史連軍, 周 琳, 龐 博, 嚴(yán) 宇, 張 凡, 劉 俊

(1. 北京電力交易中心, 北京市 100031; 2. 國(guó)網(wǎng)能源研究院, 北京市 102209)

中國(guó)促進(jìn)清潔能源消納的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)思路

史連軍1, 周 琳1, 龐 博1, 嚴(yán) 宇1, 張 凡2, 劉 俊2

(1. 北京電力交易中心, 北京市 100031; 2. 國(guó)網(wǎng)能源研究院, 北京市 102209)

近年來(lái)中國(guó)清潔能源消納矛盾日漸突出,新一輪電力市場(chǎng)化改革為解決這一問(wèn)題提供了良好的條件。在分析新一輪電力體制改革要求的基礎(chǔ)上,根據(jù)中國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)現(xiàn)狀和推進(jìn)步驟,分階段對(duì)中國(guó)促進(jìn)清潔能源消納的市場(chǎng)機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì),近期主要包括省間發(fā)電權(quán)交易、電力直接交易等促進(jìn)新能源跨區(qū)跨省輸送的機(jī)制,中遠(yuǎn)期主要包括差價(jià)合約機(jī)制和溢價(jià)機(jī)制等新能源直接參與的市場(chǎng)機(jī)制。最后,提出在電力市場(chǎng)建設(shè)環(huán)境下促進(jìn)中國(guó)新能源消納的政策和市場(chǎng)機(jī)制建議。

清潔能源; 電力市場(chǎng); 發(fā)電權(quán)交易; 現(xiàn)貨市場(chǎng); 差價(jià)合約

0 引言

中國(guó)已明確提出2020年和“十三五”節(jié)能減排目標(biāo),控制能源消費(fèi)總量,調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),提高能源利用效率,積極發(fā)展風(fēng)電、核電、水電、光伏發(fā)電等清潔能源,減少大氣污染物和溫室氣體排放成為中國(guó)保障國(guó)家能源供應(yīng)安全、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇[1]。當(dāng)前,中國(guó)大氣環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻,2013年9月,國(guó)務(wù)院印發(fā)了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,提出采取嚴(yán)格措施治理大氣污染。節(jié)能減排和促進(jìn)可再生能源開(kāi)發(fā)利用成為中國(guó)“十二五”和“十三五”期間的工作重點(diǎn)。

電力行業(yè)是中國(guó)節(jié)能減排的重點(diǎn)領(lǐng)域,如何促進(jìn)清潔能源的大力發(fā)展和廣泛消納是電力行業(yè)亟須解決的重點(diǎn)問(wèn)題。目前在世界范圍內(nèi),促進(jìn)清潔能源發(fā)展的機(jī)制非常多,在各國(guó)的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)中也都充分考慮清潔能源消納的需求,力爭(zhēng)通過(guò)電力市場(chǎng)促進(jìn)清潔能源發(fā)展。中國(guó)正在開(kāi)展新一輪電力市場(chǎng)化改革,如何在本輪改革中設(shè)計(jì)科學(xué)合理的電力市場(chǎng)機(jī)制,促進(jìn)清潔能源發(fā)展,將是改革的重點(diǎn)。

1 中國(guó)清潔能源發(fā)展與消納現(xiàn)狀

在國(guó)家能源戰(zhàn)略和政策驅(qū)動(dòng)下,中國(guó)新能源發(fā)電從無(wú)到有、從小到大,截至2016年底,風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量合計(jì)達(dá)到2.26×108kW,占全球25%,裝機(jī)規(guī)模和發(fā)電量目前均位居世界前列[2]。

1.1 風(fēng)電

中國(guó)風(fēng)電保持快速增長(zhǎng),其發(fā)電量(見(jiàn)附錄A圖A1)由2011年的7.41×1010kW·h增長(zhǎng)到2016年的2.41×1011kW·h,年均增長(zhǎng)27%。風(fēng)電發(fā)電量占全部發(fā)電量的比例由2011年的1.6%提高到2016年的4.0%。國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度范圍內(nèi)風(fēng)力發(fā)電量為2.115×1011kW·h,占全國(guó)的88%。

2011—2016年,中國(guó)風(fēng)電平均利用小時(shí)數(shù)(見(jiàn)附錄A圖A2)為1 867 h,基本保持平穩(wěn)；2016年,風(fēng)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)為1 742 h,國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度范圍內(nèi)風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)為1710 h。

2016年,12個(gè)省區(qū)風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)超過(guò)2 000 h,其中10個(gè)在國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度范圍內(nèi)。安徽、湖南、江西、陜西風(fēng)電利用小時(shí)數(shù)分別高出設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù)409, 322, 114, 151 h。

1.2 太陽(yáng)能發(fā)電

中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電量(見(jiàn)附錄A圖A3)由2011年的7×108kW·h增長(zhǎng)到2016年的6.62×1010kW·h,年均增長(zhǎng)148%。全國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電量占全部發(fā)電量的比例由2011年的0.01%提高到2016年的1.3%。2016年國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度范圍內(nèi)太陽(yáng)能發(fā)電量6.27×1010kW·h,占全國(guó)的95%。

