格的波动性。

3.2 应对思路

关于新能源参与市场与保障消纳的协调方法，建议根据《可再生能源发电全额保障性收购管理办法》(发改能源〔2016〕625号)等文件要求，在按照政府核定的新能源保障利用小时数和全生命周期合理利用小时数进行保价保量收购和补贴的基础上，积极推动新能源参与市场。保障利用小时数以内的保障性收购电量部分，按照标杆上网电价结算；保障利用小时数以外的市场交易电量部分，中长期交易电量按中长期交易价格结算，其他电量按现货出清价格结算。按“价补分离”的原则，对合理利用小时数以内的电量发放固定补贴，合理利用小时数以外不予补贴。现货市场初期，风电、光伏可报量不报价参与，作为价格接受者；远期报量报价参与市场，结算价格通过市场竞争确定。

现货环境下的中长期交易，可考虑采用双边协商、集中竞价等方式开展。受发电不确定性影响，风电、光伏、调节能力较差的水电难以在中长期交易阶段确定交易曲线。为避免实时运行偏差较大造成亏损，建议采取以下措施：① 建立月内优化调整机制，提高交易频次，使清洁能源企业能够在更靠近实时运行的时间尺度上调整交易曲线；② 允许清洁能源企业与双边合同的对手方自主协商、调整交易曲线，并在规定时限内重新提交给市场运营机构作为正式的结算依据。

同时，对新能源的功率预测提出更高的要求。建立新能源日前预测发电出力曲线的申报机制与评价体系，建立预测精度的考核机制，对于预测水平较差的新能源发电企业进行考核，并逐渐过渡到在现货市场上投标的市场参与机制；设计针对申报出力与实际出力偏差量的不平衡结算机制，当出力偏差加剧了系统的电力供需不平衡时，偏差电量按照实时的平衡价格结算，并应承担相应的再调度成本增量。此举将有利于提高新能源发电出力的可预测性和可控性，有利于提高电力系统调度运行的精益化程度，减少调峰缺额的同时，缓解现货市场价格风险。

4 水电参与市场关键问题

4.1 存在的问题

广西水电参与电力现货市场，将面临如下挑战:

(1) 流域来水的不确定性

水电发电量主要受降雨以及上游来水情况影响，但由于流量的不确定性，要比较准确地预测次日各时段的流量情况，并由此得出各个时段的机组出力情况是比较困难的。特别是在中长期时间尺度下，水电企业中长期合约的曲线分解将成为一大难题。

(2) 水电调节性能不足

广西电网直接调度的32个水电站整体调节能力较差，除了右江具有年调节能力、西津和岩滩具有季调节能力外，其他电站的调节能力均为日调节及以下，汛期调节能力更为有限。日前预测量与电站的实时发电能力很容易发生出入，面临偏考核风险。

(3) 需要建立含水电参与的电力现货市场出清模型。

现实中，梯级水电的建设运营主体往往不统一，难以按联营体方式参与市场竞争。此外，若采用常规市场出清模型，而不考虑水电运行约束，容易产生水电机组弃水或无水可发的出清结果，无法遵照执行。

(4) 广西水电出力丰枯特征显著，可能带来较大的现货市场价格波动。由于水火边际成本存在较大差异，丰水期随着市场供需比提升，市场边际价格维持在较低水平，火电成交量、价均受到影响。

枯水期供需相对紧张，边际机组大概率为火电，水电能够以“搭便车”方式牟取暴利，现货价格高企，将压缩售电公司的盈利空间。

4.2 应对思路

考虑到南方区域统一电力现货市场框架体系，不宜采用类似于四川的丰枯分期市场模式。与风电、光伏类似，水电可先后考虑按报量不报价、报量报价两种方式参与市场，通过签订中长期差价合约有效管理出力预测偏差风险和现货市场价格风险；同时，建立偏差考核与平衡责任机制，逐步加大考核力度，倒逼水电企业预测能力的提升。

报量报价阶段，现货市场出清机制有以下2种选择：第一种，完善弃电量的统计方式，对由于报价过高等原因导致水电机组不能中标，产生的弃电量不纳入考核范围，也不进行统计;第二种，在现货市场出清模型的优化目标中增加弃能惩罚项，通过惩罚因子的作用减少出清结果中的弃电量，实现优化消纳[21]。

水电参与的电力现货市场出清模型需要考虑水力-电力耦合关系、水位控制约束、振动区约束等水电运行约束。由于上述模型涉及参数众多，计算复杂，需要在出清时效性和准确性之间进行取舍,一方面,可对模型进行适度的近似和简化处理，提高出清效率，确保工程落地的可行性；另一方面，提高水电站的人员管理和数字化水平，为市场出清程序提供完整、准确的基础数据。

