摘要:我國(guó)可再生能源分布與負(fù)荷存在不匹配的現(xiàn)象,可再生能源裝機(jī)容量與市場(chǎng)規(guī)模在地域上的逆向分布造成棄水、棄風(fēng),棄光等矛盾突出。目前我國(guó)已實(shí)現(xiàn)全國(guó)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?xiàng)l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(shí)間尺度上實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，文章設(shè)計(jì)了跨區(qū)域省間可再生能源增量現(xiàn)貨市場(chǎng)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(jì)杠桿和市場(chǎng)手段來(lái)促進(jìn)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(guó)家電力 調(diào)度控制中心開(kāi)展了模擬運(yùn)行 ,實(shí)踐結(jié)果 表明,跨區(qū)域省間可再生能源現(xiàn)貨市場(chǎng)在促進(jìn)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(fēng)棄光.棄水:電力現(xiàn)貨市場(chǎng);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(guó)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(湖南大學(xué)) ,長(zhǎng)沙市410082)

 

0引言

 

“十二五”以來(lái),我國(guó)可再生能原發(fā)電快速發(fā)展，截至2016年底，全國(guó)可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)5.7億KW，占總電力裝機(jī)的34.6%。可再生能源發(fā)電迅猛發(fā)展的同時(shí)，其消納矛盾也逐步暴露。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全國(guó)“棄水、棄風(fēng)、棄光”電量接近1100億千瓦時(shí)。當(dāng)前，我國(guó)資源稟賦特性和負(fù)荷中心總體上呈現(xiàn)逆向分布格局，風(fēng)電、光伏裝機(jī)主要集中在華北.東北.西北地區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“三北”地區(qū))，水電裝機(jī)主要集中在西南地區(qū),這些區(qū)域常規(guī)機(jī)組裝機(jī)總量大,具備相當(dāng)規(guī)模的可再生能源發(fā)電能力,而負(fù)荷中心主要集中在東部地區(qū),具有用電需求大.靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)。現(xiàn)階段我國(guó)特高壓電網(wǎng)建設(shè)高速發(fā)展,已實(shí)現(xiàn)除臺(tái)灣外的全國(guó)聯(lián)網(wǎng),跨區(qū)跨省間輸電能力大為增強(qiáng),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?xiàng)l件”2。

 

在利用市場(chǎng)手段促進(jìn)可再生能源消納方面,文獻(xiàn)[3-5]引入需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制,倡導(dǎo)在用戶側(cè)實(shí)現(xiàn)電能替代，主動(dòng)響應(yīng)新能源出力變化。文獻(xiàn)[6]分析 了負(fù)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(xiàn)[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(gè)市場(chǎng)主體,涉及長(zhǎng)期規(guī)劃、短期運(yùn)行和需求側(cè)資源對(duì)于促進(jìn)可再生能源并網(wǎng)消納貢獻(xiàn)度評(píng)價(jià)的"三橫三縱”模式,動(dòng)態(tài)調(diào)整需求側(cè)資源在低碳電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中的應(yīng)用情況。文獻(xiàn)[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(chǎng)信息流和能量流的互動(dòng)框架,設(shè)計(jì)了各參與主體交易信息的市場(chǎng)交互機(jī)制,有助于運(yùn)營(yíng)代理商優(yōu)化報(bào)價(jià)策略,激勵(lì)多方自主參與。文獻(xiàn)[9]將風(fēng)速作為市場(chǎng)價(jià)格的工具變量，并預(yù)測(cè)了歐洲電力交易所日前市場(chǎng)中需求價(jià)格彈性。文獻(xiàn)[ 10]分析了英國(guó)可再生能源電能交易機(jī)制.指出可再生能源也是采取雙邊交易方式,在結(jié)算時(shí)能獲得政府補(bǔ)貼。

 

