摘要:我國可再生能源分布與負荷存在不匹配的現(xiàn)象,可再生能源裝機容量與市場規(guī)模在地域上的逆向分布造成棄水、棄風,棄光等矛盾突出。目前我國已實現(xiàn)全國電網(wǎng)互聯(lián),為大范圍內(nèi)消納可再生能源發(fā)電提供了物理條件。為充分利用全網(wǎng)資源,并考慮到可再生能源出力只能在短時間尺度上實現(xiàn)較為準確的預(yù)測，文章設(shè)計了跨區(qū)域省間可再生能源增量現(xiàn)貨市場的交易組織體系交易模型.交易規(guī)則和技術(shù)支持系統(tǒng)，采用經(jīng)濟杠桿和市場手段來促進受端省份消納可再生能源的積極性以提高可再生能源消納能力。 在此基礎(chǔ)上,國家電力 調(diào)度控制中心開展了模擬運行 ,實踐結(jié)果 表明,跨區(qū)域省間可再生能源現(xiàn)貨市場在促進可再生能源消納等方面取得良好的效果。

 

關(guān)鍵詞:可再生能源;棄風棄光.棄水:電力現(xiàn)貨市場;跨省區(qū)輸電

 

葛睿1，陳龍翔1，湯俊2，黎燦兵2，胡苗2

 

(1.國家電力調(diào)度控制中心,北京市100031 ;2.能源互聯(lián)網(wǎng)智能信息分析與綜合優(yōu)化湖南省重點實驗室(湖南大學) ,長沙市410082)

 

0引言

 

“十二五”以來,我國可再生能原發(fā)電快速發(fā)展，截至2016年底，全國可再生能源發(fā)電裝機容量達5.7億KW，占總電力裝機的34.6%。可再生能源發(fā)電迅猛發(fā)展的同時，其消納矛盾也逐步暴露。據(jù)統(tǒng)計，2016年全國“棄水、棄風、棄光”電量接近1100億千瓦時。當前，我國資源稟賦特性和負荷中心總體上呈現(xiàn)逆向分布格局，風電、光伏裝機主要集中在華北.東北.西北地區(qū)(以下簡稱“三北”地區(qū))，水電裝機主要集中在西南地區(qū),這些區(qū)域常規(guī)機組裝機總量大,具備相當規(guī)模的可再生能源發(fā)電能力,而負荷中心主要集中在東部地區(qū),具有用電需求大.靈活性強的特點。現(xiàn)階段我國特高壓電網(wǎng)建設(shè)高速發(fā)展,已實現(xiàn)除臺灣外的全國聯(lián)網(wǎng),跨區(qū)跨省間輸電能力大為增強,為在更大范圍內(nèi)消納可再生能源發(fā)電提供了客觀的物理條件”2。

 

在利用市場手段促進可再生能源消納方面,文獻[3-5]引入需求側(cè)響應(yīng)機制,倡導(dǎo)在用戶側(cè)實現(xiàn)電能替代，主動響應(yīng)新能源出力變化。文獻[6]分析 了負荷側(cè)的高載能企業(yè)的調(diào)控持性,提出高載能企業(yè)的“荷-網(wǎng)_源”協(xié)調(diào)控制,有效增加可再生能源消納的能力。文獻[7]構(gòu)建了面向需求側(cè)資源業(yè)主,電網(wǎng)企業(yè)和發(fā)電企業(yè)3個市場主體,涉及長期規(guī)劃、短期運行和需求側(cè)資源對于促進可再生能源并網(wǎng)消納貢獻度評價的"三橫三縱”模式,動態(tài)調(diào)整需求側(cè)資源在低碳電力系統(tǒng)規(guī)劃和運行中的應(yīng)用情況。文獻[8]利用多代理建模技術(shù)構(gòu)建了分布式可再生能源交易市場信息流和能量流的互動框架,設(shè)計了各參與主體交易信息的市場交互機制,有助于運營代理商優(yōu)化報價策略,激勵多方自主參與。文獻[9]將風速作為市場價格的工具變量，并預(yù)測了歐洲電力交易所日前市場中需求價格彈性。文獻[ 10]分析了英國可再生能源電能交易機制.指出可再生能源也是采取雙邊交易方式,在結(jié)算時能獲得政府補貼。

 