2011—2016年,中國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電平均利用小時(shí)數(shù)(見(jiàn)附錄A圖A4)為1 251 h。2016年,太陽(yáng)能發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為1 092 h。其中,集中式光伏電站平均利用小時(shí)數(shù)為1 112 h;分布式光伏利用小時(shí)數(shù)為706 h。

2 棄風(fēng)棄光原因分析

大規(guī)模新能源消納一直都是世界性難題,與國(guó)外相比,中國(guó)新能源資源集中、規(guī)模大、遠(yuǎn)離負(fù)荷中心、難以就地消納。新能源集中的“三北”地區(qū)電源結(jié)構(gòu)單一,抽水蓄能、燃?xì)怆娬镜褥`活調(diào)節(jié)電源比重低,加之近幾年經(jīng)濟(jì)增速放緩,電力增速減慢,多種因素共同作用下,新能源消納矛盾更加突出[3]。

2.1 用電需求增長(zhǎng)放緩,消納市場(chǎng)總量不足

“十二五”以來(lái),中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài),用電需求增長(zhǎng)放緩,但包括新能源在內(nèi)的各類(lèi)電源仍保持較快增長(zhǎng),新增的用電市場(chǎng)無(wú)法支撐電源的快速增長(zhǎng),導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)持續(xù)下降?！笆濉币詠?lái),中國(guó)用電量增速為5.9%,電源裝機(jī)增速為9.4%,特別是新能源裝機(jī)容量的快速增長(zhǎng),增速達(dá)到39.7%,遠(yuǎn)高于用電量增長(zhǎng)速度。2016年,中國(guó)發(fā)電設(shè)備平均利用小時(shí)數(shù)為3 785 h,與2010年相比降低865 h,下降19%。其中火電、核電、風(fēng)電分別下降866, 798, 305 h。

2.2 電源結(jié)構(gòu)性矛盾突出,系統(tǒng)調(diào)峰能力嚴(yán)重不足

火電的調(diào)節(jié)能力差。中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)(見(jiàn)附錄A圖A5)以煤為主,火電占全國(guó)電源裝機(jī)容量比重達(dá)到67%(“三北”地區(qū)為70%),調(diào)節(jié)能力先天不足?！叭薄钡貐^(qū)供熱機(jī)組占有很大比重,10個(gè)省區(qū)超過(guò)40%(見(jiàn)表1),特別是冬春季供熱期、水電枯水期與大風(fēng)期重疊,新能源消納更加困難。東北地區(qū)出現(xiàn)供熱期火電最小技術(shù)出力超過(guò)最小用電負(fù)荷的情況,完全沒(méi)有消納風(fēng)電的空間。另外,中國(guó)純凝機(jī)組調(diào)峰能力一般為50%左右,抽凝機(jī)組供熱期調(diào)峰能力僅為20%,丹麥和德國(guó)等國(guó)家純凝和抽凝機(jī)組的調(diào)峰能力可以達(dá)到60%～80%。

表1 2016年供熱機(jī)組占火電裝機(jī)比例超過(guò)40%的省區(qū)Table 1 Provinces accounted for more than 40% of thermal power installed capacity in 2016

靈活調(diào)節(jié)電源比重低。中國(guó)抽水蓄能、燃?xì)獾褥`活調(diào)節(jié)電源比重僅為6%(“三北”地區(qū)4%)。相比較而言,國(guó)外主要新能源國(guó)家靈活電源比重相對(duì)較高,西班牙、德國(guó)、美國(guó)的靈活調(diào)節(jié)電源占總裝機(jī)的比例分別為31%,19%,47%,美國(guó)和西班牙靈活調(diào)節(jié)電源達(dá)到新能源的8.5倍和1.5倍。

2.3 跨區(qū)跨省輸電通道能力不足,難以在更大范圍消納

新能源富集地區(qū)跨區(qū)跨省通道規(guī)劃建設(shè)滯后?！笆濉逼陂g,國(guó)家先后頒布了風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃,但電網(wǎng)規(guī)劃一直沒(méi)有出臺(tái),新能源基地送出通道得不到落實(shí)?！笆濉眹?guó)家規(guī)劃了9個(gè)10吉瓦級(jí)風(fēng)電基地,其中7個(gè)在“三北”地區(qū),僅安排了哈密、酒泉、蒙西這3個(gè)基地的跨區(qū)輸電項(xiàng)目。電網(wǎng)項(xiàng)目核準(zhǔn)滯后于新能源項(xiàng)目,2015年甘肅酒泉風(fēng)電基地裝機(jī)規(guī)模已超過(guò)1.2×107kW，太陽(yáng)能發(fā)電近6×106kW,酒泉—湖南特高壓直流工程2015年5月核準(zhǔn)建設(shè),2017年才能投產(chǎn),外送通道建設(shè)滯后2～3 a。截至2016年底,“三北”地區(qū)新能源裝機(jī)容量合計(jì)1.63×108kW,但電力外送能力只有3.4×107kW,占新能源裝機(jī)容量的21%,而且還要承擔(dān)煤電基地外送任務(wù),外送能力不夠。

