國家電網(wǎng)公司西北分部副總工程師 陳天恩
西北地區(qū)新能源資源富集，開發(fā)條件良好，開發(fā)成本低。西北新能源裝機(jī)從2009年的200萬千瓦到目前的近1億千瓦，增長(zhǎng)了約50倍，年均增速46%。裝機(jī)規(guī)模已超過最大負(fù)荷。隨著新能源發(fā)電量逐年增加，西北新能源自2014年開始受阻，至2016年達(dá)到頂峰。2017年以來西北分部和各省公司采取了一系列行之有效的措施，新能源利用率大幅提升，但還面臨一些新的問題和挑戰(zhàn)，本文對(duì)促進(jìn)新能源發(fā)展的電力市場(chǎng)進(jìn)行了思考并提出了一些建議。
三年利用率提升25%
截止2020年8月底，西北的新能源裝機(jī)10161萬千瓦，最大用電負(fù)荷是9200萬千瓦，裝機(jī)滲透率達(dá)110%。新能源最大出力4639萬千瓦，電力滲透率為64%。［1］
2016年，西北電網(wǎng)新能源裝機(jī)6900萬千瓦，利用率70%，棄電率30%。其中甘肅利用率為63.1%，新疆的利用率為62.9%。2020年8月底，新能源利用率95%，棄電率降到5%左右。其中甘肅的利用率95%，新疆的利用率91%。三年來，西北電網(wǎng)新能源利用率提升了25個(gè)百分點(diǎn)。在這25個(gè)百分點(diǎn)中，跨地區(qū)電能交易發(fā)揮了重要的作用。2017年至2020年8月底，西北電網(wǎng)跨區(qū)跨省交易新能源電量占西北新能源發(fā)電量的34.3%，即約三分之一的新能源通過省間市場(chǎng)化交易在更大范圍消納。
西北跨區(qū)跨省新能源交易有新能源與常規(guī)電源打捆外送、新能源與火電發(fā)電權(quán)置換、新能源與火電合同轉(zhuǎn)讓等多種方式。近年來，西北地區(qū)探索了適應(yīng)新能源特點(diǎn)的交易方式——電量庫交易，發(fā)揮同步網(wǎng)內(nèi)省間新能源負(fù)荷互補(bǔ)的間接儲(chǔ)能功能，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)省間電量存、取置換，化解新能源實(shí)際負(fù)荷曲線與跨區(qū)外送交易合約曲線不一致的矛盾。
西北地區(qū)還探索了D-5（提前5天）跨省交易。實(shí)踐與新能源理論出力預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性水平相適應(yīng)的短期電力市場(chǎng)交易，縮短中長(zhǎng)期交易周期，充分利用與新能源送出有關(guān)的重載輸電斷面、關(guān)鍵輸電通道動(dòng)態(tài)裕度，促進(jìn)清潔能源市場(chǎng)化交易消納。
系統(tǒng)整體優(yōu)化紅利潛力大
構(gòu)建促進(jìn)新能源發(fā)展的電力市場(chǎng)，需要新能源大范圍系統(tǒng)優(yōu)化。與常規(guī)火電、水電為主要電源的電力市場(chǎng)相比，高比例新能源電力市場(chǎng)的系統(tǒng)調(diào)節(jié)由跟蹤用電負(fù)荷變化的單一需求演化為跟蹤用電負(fù)荷和新能源負(fù)荷波動(dòng)性變化的多樣需求，系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求成倍上升。在光伏裝機(jī)比較大的地區(qū)，“凈負(fù)荷”（用電負(fù)荷減去新能源發(fā)電出力，即常規(guī)電源的出力曲線）呈現(xiàn)“鴨型曲線”特性，且具有不確定性，系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源變得十分稀缺，如何用市場(chǎng)化機(jī)制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求與資源的平衡，是構(gòu)建促進(jìn)新能源發(fā)展的電力市場(chǎng)關(guān)鍵。
與單一省級(jí)電力市場(chǎng)相比，跨省區(qū)整體優(yōu)化的電力市場(chǎng)價(jià)值體現(xiàn)在三個(gè)方面。一是在同一時(shí)刻，不同省區(qū)新能源出力呈現(xiàn)一定的互補(bǔ)特性，通過大電網(wǎng)、大市場(chǎng)，分散了新能源的隨機(jī)波動(dòng)性，系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)需求明顯下降。二是依托大電網(wǎng)互聯(lián)互通優(yōu)勢(shì)，利用不同省份在豐枯季節(jié)、峰谷時(shí)段、電源結(jié)構(gòu)互補(bǔ)、水電跨流域調(diào)節(jié)、負(fù)荷側(cè)響應(yīng)等方面的價(jià)值，系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源和能力顯著增強(qiáng)。三是在跨省區(qū)范圍內(nèi)共享系統(tǒng)備用，減少煤電裝機(jī)需求，進(jìn)而降低系統(tǒng)調(diào)節(jié)成本。同時(shí)削弱省級(jí)市場(chǎng)力，有助于更充分公平競(jìng)爭(zhēng)，有效提升電力市場(chǎng)效率，大幅度降低接納新能源的系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)成本。