在研究調(diào)峰輔助服務(wù)市場補償機制方面，文獻[11]研究了東北地區(qū)電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場的規(guī)則設(shè)計與運行實踐,建議采用經(jīng)濟杠桿和市場手段來調(diào)動火電企業(yè)調(diào)峰的積極性。文獻[12]提出成本加收益的兩部制調(diào)峰輔助服務(wù)經(jīng)濟補償機制,引導(dǎo)調(diào)峰輔助服務(wù)逐步市場化,以利于調(diào)動機組調(diào)峰的積極性。文獻[13]根據(jù)中國電力系統(tǒng)特性提出電力市場輔助服務(wù)補償機制設(shè)計原則,保障新能源發(fā)電消納時電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。文獻[ 14]對區(qū)域電力市場輔助服務(wù)補償機制進行實用化研究,建立了有償調(diào)峰棄水電量無功調(diào)節(jié)服務(wù)損失電量補償機制的數(shù)學模型。文獻[15]在市場環(huán)境下探討了南方區(qū)域電網(wǎng)的輔助服務(wù)市場化交易機制,并建立了綜合經(jīng)濟性.可靠性與排放因素的多目標備用競價模型。文獻[ 16]研究了丹麥風電調(diào)峰調(diào)頻機制,指出其成功實現(xiàn)穿透率世界第--的關(guān)鍵在于具備自由競爭的電力市場機制和完善的平衡市場等因素。文獻[17] 研究美英等西方國家調(diào)峰市場機制，發(fā)現(xiàn)市場電價以峰谷電價差的形式體現(xiàn)了調(diào)峰的供求關(guān)系,能充分激勵發(fā)電企業(yè)參與調(diào)峰。

 

在促進清潔能源跨區(qū)跨省消納的電價機制與新能源配額制度方面，文獻[ 18-20]基于發(fā)電權(quán)交易的清潔能源跨省消納與交易機制的研究,分析了電力外送的交易模式。文獻[21-23]研究 了國際電力市場清潔能源交易規(guī)則,詳細地分析電價機制,完善了懲罰機制以及競標機制,有助于構(gòu)建合理有序、公平競爭的全國統(tǒng)- -電力市場。

 

上述的研究探索為促進我國可再生能源消納作出了貢獻,但可再生能源消納應(yīng)更充分考慮時間尺度因素。由于可再生能源隨機性較強,出力波動在長時間尺度上難以預(yù)測,不適合在較長的時間尺度上安排跨省區(qū)交易計劃,只能在日前或者實時的時間尺度上組織交易。在這種短時間尺度上,交易計劃不宜由多部門協(xié)調(diào),只宜由調(diào)度機構(gòu)統(tǒng)-組織交易和執(zhí)行。針對新能源發(fā)電過程中存在的送電瓶頸,以及能源產(chǎn)地與用電荷載之間的逆向分布態(tài)勢,考慮到我國電源、電網(wǎng)、負荷的客觀規(guī)律,本文基于現(xiàn)貨市場的- -般原理,利用跨區(qū)輸電通道的富余輸送能力發(fā)揮跨區(qū)電網(wǎng)資源配置能力,充分調(diào)用全網(wǎng)資源消納可再生能源發(fā)電,減少“三奔”電量。針對短時間尺度組織的交易，本文設(shè)計跨區(qū)域省間可再生能源增量現(xiàn)貨市場(以下簡稱跨區(qū)域現(xiàn)貨市場)規(guī)則和技術(shù)支持體系，并已獲得國家發(fā)改委、國家能源局等部委批復(fù)。

 

1市場整體設(shè)計

 

由于可再生能源發(fā)電出力的可預(yù)測性較低，會出現(xiàn)實際發(fā)電能力超出預(yù)測值的情況。此時,省內(nèi)調(diào)控機構(gòu)將組織調(diào)整調(diào)度計劃,盡量消納超出預(yù)測值的發(fā)電量,但受限于本地的消納空間,本省可能無法完全消納。增量即指本省無法消納的可再生能源發(fā)電量。在這種背景下,組織跨省跨區(qū)增量現(xiàn)貨交易,減少棄風棄水棄光量。

 

跨區(qū)域現(xiàn)貨市場定位于將送端省份富余可再生能源通過跨區(qū)通道外送消納,交易結(jié)構(gòu)如圖1所示。送端省調(diào)負責組織省內(nèi)可再生能源發(fā)電企業(yè)申報，并在匯總申報信息后向國家電力調(diào)度控制中心(簡稱國調(diào)中心)進行售電申報;受端省級電網(wǎng)公司.售電公司、大用戶等向國調(diào)中心進行購電申報,由國調(diào)中心統(tǒng)組織市場出清,并向相關(guān)送、受端發(fā)布信息。

