世界各國(guó)都在大力鼓勵(lì)可再生能源的發(fā)展，紛紛制定了各種各樣的鼓勵(lì)再生能源發(fā)展的政策，如優(yōu)先入網(wǎng)、優(yōu)先調(diào)度、電價(jià)補(bǔ)貼、固定上網(wǎng)電價(jià)、綠證制度，碳稅政策等。

發(fā)展可再生能源的初衷是減小排放，創(chuàng)造綠色、可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境。但是，這些政策是否能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)還取決于很多因素。

歐洲是可再生能源發(fā)展比較好的地區(qū)，各國(guó)制定了很多鼓勵(lì)可再生能源的政策，但是，一些專家指出，歐洲的一些鼓勵(lì)可再生能源的政策，非但沒有起到減小排放的結(jié)果，可能反而增加了能源系統(tǒng)整體的排放。

電力市場(chǎng)的設(shè)計(jì)中必須考慮可再生能源的影響。傳統(tǒng)電力市場(chǎng)的設(shè)計(jì)沒有考慮高比例間歇性可再生能源的情況，因此導(dǎo)致了一些價(jià)格信號(hào)的扭曲、市場(chǎng)主體之間的不公平競(jìng)爭(zhēng)等問(wèn)題。

本系列文章對(duì)電力市場(chǎng)中應(yīng)對(duì)間歇性可再生能源的方法進(jìn)行討論。

電力市場(chǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，都需要首先考慮改革的目標(biāo)，或者說(shuō)終極目標(biāo)，也就是我們的“初心”。在改革中，相關(guān)的方案、措施要隨著外部、內(nèi)部環(huán)境的變化而變化，評(píng)判的基準(zhǔn)是是否與“終極目標(biāo)”或“初心”一致。

對(duì)可再生能源、低碳等政策來(lái)說(shuō)，終極目標(biāo)是降低碳排放。但實(shí)際上，一些可再生能源政策的初心可能并不是低碳排放，或者至少不僅僅是低碳排放，同時(shí)還夾雜了其他方面的一些目標(biāo)。

對(duì)風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的高額補(bǔ)貼降低了其發(fā)電成本，但間歇性發(fā)電對(duì)系統(tǒng)安全的挑戰(zhàn)和造成的系統(tǒng)成本的增加目前的電力市場(chǎng)中沒有充分考慮。

全球的風(fēng)電裝機(jī)在快速增長(zhǎng)，中美兩國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)已經(jīng)占到全球風(fēng)電裝機(jī)容量的一半以上。

間歇性電源影響電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的兩個(gè)特征為：出力的無(wú)規(guī)律性及不可預(yù)測(cè)性。出力的無(wú)規(guī)律性加上用電需求的變化，導(dǎo)致電力系統(tǒng)需要有更多的爬坡能力以應(yīng)對(duì)波動(dòng);不可預(yù)測(cè)性要求系統(tǒng)儲(chǔ)備額外的爬坡能力以備不時(shí)之需。大多數(shù)時(shí)候，這些額外的爬坡能力并不會(huì)被調(diào)度，這就產(chǎn)生了額外的電網(wǎng)運(yùn)行成本。

以加拿大安大略省一個(gè)月的小時(shí)風(fēng)力發(fā)電量數(shù)據(jù)為例，可以看到風(fēng)力發(fā)電小時(shí)曲線呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律狀態(tài)。這意味著，在進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，無(wú)法利用歷史數(shù)據(jù)。

風(fēng)電預(yù)測(cè)受到了廣大學(xué)者的關(guān)注，研究了很多新的預(yù)測(cè)方法。但是，目前為止，到一個(gè)小時(shí)前的預(yù)測(cè)誤差沒有根本性的改善。

5分鐘前的風(fēng)電出力預(yù)測(cè)可以比較準(zhǔn)確，但時(shí)間太短，調(diào)度員沒有足夠的時(shí)間和手段應(yīng)對(duì)緊急情況。

因此，需要更多的靈活性資源來(lái)保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

在間歇性電源大規(guī)模接入的情況下，電網(wǎng)需要有更多的靈活性以保障安全：必須要用其他快速反應(yīng)電源來(lái)平衡間歇性電源的波動(dòng);必須保證足夠的爬坡度來(lái)抵消間歇性電源預(yù)測(cè)的誤差(包括上調(diào)和下調(diào));電網(wǎng)的阻塞管理更加困難。

對(duì)間歇性電源的補(bǔ)貼制造了與傳統(tǒng)電源之間的不公平競(jìng)爭(zhēng)：

在競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)中，傳統(tǒng)電源通常不享受政府補(bǔ)貼(導(dǎo)致不公平競(jìng)爭(zhēng));

傳統(tǒng)電力市場(chǎng)的定價(jià)機(jī)制沒有考慮到有補(bǔ)貼的電源的大量加入(導(dǎo)致一些經(jīng)濟(jì)信號(hào)的扭曲);

提供靈活性的傳統(tǒng)電源沒有得到合理補(bǔ)貼(缺乏對(duì)提供服務(wù)的市場(chǎng)主體的激勵(lì)——提供服務(wù))，而間歇性電源又可以不負(fù)補(bǔ)貼責(zé)任(將相關(guān)成本社會(huì)化，不區(qū)分責(zé)任主體，缺乏對(duì)使用服務(wù)的市場(chǎng)主體的激勵(lì)——減小需求);

制造了不必要的巨大現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng);

