高比例可再生能源參與電力市場綜述

發布日期：2018-03-30 來源：中國電機工程學報 瀏覽次數：1368

1、研究背景

可再生能源出力具有較強的不確定性，電力系統中可再生能源比例的提高，不僅需要可靈活調節的發電機組的配合，更需要電網及需求側的主動參與，實現供需兩側能量、信息、交易的互動，而供需互動的充分性和合理性是決定能源互聯網運行效率的關鍵。健全的電力市場，能夠優化配置電力資源，保證市場主體通過公平競爭獲利，從而為供需互動的開展，能源互聯網的清潔、高效運行提供驅動力和平臺。2論文重點內容

2.1 可再生能源參與下的電力市場表現出的問題

(1)棄風、棄光

缺乏與周邊地區電網的互聯和交易(如愛爾蘭、西班牙);市場缺乏有效消納分布式資源的機制。

(2)負電價及電價波動性增強

缺乏對靈活發、用電資源的調用機制、傳統機組啟停成本較高、可再生能源發電強制上網或存在補貼，電力市場運行中會出現負電價;電價波動性因大規模可再生能源的參與而增強，市場中的金融風險增加。

(3)價格信號低效

交易窗口過于單一，日前市場往往在交易日來臨前數小時就已關閉，雖然一些地區(如西班牙、德國、荷蘭、北歐)開展了日內市場，但流動性依然較低;市場缺乏激勵預測信息及時披露的機制，靈活配置資源能力不足。

(4)可再生能源市場競爭力較弱

無法在市場中準確申報電量信息，因而可能承受懲罰;不可控性又制約了在多時間尺度市場中策略性競價的能力。

(5)平衡可再生能源成本較高

全球電力市場運行中，風電使系統平衡成本平均增加2~3EUR/(MW?h);目前的輔助服務市場規則主要基于傳統機組制定，可再生能源參與輔助服務市場的限制條件較多。

2.2 現有可再生能源并網激勵政策及交易模式

(1)并網激勵政策

政治：從國家或地區層面提出可再生能源發展目標，監督市場規范運行及保證能源供應安全。

金融：設立支持可再生能源產業投資的基金及低息貸款，并減少對傳統發電形式的支持力度。金融政策激勵也對技術進步產生重要作用。

財政：環境稅的征收和可再生能源投資相關的稅收優惠。通常，相應的部分稅收用于支持可再生能源的發展。

環境：碳排放市場和氣候基金的設立。

(2)交易模式

雙邊交易：價格與集中競價出清價相關，增強了可再生能源交易的靈活性，但因缺少直接的競爭環節，難以獲得最低的購電價格;大規模的雙邊交易可能降低系統調度的效率，增加對輔助服務的需求。

集中競價：各國市場中可再生能源參與日前市場、實時市場、提供輔助服務、不平衡電量結算、預測成本分攤等問題見本文中參考文獻。

2.3 可再生能源參與電力市場的特殊問題

(1)成本特性

可再生能源發電機組固定成本較高而邊際生產成本很低。以丹麥陸上大型風電場的平均數據為例，投資建設成本為1070000EUR/MW，固定運行及維護成本為25600EUR/MW/Year，而可變成本僅為2.8EUR/ (MW˙h)。

(2)生產特性

可再生能源發電的生產呈現出較強的間歇性、波動性、隨機性、不可控性(可減出力但不可增出力)、利用小時數低等特征，商業應用最為成熟的風電還往往具有反調峰特性。

(3)出力描述的概率性

可再生能源發電出力無法準確預測，通常以概率的方法描述，且隨著(交易)時間的臨近，預測準確度逐漸提高。因而，可再生能源發電出力的描述涉及多時空維度的信息，應設計合理的市場機制促進信息的及時披露。

(4)電量風險

由于出力預測誤差的存在，可再生能源參與電力市場不僅面臨電價風險，還面臨較大的電量風險，而現有的方法和工具大多只針對管理電價風險而設計。

(5)外部性

可再生能源發電與傳統能源發電相比，具有節能減排的正外部性，以及增加系統平衡和備用成本等負外部性。

(6)發電主體多元化

可再生能源的發展引入了大量的分布式電源，很多傳統電力用戶擁有發電資源，應建立靈活、公平的市場機制適應發電主體多元化的發展趨勢。

2.4 面向高比例可再生能源的電力市場研究現狀

可再生能源的發展使得發電主體多元化，發電主體間博弈行為復雜化，市場機制和交易模式多樣化。圖1總結了面向高比例可再生能源的電力市場的研究內容以及與本文章節的對應情況。

具體內容包括：1)可再生能源的參與對電力市場的影響;2)包含可再生能源的電力市場中市場主體的行為策略;3)適應高比例可再生能源的電力市場機制設計;4)提升可再生能源市場競爭力的電力交易產品;5)促進分布式可再生能源消納的機制和算法;6)包含可再生能源的電力市場環境下的規劃問題;7)多能源市場的交互。

3、進一步研究的關鍵問題

發展面向高比例可再生能源的電力市場，以優化配置電力資源，對促進可再生能源的充分消納，構建高效供需互動的能源互聯網具有重要意義。進一步的研究，特別是中國發展面向高比例可再生能源電力市場應重點解決以下問題：

(1)提升可再生能源資源評估和預測技術。

(2)深入挖掘供需兩側的靈活性，包括用能靈活性、儲能靈活性、多能轉化靈活性、多能源網絡耦合靈活性。

(3)設計適應可再生能源發電特點的市場機制和交易產品，建立靈活的零售電價機制，提升電網互聯互通交易水平。

(4)完善促進信息互動機制，從技術方面建立通用的通信標準、提升通信可靠性及安全性;在電力市場的設計中關注信息有效性問題，降低信息成本。

(5)開發分布式算法，應對大規模系統計算復雜性和市場主體隱私性問題。

(6)建立電網的高效運營模式，重視電網調度能力和電力市場的協調發展。

(7)改進不確定性下的多能源市場交互機制，從多能源市場交互角度全面分析不確定性來源，建立恰當的不確定性分析模型;探索多能源市場協調運行模式，以提升市場穩定性，為市場主體提供全面的獲利方式和風險管理手段。

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關鍵詞： 電力市場