基于西北電網(wǎng)實(shí)際，我們對(duì)現(xiàn)有新能源裝機(jī)基礎(chǔ)上再增加1億千瓦新能源的情景進(jìn)行模擬仿真，初步結(jié)果表明，同步網(wǎng)內(nèi)相鄰省區(qū)新能源一體化共享的市場(chǎng)與分省區(qū)運(yùn)行相比，“鴨型曲線”的情況得以改善，系統(tǒng)一體化共享市場(chǎng)對(duì)調(diào)節(jié)資源需求下降33%，調(diào)節(jié)成本下降49%。
但現(xiàn)行電力市場(chǎng)在系統(tǒng)優(yōu)化方面的作用尚未充分釋放。理論上，電力市場(chǎng)出清的前提是，電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行?，F(xiàn)行中長(zhǎng)期直接交易以及跨區(qū)跨省交易的集中掛牌、集中撮合、集中競(jìng)價(jià)，只是針對(duì)系統(tǒng)中一部分市場(chǎng)主體和一條或幾條輸電線路的市場(chǎng)交易，不屬于以市場(chǎng)化方式實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)整體優(yōu)化。目前開展的省級(jí)現(xiàn)貨市場(chǎng)試點(diǎn)呈現(xiàn)一定的系統(tǒng)優(yōu)化特征，但也存在兩大限制因素：一是系統(tǒng)優(yōu)化范圍有待擴(kuò)展。系統(tǒng)是個(gè)筐，紅利往里裝，大框和小框的紅利是不一樣的，在較大范圍內(nèi)進(jìn)行電力市場(chǎng)整體優(yōu)化，才能釋放更多的市場(chǎng)紅利。二是單一電量電價(jià)的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)不完整，容量成本回收機(jī)制缺失。
引入容量成本回收機(jī)制
隨著電力市場(chǎng)化改革的縱深推進(jìn)，部分現(xiàn)貨市場(chǎng)開展了試運(yùn)行，容量成本回收機(jī)制缺失問題逐步暴露出來。對(duì)于高比例可再生能源的電力市場(chǎng)，市場(chǎng)出清價(jià)更低，欠補(bǔ)償問題更為突出，已愈來愈嚴(yán)重地影響發(fā)電企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和發(fā)展，也給電力市場(chǎng)建設(shè)帶來消極影響。因此，充分認(rèn)識(shí)建立容量保障機(jī)制的必要性和緊迫性，總結(jié)和借鑒國內(nèi)外容量成本回收機(jī)制的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究建立電力現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下的容量成本回收機(jī)制，是建立促進(jìn)新能源發(fā)展的電力市場(chǎng)重要選擇。
容量成本回收機(jī)制的方式有三種：稀缺電價(jià)機(jī)制、容量成本補(bǔ)償機(jī)制、容量市場(chǎng)機(jī)制。理論和實(shí)際證明，三者在電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃和優(yōu)化運(yùn)行的前提下，完全是相通的。其中容量市場(chǎng)機(jī)制能形成合理的電價(jià)結(jié)構(gòu)和水平（如現(xiàn)貨電價(jià)水平，分時(shí)電價(jià)價(jià)差），引導(dǎo)電力系統(tǒng)優(yōu)化規(guī)劃、優(yōu)化投資和優(yōu)化運(yùn)行。但存在未來計(jì)價(jià)容量需求的預(yù)測(cè)誤差帶來的風(fēng)險(xiǎn)。
綜合比選，科學(xué)合理的容量成本機(jī)制應(yīng)選擇容量市場(chǎng)。容量市場(chǎng)按功能分為以下三類：
