背景
得以風電和光伏為主的間歇性可再生能源在世界範圍內受到廣泛關注並迅速發展。截至2015 年底,全球風電與光伏的累計裝機容量分別到達432 GW和169 GW,中國風電與光伏裝機容量均居世界第一。目前我國風電與光伏裝機容量占全國總裝機的11. 46% ,並且將在未來繼續高速增長,逐漸成為主要的能源供給形式。我國可再生能源產業的飛速發展得益於固定上網電價補貼政策的扶持,然而,非市場化的消納方式隨著裝機容量的快速增長而受到了嚴峻的挑戰,集中體現在大量棄風、棄光等現象的發生。
當前我國新一輪電力體制改革進展如火如荼,力圖構建一個“公平、開放、有序、競爭”的電力市場體系,深化電力資源最佳化配置,促進可再生能源消納,實現政府調控市場、市場引導企業的重大轉變。如何通過科學的、系統性的、嚴謹的電力市場機制設計，把間歇性可再生能源納入電力市場之中，用市場機制促進其高效消納，無疑是當前電力市場機制設計所面臨的新挑戰，也是國際學術界、產業界的關注焦點。回顧總結國內的發展現狀，分析與借鑑國外的先進經驗，形成適用於中國國情的可再生能源發展政策，是我國促進可再生能源消納的電力體制改革的關鍵環節。
我國可再生能源政策分析
1、我國可再生能源的發展現狀
近年來,我國的風電、太陽能等可再生能源發展迅猛。截至2015 年,全國風電併網裝機容量達147. 6 GW,占全部裝機的8.6% ,占世界風電裝機1 /4 以上;而光伏累計裝機容量43.18 GW,占全部裝機的2. 84% ,裝機容量居全球之首。根據我國未來能源戰略規劃,風電和光伏發電將逐漸成為電力系統的支柱性技術與能源供應來源。
然而,受風電與光伏自身特性以及我國電網運行方式的制約,我國的可再生能源消納問題形勢嚴峻。2015 年全年平均棄風率約為15% ,全年棄風電量33. 9 TWh,甘肅、新疆、吉林三省份棄風率均超過30%。2015 年全年棄光率預計達到10% ,甘肅等地棄光率達到28%。全年棄風與棄光折合經濟損失超過170 億元,造成了能源的極大浪費。
可再生能源參與電力市場2、我國可再生能源政策總結 中國推動可再生能源發展的主要政策包括：特許權招標項目、固定上網電價、價格補貼和國家示範項目等。可再生能源發電電價政策總結見表。
我國當前的可再生能源價格機制為固定上網電價，電網公司與可再生能源電站按當地脫硫火電機組的標桿電價結算，剩餘部分由國家可再生能源發展基金支付。以風電為例，一方面，對風電全額保障性收購，風電的售電價格和銷售量都有保證，無需面對遠期市場價格波動的風險；另一方面，風電無需承擔平衡輔助服務的義務，其出力波動性和間歇性帶來的平衡問題均由電網公司負責，成本最終由用戶分攤。
當前我國可再生能源採用固定電價與固定補貼機制，一定程度上為可再生能源接納帶來了一定的阻礙。一方面，可再生能源相比火電而言沒有價格優勢，電力富餘時無法與調節靈活的火電相競爭，電網公司接納可再生能源沒有激勵相容的機制；另一方面，可再生能源無法對給予其輔助服務的其他機組進行補償，使其他機組缺乏動力為可再生能源進行調峰、調頻及預留備。
國外可再生能源參與市場的典型交易模式
近年來,為了可再生能源產業的健康和持續發展,不少國家探索與制定了可再生能源價格補貼政策與相適應的市場交易機制,以下從兩方面分別進行分析。
1、 可再生能源補貼與價格機制
從國外的實踐看,支持可再生能源發展的市場交易價格機制主要分為兩類:基於電量的激勵政策和基於價格的激勵政策。
基於電量的激勵政策的主要形式為可再生能源配額制(renewable portfolio standard,RPS),代表性國家包括英國、美國(大部分州)和北歐國家。其主要方式是指政府對列入可再生能源名單的能源生產實行強制性的具有法律效力的數量規定,要求電力供應商在指定日期之前按照不低於電力產出的某一比例提供可再生能源電量。在政策設計與實施中,引入了綠色證書(green certificate,GC)交易制度。綠色證書是電力企業通過生產綠色電量獲取的證書,電力企業每隔一段時間需要將規定數量的綠色證書上交監管機構。綠色證書可以在市場上出售或購買,因而具有市場價值。
