新能源參與省級現(xiàn)貨市場的模式設(shè)計

在全球能源轉(zhuǎn)型背景下，中國新能源持續(xù)快速建設(shè)，但消納問題也不斷凸顯，傳統(tǒng)的補償模式很難平衡新能源消納中的各方主體訴求，通過市場機制解決市場主體的利益平衡成為各方共識。對省級新能源參與現(xiàn)貨市場的市場設(shè)計進行思考和展望，首先研究了考慮新能源快速增長下的美國PJM電力市場設(shè)計變化與調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，研究了浙江省新能源的現(xiàn)狀、發(fā)展以及未來面臨的消納問題，進而提出了考慮新能源消納分階段模式演化的省級電力市場設(shè)計。最后以浙江省運行數(shù)據(jù)為例，基于目前新能源低占比場景以及未來新能源高占比的假設(shè)場景，對新能源不同市場參與模式的消納情況和收益進行了算例計算和比對分析。根據(jù)新能源與現(xiàn)貨市場的發(fā)展情況，漸進地選取新能源參與現(xiàn)貨市場的模式；3種模式中，新能源以報量報價形式參與市場能夠使社會整體效益最大化。關(guān)鍵詞:新能源；電力現(xiàn)貨市場；市場設(shè)計0引言當(dāng)今世界各國正面臨嚴峻的氣候變化和能源短缺問題，發(fā)展新能源展情景暨路徑研究報告》明確提出到2025年新能源占一次能源比重將達到20%，到2050年新能源發(fā)電量占總發(fā)電量的比例將超過60%。[3-4]但目前中國新能源發(fā)展仍面臨一些問題，一是三北地區(qū)棄風(fēng)棄光的壓力始終較大[1]。二是國家新能源發(fā)展基金來源單一，補貼缺口逐漸擴動性與不確定性增加了系統(tǒng)運行的困難，需要其他類型能源提供輔助[5-8]高比例[9]新能源帶來的可靠性問題，難以滿足市場成員對于公平和效率的訴求。[10]同時，隨著新能源發(fā)電技術(shù)進步以及規(guī)模擴大，發(fā)電成本大幅下降，市場化交易、無補貼發(fā)展逐漸具備條件，深化電力市場改革、通過市場化手段促進新能源的發(fā)展和消納已成為共識。[11-13]目前，不少國家探索與制定了新能源價格補貼政策與相應(yīng)的市場交的國家均采用新能源與常規(guī)電源同等方式參與競爭，并通過政府調(diào)控激于價格的激勵政策，前者主要包括凈電量結(jié)算、新能源配額制及綠色[14-15]面，甘肅、山東均采取了新能源機組的大部分出力以固定出力形式參與國PJM(PJMINT.,L.L.C.)市場中新能源參與情況，以及新能源不斷發(fā)通過算例定量分析對比新能源不同參與方式下的消納效果以及市場出PJM經(jīng)營區(qū)域位于美國東北部，平原為主，人口相對稠密，風(fēng)、光等新能源資源并不豐富。但在政策的推動下，過去10年的風(fēng)電和光伏圖1PJMFigWindandPVcapacityofPJM-2019)[16]數(shù)量還是容量，新能源都占了非常大的比例。rconstructionandplanningofPJM能源裝機容量占比的目標。受政治、地緣、經(jīng)濟等因素影響，各州目標差異比較大，但總體趨勢也體現(xiàn)在每年新增和未來計劃中。1.3電力市場與新能源1.3.1市場參與參與競價的機組主要分為接受調(diào)度指令的報價機組和自計劃機組，計劃機組的自計劃容量或自計劃時段以固定出力形式參與市場。如表2限可以在日前出清后到實時1h前根據(jù)更新預(yù)測調(diào)整。風(fēng)、光報價曲線和其他類型機組基本一致，由于變動成本接近0，這些曲線都有極低的PJM]Table1NewenergygoalsofPJMstates[16]%Table2Unitstypesandbiddingdistributionindayaheadmarket[17]%分布[17]Table3Typesandbiddingdistributionofself-schedulingunitsandself-schedulingunitsparticipatinginquotation[17]%目前，風(fēng)、光發(fā)電基本不參與輔助服務(wù)，但近年來儲能和風(fēng)光發(fā)電1.3.2市場出清放市場意味著機組之間的競爭是全方位的，從燃料到運行成本，從效率來的損失。這些對新能源發(fā)電提出更高的預(yù)測精度和控制性能要求，同變提供了機會。