本文摘要：摘要：隨著我國(guó)可再生能源持續(xù)快速發(fā)展和電力市場(chǎng)進(jìn)一步深化改革，可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)是必然趨勢(shì)，也是可再生能源消納的柔性靈活方式。文中梳理了我國(guó)可再生能源的發(fā)展現(xiàn)狀，從市場(chǎng)機(jī)制問題和電網(wǎng)運(yùn)行安全問題兩方面探討分析可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的關(guān)鍵
摘要：隨著我國(guó)可再生能源持續(xù)快速發(fā)展和電力市場(chǎng)進(jìn)一步深化改革，可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)是必然趨勢(shì)，也是可再生能源消納的柔性靈活方式。文中梳理了我國(guó)可再生能源的發(fā)展現(xiàn)狀，從市場(chǎng)機(jī)制問題和電網(wǎng)運(yùn)行安全問題兩方面探討分析可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的關(guān)鍵問題，提出在市場(chǎng)機(jī)制方面，可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的必要性可以通過公平性測(cè)試和競(jìng)爭(zhēng)性測(cè)試來確定，在電網(wǎng)安全運(yùn)行方面，可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的可行性可以通過電量平衡、電力平衡和系統(tǒng)調(diào)峰爬坡能力來分析。通過對(duì)某地區(qū)未來可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)案例分析，提出應(yīng)建設(shè)深度調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，通過市場(chǎng)來激勵(lì)火電機(jī)組參與深度調(diào)峰，提供充分靈活調(diào)節(jié)能力保障可再生能源消納和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：可再生能源;電力現(xiàn)貨市場(chǎng);市場(chǎng)機(jī)制;可行性分析;必要條件
0 引言
近 20 年可再生能源快速發(fā)展，可再生能源發(fā)電技術(shù)逐步成熟、價(jià)格不斷下降、規(guī)模不斷擴(kuò)大，已經(jīng)成為構(gòu)成電力資源的重要組成部分。在可再生能源發(fā)展過程中，我國(guó)陸續(xù)制定了許多相關(guān)政策，逐步從產(chǎn)業(yè)扶持向促進(jìn)市場(chǎng)消納方向發(fā)展。根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)，截至 2019 年底，我國(guó)可再生能源發(fā)電裝機(jī)達(dá)到 7.94 億 kW，可再生能源發(fā)電裝機(jī)約占全部電力裝機(jī)的 39.5%，可再生能源發(fā)電量達(dá) 2.04 萬(wàn)億 kWh,占全部發(fā)電量比重為 27.9%，可再生能源的清潔能源替代作用日益突顯 [1-2]。
2020 年，我國(guó)提出“二氧化碳排放力爭(zhēng)于 2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取 2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和”目標(biāo)的莊嚴(yán)承諾，降低化石能源消耗和提高可再生能源利用將成為電力發(fā)展的重要方向，可再生能源發(fā)電比重將進(jìn)一步提高，可再生能源消納將成為電力市場(chǎng)和電網(wǎng)發(fā)展的重要課題。市場(chǎng)化消納可再生能源是可再生能源健康發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著我國(guó)可再生能源發(fā)電的快速增長(zhǎng)，2012 年起東北、西北、華北等地出現(xiàn)嚴(yán)重“棄風(fēng)”、“棄光”現(xiàn)象，可再生能源消納成為可再生能源發(fā)展需要解決的重要問題。
2015 年我國(guó)發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》(以下簡(jiǎn)稱“9 號(hào)文”)指出了我國(guó)新能源和可再生能源面臨發(fā)展機(jī)制不健全的問題，包括可再生能源發(fā)電保障性收購(gòu)制度沒有完全落實(shí)，新能源和可再生能源發(fā)電無(wú)歧視、無(wú)障礙上網(wǎng)問題未得到有效解決等[3]。堅(jiān)持市場(chǎng)化改革、開放可再生能源的市場(chǎng)化發(fā)展成為政府改善可再生能源消納的基本原則。
一方面，推動(dòng)利用市場(chǎng)機(jī)制解決可再生能源消納問題，全國(guó)多個(gè)地區(qū)開展了電力輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)，完善電力調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，激勵(lì)各類資源提供調(diào)頻調(diào)峰能力。另一方面，推出綠色電力證書交易制度，推行新增項(xiàng)目競(jìng)爭(zhēng)配置和無(wú)補(bǔ)貼平均上網(wǎng)政策，以及制定可再生能源消納權(quán)重要求，支持可再生能源柔性消納[4-7]。