2.4 市場(chǎng)化機(jī)制缺失制約新能源消納

火力發(fā)電計(jì)劃剛性執(zhí)行擠占了新能源優(yōu)先發(fā)電的空間。長(zhǎng)期以來(lái),中國(guó)發(fā)電量主要實(shí)行計(jì)劃管理,政府年初確定各類(lèi)電源發(fā)電計(jì)劃,電網(wǎng)調(diào)度只能在計(jì)劃框架下,通過(guò)局部?jī)?yōu)化爭(zhēng)取多接納新能源,調(diào)整的空間非常有限,不能適應(yīng)節(jié)能環(huán)保和新能源消納要求。國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)》及配套文件提出放開(kāi)發(fā)用電計(jì)劃,保障優(yōu)先發(fā)電,但沒(méi)有明確同類(lèi)電源的優(yōu)先級(jí)排序,客觀上造成新能源、火電計(jì)劃和“以熱定電”等電量間的矛盾,新能源發(fā)電市場(chǎng)空間受到其他優(yōu)先發(fā)電的影響。

新能源跨區(qū)消納還存在省間壁壘。當(dāng)前國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)尚未回暖,電力供大于求,地方政府普遍對(duì)省間交易進(jìn)行行政干預(yù),而且干預(yù)力度不斷加大。部分省經(jīng)濟(jì)主管部門(mén)要求電網(wǎng)企業(yè)在本省發(fā)電機(jī)組達(dá)到一定利用小時(shí)數(shù)前,不得購(gòu)買(mǎi)外來(lái)電,包括低價(jià)的新能源電量,制約了新能源跨區(qū)跨省消納。

2.5 缺乏激勵(lì)用戶(hù)主動(dòng)消納新能源的機(jī)制

歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家經(jīng)驗(yàn)表明,通過(guò)加強(qiáng)電力需求側(cè)管理,運(yùn)用電價(jià)政策改善用電負(fù)荷特性,可有效促進(jìn)清潔能源多發(fā)滿發(fā)。中國(guó)電力用戶(hù)參與需求響應(yīng)仍處于試點(diǎn)階段,改善電網(wǎng)負(fù)荷特性、增加負(fù)荷側(cè)調(diào)峰能力的市場(chǎng)潛力還沒(méi)有得到挖掘,支持清潔能源并網(wǎng)消納的靈活負(fù)荷利用基本空白,迫切需要建立需求響應(yīng)激勵(lì)機(jī)制。此外,中國(guó)可再生能源電力配額政策還沒(méi)有建立,各地區(qū)特別是用電大省尚未充分履行生產(chǎn)、消納清潔能源的責(zé)任義務(wù)。

3 中國(guó)促進(jìn)清潔能源消納的市場(chǎng)機(jī)制框架

3.1 全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系

中國(guó)能源供需逆向分布的稟賦條件、新能源集約化開(kāi)發(fā)和大范圍消納利用的需求,客觀上決定了中國(guó)電力大規(guī)?？鐓^(qū)域輸送和消納是必由之路,迫切需要加快建立統(tǒng)一開(kāi)放、競(jìng)爭(zhēng)有序的全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)。同時(shí),從中國(guó)現(xiàn)實(shí)情況看,中國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)形成了以省為實(shí)體的行政、財(cái)稅管理體系,銷(xiāo)售電價(jià)也以省為價(jià)區(qū)確定,目前約80%的電力交易在省內(nèi)完成,一定時(shí)期內(nèi)省電力市場(chǎng)將在中國(guó)電力市場(chǎng)體系中發(fā)揮重要作用。因此,構(gòu)建由國(guó)家電力市場(chǎng)和省電力市場(chǎng)組成的全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系是符合國(guó)情的合理選擇。目前全國(guó)(包括河北省、吉林省、山東省等23個(gè)省)統(tǒng)一電力市場(chǎng)框架如圖1所示。

圖1 全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)框架Fig.1 Framework of unified national electricity market

國(guó)家電力市場(chǎng)以跨區(qū)跨省電能量市場(chǎng)(包括跨區(qū)跨省交易、跨區(qū)跨省多方直接交易、跨區(qū)跨省發(fā)電權(quán)交易、跨區(qū)跨省現(xiàn)貨交易等)為主,輔以開(kāi)展跨區(qū)跨省輔助服務(wù)市場(chǎng)、跨區(qū)跨省可再生能源消納市場(chǎng)、輸電權(quán)市場(chǎng)等,落實(shí)國(guó)家能源戰(zhàn)略,促進(jìn)能源資源大范圍優(yōu)化配置。隨著條件逐步具備,開(kāi)展電力期貨和電力場(chǎng)外衍生品交易。

省電力市場(chǎng)以省內(nèi)電能量市場(chǎng)(包括省內(nèi)多方直接交易、省內(nèi)發(fā)電權(quán)交易、省內(nèi)現(xiàn)貨交易)為主,輔以開(kāi)展省內(nèi)輔助服務(wù)市場(chǎng)、省內(nèi)容量市場(chǎng)等,促進(jìn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),保證省內(nèi)供需平衡,并盡可能地消納清潔能源。具備條件的地區(qū),可將省電力市場(chǎng)有關(guān)交易納入國(guó)家電力市場(chǎng)開(kāi)展;不具備條件的地區(qū),國(guó)家電力市場(chǎng)與省電力市場(chǎng)各有側(cè)重、有效銜接。

