高比例可再生能源參與電力市場(chǎng)綜述

發(fā)布日期：2018-03-30 來源：中國電機(jī)工程學(xué)報(bào) 瀏覽次數(shù)：1331

1、研究背景

可再生能源出力具有較強(qiáng)的不確定性，電力系統(tǒng)中可再生能源比例的提高，不僅需要可靈活調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組的配合，更需要電網(wǎng)及需求側(cè)的主動(dòng)參與，實(shí)現(xiàn)供需兩側(cè)能量、信息、交易的互動(dòng)，而供需互動(dòng)的充分性和合理性是決定能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行效率的關(guān)鍵。健全的電力市場(chǎng)，能夠優(yōu)化配置電力資源，保證市場(chǎng)主體通過公平競(jìng)爭(zhēng)獲利，從而為供需互動(dòng)的開展，能源互聯(lián)網(wǎng)的清潔、高效運(yùn)行提供驅(qū)動(dòng)力和平臺(tái)。2論文重點(diǎn)內(nèi)容

2.1 可再生能源參與下的電力市場(chǎng)表現(xiàn)出的問題

(1)棄風(fēng)、棄光

缺乏與周邊地區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)和交易(如愛爾蘭、西班牙);市場(chǎng)缺乏有效消納分布式資源的機(jī)制。

(2)負(fù)電價(jià)及電價(jià)波動(dòng)性增強(qiáng)

缺乏對(duì)靈活發(fā)、用電資源的調(diào)用機(jī)制、傳統(tǒng)機(jī)組啟停成本較高、可再生能源發(fā)電強(qiáng)制上網(wǎng)或存在補(bǔ)貼，電力市場(chǎng)運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)負(fù)電價(jià);電價(jià)波動(dòng)性因大規(guī)?？稍偕茉吹膮⑴c而增強(qiáng)，市場(chǎng)中的金融風(fēng)險(xiǎn)增加。

(3)價(jià)格信號(hào)低效

交易窗口過于單一，日前市場(chǎng)往往在交易日來臨前數(shù)小時(shí)就已關(guān)閉，雖然一些地區(qū)(如西班牙、德國、荷蘭、北歐)開展了日內(nèi)市場(chǎng)，但流動(dòng)性依然較低;市場(chǎng)缺乏激勵(lì)預(yù)測(cè)信息及時(shí)披露的機(jī)制，靈活配置資源能力不足。

(4)可再生能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較弱

無法在市場(chǎng)中準(zhǔn)確申報(bào)電量信息，因而可能承受懲罰;不可控性又制約了在多時(shí)間尺度市場(chǎng)中策略性競(jìng)價(jià)的能力。

(5)平衡可再生能源成本較高

全球電力市場(chǎng)運(yùn)行中，風(fēng)電使系統(tǒng)平衡成本平均增加2~3EUR/(MW?h);目前的輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則主要基于傳統(tǒng)機(jī)組制定，可再生能源參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的限制條件較多。

2.2 現(xiàn)有可再生能源并網(wǎng)激勵(lì)政策及交易模式

(1)并網(wǎng)激勵(lì)政策

政治：從國家或地區(qū)層面提出可再生能源發(fā)展目標(biāo)，監(jiān)督市場(chǎng)規(guī)范運(yùn)行及保證能源供應(yīng)安全。

金融：設(shè)立支持可再生能源產(chǎn)業(yè)投資的基金及低息貸款，并減少對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電形式的支持力度。金融政策激勵(lì)也對(duì)技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生重要作用。

財(cái)政：環(huán)境稅的征收和可再生能源投資相關(guān)的稅收優(yōu)惠。通常，相應(yīng)的部分稅收用于支持可再生能源的發(fā)展。

環(huán)境：碳排放市場(chǎng)和氣候基金的設(shè)立。

(2)交易模式

雙邊交易：價(jià)格與集中競(jìng)價(jià)出清價(jià)相關(guān)，增強(qiáng)了可再生能源交易的靈活性，但因缺少直接的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)節(jié)，難以獲得最低的購電價(jià)格;大規(guī)模的雙邊交易可能降低系統(tǒng)調(diào)度的效率，增加對(duì)輔助服務(wù)的需求。

集中競(jìng)價(jià)：各國市場(chǎng)中可再生能源參與日前市場(chǎng)、實(shí)時(shí)市場(chǎng)、提供輔助服務(wù)、不平衡電量結(jié)算、預(yù)測(cè)成本分?jǐn)偟葐栴}見本文中參考文獻(xiàn)。

2.3 可再生能源參與電力市場(chǎng)的特殊問題

(1)成本特性

可再生能源發(fā)電機(jī)組固定成本較高而邊際生產(chǎn)成本很低。以丹麥陸上大型風(fēng)電場(chǎng)的平均數(shù)據(jù)為例，投資建設(shè)成本為1070000EUR/MW，固定運(yùn)行及維護(hù)成本為25600EUR/MW/Year，而可變成本僅為2.8EUR/ (MW˙h)。