同時(shí)，“九號(hào)文”提出加快探索建立電力現(xiàn)貨交易機(jī)制，改變計(jì)劃調(diào)度方式，發(fā)現(xiàn)電力商品價(jià)格，形成市場(chǎng)化的電力電量平衡機(jī)制，逐步構(gòu)建中長(zhǎng)期交易與現(xiàn)貨交易相結(jié)合的電力市場(chǎng)體系，充分發(fā)揮市場(chǎng)在電力資源配置中的決定性作用[8-9]。在“9 號(hào)文”的指導(dǎo)下，2018 年政府啟動(dòng)了電力現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn)試運(yùn)行工作[10-11]。
可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)為實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化消納可再生能源提供依據(jù)。電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的主要功能一是發(fā)現(xiàn)電力的時(shí)間和空間價(jià)值，二是保證電力實(shí)時(shí)平衡和安全輸送。可再生能源發(fā)電存在強(qiáng)不確定性和波動(dòng)性，在實(shí)時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)需要合理調(diào)度其他資源，提供足夠的調(diào)頻調(diào)峰能力來平衡其波動(dòng)。 當(dāng)可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，一方面市場(chǎng)可以得到平衡可再生能源波動(dòng)的電力需求，保證了可再生能源影響下的電網(wǎng)運(yùn)行安全;另一方面市場(chǎng)為平衡可再生能源波動(dòng)確定了資源調(diào)度計(jì)劃和對(duì)應(yīng)的價(jià)格信號(hào)，為可再生能源市場(chǎng)化消納提供了電力平衡的運(yùn)行和結(jié)算依據(jù)。目前國(guó)內(nèi)多個(gè)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn)地區(qū)根據(jù)裝機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)可再生能源的市場(chǎng)參與方式制定了相應(yīng)的規(guī)則。
另外，電力輔助服務(wù)市場(chǎng)作為電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的一部分，也是支持可再生能源柔性消納的重要機(jī)制。“九號(hào)文”提出建立基于市場(chǎng)化原則的新型輔助服務(wù)共享機(jī)制，完善并網(wǎng)發(fā)電企業(yè)輔助服務(wù)的評(píng)價(jià)機(jī)制和補(bǔ)償機(jī)制。在“九號(hào)文”的頂層設(shè)計(jì)下，各地也積極開始電力輔助服務(wù)市場(chǎng)化探索[12]。電力輔助服務(wù)市場(chǎng)的建設(shè)為可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)交易提供了有效的支撐[13-14]。本文針對(duì)可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)相關(guān)問題進(jìn)行討論，論文主要內(nèi)容包括 3 個(gè)部分：
部分 1 討論了可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的市場(chǎng)機(jī)制問題;部分 2 討論可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的電網(wǎng)安全運(yùn)行問題;部分 3 以某地區(qū)為例，實(shí)證分析可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)必要條件和可行性。最后對(duì)可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)關(guān)鍵問題進(jìn)行總結(jié)。
1 可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的市場(chǎng)機(jī)制問題國(guó)內(nèi)外關(guān)于可再生能源參與電力市場(chǎng)已有大量研究與實(shí)踐，對(duì)應(yīng)不同地區(qū)、不同電網(wǎng)，可再生能源參與電力市場(chǎng)問題不同。綜合起來，可再生能源參與電力市場(chǎng)的問題體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即市場(chǎng)機(jī)制問題和電網(wǎng)安全運(yùn)行問題[15]。
1.1 可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的市場(chǎng)機(jī)制問題概述市場(chǎng)機(jī)制也是利益分配機(jī)制�？稍偕茉磪⑴c電力市場(chǎng)涉及多個(gè)利益相關(guān)方，包括社會(huì)、電網(wǎng)公司、常規(guī)發(fā)電企業(yè)、可再生能源發(fā)電企業(yè)、售電商和電力用戶[16]。市場(chǎng)機(jī)制問題主要體現(xiàn)在4 個(gè)方面。
1)公平性，即市場(chǎng)機(jī)制是否能夠保證參與市場(chǎng)各方的公平競(jìng)爭(zhēng)。比如，不同發(fā)電類型發(fā)電成本構(gòu)成不一樣，有的固定成本高邊際成本低，有的固定成本低邊際成本高，以邊際成本定價(jià)的市場(chǎng)結(jié)算機(jī)制是否合理?
