3. 國(guó)外新能源消納出現(xiàn)的問題及解決策略
3.1 電力市場(chǎng)中新能源消納出現(xiàn)的問題
(1)電量市場(chǎng)
一是由于新能源發(fā)電的邊際成本低，甚至可以負(fù)電價(jià)報(bào)價(jià)，大規(guī)模新能源參與市場(chǎng)將降低電力市場(chǎng)的出清價(jià)。極端情況下，市場(chǎng)出清價(jià)甚至為零或者負(fù)值。這將影響靠電量市場(chǎng)收益的火電電源獲益。同時(shí)，由于新能源發(fā)電依靠其較低的邊際成本總能排到發(fā)電序列的前面而優(yōu)先發(fā)電，其也會(huì)減少火電的電量計(jì)劃，從而影響火電獲益。
以德國(guó)為例，可再生能源大規(guī)模發(fā)電使得電力批發(fā)市場(chǎng)價(jià)格大幅下跌，常規(guī)電源處于微利甚至虧損狀態(tài)，未來投資意愿降低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，德國(guó)峰值負(fù)荷時(shí)的電價(jià)已經(jīng)由 2008 年的 80 歐元 /MWh 降至 2013 年的 38 歐元 /MWh。由于德國(guó)電力市場(chǎng)為單一電量市場(chǎng)，市場(chǎng)電價(jià)降低對(duì)傳統(tǒng)電源盈利能力造成較大負(fù)面影響。德國(guó)的大型發(fā)電企業(yè)一般以經(jīng)營(yíng)煤電、核電、天然氣發(fā)電等傳統(tǒng)電源發(fā)電項(xiàng)目為主。 2013 年，德國(guó)能源巨頭 RWE 公司損失 28 億歐元。目前，許多傳統(tǒng)發(fā)電廠已經(jīng)向德國(guó)聯(lián)邦網(wǎng)監(jiān)局申請(qǐng)關(guān)停。
二是新能源發(fā)電會(huì)使市場(chǎng)出清價(jià)波動(dòng)性更強(qiáng)，而且，由于新能源發(fā)電出力的不確定性，新能源發(fā)電還將使日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)的出清價(jià)差異變大，從而對(duì)火電等市場(chǎng)參與者造成更大的收益不確定性。
(2)輔助服務(wù)市場(chǎng)
一是由于新能源發(fā)電的波動(dòng)性和不確定性，增加系統(tǒng)運(yùn)行備用的需求。二是系統(tǒng)備用需求隨時(shí)間不同，且日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)的備用需求不同，從而增加市場(chǎng)參與者備用需求和價(jià)格的不確定性。三是大規(guī)模新能源發(fā)電替代系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)和有頻率響應(yīng)的發(fā)電廠，如果沒有增加新能源發(fā)電頻率響應(yīng)的措施，新能源發(fā)電將增加市場(chǎng)保障充足頻率響應(yīng)的需求。四是由于發(fā)電組合、輸電約束、爬坡約束等因素導(dǎo)致由新能源發(fā)電的波動(dòng)性和不確定性造成的系統(tǒng)輔助服務(wù)需求無法滿足時(shí)，新能源發(fā)電將造成極端事件發(fā)生的概率增加，如更多的價(jià)格波動(dòng)，從而造成用戶用電成本的增加和發(fā)電機(jī)的不合理高收益。五是新能源發(fā)電增加系統(tǒng)靈活性需求，如果電量市場(chǎng)中對(duì)靈活性激勵(lì)不足，則需要增加輔助服務(wù)市場(chǎng)中的系統(tǒng)靈活性激勵(lì)。
(3)容量市場(chǎng)
一是增加火電機(jī)組從容量市場(chǎng)獲益的需求。市場(chǎng)出清價(jià)格和傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電量的減少將減少火電機(jī)組從電量市場(chǎng)的獲益。如果系統(tǒng)仍然需要這部分發(fā)電資源短時(shí)發(fā)揮作用，并用于保障系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠性，這些資源就更加傾向于基于容量獲益，而非基于電量獲益，從而就可能需要依賴容量市場(chǎng)或電量市場(chǎng)外的其他收益在市場(chǎng)中存活。
二是對(duì)容量市場(chǎng)設(shè)計(jì)提出新的需求。新能源發(fā)電需要更多的靈活性資源保障資源的充裕性，而現(xiàn)有的不太靈活的火電機(jī)組可能需要通過技改等措施增加其靈活性，可能需要容量市場(chǎng)提供足夠的激勵(lì)讓這些機(jī)組實(shí)施技改等措施。
3.2 適應(yīng)大規(guī)模新能源消納的解決策略