未來(lái)隨著跨區(qū)跨省輸電通道的增加和市場(chǎng)配套機(jī)制的不斷完善,省內(nèi)電能交易逐步向國(guó)家交易平臺(tái)轉(zhuǎn)移。國(guó)家電力交易平臺(tái)的交易電量逐步擴(kuò)大,主要組織開(kāi)展合約交易、現(xiàn)貨交易和金融交易等交易品種,實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍電力資源的優(yōu)化配置; 省交易平臺(tái)主要開(kāi)展實(shí)時(shí)平衡和輔助服務(wù)交易,確保系統(tǒng)運(yùn)行安全;最終形成由國(guó)家電力市場(chǎng)和省平衡市場(chǎng)組成的全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)。

其中國(guó)家—省現(xiàn)貨市場(chǎng)的銜接存在多種模式,主要包括以下模式。

1)余缺互補(bǔ)模式

省級(jí)市場(chǎng)首先出清,省級(jí)市場(chǎng)未中標(biāo)的發(fā)電和負(fù)荷參與國(guó)家級(jí)市場(chǎng)競(jìng)價(jià)。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是充分考慮了地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異和價(jià)格體系現(xiàn)狀；缺點(diǎn)是資源優(yōu)化配置的效率不高,省間壁壘難以打破。

2)統(tǒng)一市場(chǎng)模式

所有滿足國(guó)家級(jí)市場(chǎng)準(zhǔn)入條件的市場(chǎng)成員全部參與國(guó)家級(jí)日前市場(chǎng)交易,省級(jí)市場(chǎng)負(fù)責(zé)組織實(shí)時(shí)市場(chǎng)。這種模式的優(yōu)點(diǎn)是市場(chǎng)整體資源優(yōu)化配置效率最高,缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)困難較大。

在全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)建設(shè)初期,可采用余缺互補(bǔ)模式,遠(yuǎn)期逐步實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一市場(chǎng)模式。

3.2 總體思路及推進(jìn)步驟

在全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)框架下,中國(guó)新能源將主要通過(guò)參與電力市場(chǎng)的方式，通過(guò)跨區(qū)跨省中長(zhǎng)期交易實(shí)現(xiàn)資源的大范圍優(yōu)化配置；通過(guò)靈活的短期交易消解新能源波動(dòng)性帶來(lái)的調(diào)峰調(diào)頻問(wèn)題,并逐步過(guò)渡到包括中長(zhǎng)期市場(chǎng)和現(xiàn)貨市場(chǎng)在內(nèi)的完整市場(chǎng)體系；通過(guò)發(fā)揮新能源邊際成本低的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先消納。

近期措施:建立多種類(lèi)型的中長(zhǎng)期省間交易機(jī)制,為新能源跨區(qū)跨省外送提供條件;完善省間輔助服務(wù)補(bǔ)償和交易機(jī)制,促進(jìn)各類(lèi)火電機(jī)組為新能源調(diào)峰;實(shí)施新能源增量跨區(qū)跨省現(xiàn)貨市場(chǎng)交易,充分利用通道空間和受端調(diào)峰資源。

依托現(xiàn)有省間輸電通道,組織“三北”地區(qū)與中東部地區(qū)開(kāi)展省間發(fā)電權(quán)交易、新能源與自備電廠發(fā)電權(quán)交易、省間新能源直接交易、省間新能源外送交易,逐步放開(kāi)跨區(qū)跨省發(fā)用電計(jì)劃,引導(dǎo)新能源發(fā)揮價(jià)格優(yōu)勢(shì),通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先外送。同時(shí)建立健全中長(zhǎng)期調(diào)峰置換交易、低谷新能源和抽水電量交易、應(yīng)急支援交易等機(jī)制,調(diào)動(dòng)火電和抽水蓄能電站為新能源調(diào)峰的積極性,確保電網(wǎng)調(diào)峰資源充足。建設(shè)可再生能源增量跨區(qū)跨省外送現(xiàn)貨市場(chǎng),靈活消納棄風(fēng)棄光電量。

中遠(yuǎn)期措施:逐步過(guò)渡到“中長(zhǎng)期市場(chǎng)+現(xiàn)貨市場(chǎng)”模式的全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系,通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)促進(jìn)新能源提高發(fā)電預(yù)測(cè)精度,通過(guò)新能源與火電在實(shí)時(shí)市場(chǎng)同臺(tái)競(jìng)價(jià)實(shí)現(xiàn)電力平衡,利用新能源邊際成本低的優(yōu)勢(shì),通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)新能源優(yōu)先消納。

4 近期機(jī)制

4.1 整體框架

對(duì)于發(fā)用電計(jì)劃尚未完全放開(kāi),市場(chǎng)空間較小的省份,采用省間新能源與火電發(fā)電權(quán)交易的方式開(kāi)展新能源外送交易;隨著省間發(fā)用電計(jì)劃放開(kāi),開(kāi)展省間新能源外送交易和新能源與用戶(hù)直接交易;根據(jù)各地實(shí)際情況,開(kāi)展中長(zhǎng)期調(diào)峰置換交易、新能源與抽水電量和應(yīng)急支援交易；靈活調(diào)節(jié)新能源外送電量，開(kāi)展可再生能源增量跨區(qū)跨省外送現(xiàn)貨市場(chǎng),整體機(jī)制框架如圖2所示。