對(duì)間歇性電源的補(bǔ)貼成為一種“傳染病”，導(dǎo)致部分傳統(tǒng)電源也需要補(bǔ)貼才能生存。

傳統(tǒng)上應(yīng)對(duì)間歇性電源的一些方法包括：調(diào)度員人為要求靈活性機(jī)組提前啟動(dòng)或停機(jī)(非完全市場(chǎng)的行為);購(gòu)買更多的自動(dòng)發(fā)電控制;人為調(diào)低對(duì)間歇性電源的預(yù)測(cè)或增加對(duì)需求的預(yù)測(cè)。

這些傳統(tǒng)的方法可以解決系統(tǒng)安全的問(wèn)題，但是不是經(jīng)濟(jì)有效的方法。尤其是當(dāng)間歇性電源的比例大幅增加時(shí)，會(huì)帶來(lái)很多經(jīng)濟(jì)上的問(wèn)題。

成本過(guò)高。調(diào)度員執(zhí)行的非經(jīng)濟(jì)調(diào)度或自動(dòng)發(fā)電控制都是成本較高的調(diào)度方式。

在選擇靈活性機(jī)組時(shí)有很大的隨意性，容易產(chǎn)生腐敗問(wèn)題。

價(jià)格信號(hào)不透明或被扭曲，靈活性機(jī)組沒有得到適當(dāng)補(bǔ)償。

對(duì)間歇性電源，可以采用由調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一預(yù)測(cè)的方式以提高預(yù)測(cè)精度。多個(gè)電力市場(chǎng)采用這種方法。預(yù)測(cè)成本可以由市場(chǎng)通過(guò)一定方式分?jǐn)偝鋈ァ?/p>

傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度中僅考慮單一時(shí)段的優(yōu)化問(wèn)題。可以采用前瞻性優(yōu)化調(diào)度，同時(shí)考慮幾十分鐘或幾個(gè)小時(shí)的較長(zhǎng)一段時(shí)間的系統(tǒng)狀態(tài)。

沒有前瞻性優(yōu)化的情況下，在9:05，電廠A出力為180MW，電廠B出力為零。到9:10，A可以增加出力20MW到200MW，B可以增加出力10MW，總共增加30MW，但負(fù)荷在9:05到9:10之間增加了40MW，一些負(fù)荷無(wú)法滿足，所以啟動(dòng)了市場(chǎng)最高限價(jià)——天花板價(jià)10000￥/MW。

如果有前瞻性優(yōu)化，在9:05時(shí)把電廠A的出力降到170MW，電廠B出力10MW，這樣雖然9:05的發(fā)電成本稍微高了一些，但在9:10所有負(fù)荷都能夠被滿足，系統(tǒng)出清價(jià)為電廠B的報(bào)價(jià)300￥/MW。

對(duì)間歇性電源的高額補(bǔ)貼會(huì)扭曲市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)而對(duì)社會(huì)福利造成損害。加拿大安大略省電力市場(chǎng)中對(duì)間歇性電源設(shè)置地板報(bào)價(jià)限制的做法可以參考。避免或減小了價(jià)格信號(hào)的扭曲。

間歇性可再生能源并不是完全不可控制。可以采用棄風(fēng)/棄光的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)其的調(diào)度。

對(duì)受補(bǔ)貼的可再生能源參與市場(chǎng)的報(bào)價(jià)的控制起到很大的作用。如果沒有限制，可再生能源在現(xiàn)貨市場(chǎng)會(huì)申報(bào)接近其補(bǔ)貼值的負(fù)的價(jià)格。比如，如果補(bǔ)貼是0.5￥/kWh，其原意申報(bào)-0.45￥/kWh的價(jià)格，這樣仍然有0.05￥/kWh的利潤(rùn)。這種情況下，其發(fā)電成本排序經(jīng)常在非常靠左的位置，下調(diào)時(shí)更可能調(diào)度傳統(tǒng)的機(jī)組。如果限制可再生能源的地板價(jià)為-0.03￥/kWh，則這些機(jī)組可能處在邊際機(jī)組的位置，從而被調(diào)度棄風(fēng)/棄光。

跨區(qū)交易如果確定的過(guò)早或周期過(guò)長(zhǎng)，使得跨區(qū)交易無(wú)法即時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)的變化而調(diào)整。傳統(tǒng)上北美跨區(qū)域交易每個(gè)小時(shí)交易/調(diào)度一次。一旦成交，這筆交易在一個(gè)小時(shí)內(nèi)固定不變。從成交到交貨的一個(gè)小時(shí)內(nèi)，系統(tǒng)/市場(chǎng)的情況可能發(fā)生很大的變化，導(dǎo)致市場(chǎng)出清價(jià)與預(yù)期的大不一樣。這一方面使得交易商承受價(jià)格波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，另一方面也造成了社會(huì)福利的損失。

為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以采用更頻發(fā)的跨區(qū)交易的方式。北美已經(jīng)由多個(gè)市場(chǎng)將區(qū)域之間的交易從每小時(shí)一次變?yōu)槭宸昼娨淮危踔猎谔接?分鐘一次(NYISO和魁北克)。

前面提到的前瞻性優(yōu)化調(diào)度可以解決能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的爬坡問(wèn)題。但是，沒法解決不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)帶來(lái)的系統(tǒng)可靠性問(wèn)題。

可以采用增加備用的方式解決。

對(duì)不確定性問(wèn)題，設(shè)定一定的置信區(qū)間，據(jù)此來(lái)確定需要的備用水平。