一是采用抬高電量市場(chǎng)允許競(jìng)標(biāo)價(jià)、給予補(bǔ)全支付等機(jī)制，保證常規(guī)電源在電量市場(chǎng)上的盈利。 ERCOT 是單一電量市場(chǎng)，為解決大規(guī)模新能源發(fā)電對(duì)電量市場(chǎng)價(jià)格的影響， ERCOT 的主要做法包括：逐步提高發(fā)電報(bào)價(jià)上限，從而提高系統(tǒng)資源稀缺時(shí)段的電量?jī)r(jià)格，增加提供相應(yīng)服務(wù)的發(fā) 電 盈 利。 2013 年 7 月， ERCOT 的 發(fā) 電 報(bào) 價(jià) 上限 為 5000 美 元 /MWh， 2014 年 6 月 調(diào) 整 至 7000美元 /MWh， 2015 年 6 月再次調(diào)高至 9000 美元 /MWh。另外，在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中加入運(yùn)行備用需求曲線，將影響系統(tǒng)可靠性的備用需求反映到電量市場(chǎng)價(jià)格中。 ERCOT 根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行備用容量與需求備用容量的差異計(jì)算一個(gè)額外的價(jià)格，作為溢價(jià)加到市場(chǎng)出清價(jià)的基礎(chǔ)上，作為發(fā)電機(jī)組的額外收益。此外，美國(guó)一些 ISO 還引入補(bǔ)全支付(make-whole payment)機(jī)制，補(bǔ)償發(fā)電提供商的市場(chǎng)收入不足以彌補(bǔ)其成本的差異，保障發(fā)電商參與市場(chǎng)時(shí)按照市場(chǎng)運(yùn)行人員指令運(yùn)行不會(huì)造成收入損失。
二是完善風(fēng)電功率預(yù)測(cè)機(jī)制，加強(qiáng)風(fēng)電出力偏差考核，降低市場(chǎng)實(shí)時(shí)平衡壓力。建立風(fēng)電功率考核機(jī)制。西班牙電力法規(guī)定，西班牙風(fēng)電企業(yè)有義務(wù)提前將風(fēng)電上網(wǎng)電力通報(bào)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)企業(yè)，如果預(yù)測(cè)不準(zhǔn)，風(fēng)電場(chǎng)要向電網(wǎng)繳納罰款。對(duì)于常規(guī)能源發(fā)電企業(yè)，如果實(shí)際的上網(wǎng)電量與預(yù)測(cè)的發(fā)電量相差超過 5%，則發(fā)電企業(yè)需要向電力庫(kù)支付超過上網(wǎng)電價(jià)數(shù)額的罰款，相差比例越高，罰款的倍數(shù)越大。但對(duì)于風(fēng)電，考慮其發(fā)電量預(yù)測(cè)的難度，規(guī)定只有當(dāng)相差比例超過 20% 時(shí)，才需要支付罰款，并且罰款的額度與常規(guī)電力企業(yè)超過 5% 需支付的罰款額度相當(dāng)。風(fēng)電預(yù)測(cè)和實(shí)際所發(fā)電力相差比例越高，則罰款倍數(shù)則加大。同時(shí)引入爬坡預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)信息。除新能源發(fā)電出力預(yù)測(cè)外， ERCOT 還引入了單獨(dú)的爬坡預(yù)測(cè)，稱為 ERCOT 大幅爬坡預(yù)警系統(tǒng)(ELRAS)，以預(yù)測(cè)某一幅度和持續(xù)時(shí)間的概率爬坡事件。 ELRAS 生成未來 6h 的 15min 地區(qū)級(jí)和系統(tǒng)級(jí)預(yù)測(cè)。目前，ELRAS 爬坡預(yù)測(cè)僅用于 ERCOT 運(yùn)行人員的情景提示。在系統(tǒng)實(shí)時(shí)不平衡結(jié)算中，強(qiáng)化對(duì)風(fēng)電出力的考核。 ERCOT 對(duì)風(fēng)電出力超過其指定經(jīng)濟(jì)調(diào)度值的 10% 時(shí)需要支付懲罰成本。
三是加強(qiáng)風(fēng)電提供輔助服務(wù)管理，增加系統(tǒng)調(diào)峰資源。美國(guó)德克薩斯州電力可靠性委員會(huì)ERCOT 已經(jīng)要求2010 年1 月1 日 后 簽訂標(biāo)準(zhǔn)并網(wǎng)協(xié)議的風(fēng)電需要提供一次頻率響應(yīng)，但目前ERCOT 市場(chǎng)尚不支付提供頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量響應(yīng)的發(fā)電資源。西班牙規(guī)定所有電源必須留有其裝機(jī)容量的1.5% 作為電網(wǎng)一次調(diào)頻備用，可再生能源也需要參與一次調(diào)頻，通常風(fēng)電場(chǎng)都是通過從其他常規(guī)電源處購(gòu)買一次調(diào)頻備用容量來滿足此要求。西班牙電網(wǎng)公司還擁有在系統(tǒng)緊急情況下(系統(tǒng)過頻，線路過載和潛在的系統(tǒng)穩(wěn)定危險(xiǎn)等 )限風(fēng)電出力的權(quán)利，并且這部分電量不給補(bǔ)償。