2)競(jìng)爭(zhēng)性，即市場(chǎng)是否存在充分競(jìng)爭(zhēng)。市場(chǎng)力是電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)考慮的一個(gè)重要問題，市場(chǎng)可能因?yàn)槭袌?chǎng)力操縱出現(xiàn)價(jià)格畸形而產(chǎn)生不公平競(jìng)爭(zhēng)。
3)完整性。電力生產(chǎn)與消費(fèi)是一個(gè)跨越規(guī)劃和實(shí)時(shí)平衡的多時(shí)間尺度多決策過程，市場(chǎng)機(jī)制應(yīng)覆蓋電力的全生產(chǎn)消費(fèi)周期的所有決策過程，設(shè)計(jì)多種產(chǎn)品交易，充分體現(xiàn)可再生能源與常規(guī)發(fā)電不同價(jià)值。
4) 適應(yīng)性。由于可再生能源不斷發(fā)展、電力消費(fèi)需求不斷變化、能源政策不斷調(diào)整等各種因素，電力市場(chǎng)是動(dòng)態(tài)變化的。市場(chǎng)機(jī)制也是在不斷發(fā)展來解決可能面臨的各種問題。比如一般電力市場(chǎng)交易只考慮穩(wěn)態(tài)約束，隨著可再生能源滲透率的增加，電網(wǎng)動(dòng)態(tài)安全問題可能出現(xiàn)，需要設(shè)計(jì)市場(chǎng)規(guī)則或產(chǎn)品來改善電網(wǎng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定控制能力。最終，市場(chǎng)機(jī)制體現(xiàn)在市場(chǎng)中可再生能源的電量和電價(jià)確定機(jī)制。
1.2 可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的電量和電價(jià)確定模式
目前可再生能源參與電力市場(chǎng)的方式包括中長(zhǎng)期的容量市場(chǎng)和電量市場(chǎng)，日前、實(shí)時(shí)現(xiàn)貨市場(chǎng)及輔助服務(wù)市場(chǎng)�？稍偕茉磪⑴c電力現(xiàn)貨市場(chǎng)模式通常有 3 種[17-18]，分別采用不同的電量和電價(jià)確定機(jī)制。
1) 計(jì)劃電量模式：是指可再生能源發(fā)電按照計(jì)劃電量接入電網(wǎng)，只有在受到輸電越限約束時(shí)才調(diào)整發(fā)電水平�？稍偕茉窗l(fā)電結(jié)算價(jià)格與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格無(wú)關(guān)。該模式下，可再生能源發(fā)電沒有參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，其發(fā)電量由政府指定或者與售電商簽訂的長(zhǎng)期合同決定，通常適用于可再生能源扶持發(fā)展階段，相對(duì)可再生能源發(fā)電占比較低，對(duì)供電側(cè)影響小。例如南方(以廣東起步)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中，可再生能源作為保護(hù)性發(fā)電類型，不參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，按照計(jì)劃電量發(fā)電。
2) 市場(chǎng)電價(jià)接受者模式：是指可再生能源發(fā)電以報(bào)量不報(bào)價(jià)方式參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，現(xiàn)貨市場(chǎng)出清時(shí)，除了受到輸電約束影響外可再生能源發(fā)電水平按照申報(bào)電量發(fā)電，市場(chǎng)出清價(jià)格作為結(jié)算依據(jù)。該模式下，可再生能源發(fā)電優(yōu)先接入，但結(jié)算價(jià)格受到電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清價(jià)格影響，通常適用可再生能源鼓勵(lì)性發(fā)展階段，政府可能通過溢價(jià)補(bǔ)貼形式為保證可再生能源發(fā)電商收益，比如當(dāng)前德國(guó)可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)模式。
3) 競(jìng)價(jià)模式：是指可再生能源發(fā)電以報(bào)量報(bào)價(jià)方式參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，市場(chǎng)出清結(jié)果確定了可再生能源的發(fā)電水平和結(jié)算價(jià)格，通常適用可再生能源發(fā)展成熟階段，可再生能源發(fā)電具有與其他發(fā)電平價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的能力，而且可再生能源發(fā)電超出了可再生能源發(fā)電配額要求[19]。