在研究調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)補(bǔ)償機(jī)制方面，文獻(xiàn)[11]研究了東北地區(qū)電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)的規(guī)則設(shè)計(jì)與運(yùn)行實(shí)踐,建議采用經(jīng)濟(jì)杠桿和市場(chǎng)手段來(lái)調(diào)動(dòng)火電企業(yè)調(diào)峰的積極性。文獻(xiàn)[12]提出成本加收益的兩部制調(diào)峰輔助服務(wù)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)制,引導(dǎo)調(diào)峰輔助服務(wù)逐步市場(chǎng)化,以利于調(diào)動(dòng)機(jī)組調(diào)峰的積極性。文獻(xiàn)[13]根據(jù)中國(guó)電力系統(tǒng)特性提出電力市場(chǎng)輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制設(shè)計(jì)原則,保障新能源發(fā)電消納時(shí)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[ 14]對(duì)區(qū)域電力市場(chǎng)輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制進(jìn)行實(shí)用化研究,建立了有償調(diào)峰棄水電量無(wú)功調(diào)節(jié)服務(wù)損失電量補(bǔ)償機(jī)制的數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)[15]在市場(chǎng)環(huán)境下探討了南方區(qū)域電網(wǎng)的輔助服務(wù)市場(chǎng)化交易機(jī)制,并建立了綜合經(jīng)濟(jì)性.可靠性與排放因素的多目標(biāo)備用競(jìng)價(jià)模型。文獻(xiàn)[ 16]研究了丹麥風(fēng)電調(diào)峰調(diào)頻機(jī)制,指出其成功實(shí)現(xiàn)穿透率世界第--的關(guān)鍵在于具備自由競(jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)機(jī)制和完善的平衡市場(chǎng)等因素。文獻(xiàn)[17] 研究美英等西方國(guó)家調(diào)峰市場(chǎng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)電價(jià)以峰谷電價(jià)差的形式體現(xiàn)了調(diào)峰的供求關(guān)系,能充分激勵(lì)發(fā)電企業(yè)參與調(diào)峰。

 

在促進(jìn)清潔能源跨區(qū)跨省消納的電價(jià)機(jī)制與新能源配額制度方面，文獻(xiàn)[ 18-20]基于發(fā)電權(quán)交易的清潔能源跨省消納與交易機(jī)制的研究,分析了電力外送的交易模式。文獻(xiàn)[21-23]研究 了國(guó)際電力市場(chǎng)清潔能源交易規(guī)則,詳細(xì)地分析電價(jià)機(jī)制,完善了懲罰機(jī)制以及競(jìng)標(biāo)機(jī)制,有助于構(gòu)建合理有序、公平競(jìng)爭(zhēng)的全國(guó)統(tǒng)- -電力市場(chǎng)。

 

上述的研究探索為促進(jìn)我國(guó)可再生能源消納作出了貢獻(xiàn),但可再生能源消納應(yīng)更充分考慮時(shí)間尺度因素。由于可再生能源隨機(jī)性較強(qiáng),出力波動(dòng)在長(zhǎng)時(shí)間尺度上難以預(yù)測(cè),不適合在較長(zhǎng)的時(shí)間尺度上安排跨省區(qū)交易計(jì)劃,只能在日前或者實(shí)時(shí)的時(shí)間尺度上組織交易。在這種短時(shí)間尺度上,交易計(jì)劃不宜由多部門(mén)協(xié)調(diào),只宜由調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)-組織交易和執(zhí)行。針對(duì)新能源發(fā)電過(guò)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(shì),考慮到我國(guó)電源、電網(wǎng)、負(fù)荷的客觀規(guī)律,本文基于現(xiàn)貨市場(chǎng)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(duì)短時(shí)間尺度組織的交易，本文設(shè)計(jì)跨區(qū)域省間可再生能源增量現(xiàn)貨市場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱跨區(qū)域現(xiàn)貨市場(chǎng))規(guī)則和技術(shù)支持體系，并已獲得國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局等部委批復(fù)。

 

1市場(chǎng)整體設(shè)計(jì)

 

由于可再生能源發(fā)電出力的可預(yù)測(cè)性較低，會(huì)出現(xiàn)實(shí)際發(fā)電能力超出預(yù)測(cè)值的情況。此時(shí),省內(nèi)調(diào)控機(jī)構(gòu)將組織調(diào)整調(diào)度計(jì)劃,盡量消納超出預(yù)測(cè)值的發(fā)電量,但受限于本地的消納空間,本省可能無(wú)法完全消納。增量即指本省無(wú)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(fēng)棄水棄光量。

 

跨區(qū)域現(xiàn)貨市場(chǎng)定位于將送端省份富余可再生能源通過(guò)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(fù)責(zé)組織省內(nèi)可再生能源發(fā)電企業(yè)申報(bào)，并在匯總申報(bào)信息后向國(guó)家電力調(diào)度控制中心(簡(jiǎn)稱國(guó)調(diào)中心)進(jìn)行售電申報(bào);受端省級(jí)電網(wǎng)公司.售電公司、大用戶等向國(guó)調(diào)中心進(jìn)行購(gòu)電申報(bào),由國(guó)調(diào)中心統(tǒng)組織市場(chǎng)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(chǎng)中,送省可以減少棄風(fēng)棄水和棄光量;因增量現(xiàn)貨交易的成交價(jià)格- -般低F標(biāo)桿電價(jià).受端省可獲得更優(yōu)惠的電力電量供應(yīng)。