水平很低的凌晨。1.3.3成本補償對于風(fēng)、光發(fā)電來說，成本補償主要由系統(tǒng)安全運行導(dǎo)致減出力引表4實時市場的邊際機組分類(2015-2019)[17]Table4Marginalunitsclassificationforreal-timemarkets(2015-2019)[17]%表5日前市場的邊際機組分類(2011-2019)[17]Table5Marginalunitsclassificationofday-aheadmarket(2011-2019)[17]%Table6PJMunitcostcompensation[17]1.3.4分析總結(jié)入的復(fù)雜流程，建立一套簡單透明的規(guī)劃接入機制；②現(xiàn)貨市場對風(fēng)、光發(fā)電的準入放開；③機組可以利用地域的多樣性充分競爭。引光等新能源消納提供了更為適合的場景。能源機組均有一定的要求限制和門檻，儲能技術(shù)的逐步成熟也對未來的聯(lián)合參與提供了必要基礎(chǔ)。2浙江新能源發(fā)展和消納現(xiàn)狀2.1浙江新能源發(fā)展現(xiàn)狀在國家和浙江省相關(guān)政策的大力扶持下，浙江省光伏發(fā)電開發(fā)應(yīng)用10.8%。預(yù)計2020年浙江新增風(fēng)電裝機0.34GW，新增光伏裝機1.752.2浙江新能源消納現(xiàn)狀浙江光伏以分布式為主，統(tǒng)調(diào)口徑風(fēng)、光機組裝機容量占比僅為正負備用，占用了大量優(yōu)質(zhì)調(diào)峰資源，春節(jié)和國慶等法定節(jié)假日期間，在光伏發(fā)電的影響下，負荷呈現(xiàn)典型的“鴨子曲線”特點，電網(wǎng)調(diào)峰問題非常突出。另一方面，分布式光伏在主網(wǎng)側(cè)沒有建模，實際效果體現(xiàn)至目前，浙江未出現(xiàn)過風(fēng)電、光伏棄發(fā)。表7浙江與PJM的新能源市場參與對比TableComparisonofnewenergymarketparticipationinZhejiangandPJM3考慮新能源消納的省級電力市場設(shè)計3.1新能源參與現(xiàn)貨市場的漸進式市場模式設(shè)計3.1.1現(xiàn)貨市場初期延續(xù)現(xiàn)有新能源消納模式在省級現(xiàn)貨市場發(fā)展初期，新能源依然延續(xù)現(xiàn)有市場參與及消納模場。全額消納收購新能源電量，采用標桿上網(wǎng)電價結(jié)算，在上網(wǎng)電價基礎(chǔ)上獲得一定的政府補貼。新能源發(fā)電企業(yè)的輔助服務(wù)部分仍基于“兩測出力曲線，實現(xiàn)新能源的保障性收購機制與現(xiàn)貨市場并行開展。3.1.2新能源以報量不報價形式參與現(xiàn)貨市場的模式新能源發(fā)電企業(yè)采用報量不報價的形式(即固定出力并且接受市場價格的形式)參與電力現(xiàn)貨市場，以差價合約的形式參與中長期市場，3.1.3新能源以報量報價形式參與現(xiàn)貨市場的模式隨著光伏風(fēng)電的規(guī)模擴大、設(shè)備及技術(shù)進步，以及稅收政策的進一步向好，光伏、風(fēng)電逐步實現(xiàn)平價上網(wǎng)，新能源發(fā)電企業(yè)采用報量報價的形式，與其他電源同等參與市場競價、市場出清及調(diào)度運行，以差價3.2新能源參與現(xiàn)貨市場的配套機制3.2.1建立市場外政府扶持體系將市場運營與政府調(diào)控嚴格區(qū)分，相互配合建立融合市場競爭的新價水平。新能源發(fā)電企業(yè)可自愿選擇參與競爭，申報合約電量、合約電的合約電價，新能源發(fā)電企業(yè)每月自主分解確定每日的合約電力曲線。市場與合約曲線偏差部分電量按照現(xiàn)貨市場價格結(jié)算，實際發(fā)電量與調(diào)度指令間的偏差超出一定范圍的予以偏差考核。通過統(tǒng)一出清與偏差考核，一方面增加現(xiàn)貨市場資源優(yōu)化比例，提高調(diào)度運行的靈活性；另一方面，通過經(jīng)濟手段，約束新能源發(fā)電企業(yè)做好出力預(yù)測以降低風(fēng)險。3.2.2健全輔助服務(wù)市場建立輔助服務(wù)市場，通過清晰、明確的市場品種設(shè)計，將市場主體品的市場綜合回報模式，調(diào)動常規(guī)電源協(xié)助消納新能源發(fā)電的積極性。