該模式下，可再生能源發(fā)電自主參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。例如，在北歐，可再生能源可以參加北日前現(xiàn)貨市場(chǎng)、日內(nèi)小時(shí)級(jí)市場(chǎng)與平衡市場(chǎng)，可再生能源企業(yè)收益由現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格確定。美國(guó)電力市場(chǎng)大多基于日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)現(xiàn)貨市場(chǎng)的雙結(jié)算體系，可再生能源發(fā)電商均可以直接參與現(xiàn)貨市場(chǎng)交易，以實(shí)時(shí)電價(jià)結(jié)算發(fā)電量。對(duì)于特定地區(qū)，可再生能源發(fā)電以何種模式參與電力市場(chǎng)可以通過公平性和競(jìng)爭(zhēng)性來測(cè)試。公平性測(cè)試是指測(cè)試在全市場(chǎng)周期可再生能源發(fā)電與其他類型發(fā)電是否可以通過公平競(jìng)爭(zhēng)保證其收益。通常平均發(fā)電成本可用來測(cè)試可再生能源發(fā)電是否可以與常規(guī)發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。
以光伏發(fā)電為例，2019 年，全國(guó)光伏的年均利用小時(shí)數(shù)為 1169 h，光伏電站建設(shè)成本 4.5 元/W，此時(shí)發(fā)電成本為0.44 元/kW·h。根據(jù)目前降本趨勢(shì)，預(yù)計(jì) 2020 年底光伏電站建設(shè)成本平均約為 3.5 元/W，此時(shí)發(fā)電成本為 0.36 元/kW·h。全國(guó)脫硫燃煤電價(jià)平均值為：0.3624 元/kW·h[20]�？梢姡陔娏渴袌�(chǎng)，光伏發(fā)電已具有與煤電公平競(jìng)爭(zhēng)的能力。競(jìng)爭(zhēng)性測(cè)試是指用戶對(duì)于可再生能源發(fā)電是否具有選擇性。
當(dāng)可再生能源發(fā)電需求大于可再生能源發(fā)電時(shí)，則形成可再生能源發(fā)電稀缺，可再生能源發(fā)電必須全電量接入，對(duì)可再生能源發(fā)電不需要通過市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行分配，那么用戶對(duì)于可再生能源不具有選擇性。2019 年，政府決定對(duì)各省級(jí)行政區(qū)域設(shè)定可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重，建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制[21]。可再生能源消納權(quán)重要求在電力消費(fèi)中可再生能源發(fā)電達(dá)到一定的占比。如果某地區(qū)的可再生能源發(fā)電低于可再生能源發(fā)電占比要求，則所有可再生能源發(fā)電必須全電量消納，不存在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，那么可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)不能采用競(jìng)爭(zhēng)模式。
2 可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的電網(wǎng)安全運(yùn)行問題
電網(wǎng)安全運(yùn)行是可再生能源參與電力市場(chǎng)需要考慮的一個(gè)重要問題�？稍偕茉淳哂袕�(qiáng)不確定性、可控性低、容量利用率低等特性，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行都會(huì)有嚴(yán)重影響[22]。綜合來看，可再生能源接入對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方面主要表現(xiàn)為可再生能源發(fā)電不確定性對(duì)電網(wǎng)電力平衡及輸電安全帶來挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為：
一是預(yù)測(cè)偏差大直接影響日前計(jì)劃安排，在日前計(jì)劃中安全校核所針對(duì)的運(yùn)行方式與實(shí)時(shí)運(yùn)行潮流偏差大而沒有起到作用[23];二是高比例可再生能源發(fā)電壓抑了常規(guī)火電機(jī)組出力，尤其是高比例太陽(yáng)能發(fā)電減少了常規(guī)機(jī)組白天發(fā)電需求，而在傍晚因?yàn)楣庹障枰强稍偕茉窗l(fā)電來彌補(bǔ)電力損失;三是可再生能源發(fā)電的不確定性增加了系統(tǒng)備用需求。
由于風(fēng)電、光伏出力具有強(qiáng)隨機(jī)性，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，因此為保證實(shí)時(shí)功率平衡，系統(tǒng)需要準(zhǔn)備足夠的運(yùn)行備用，應(yīng)對(duì)可再生能源發(fā)電的突然波動(dòng);四是可再生能源分布范圍廣，可能遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，遠(yuǎn)距離輸電需求增加，而且潮流具有突變的可能性。由于可再生能源多點(diǎn)接入，可能整體發(fā)電變化不大，但單個(gè)風(fēng)電、光伏發(fā)電場(chǎng)出力波動(dòng)，引起潮流大幅變化。在動(dòng)態(tài)控制方面的影響表現(xiàn)為系統(tǒng)穩(wěn)定安全控制更加復(fù)雜。