圖2 近期促進(jìn)新能源消納的市場(chǎng)機(jī)制Fig.2 Recent market mechanism to promote renewable energy consumption

4.2 省間新能源與火電發(fā)電權(quán)交易

目前,中國(guó)省間發(fā)電權(quán)交易主要是中長(zhǎng)期交易,為適應(yīng)新能源日內(nèi)大幅波動(dòng)的特性,建議在現(xiàn)貨市場(chǎng)尚未建立時(shí),對(duì)省間發(fā)電權(quán)交易機(jī)制進(jìn)行完善,建立分時(shí)發(fā)電權(quán)交易機(jī)制,即峰—平—谷階段,形成分時(shí)段的價(jià)格信號(hào)。通過(guò)價(jià)格引導(dǎo)其他電源參與電網(wǎng)調(diào)峰,一方面,促進(jìn)新能源消納;另一方面, 給予常規(guī)電源一定補(bǔ)償, 通過(guò)市場(chǎng)有效平衡各方利益。

4.3 新能源與自備電廠發(fā)電權(quán)交易

新能源與自備電廠作為發(fā)電主體進(jìn)入電力市場(chǎng)交易,兩者實(shí)現(xiàn)利益均衡、互利共贏,通過(guò)市場(chǎng)博弈滿足雙方邊際收益,實(shí)現(xiàn)增利空間的利益再分配。一方面,可以推動(dòng)新能源作為發(fā)電主體加入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),增強(qiáng)新能源在市場(chǎng)交易中的主動(dòng)性,提高新能源應(yīng)對(duì)電力體制改革的能力,有利于電力市場(chǎng)的進(jìn)一步成熟;另一方面,將低能效高排放的自備電廠轉(zhuǎn)為公用調(diào)峰電廠進(jìn)行管理,有利于實(shí)現(xiàn)國(guó)家節(jié)能減排、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略目標(biāo)[4]。

4.4 省間新能源直接交易

新能源單獨(dú)遠(yuǎn)距離傳輸經(jīng)濟(jì)性差,同時(shí)頻繁不規(guī)律波動(dòng),不利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以考慮到新能源資源豐富的地方,一般煤資源也很豐富,若采用風(fēng)電、光伏、火電捆綁外送,并對(duì)外送功率進(jìn)行調(diào)節(jié),可減少線路功率波動(dòng),有利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定,降低輸電成本[5]。以相關(guān)文獻(xiàn)及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,一般來(lái)說(shuō)，新能源送電比例為30%時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定性較好,超過(guò)此比例系統(tǒng)穩(wěn)定水平可能受影響,建議按不超過(guò)此比例將新能源與火電打捆外送[6-7]。同時(shí)由于新能源在獲得補(bǔ)貼后價(jià)格較低,用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)新能源意愿較為強(qiáng)烈,放開(kāi)新能源參與直接交易有利于通過(guò)市場(chǎng)化手段促進(jìn)新能源消納,滿足用戶(hù)購(gòu)電需求。

4.5 調(diào)峰輔助服務(wù)交易

由于新能源存在較大的不確定性和波動(dòng)性,需要預(yù)留相應(yīng)的火電為其進(jìn)行調(diào)節(jié),這里建議采用市場(chǎng)化方式,通過(guò)提前招標(biāo)進(jìn)行預(yù)留。近期可考慮將東北電力輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)推廣至“三北”地區(qū)。這里的調(diào)峰主要指火電機(jī)組超過(guò)基本調(diào)峰規(guī)定的范圍進(jìn)行深度調(diào)峰的服務(wù)[8]。

4.6 省間新能源外送交易機(jī)制

中國(guó)風(fēng)能和太陽(yáng)能主要集中在“三北”地區(qū),這些地區(qū)電力負(fù)荷水平低,系統(tǒng)規(guī)模小,新能源無(wú)法就地消化。為充分挖掘現(xiàn)有中長(zhǎng)期交易的潛力,建議在省間通道存在空間的條件下,優(yōu)先開(kāi)展基于市場(chǎng)競(jìng)價(jià)或雙邊協(xié)商的新能源跨區(qū)跨省短期、臨時(shí)性交易,引導(dǎo)“三北”地區(qū)新能源在電力富余、用電低谷時(shí)段達(dá)成外送交易,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置,不斷降低新能源開(kāi)發(fā)成本。在政府補(bǔ)貼降低新能源發(fā)電成本的基礎(chǔ)上,各類(lèi)型電源公平競(jìng)爭(zhēng),新能源具有一定的價(jià)格優(yōu)勢(shì),這樣可以促進(jìn)新能源規(guī)?；l(fā)展,保障新能源消納利用。

4.7 低谷新能源和抽水電量交易

目前國(guó)內(nèi)絕大部分抽水蓄能電站均采用由電網(wǎng)企業(yè)租賃運(yùn)營(yíng)模式,國(guó)家發(fā)改委核定抽水蓄能電站年度租賃費(fèi),租賃費(fèi)原則上由電網(wǎng)企業(yè)消化50%,發(fā)電企業(yè)和用戶(hù)各承擔(dān)25%。發(fā)電企業(yè)承擔(dān)的部分通過(guò)電網(wǎng)企業(yè)在用電低谷招標(biāo)采購(gòu)抽水電量解決,用戶(hù)承擔(dān)的部分納入銷(xiāo)售電價(jià)調(diào)整方案統(tǒng)籌解決。