一是電能市場為市場主體提供基礎(chǔ)的收益回報；二是調(diào)頻、備用輔助市收益回報。通過市場主體的不同回報模式，激勵引導(dǎo)其在日前、實時不同調(diào)度環(huán)節(jié)提供相應(yīng)的調(diào)節(jié)能力，以適應(yīng)新能源的運行特性。3.2.3挖掘靈活可調(diào)節(jié)資源潛力在容量市場未建立之前，采用稀缺定價機制為電能、輔助服務(wù)定價，真動性帶來的系統(tǒng)凈負荷的短期快速變化。3.2.4引入日內(nèi)市場，建立中長期到實時的持續(xù)交易機制建立中長期到實時的持續(xù)交易機制，實現(xiàn)新能源發(fā)電出力的自主靈易、轉(zhuǎn)讓交易、掛牌交易等，實現(xiàn)合約曲線的靈活調(diào)整；二是新能源發(fā)電企業(yè)基于日前出力預(yù)測，參與日前市場，實現(xiàn)新能源消納曲線的日前調(diào)整；三是新能源發(fā)電企業(yè)基于超短期出力預(yù)測，參與實時市場，實現(xiàn)實現(xiàn)新能源發(fā)電企業(yè)的自主倉位調(diào)整。4算例分析4.1算例概述基于浙江省電網(wǎng)的實際運行和報價模擬數(shù)據(jù)，考慮浙江省不同新能出力。和場景2的發(fā)電類型占比Table8Proportionofdifferentgeneratingtypesinscenarios1and2圖3系統(tǒng)負荷及凈負荷oad4.2考慮新能源參與的現(xiàn)貨市場出清算法現(xiàn)貨市場出清優(yōu)化模型的目標函數(shù)為最小化基于報價的發(fā)電成本，平衡約束、系統(tǒng)備用約束、機組功率上下限約束、機組爬坡滑坡約束以及電網(wǎng)安全約束等。[18-21]在考慮新能源以報量報價形式參與現(xiàn)貨市場后，現(xiàn)貨市場出清算法考慮原有約束基礎(chǔ)上，需要修改新能源出力為優(yōu)化變量，并增加考慮新4.3浙江新能源以不同方式參與現(xiàn)貨市場的對比方式3：新能源采用報量報價的形式參與現(xiàn)貨市場，在該算例中，4.3.1新能源消納量的對比與方式的消納量對比。低時刻，出現(xiàn)了風(fēng)電出清電力未按照預(yù)測出力滿發(fā)的情況。2)場景2下不同參與方式的消納量對比。4.3.2系統(tǒng)發(fā)電成本對比源、預(yù)留系統(tǒng)備用，導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)電成本更高。表9系統(tǒng)發(fā)電成本對比bleSystempowergenerationcostcomparison4.3.3市場出清價格及市場成員收入對比圖4風(fēng)、光出清電力對比(場景1)Fig.4Clearingpowercomparisonofwindandsolarenergy(scenario1)圖5風(fēng)、光出清電力對比(場景2)Fig.5Clearingpowercomparisonofwindandsolarenergy(scenario2)表10場景1不同參與方式下的市場出清均價TableAverageclearingpriceunderdifferentparticipationmethodsof表11市場成員收入對比bleIncomecomparisonofmarketparticipants表12場景2不同參與方式下的市場出清均價TableAverageclearingpriceunderdifferentparticipationmethodsof表13市場成員收入對比bleIncomecomparisonofmarketparticipants4.3.4對比結(jié)論在當(dāng)前案例負荷水平以及外來電水平情況下，系統(tǒng)無法完全消納風(fēng)電，這主要受到了系統(tǒng)負荷、外來電電力以及系統(tǒng)備用預(yù)留因素的影響。時刻，也是系統(tǒng)負備用緊張的時段。雖然風(fēng)電機組報價低于其他機組報價，但若增加風(fēng)、光機組出力，非風(fēng)、光機組就需要減少出力或停機，備用機組，因此為了保障備用充裕，必須調(diào)用其他更貴的機組來提供備新能源完全參與市場后，受負荷水平、供需情況等因素的