電力系統(tǒng)是復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化模式復(fù)雜[24]，可再生能源接入引入大量電力電子設(shè)備，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化更加難以分析清楚，很多基于小擾動(dòng)分析的方法、工具及控制策略可能不再有效。另外，可再生能源的接入，減少了常規(guī)發(fā)電機(jī)組的接入，造成系統(tǒng)慣性降低，對(duì)擾動(dòng)的阻尼效果減弱，降低了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)主要與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行相關(guān)，體現(xiàn)在發(fā)電計(jì)劃、調(diào)頻調(diào)峰等穩(wěn)態(tài)運(yùn)行問題[25]，動(dòng)態(tài)運(yùn)行問題主要通過電網(wǎng)運(yùn)行安全約束，現(xiàn)貨市場(chǎng)出清時(shí)體現(xiàn)在輸電約束產(chǎn)生的發(fā)電計(jì)劃調(diào)整和額外調(diào)頻調(diào)峰備用的獲取。
因此，可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的可行性可以從 3個(gè)方面進(jìn)行分析：一是電量平衡，即在考慮可再生能源發(fā)電參與下，在給定時(shí)間段，系統(tǒng)發(fā)電資源是否能夠滿足系統(tǒng)用電量需求;二是電力平衡，即在可再生能源發(fā)電與負(fù)荷波動(dòng)影響下，發(fā)電是否能夠滿足負(fù)荷需求;三是系統(tǒng)調(diào)峰爬坡能力，即在可再生能源發(fā)電與負(fù)荷波動(dòng)影響下，系統(tǒng)是否具有足夠爬坡能力滿足功率變化需求。
3 案例分析
本文以某地區(qū)未來可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)為例，舉例分析可再生能源發(fā)電參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的可行性。
3.1 市場(chǎng)公平性如前文部分 1 所述，可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的市場(chǎng)可行性問題可以用公平性測(cè)試和競(jìng)爭(zhēng)性測(cè)試來分析。以平均發(fā)電成本為準(zhǔn)進(jìn)行公平性測(cè)試，某地區(qū)光伏發(fā)電的估算平均成本 在0.3706~0.5013 元/kW·h 之間 [8]，煤電上網(wǎng)電價(jià)為0.3844 元/kW·h，光伏發(fā)電達(dá)到了與煤電平價(jià)競(jìng)爭(zhēng)的水平。風(fēng)力發(fā)電幾年前已經(jīng)達(dá)到與煤電平價(jià)競(jìng)爭(zhēng)水平。
3.2 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性競(jìng)爭(zhēng)性測(cè)試可以通過比較某地區(qū)可再生能源發(fā)電規(guī)劃和可再生能源發(fā)電消納權(quán)重要求分析。
本文對(duì)地區(qū)可再生能源消納可能出現(xiàn)的兩種場(chǎng)景進(jìn)行分析：一是保守場(chǎng)景，即在 2025 年該地區(qū)可再生能源消納與當(dāng)前國(guó)家可再生能源消納權(quán)重要求一致，該地區(qū)最低可再生能源消納總量為 510 億 kW·h，非水可再生能源消納 425 億 kW·h，其中規(guī)劃可再生能源發(fā)電總量474 億 kW·h，非水可再生能源發(fā)電 446 億 kW·h，跨區(qū)受入水電 40 億 kW·h，新能源(風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電)76 億 kW·h，該地區(qū)規(guī)劃的 2025 年可再生能源發(fā)電超出了可再生能源消納權(quán)重要求，允許可再生能源發(fā)電進(jìn)入電力市場(chǎng)，與常規(guī)發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)入網(wǎng)。在保守場(chǎng)景，如果新能源受入只是按照跨區(qū)直流輸入約 90 億 kW·h 新能源來規(guī)劃，全網(wǎng)可再生能源消納需要通過市場(chǎng)消化大約 100 億 kW·h。
根據(jù)預(yù)估的 2025 年日負(fù)荷曲線，發(fā)現(xiàn)爬坡需求最大的是 7 月 29 日。在 0% 光伏時(shí)，峰谷差 1879 萬(wàn) kW，最大小時(shí)爬坡達(dá)到 743 萬(wàn) kW，在 100% 光伏時(shí)，峰谷差達(dá)到 2314 萬(wàn) kW，最大小時(shí)爬坡仍然是 743 萬(wàn) kW。最大小時(shí)爬坡沒有發(fā)生變化的主要原因是負(fù)荷晚高峰大約出現(xiàn)在晚上 21:00，20:00—21:00 負(fù)荷爬坡快。光伏已經(jīng)不再發(fā)電。