為了解決“三北”地區(qū)新能源消納問(wèn)題,應(yīng)建立面向新能源的抽水蓄能電站跨區(qū)招標(biāo)低谷抽水電量交易機(jī)制。同時(shí),為減少南方水電資源豐富地區(qū)水電棄水風(fēng)險(xiǎn),可以允許當(dāng)?shù)厮妳⑴c抽水蓄能電站低谷抽水電量招標(biāo)[9]。今后,抽水蓄能電站低谷抽水電量招標(biāo)原則上只允許“三北”地區(qū)風(fēng)電和當(dāng)?shù)厮姷惹鍧嵞茉磪⒓印?/p>

4.8 應(yīng)急支援交易

由于同步電網(wǎng)范圍內(nèi)各省電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷情況及電網(wǎng)運(yùn)行方式的差異,各省的電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力也具有一定的互補(bǔ)性。在緊急情況下,特別是春節(jié)等用電低谷時(shí)段,仍然具備一定調(diào)節(jié)能力的省份可視情況對(duì)出現(xiàn)嚴(yán)重棄風(fēng)棄光現(xiàn)象的省份進(jìn)行應(yīng)急支援,可通過(guò)市場(chǎng)化方式進(jìn)行預(yù)招標(biāo),根據(jù)實(shí)際支援電量進(jìn)行事后結(jié)算,從而對(duì)支援省份進(jìn)行一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。

應(yīng)急支援交易指的是為支援某省出現(xiàn)棄風(fēng)棄光緊急情況而對(duì)中長(zhǎng)期火電負(fù)調(diào)節(jié)容量進(jìn)行的預(yù)招標(biāo)交易或發(fā)電權(quán)交易。

5 遠(yuǎn)期機(jī)制

考慮中國(guó)新能源消納存在困難、補(bǔ)貼負(fù)擔(dān)重等情況,中國(guó)新能源參與電力市場(chǎng)推薦兩種模式:以差價(jià)合約參與市場(chǎng)和溢價(jià)補(bǔ)貼參與市場(chǎng)。采用差價(jià)合約模式可在合理控制補(bǔ)貼總額的基礎(chǔ)上,通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)形成新能源上網(wǎng)標(biāo)桿電價(jià),最大化促進(jìn)新能源發(fā)展; 溢價(jià)補(bǔ)貼提高了新能源消納的靈活性和市場(chǎng)化水平,利用現(xiàn)貨市場(chǎng)優(yōu)化配置新能源發(fā)電和調(diào)峰資源,促進(jìn)新能源消納。

未來(lái),隨著新能源技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低,逐步實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng)。在沒(méi)有補(bǔ)貼的情況下，與常規(guī)電源同臺(tái)競(jìng)價(jià),發(fā)揮邊際成本低的優(yōu)勢(shì),在現(xiàn)貨市場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)優(yōu)先消納。

5.1 差價(jià)合約模式

差價(jià)合約模式是現(xiàn)行固定電價(jià)機(jī)制的繼承和發(fā)展。新能源發(fā)電企業(yè)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)獲得差價(jià)合約,在獲得標(biāo)桿電價(jià)保證的基礎(chǔ)上參與電力市場(chǎng),并根據(jù)在市場(chǎng)上獲得的電量取得相應(yīng)收益。差價(jià)合約市場(chǎng)的基本原則是通過(guò)新能源發(fā)電企業(yè)在差價(jià)合約市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)形成標(biāo)桿電價(jià),簽訂合同,新能源企業(yè)在合同期內(nèi)所有賣(mài)出的電量以此電價(jià)結(jié)算。如果市場(chǎng)價(jià)格低于參考電價(jià),不足部分由政府或消費(fèi)者支付新能源企業(yè); 反之,新能源企業(yè)返還超額收益[10-11]。

差價(jià)合約機(jī)制及其競(jìng)價(jià)流程分別如圖3、圖4所示。政府能源(財(cái)政)部門(mén)首先確定分年的新能源補(bǔ)貼額度。新能源企業(yè)對(duì)機(jī)組裝機(jī)容量進(jìn)行報(bào)價(jià),從低到高依次成交,當(dāng)中標(biāo)機(jī)組補(bǔ)貼總額與國(guó)家計(jì)劃補(bǔ)貼額相當(dāng)時(shí)，即停止競(jìng)價(jià),邊際機(jī)組報(bào)價(jià)即為新能源標(biāo)桿電價(jià)。中標(biāo)機(jī)組與電網(wǎng)公司簽訂合同,在現(xiàn)貨市場(chǎng)中通過(guò)“報(bào)量不報(bào)價(jià)”的方式獲得電量合同,電網(wǎng)公司在調(diào)度運(yùn)行中優(yōu)先調(diào)度新能源,事后按照標(biāo)桿電價(jià)結(jié)算。如在現(xiàn)貨市場(chǎng)中產(chǎn)生電量偏差,和市場(chǎng)中其他機(jī)組按同等規(guī)則處理。