四是逐步擴(kuò)大市場(chǎng)范圍，在更大范圍中消納新能源。美國(guó)只有區(qū)域電力市場(chǎng)，尚未形成全國(guó)范圍內(nèi)的國(guó)家電力市場(chǎng)，但逐步擴(kuò)大市場(chǎng)范圍已成主要趨勢(shì)。美國(guó)政府已經(jīng)意識(shí)到區(qū)域市場(chǎng)間的協(xié)調(diào)在電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、區(qū)域市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)等方面的重要作用，因而不斷推動(dòng)批發(fā)市場(chǎng)和 RTO 范圍的擴(kuò)大。與此同時(shí)，各區(qū)域電力市場(chǎng)之間也在逐漸加強(qiáng)協(xié)調(diào)與合作。其中西部 ISO 建立了 2 個(gè) RTO 共同解決問題的聯(lián)合運(yùn)行協(xié)議(JOA)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組停運(yùn)協(xié)調(diào)、緊急事故協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)共享等。
4. 對(duì)我國(guó)電改新形勢(shì)下新能源消納的啟示
4.1 完善可再生能源補(bǔ)貼機(jī)制，增強(qiáng)可再生能源參與電力市場(chǎng)的靈活性和積極性
固定上網(wǎng)電價(jià)加全額收購(gòu)，是新能源發(fā)展初期為推動(dòng)新能源快速發(fā)展的有效激勵(lì)政策，但是隨著新能源規(guī)模增大，補(bǔ)貼額度增加以及對(duì)電網(wǎng)影響日益凸顯等情況較為突出，建立基于固定的補(bǔ)貼機(jī)制，是多數(shù)國(guó)家的政策調(diào)整方向。一方面，該機(jī)制有助于增強(qiáng)可再生能源經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力，降低補(bǔ)貼;另一方面，有助于推動(dòng)可再生能源參與市場(chǎng)的積極性，根據(jù)市場(chǎng)供需情況更為靈活的響應(yīng)市場(chǎng)中價(jià)格信號(hào)，促進(jìn)可再生能源消納。我國(guó)局部地區(qū)可再生能源電力已經(jīng)達(dá)到很大的裝機(jī)占比和負(fù)荷占比，電網(wǎng)運(yùn)行矛盾非常突出。同時(shí)，國(guó)家可再生能源補(bǔ)貼缺口日益增大。在我國(guó)新一輪電力體制改革環(huán)境下，適時(shí)完善可再生能源補(bǔ)貼機(jī)制，推動(dòng)可再生能源積極參與電力市場(chǎng)，是我國(guó)可再生能源實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模發(fā)展的必要選擇。
4.2 加快建立現(xiàn)貨市場(chǎng)。完備的現(xiàn)貨市場(chǎng)是國(guó)外電力市場(chǎng)成功運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵
現(xiàn)貨市場(chǎng)主要開展日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)的電能量交易和備用、調(diào)頻等輔助服務(wù)交易，現(xiàn)貨市場(chǎng)所產(chǎn)生的價(jià)格信號(hào)可以為資源優(yōu)化配置、規(guī)劃投資、中長(zhǎng)期電力交易、電力金融市場(chǎng)提供一個(gè)有效 的 量 化 參 考 依 據(jù)。 一 方 面， 現(xiàn) 貨 市 場(chǎng) 是 對(duì) 所形成的中長(zhǎng)期交易計(jì)劃進(jìn)行實(shí)物交割和結(jié)算的重要構(gòu)成。另一方面，大規(guī)模新能源發(fā)電邊際成本低，正是通過現(xiàn)貨市場(chǎng)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的。在現(xiàn)貨市場(chǎng)的作用下，新能源發(fā)電通過低邊際成本自動(dòng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先調(diào)度，并且中長(zhǎng)期交易通過現(xiàn)貨市場(chǎng)交割，同時(shí)通過現(xiàn)貨市場(chǎng)的價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)發(fā)電主動(dòng)調(diào)峰，優(yōu)化統(tǒng)籌全網(wǎng)調(diào)節(jié)資源，有效促進(jìn)新能源電力消納。
4.3 探索建立包含電量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、跨省跨區(qū)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)、跨省區(qū)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)，為新能源電源和常規(guī)電源盈利提供充足的市場(chǎng)選擇與空間，促進(jìn)高比例新能源電力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)，一方面通過合理的投資保障機(jī)制，調(diào)動(dòng)各類型電源，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)期的安全可靠運(yùn)行;另一方面，通過運(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)靈活性資源潛力。