可再生能源參與電力市場基於價格機制的激勵政策主要包括固定電價、溢價機制、認購價格、差價契約等形式。固定上網電價由政府直接確定各類可再生能源發電的入網價格,電網企業根據這個價格收購可再生能源發電電量,代表國家是德國[5];溢價機制是指可再生能源的收購價格為隨時浮動的市場價格加上固定的政府補貼電價,代表國家是西班牙,可再生能源廠商可自由選擇固定上網電價或直接參與市場的溢價機制;認購價格是指政府提出可再生能源發電產品的價格,由消費者按規定價格自願認購,代表國家是荷蘭;差價契約是英國計畫於2017 年全面取代可再生能源配額制的可再生能源價格結算機制,是指政府部門與發電廠之間簽訂雙向長期契約,確保發電廠以固定的契約價格進行結算,規避市場價格波動的風險,本質上等同於固定上網電價機制。
幾種不同補貼與價格機制的對比如表所示。
國內外可再生能源參與市場的研究現狀
當前，國內外關於可再生能源併網交易的研究工作主要集中於五個方面：對電力系統運行方式的影響、對電力市場博弈均衡與價格的影響、可再生能源發電商競標策略研究、適應可再生能源併網消納的交易機制研究、輔助服務市場分析與設計。
1、可再生能源併網交易對電力市場運行的影響
可再生能源與常規能源相比，出力具有不可控性，邊際成本遠低於常規機組，其參與電力市場將會對電力系統運行產生一系列深遠影響。目前的研究成果聚焦於：分析電力市場環境下可再生能源併網交易對於電力系統運行以及傳統調度流程的影響，評估可再生能源併網交易帶來的經濟效益。
2、可再生能源併網交易對電力市場均衡與價格的影響
大規模可再生能源參與市場對以往以可控傳統機組為主體的電力市場博弈均衡模式產生了顯著的影響。目前的研究成果聚焦於：分析可再生能源併網交易對電力市場電價的影響，分析不同市場主體的出清份額與收益變化
3、可再生能源發電商競標策略研究
可再生能源發電商參與市場條件下，其獲利方式、收益前景、市場風險等方面均將發生顯著變化。目前的研究成果聚焦於：考慮市場價格與可再生能源出力的不確定性，研究可再生能源發電商的競價博弈策略與行為，最大化期望收益同時降低金融風險。
4、適應可再生能源消納的交易機制研究
可再生能源的不確定性與波動性導致其不具備類似常規可控能源參與市場的競爭力，需要建立相適應的交易機制。目前的研究成果聚焦於：綜合評估可再生能源的經濟效益與社會效益，研究激勵可再生能源削弱不確定性的方法，以及合理的不平衡結算機制。
5、可再生能源併網交易對輔助服務市場的影響
大規模可再生能源併網條件下，電力系統需要常規能源提供足夠的靈活性以應對可再生能源出力的不確定性，因此需要建立完善的輔助服務市場，激勵市場主體提供靈活性的輔助服務的積極性。目前的研究成果聚焦於：分析可再生能源併網交易對輔助服務的需求，同時挖掘可再生能源自身提供輔助服務的可能性。
可再生能源參與市場的核心技術問題
儘管國內外已經廣泛開展了關於可再生能源參與市場的各種研究工作,然而現有的研究工作大多還是沿用國外現有的市場框架,聚焦於某類市場主體的市場行為研究或某個具體的靈活性服務的機制設計,缺乏全面考慮市場均衡的基礎理論研究與適應間歇性可再生能源交易的市場機制研究。可再生能源參與電力市場的核心技術問題包括如下幾個方面。
1)不確定環境下電力市場均衡研究。
針對大規模可再生能源併網所引入的不確定性,如何分析並對電力市場中信息不完全、結構不對稱、競爭不充分、收益不確定等特有條件進行建模,如何平衡市場主體的收益與風險,進而分析市場成員(尤其是可再生能源廠商)的競價行為與電力市場的納什均衡點,是可再生能源參與市場研究的理論基礎。
2)適應可再生能源併網交易的電力市場機制設計。
由於各國的可再生能源發展程度不同,國外已有的可再生能源參與市場機制不能直接套用。未來的研究方向包括深入分析影響間歇性可再生能源併網消納的關鍵技術問題;詳細分析與設計大規模間歇性可再生能源參與交易的準入機制、競價周期、出清機制、定價方法、結算機制、偏差懲罰、價格補貼等具體的市場規則,以及建立相適應的輔助服務市場,實現各種機制要素在中長期、日前、實時等多時序上的緊密協調,有效激勵各方市場主體的積極性,以確保機制設計的有效性與最優性。