圖4 差價(jià)合約競(jìng)價(jià)流程Fig.4 Competitive bidding process of contract for different prices

5.2 溢價(jià)競(jìng)爭(zhēng)模式

溢價(jià)模式是指新能源企業(yè)參與電力市場(chǎng),并在市場(chǎng)價(jià)格的基礎(chǔ)上按一定比例獲得補(bǔ)貼,如圖5所示。新能源發(fā)電與其他機(jī)組按照同等規(guī)則參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),由于新能源發(fā)電成本較高,由政府或用戶(hù)按照市場(chǎng)價(jià)格的一定比例給予新能源補(bǔ)貼,補(bǔ)貼額度可以是固定值,也可以根據(jù)電價(jià)波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。

圖5 溢價(jià)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制示意圖Fig.5 Schematic diagram of the premium competition mechanism

溢價(jià)模式下新能源的收入受市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)果影響,有利于新能源理性報(bào)價(jià)和提高管理水平。新能源發(fā)電與其他機(jī)組按照同等規(guī)則參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),由于新能源發(fā)電成本較高,由政府或用戶(hù)按照市場(chǎng)價(jià)格的一定比例給予新能源補(bǔ)貼,補(bǔ)貼額度可以是固定值,也可以根據(jù)電價(jià)波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。在這一模式下,新能源市場(chǎng)收益的差距主要來(lái)源于報(bào)價(jià)策略和功率預(yù)測(cè)水平。

5.3 配額制

配額制的核心在于通過(guò)配額確保可再生能源在終端用能中的比例,量化管理可再生能源的消納?？稍偕茉窗l(fā)電商通過(guò)綠證市場(chǎng)交易,能夠出售自身可再生能源發(fā)電證書(shū)而獲得收益,并且由于是參與市場(chǎng)競(jìng)價(jià)出售綠色證書(shū),能起到激勵(lì)開(kāi)發(fā)商開(kāi)發(fā)低成本可再生能源的作用。與中國(guó)現(xiàn)行的固定電價(jià)機(jī)制相比,配額制采用市場(chǎng)化的方式對(duì)可再生能源發(fā)展進(jìn)行補(bǔ)貼,利用市場(chǎng)手段調(diào)劑可再生能源的生產(chǎn)與消納,可有效提高可再生能源補(bǔ)貼的效率[12-14]。

未來(lái)中國(guó)可再生能源配額制度的總體框架設(shè)想如下:①?lài)?guó)家確定可再生能源總體目標(biāo),然后將總目標(biāo)分配到各省或地區(qū),作為各省或地區(qū)能源行政管理的責(zé)任目標(biāo);②對(duì)于發(fā)電企業(yè),要求提供的電量中必須有規(guī)定的數(shù)量來(lái)自于可再生能源發(fā)電;③在考核期滿時(shí),對(duì)責(zé)任主體的配額完成情況進(jìn)行考核;④配額制初期,主要開(kāi)展物理量的電能交易[15]。

5.4 電力期貨與衍生品交易

隨著電力市場(chǎng)的健全完善,新能源價(jià)格波動(dòng)性大的特性將提高市場(chǎng)交易者風(fēng)險(xiǎn)控制的要求,電力期貨和衍生品交易作為對(duì)沖工具,可以有效地確保新能源交易套期保值價(jià)格和促進(jìn)能源供應(yīng)商參與分擔(dān)商業(yè)風(fēng)險(xiǎn),保證保底供應(yīng)商的穩(wěn)定收益,部分新能源電量可長(zhǎng)期以期貨或衍生品拍賣(mài)的方式出售給市場(chǎng)參與者。電力期貨主要作為市場(chǎng)定義中長(zhǎng)期參考價(jià)格的定價(jià)工具,為新能源提供較為穩(wěn)定的價(jià)格預(yù)期,促進(jìn)市場(chǎng)參與者交易新能源電量[16]。

6 結(jié)論與建議

6.1 主要結(jié)論

1)新電改形勢(shì)下，中國(guó)各部委陸續(xù)出臺(tái)了新能源發(fā)電相關(guān)政策,但部分政策存在難以落實(shí)的問(wèn)題,加之電源結(jié)構(gòu)不合理、市場(chǎng)機(jī)制缺失、用電需求增長(zhǎng)放緩等因素影響,使得新能源充分消納面臨挑戰(zhàn)。

2)在全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)框架下,中國(guó)新能源將主要通過(guò)參與電力市場(chǎng)的方式,通過(guò)跨區(qū)跨省、中長(zhǎng)期交易實(shí)現(xiàn)資源的大范圍優(yōu)化配置,通過(guò)靈活的短期交易消解新能源波動(dòng)性帶來(lái)的調(diào)峰調(diào)頻問(wèn)題,逐步過(guò)渡到“中長(zhǎng)期+現(xiàn)貨”的完整市場(chǎng)體系。

3)近期中國(guó)可以新能源外送交易、跨區(qū)跨省直接交易、發(fā)電權(quán)置換交易等多種形式推進(jìn)新能源參與中長(zhǎng)期交易,配合建立靈活的短期交易調(diào)整機(jī)制,充分發(fā)揮市場(chǎng)大范圍優(yōu)化配置資源的優(yōu)勢(shì),促進(jìn)“三北”地區(qū)棄風(fēng)棄光電量向中東部受端地區(qū)輸送。