 

1.1市場(chǎng)組織方式

 

現(xiàn)有各電力市場(chǎng)均由電力交易機(jī)構(gòu)組織,本文設(shè)計(jì)的現(xiàn)貨市場(chǎng)交易也建議由調(diào)度機(jī)構(gòu)組織。主要原因是在跨省區(qū)可再生能源交易市場(chǎng)中,棄風(fēng)棄水棄光量設(shè)定、交易計(jì)劃編制、安全校核、生產(chǎn)實(shí)施4個(gè)環(huán)節(jié)中,除了交易計(jì)劃編制可以由交易機(jī)構(gòu)組織外,其他3個(gè)環(huán)節(jié)必須由調(diào)度機(jī)構(gòu)組織。并且,若由交易機(jī)構(gòu)編制交易計(jì)劃,須在交易機(jī)構(gòu)和調(diào)度機(jī)構(gòu)之間開(kāi)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(fēng)、棄水.棄光的措施須在較短時(shí)間內(nèi)完成(幾分鐘至幾小時(shí))。若在這么短的時(shí)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(chǎng)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(jì)的市場(chǎng)中,國(guó)調(diào)中心負(fù)責(zé)跨省區(qū)現(xiàn)貨市場(chǎng)的統(tǒng)-組織;送端省調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)省內(nèi)發(fā)電企業(yè)報(bào)價(jià)的接收、匯總和上報(bào),以及按照市場(chǎng)規(guī)則將交易結(jié)果進(jìn)一步出清至電廠;受端省調(diào)度部門(mén)負(fù)責(zé)省內(nèi)購(gòu)電的申報(bào)。

 

1.2市場(chǎng)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(chǎng)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(lèi)中長(zhǎng)期外送計(jì)劃和交易后，若送電省發(fā)電側(cè).負(fù)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(shí),組織開(kāi)展跨區(qū)域現(xiàn)貨市場(chǎng)交易。

 

1.3 市場(chǎng)主體

 

賣(mài)方市場(chǎng)主體為水電、風(fēng)電和光伏等可再生能源發(fā)電企業(yè);買(mǎi)方主體為省級(jí)電網(wǎng)企業(yè)(省級(jí)調(diào)度部門(mén)負(fù)責(zé)根據(jù)政府主管部門(mén)明確的購(gòu)電報(bào)價(jià)策略參與市場(chǎng)報(bào)價(jià),或代理省內(nèi)用戶參與市場(chǎng)報(bào)價(jià)),逐步引人大用戶、售電公司等參與;輸電主體為國(guó)家電網(wǎng)公司(包括總部.分部)和各省級(jí)電網(wǎng)企業(yè);市場(chǎng)組織機(jī)構(gòu)為調(diào)度機(jī)構(gòu)。

 

從市場(chǎng)組織方式、市場(chǎng)主體.交易類(lèi)型以及各種交易方式的主要特點(diǎn)等方面將本文設(shè)計(jì)的電力期貨市場(chǎng)交易結(jié)算機(jī)制與國(guó)外交易機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比，見(jiàn)表1。

 

 

由表1可以發(fā)現(xiàn)從市場(chǎng)組織方式來(lái)看,英國(guó)和北歐交易市場(chǎng)均由電力交易機(jī)構(gòu)組織;德州和本文設(shè)計(jì)的交易市場(chǎng)由獨(dú)立系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)組織,采用這種統(tǒng)一的組織方式,避免了調(diào)度機(jī)構(gòu)、交易機(jī)構(gòu)等多個(gè)機(jī)構(gòu)之間的復(fù)雜協(xié)調(diào)，能夠有效保證市場(chǎng)交易和生產(chǎn)運(yùn)行的有效銜接。從交易類(lèi)型來(lái)看,本文主要針對(duì)的是可再生能源的增量市場(chǎng),由于其波動(dòng)性和不穩(wěn)定性，不適合遠(yuǎn)期或者長(zhǎng)期的交易方式，因此本文主要采用日前交易與實(shí)時(shí)交易，且考慮時(shí)間尺度的自適應(yīng)性，以獲取最大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

 

2競(jìng)價(jià)模型

 

2.1目標(biāo)西數(shù)

 

跨區(qū)域現(xiàn)貨市場(chǎng)的目標(biāo)函數(shù)是社會(huì)福利最大函數(shù)f:

 

(1)輸配電價(jià)。

 

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