现货市场价格信号反映了电力供需形势，未必平稳，但当价格波动超过了合理范围，可通过设置市场限价等方式进行干预，保障市场平稳起步。采用电源侧成本补偿支撑火电机组经营，远期建立容量成本回收机制和电力辅助服务市场，使火电机组无需额外争取发电量，也能够通过其他渠道保障经营。鼓励售电公司设置多样化的零售套餐，建立批零联动和需求侧响应机制，将批发市场的价格信号向零售用户侧传导。

5 核电参与市场

5.1 存在的问题

核电机组是一种清洁高效电源，前期建设投资规模大，但边际发电成本较低，出力稳定性较高。核电机组的停堆装料大修时间较长，停堆后约需要4～8周启动并网。核电机组虽然具备一定的功率调节能力，但频繁调节功率会增加安全风险，综合安全和经济效益因素，核电机组在系统运行中一般作为基荷电源。

目前，广西核电已参与中长期市场。若远期参与现货市场，核电企业需要尽可能保持中标电量的稳定，在维持计划体制下核电机组安全经济运行的现状的同时，有效管理市场收益风险。

5.2 应对思路

现货市场环境下，核电可通过签订双边合约、政府授权合约等中长期差价合同管理参与现货市场的风险，中长期合同电量按照中长期价格计算，现货偏差电量按照现货价格结算。其中：双边合约由核电企业自行选择售电公司、电力大用户签订，核电机组可凭借其发电平稳的优势提前布局。

政府授权合约由政府确定，交易对手方为电网公司，价格可根据现阶段的核电上网标杆电价确定。政府授权合约的引入可为核电机组提供一定的收益保障，实现其计划电量向市场电量的过渡。

由于核电机组的边际成本较低，在满足电网安全供应的基础上，可以作为现货市场价格接受者优先出清，配合容量补偿机制足额回收成本。若核电在现货市场中竞价上网，可能将面临频繁调节出力和现货市场价格波动的风险，需要采取合适的报价策略。

6 促进清洁能源市场化消纳的措施建议

在上述应对思路的基础上，还可采取以下措施，为广西以市场机制促进清洁能源消纳的目标添砖加瓦。

6.1 构建完善的电力市场交易体系

推进电力跨省跨区交易，实现更大范围资源优化配置，形成覆盖更大范围的多层次电力交易平台。进一步完善中长期能量市场，鼓励清洁能源与大用户签订双边交易，提前锁定消纳电量。加快构建有效竞争的现货交易机制，在日前搭建分时竞争的电力交易平台，形成反映电能真实供需的分时价格，引导发电机组调整其峰荷、谷荷出力，自动释放调峰能力。建立健全容量成本回收机制，使清洁能源可以充分发挥边际成本低的优势，在电能量市场中优先出清。

6.2 建立辅助服务分担共享新机制

逐渐构建有偿调峰、备用、调频等辅助服务交易品种，改变发电企业，尤其是常规电源只能通过卖“电”获取收益的单一市场机制，激励发电企业提供必要的辅助服务；按照“谁受益、谁承担”的原则，建立各类电源、电力用户共同参与的辅助服务分担共享机制，将需求侧响应、电供热、充电桩、储能等新的市场主体纳入竞争机制；逐渐实现辅助服务与能量市场的联合优化出清，深度优化电力系统的运行方式，在确保电力系统安全运行的基础上促进清洁能源消纳。

6.3 激励提升电力系统灵活性的设备投资

为应对大规模清洁能源并网发电的间歇性、波动性，迫切需要提高电力系统运行的灵活性，包括深度挖掘常规火电的调峰能力，解耦热电联产机组的热电耦合约束，鼓励电采暖、储能等新设备投资，培育需求响应、虚拟电厂等新的运营模式等。出台相应的产业政策与价格机制，并通过市场竞争赋予电力系统运行灵活性资源以相应的经济价值，将更多的新型市场主体纳入市场交易之中，以价格信号为引导促进市场进行有效投资。

6.4 增加促进清洁能源消纳的储能容量

目前，储能已广泛应用于光伏、风电等清洁能源发电并网。储能通过平抑新能源出力波动、减少新能源出力偏差、降低新能源出力峰谷差，可有效促进新能源的接入与消纳。相较于各新能源电站独自安装储能，在电网侧集中规划配置储能可更加高效地消纳新能源发电。

7 结 语

发展清洁能源、促进清洁能源消纳是国家发展战略政策，需在电力市场环境下有效地贯彻落实。本文立足于广西复杂的电源结构、供需形势，以及各类清洁能源的发电技术特点，对其参与电力现货市场建设的关键问题开展了研究与分析。下一步可结合具体的场景开展现货市场模拟仿真，对不同边界条件下的清洁能源消纳空间、促进消纳措施的效果与市场主体利益格局变化进行测算，为广西电力现货市场建设提供有益的参考。