(2)生產(chǎn)特性

可再生能源發(fā)電的生產(chǎn)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的間歇性、波動(dòng)性、隨機(jī)性、不可控性(可減出力但不可增出力)、利用小時(shí)數(shù)低等特征，商業(yè)應(yīng)用最為成熟的風(fēng)電還往往具有反調(diào)峰特性。

(3)出力描述的概率性

可再生能源發(fā)電出力無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，通常以概率的方法描述，且隨著(交易)時(shí)間的臨近，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度逐漸提高。因而，可再生能源發(fā)電出力的描述涉及多時(shí)空維度的信息，應(yīng)設(shè)計(jì)合理的市場(chǎng)機(jī)制促進(jìn)信息的及時(shí)披露。

(4)電量風(fēng)險(xiǎn)

由于出力預(yù)測(cè)誤差的存在，可再生能源參與電力市場(chǎng)不僅面臨電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)，還面臨較大的電量風(fēng)險(xiǎn)，而現(xiàn)有的方法和工具大多只針對(duì)管理電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)而設(shè)計(jì)。

(5)外部性

可再生能源發(fā)電與傳統(tǒng)能源發(fā)電相比，具有節(jié)能減排的正外部性，以及增加系統(tǒng)平衡和備用成本等負(fù)外部性。

(6)發(fā)電主體多元化

可再生能源的發(fā)展引入了大量的分布式電源，很多傳統(tǒng)電力用戶擁有發(fā)電資源，應(yīng)建立靈活、公平的市場(chǎng)機(jī)制適應(yīng)發(fā)電主體多元化的發(fā)展趨勢(shì)。

2.4 面向高比例可再生能源的電力市場(chǎng)研究現(xiàn)狀

可再生能源的發(fā)展使得發(fā)電主體多元化，發(fā)電主體間博弈行為復(fù)雜化，市場(chǎng)機(jī)制和交易模式多樣化。圖1總結(jié)了面向高比例可再生能源的電力市場(chǎng)的研究內(nèi)容以及與本文章節(jié)的對(duì)應(yīng)情況。

具體內(nèi)容包括：1)可再生能源的參與對(duì)電力市場(chǎng)的影響;2)包含可再生能源的電力市場(chǎng)中市場(chǎng)主體的行為策略;3)適應(yīng)高比例可再生能源的電力市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì);4)提升可再生能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的電力交易產(chǎn)品;5)促進(jìn)分布式可再生能源消納的機(jī)制和算法;6)包含可再生能源的電力市場(chǎng)環(huán)境下的規(guī)劃問題;7)多能源市場(chǎng)的交互。

3、進(jìn)一步研究的關(guān)鍵問題

發(fā)展面向高比例可再生能源的電力市場(chǎng)，以優(yōu)化配置電力資源，對(duì)促進(jìn)可再生能源的充分消納，構(gòu)建高效供需互動(dòng)的能源互聯(lián)網(wǎng)具有重要意義。進(jìn)一步的研究，特別是中國發(fā)展面向高比例可再生能源電力市場(chǎng)應(yīng)重點(diǎn)解決以下問題：

(1)提升可再生能源資源評(píng)估和預(yù)測(cè)技術(shù)。

(2)深入挖掘供需兩側(cè)的靈活性，包括用能靈活性、儲(chǔ)能靈活性、多能轉(zhuǎn)化靈活性、多能源網(wǎng)絡(luò)耦合靈活性。

(3)設(shè)計(jì)適應(yīng)可再生能源發(fā)電特點(diǎn)的市場(chǎng)機(jī)制和交易產(chǎn)品，建立靈活的零售電價(jià)機(jī)制，提升電網(wǎng)互聯(lián)互通交易水平。

(4)完善促進(jìn)信息互動(dòng)機(jī)制，從技術(shù)方面建立通用的通信標(biāo)準(zhǔn)、提升通信可靠性及安全性;在電力市場(chǎng)的設(shè)計(jì)中關(guān)注信息有效性問題，降低信息成本。

(5)開發(fā)分布式算法，應(yīng)對(duì)大規(guī)模系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜性和市場(chǎng)主體隱私性問題。

(6)建立電網(wǎng)的高效運(yùn)營模式，重視電網(wǎng)調(diào)度能力和電力市場(chǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(7)改進(jìn)不確定性下的多能源市場(chǎng)交互機(jī)制，從多能源市場(chǎng)交互角度全面分析不確定性來源，建立恰當(dāng)?shù)牟淮_定性分析模型;探索多能源市場(chǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行模式，以提升市場(chǎng)穩(wěn)定性，為市場(chǎng)主體提供全面的獲利方式和風(fēng)險(xiǎn)管理手段。

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關(guān)鍵詞： 電力市場(chǎng)