4)現(xiàn)貨市場(chǎng)是解決新能源波動(dòng)性、實(shí)現(xiàn)新能源經(jīng)濟(jì)調(diào)度的有效手段,中國(guó)近期可先針對(duì)棄水、棄風(fēng)、棄光電量開(kāi)展可再生能源增量跨區(qū)跨省現(xiàn)貨市場(chǎng),隨著市場(chǎng)的進(jìn)一步發(fā)展,可逐步取消保障性利用小時(shí)數(shù)的核定,探索新能源通過(guò)差價(jià)合約或帶溢價(jià)補(bǔ)貼參與跨區(qū)跨省現(xiàn)貨市場(chǎng)的模式。

6.2 建議

1)將跨區(qū)跨省電力交易納入各省平衡統(tǒng)籌考慮。為促進(jìn)新能源消納,建議從國(guó)家層面統(tǒng)一認(rèn)識(shí),明確跨區(qū)跨省電力交易服務(wù)于能源資源大范圍優(yōu)化配置的定位,將中長(zhǎng)期跨區(qū)跨省交易納入各省中長(zhǎng)期電力電量平衡統(tǒng)籌考慮,促進(jìn)能源和電力發(fā)展方式向著更加高效、清潔、可持續(xù)轉(zhuǎn)變。

2)國(guó)家有關(guān)部委協(xié)調(diào)地方政府,加快建立全國(guó)范圍內(nèi)新能源與受端火電發(fā)電權(quán)交易機(jī)制。放開(kāi)新能源參與直接交易,將優(yōu)先發(fā)電安排以外的輸電通道容量面向市場(chǎng)主體全部放開(kāi)。

3)探索建立包含電量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、跨區(qū)跨省交易市場(chǎng)等在內(nèi)的多元化市場(chǎng)架構(gòu)。在市場(chǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中,探索建立包括競(jìng)爭(zhēng)性電量市場(chǎng)、跨區(qū)跨省的電力交易市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、容量市場(chǎng)等多元化的市場(chǎng)架構(gòu),為新能源和常規(guī)電源盈利提供充足的市場(chǎng)選擇與空間,促進(jìn)高比例新能源接入條件下的電力轉(zhuǎn)型。在具體市場(chǎng)規(guī)則設(shè)計(jì)中,充分考慮新能源發(fā)電的波動(dòng)性、不確定性、邊際成本等特點(diǎn),一方面，通過(guò)合理的投資保障機(jī)制,調(diào)動(dòng)各類(lèi)型,尤其是靈活性較高的電源投資的積極性,保障電力系統(tǒng)長(zhǎng)期安全地可靠運(yùn)行;另一方面,通過(guò)運(yùn)行階段規(guī)則設(shè)計(jì),如日前市場(chǎng)競(jìng)價(jià)、結(jié)算,日前市場(chǎng)與日內(nèi)市場(chǎng)銜接、實(shí)時(shí)市場(chǎng)獎(jiǎng)懲措施等,充分調(diào)動(dòng)靈活性資源的潛力。

4)創(chuàng)新交易品種,盡可能挖掘新能源消納空間。組織風(fēng)電企業(yè)與電采暖用戶(hù)進(jìn)行交易,開(kāi)展低谷抽水蓄能電站與風(fēng)電直接交易,促進(jìn)風(fēng)電的消納,降低電采暖和抽水蓄能電站運(yùn)行成本。

附錄見(jiàn)本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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DesignIdeasofElectricityMarketMechanismtoImprovetheAccommodationofCleanEnergyinChina

SHILianjun1,ZHOULin1,PANGBo1,YANYu1,ZHANGFan2,LIUJun2

(1. Beijing Power Exchange Center, Beijing100031, China;2. State Grid Energy Research Institute, Beijing102209, China)

In recent years, the contradictions in clean energy accommodation have become increasingly prominent in China. A new round of electricity market reform has provided the good opportunity to solve this problem. Based on the analysis of the requirements for the new round electricity market reform and considering the current situation of the construction of electric power market and advancing procedure in China, the market mechanism is designed step by step to promote the clean energy accommodation. Recently, the renewable energy directly has participated in the market mechanism such as the inter provincial power generation right transaction model, the direct electricity transactions model to promote the transmission of renewable energy between provinces, the long-term contracts including differential contract mechanism and premium mechanism. Finally, the suggestions of promoting China’s new energy absorption policy and market mechanism in the environment of electricity market construction are proposed.

clean energy; electricity market; power generation right transaction; spot market; contract for difference

2017-06-14;

2017-09-18。

上網(wǎng)日期: 2017-11-23。

史連軍(1966—),男,博士,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要研究方向:電力市場(chǎng)。

周 琳(1977—),女,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向:電力市場(chǎng)。

龐 博(1978—),男,通信作者,碩士,教授級(jí)高級(jí)工程師,主要研究方向:電力市場(chǎng)。E-mail： bo-pang@sgcc.com.cn

(編輯孔麗蓓 魯爾姣)