 

在跨省區(qū)增量現(xiàn)貨交易市場中,送省可以減少棄風棄水和棄光量;因增量現(xiàn)貨交易的成交價格- -般低F標桿電價.受端省可獲得更優(yōu)惠的電力電量供應(yīng)。

 

1.1市場組織方式

 

現(xiàn)有各電力市場均由電力交易機構(gòu)組織,本文設(shè)計的現(xiàn)貨市場交易也建議由調(diào)度機構(gòu)組織。主要原因是在跨省區(qū)可再生能源交易市場中,棄風棄水棄光量設(shè)定、交易計劃編制、安全校核、生產(chǎn)實施4個環(huán)節(jié)中,除了交易計劃編制可以由交易機構(gòu)組織外,其他3個環(huán)節(jié)必須由調(diào)度機構(gòu)組織。并且,若由交易機構(gòu)編制交易計劃,須在交易機構(gòu)和調(diào)度機構(gòu)之間開展復(fù)雜.緊密的協(xié)作。考慮到可再生能源出力的不確定性,避免棄風、棄水.棄光的措施須在較短時間內(nèi)完成(幾分鐘至幾小時)。若在這么短的時間尺度上安排交易中心和調(diào)度中心協(xié)調(diào),難免出現(xiàn)市場組織效率下降的情況，影響可再生能源的消納。

 

在本文設(shè)計的市場中,國調(diào)中心負責跨省區(qū)現(xiàn)貨市場的統(tǒng)-組織;送端省調(diào)度機構(gòu)負責省內(nèi)發(fā)電企業(yè)報價的接收、匯總和上報,以及按照市場規(guī)則將交易結(jié)果進一步出清至電廠;受端省調(diào)度部門負責省內(nèi)購電的申報。

 

1.2市場交易品種

 

為充分保障可再生能源發(fā)電企業(yè)利益.跨區(qū)域現(xiàn)貨市場的交易電量定位為送端省份可再生能源發(fā)電的富余部分，即考慮各類中長期外送計劃和交易后，若送電省發(fā)電側(cè).負荷側(cè)調(diào)節(jié)資源已經(jīng)全部用盡,而可再生能源仍有富余發(fā)電能力時,組織開展跨區(qū)域現(xiàn)貨市場交易。

 

1.3 市場主體

 

賣方市場主體為水電、風電和光伏等可再生能源發(fā)電企業(yè);買方主體為省級電網(wǎng)企業(yè)(省級調(diào)度部門負責根據(jù)政府主管部門明確的購電報價策略參與市場報價,或代理省內(nèi)用戶參與市場報價),逐步引人大用戶、售電公司等參與;輸電主體為國家電網(wǎng)公司(包括總部.分部)和各省級電網(wǎng)企業(yè);市場組織機構(gòu)為調(diào)度機構(gòu)。

 

從市場組織方式、市場主體.交易類型以及各種交易方式的主要特點等方面將本文設(shè)計的電力期貨市場交易結(jié)算機制與國外交易機制進行詳細的對比，見表1。

 

 

由表1可以發(fā)現(xiàn)從市場組織方式來看,英國和北歐交易市場均由電力交易機構(gòu)組織;德州和本文設(shè)計的交易市場由獨立系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)組織,采用這種統(tǒng)一的組織方式,避免了調(diào)度機構(gòu)、交易機構(gòu)等多個機構(gòu)之間的復(fù)雜協(xié)調(diào)，能夠有效保證市場交易和生產(chǎn)運行的有效銜接。從交易類型來看,本文主要針對的是可再生能源的增量市場,由于其波動性和不穩(wěn)定性，不適合遠期或者長期的交易方式，因此本文主要采用日前交易與實時交易，且考慮時間尺度的自適應(yīng)性，以獲取最大的社會效益和經(jīng)濟效益。

 

2競價模型

 

2.1目標西數(shù)

 

跨區(qū)域現(xiàn)貨市場的目標函數(shù)是社會福利最大函數(shù)f:

 

(1)輸配電價。

 

跨區(qū)域現(xiàn)貨市場所經(jīng)通道各環(huán)節(jié)輸電價格及線損率參照國家批復(fù)水平執(zhí)行,計人交易成本。