摘要:我國可再生能源分布與負荷存在不匹配的現象,可再生能源裝機容量與市場規模在地域上的逆向分布造成棄水、棄風,棄光等矛盾突出。目前我國已實現全國電網互聯,為大范圍內消納可再生能源發電提供了物理條件。為充分利用全網資源,并考慮到可再生能源出力只能在短時間尺度上實現較為準確的預測，文章設計了跨區域省間可再生能源增量現貨市場的交易組織體系交易模型.交易規則和技術支持系統，采用經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。 在此基礎上,國家電力 調度控制中心開展了模擬運行 ,實踐結果 表明,跨區域省間可再生能源現貨市場在促進可再生能源消納等方面取得良好的效果。

 

關鍵詞:可再生能源;棄風棄光.棄水:電力現貨市場;跨省區輸電

 

葛睿1，陳龍翔1，湯俊2，黎燦兵2，胡苗2

 

(1.國家電力調度控制中心,北京市100031 ;2.能源互聯網智能信息分析與綜合優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,我國可再生能原發電快速發展，截至2016年底，全國可再生能源發電裝機容量達5.7億KW，占總電力裝機的34.6%。可再生能源發電迅猛發展的同時，其消納矛盾也逐步暴露。據統計，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(以下簡稱“三北”地區)，水電裝機主要集中在西南地區,這些區域常規機組裝機總量大,具備相當規模的可再生能源發電能力,而負荷中心主要集中在東部地區,具有用電需求大.靈活性強的特點。現階段我國特高壓電網建設高速發展,已實現除臺灣外的全國聯網,跨區跨省間輸電能力大為增強,為在更大范圍內消納可再生能源發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]引入需求側響應機制,倡導在用戶側實現電能替代，主動響應新能源出力變化。文獻[6]分析 了負荷側的高載能企業的調控持性,提出高載能企業的“荷-網_源”協調控制,有效增加可再生能源消納的能力。文獻[7]構建了面向需求側資源業主,電網企業和發電企業3個市場主體,涉及長期規劃、短期運行和需求側資源對于促進可再生能源并網消納貢獻度評價的"三橫三縱”模式,動態調整需求側資源在低碳電力系統規劃和運行中的應用情況。文獻[8]利用多代理建模技術構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,在結算時能獲得政府補貼。

 

在研究調峰輔助服務市場補償機制方面，文獻[11]研究了東北地區電力調峰輔助服務市場的規則設計與運行實踐,建議采用經濟杠桿和市場手段來調動火電企業調峰的積極性。文獻[12]提出成本加收益的兩部制調峰輔助服務經濟補償機制,引導調峰輔助服務逐步市場化,以利于調動機組調峰的積極性。文獻[13]根據中國電力系統特性提出電力市場輔助服務補償機制設計原則,保障新能源發電消納時電力系統運行的穩定性。文獻[ 14]對區域電力市場輔助服務補償機制進行實用化研究,建立了有償調峰棄水電量無功調節服務損失電量補償機制的數學模型。文獻[15]在市場環境下探討了南方區域電網的輔助服務市場化交易機制,并建立了綜合經濟性.可靠性與排放因素的多目標備用競價模型。文獻[ 16]研究了丹麥風電調峰調頻機制,指出其成功實現穿透率世界第--的關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峰市場機制，發現市場電價以峰谷電價差的形式體現了調峰的供求關系,能充分激勵發電企業參與調峰。

 

在促進清潔能源跨區跨省消納的電價機制與新能源配額制度方面，文獻[ 18-20]基于發電權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,有助于構建合理有序、公平競爭的全國統- -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測,不適合在較長的時間尺度上安排跨省區交易計劃,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調,只宜由調度機構統-組織交易和執行。針對新能源發電過程中存在的送電瓶頸,以及能源產地與用電荷載之間的逆向分布態勢,考慮到我國電源、電網、負荷的客觀規律,本文基于現貨市場的- -般原理,利用跨區輸電通道的富余輸送能力發揮跨區電網資源配置能力,充分調用全網資源消納可再生能源發電,減少“三奔”電量。針對短時間尺度組織的交易，本文設計跨區域省間可再生能源增量現貨市場(以下簡稱跨區域現貨市場)規則和技術支持體系，并已獲得國家發改委、國家能源局等部委批復。

 

1市場整體設計

 

由于可再生能源發電出力的可預測性較低，會出現實際發電能力超出預測值的情況。此時,省內調控機構將組織調整調度計劃,盡量消納超出預測值的發電量,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電量。在這種背景下,組織跨省跨區增量現貨交易,減少棄風棄水棄光量。

 

跨區域現貨市場定位于將送端省份富余可再生能源通過跨區通道外送消納,交易結構如圖1所示。送端省調負責組織省內可再生能源發電企業申報，并在匯總申報信息后向國家電力調度控制中心(簡稱國調中心)進行售電申報;受端省級電網公司.售電公司、大用戶等向國調中心進行購電申報,由國調中心統組織市場出清,并向相關送、受端發布信息。

 

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

 

1.1市場組織方式

 

現有各電力市場均由電力交易機構組織,本文設計的現貨市場交易也建議由調度機構組織。主要原因是在跨省區可再生能源交易市場中,棄風棄水棄光量設定、交易計劃編制、安全校核、生產實施4個環節中,除了交易計劃編制可以由交易機構組織外,其他3個環節必須由調度機構組織。并且,若由交易機構編制交易計劃,須在交易機構和調度機構之間開展復雜.緊密的協作。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度中心協調,難免出現市場組織效率下降的情況，影響可再生能源的消納。

 

在本文設計的市場中,國調中心負責跨省區現貨市場的統-組織;送端省調度機構負責省內發電企業報價的接收、匯總和上報,以及按照市場規則將交易結果進一步出清至電廠;受端省調度部門負責省內購電的申報。

 

1.2市場交易品種

 

為充分保障可再生能源發電企業利益.跨區域現貨市場的交易電量定位為送端省份可再生能源發電的富余部分，即考慮各類中長期外送計劃和交易后，若送電省發電側.負荷側調節資源已經全部用盡,而可再生能源仍有富余發電能力時,組織開展跨區域現貨市場交易。

 

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電企業;買方主體為省級電網企業(省級調度部門負責根據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公司(包括總部.分部)和各省級電網企業;市場組織機構為調度機構。

 

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計的電力期貨市場交易結算機制與國外交易機制進行詳細的對比，見表1。

 

 

由表1可以發現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組織;德州和本文設計的交易市場由獨立系統調度機構組織,采用這種統一的組織方式,避免了調度機構、交易機構等多個機構之間的復雜協調，能夠有效保證市場交易和生產運行的有效銜接。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性，以獲取最大的社會效益和經濟效益。

 

2競價模型

 

2.1目標西數

 

跨區域現貨市場的目標函數是社會福利最大函數f:

 

(1)輸配電價。

 

跨區域現貨市場所經通道各環節輸電價格及線損率參照國家批復水平執行,計人交易成本。