一是可靠性容量市場(chǎng)（RPM），其功能是保障用戶電力可靠供應(yīng)的充裕性，在發(fā)電——用戶之間交易。二是調(diào)節(jié)性容量市場(chǎng)（FCM），其功能為保障系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源的充裕性，在新能源——常規(guī)電源、需求側(cè)響應(yīng)之間交易。三是綜合容量市場(chǎng)（CM），由可靠性容量市場(chǎng)（RPM）和調(diào)節(jié)性容量市場(chǎng)（FCM）組合而成。同時(shí)，將電力容量市場(chǎng)按周期劃分為長(zhǎng)期容量市場(chǎng)和短期容量市場(chǎng)。其中長(zhǎng)期容量市場(chǎng)提前N年組織，N——資源的開發(fā)建設(shè)周期，火電一般為3-4年，新能源為1年左右。短期容量市場(chǎng)按提前K天模式運(yùn)營(yíng)，K——系統(tǒng)機(jī)組組合周期，可與現(xiàn)貨市場(chǎng)一體化運(yùn)營(yíng)，短期容量市場(chǎng)按容量報(bào)價(jià)競(jìng)價(jià)開機(jī)，日前、實(shí)時(shí)市場(chǎng)按電量報(bào)價(jià)競(jìng)價(jià)帶負(fù)荷。建立長(zhǎng)期與短期結(jié)合的綜合性容量市場(chǎng)可以化解未來容量需求預(yù)測(cè)誤差給電力市場(chǎng)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。
因此，在構(gòu)建促進(jìn)新能源發(fā)展的電力市場(chǎng)方面，應(yīng)該要建立容量電力市場(chǎng)和現(xiàn)貨電力市場(chǎng)相結(jié)合的系統(tǒng)批發(fā)市場(chǎng)，這個(gè)批發(fā)市場(chǎng)在大范圍優(yōu)化，效率最高，效益最好。
按照上述方式，基于西北電網(wǎng)實(shí)際的初步模擬仿真表明，建立容量電力市場(chǎng)和現(xiàn)貨電力市場(chǎng)組成的系統(tǒng)批發(fā)市場(chǎng)，并與現(xiàn)行中長(zhǎng)期交易相結(jié)合，能以較低的成本（與現(xiàn)行輔助服務(wù)深度調(diào)峰成本相比）接納翻一番的增量新能源，由于這些新增新能源成本和市場(chǎng)電價(jià)較低，從而釋放出巨大的電力市場(chǎng)紅利，這些紅利的一部分通過可靠性性容量市場(chǎng)和調(diào)節(jié)性容量市場(chǎng)補(bǔ)償給參與市場(chǎng)的火電主體，使得火電企業(yè)在低利用小時(shí)下經(jīng)營(yíng)狀態(tài)大為改善。另一部分用于降低用戶電價(jià)，用戶分享的這部分市場(chǎng)紅利遠(yuǎn)大于當(dāng)前電力直接交易水平。
調(diào)整新能源考核指標(biāo)
與此同時(shí)，對(duì)新能源利用率（棄電率）的考核評(píng)價(jià)在一定程度上也制約著新能源市場(chǎng)的建設(shè)和發(fā)展。
新能源發(fā)電量占全社會(huì)用電量的比率重要還是新能源的利用率重要，是構(gòu)建促進(jìn)新能源發(fā)展的電力市場(chǎng)中應(yīng)當(dāng)考慮的問題。
以新能源利用率最大（棄電率最小）為目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是提高存量新能源企業(yè)效率，包括存量新能源系統(tǒng)滲透率，缺點(diǎn)是制約新能源的發(fā)展，增加系統(tǒng)接納成本。
以新能源滲透率最高為目標(biāo)和以系統(tǒng)成本最低為目標(biāo)的優(yōu)缺點(diǎn)是一致的，即在新增新能源建設(shè)成本降低和設(shè)計(jì)效率提高的背景下，降低系統(tǒng)成本，紓解電力市場(chǎng)價(jià)格矛盾，但不能保證新能源利用率（棄電率）目標(biāo)，影響煤電運(yùn)行效率和利用小時(shí)。
我們對(duì)一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行模擬仿真。模擬仿真結(jié)果相關(guān)指標(biāo)顯示，放松新能源利用率約束，可增加新能源裝機(jī)，提高新能源電量滲透率，降低系統(tǒng)接納成本。
因此建議，應(yīng)該合理設(shè)置新能源利用率或棄電率的評(píng)價(jià)指標(biāo)，特別是在當(dāng)前新增新能源的造價(jià)大幅度下降、可以幫助降低電力用戶用電成本情況下，應(yīng)以新能源的滲透率為目標(biāo)，推進(jìn)建立促進(jìn)新能源發(fā)展的電力市場(chǎng)。
［1］新能源滲透率為新能源發(fā)電量與系統(tǒng)總用電量之比，該指標(biāo)越高，則終端電力消費(fèi)中新能源發(fā)電占比越高。
本文由eo記者潘秋杏、姜黎根據(jù)作者在2020年中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力市場(chǎng)專委會(huì)、電力系統(tǒng)自動(dòng)化專委會(huì)聯(lián)合學(xué)術(shù)年會(huì)暨全國電力交易機(jī)構(gòu)聯(lián)盟電力市場(chǎng)高峰論壇上的演講整理編輯而成，已經(jīng)作者審定。