一般來說，燃煤發(fā)電機(jī)組爬坡率在 2%~5%/分鐘，按照 5667 萬(wàn) kW 開機(jī)，每小時(shí) 60 min 爬坡，超過 743 萬(wàn) kW 的爬坡需求。按照煤電發(fā)電計(jì)劃，在 100% 光伏時(shí)，峰谷差 2314 萬(wàn) kW 也可以在 60min 內(nèi)爬坡完成。因此，光伏影響下系統(tǒng)上調(diào)峰能力是足夠的。綜合電量平衡、電力平衡及調(diào)峰能力三方面來分析，2025 年該地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行在電量平衡方面可以滿足社會(huì)用電需求，由于新建特高壓的投運(yùn)，區(qū)內(nèi)火電機(jī)組平均發(fā)電小時(shí)數(shù)將降至 4000 h(3887 h)以下，相對(duì)來說偏低，不利于火電機(jī)組投資成本回收。
電力平衡分析通過極端負(fù)荷日發(fā)電計(jì)劃分析，在低負(fù)荷日煤電機(jī)組發(fā)電率低，在光伏出力高時(shí)，系統(tǒng)需要煤電進(jìn)行深度調(diào)峰。當(dāng)新建特高壓輸電投運(yùn)后，可能深度調(diào)峰都不能滿足電力平衡要求，需要日內(nèi)進(jìn)行煤電機(jī)組起停。而在高負(fù)荷日，由于高峰負(fù)荷大約出現(xiàn)在 21:00，光伏發(fā)電不能減少尖峰負(fù)荷需求，電網(wǎng)出現(xiàn)發(fā)電容量不足，尤其是只有跨區(qū)直流運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)面臨缺電風(fēng)險(xiǎn)。按照預(yù)估的 2025 年日負(fù)荷曲線，電網(wǎng)上調(diào)峰爬坡能力充足。
可再生能源發(fā)電在低負(fù)荷日增加下調(diào)峰需求。因此，從電網(wǎng)運(yùn)行要求來看，該地區(qū)可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)約束在于：一是系統(tǒng)容量充裕性，可再生能源發(fā)電能夠提供有效電量，但不能提供有效容量。容量充裕性問題需要在電網(wǎng)與電源規(guī)劃時(shí)進(jìn)行考慮，非電力現(xiàn)貨市場(chǎng)可以解決的問題。二是系統(tǒng)深度調(diào)峰能力，可再生能源發(fā)電可能壓抑火電機(jī)組出力，減少了火電機(jī)組向下調(diào)峰能力。該地區(qū)可以在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建立輔助服務(wù)市場(chǎng)，通過市場(chǎng)激勵(lì)火電機(jī)組進(jìn)行深度調(diào)峰改造。
4 結(jié)論
可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)是可再生能源一種柔性消納方式�？稍偕茉磪⑴c電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的關(guān)鍵問題主要表現(xiàn)在市場(chǎng)機(jī)制問題和電網(wǎng)運(yùn)行安全問題兩個(gè)方面。本文認(rèn)為在市場(chǎng)機(jī)制方面，可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的必要性可以通過公平性測(cè)試和競(jìng)爭(zhēng)性測(cè)試確定，電網(wǎng)安全運(yùn)行方面，可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的可行性可以通過電量平衡、電力平衡和系統(tǒng)調(diào)峰爬坡能力分析。通過模擬地區(qū) 2025 年可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)案例，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)是市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
該地區(qū)可再生能源發(fā)電將降低煤電機(jī)組運(yùn)行率，煤電機(jī)組需要通過系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，建設(shè)深度調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，通過市場(chǎng)激勵(lì)火電機(jī)組參與深度調(diào)峰，提高系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，保障電網(wǎng)安全運(yùn)行。通過案例分析，本文系統(tǒng)地闡述了評(píng)估可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的方法。可再生能源參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的影響是多方面的，研究建立全面合理的量化評(píng)估體系可為電力現(xiàn)貨市場(chǎng)設(shè)計(jì)和規(guī)則制定提供依據(jù)，為可再生能源市場(chǎng)化消納政策制定提供支撐。
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作者：任曦駿1，朱劉柱1，謝道清2，葉斌1，許中平3，張沛4，朱駐軍4
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