3)面向可再生能源參與市場的源網荷互動機制研究。
實現大規模的可再生能源發電併網,保障可再生能源行業的合理有序發展,離不開與電源、電網和負荷的互動。對於電源而言,需要設計高效的互動機制激勵電源的靈活性,對電源的靈活性進行合理定價,以分攤可再生能源的不確定性帶來的調節成本;對於電網而言,需要制定合理的輸電成本分攤方法,依據市場引導電網的未來投資建設;對於負荷而言,需要設計高效的負荷互動機制,引導電力用戶參與可再生能源消納。
4)大規模可再生能源併網條件下電力市場高效運行的模擬方法。
為全面分析與評估大規模可再生能源併網條件下電力市場的運行方式與運行風險,需要對各市場主體的市場行為進行分析與建模,研究高效的博弈均衡分析方法,搭建市場運行模擬平台,為高效的市場機制設計、電力企業的運營能力評估等提供完善的理論基礎與分析工具。
我國可再生能源參與市場的發展途徑
1、我國可再生能源參與市場的初步實踐
以風電為例,國內外實踐經驗證明:在風電建設初期,採用固定電價政策優勢明顯,能夠從最大程度上降低風電接入成本,促進風電投資。隨著風電接入規模的不斷擴大,有必要研究新的電價政策和風險管理策略,以充分調動各方積極性。
為解決中國東北棄風率居高不下的困境,2014年9 月,國家能源局下發了《東北電力調峰輔助服務市場監管辦法》,東北電力調峰輔助服務市場成立,採取基於機組調峰率的日前報價、日內實時調用、邊際出清定價的市場化機制。試運行結果顯示常規火電機組的調峰力度增大,大部分火電機組突破了最小運行出力。相比固定上網電價方式,部分火電廠盈利,風電場收益普遍下降,但全系統風電消納能力顯著提高,棄風電量減少。
為了促進可再生能源的消納,深化電力資源的最佳化配置,2015 年3 月,《中共中央國務院關於進一步深化電力體制改革的若干意見》(中發[2015]9號)正式下發,提出了“三放開、一獨立、三強化”的改革方向和實施路徑,以期構建“公平、開放、有序、競爭”的電力市場體系。
2015 年3 月3 日,國家能源局正式出台《關於建立可再生能源開發利用目標引導制度的指導意見》,標誌著中國即將推行可再生能源發電配額制和綠色證書交易機制。
對可再生能源參與市場的思考
不同時間與空間上電能價值的變化以及可再生能源的邊際發電成本,是導致可再生能源消納困難、浪費嚴重的重要原因。因此,下一步電力體制改革的核心在於引導電能的價格向價值回歸,不僅需要完善中長期能量市場,也需要構建短期現貨市場以反映電力系統供給需求的實時平衡。這對於促進可再生能源消納具有重要意義。即:當可再生能源大量發電時,市場上供求關係趨緩,系統邊際電價逼近零甚至負電價,迫使常規電源關停或降低出力運行,鼓勵儲能及需求側回響消納可再生能源,而此時可再生能源可以以“微利”甚至“負利”發電,並通過政府補貼(按每度電計)等方式從市場外獲取收益,而常規機組則因其為可再生能源提供調峰、備用等輔助服務而獲益,電網和用戶則從低電價中獲益;反之,當可再生能源出力較低時,市場上供求關係趨緊,系統邊際電價將上升,常規機組發電實現合理盈利。
此外,構建可再生能源參與的科學市場機制,還需要能夠利用市場信號促進可再生能源提高其可控性、可預測性,讓可再生能源為其預測偏差與出力波動合理“買單”,量化評估由於可再生能源併網所帶來的系統輔助服務成本增量,實現輔助服務成本收益的科學分攤。
由此可見,促進可再生能源消納的市場機制,其關鍵在於:
1)市場價格能夠反映邊際發電成本,使邊際成本很低的可再生能源被優先調度;
2)為輔助服務定價,實現常規機組為可再生能源進行調節的激勵相容;
3)量化評估可再生能源併網所引起的運行成本增量,構建合理的成本分攤機制,鼓勵可再生能源改善其可控性、可預測性。
由此,通過全面的市場機制設計,使可再生能源接入的“紅利”在電力用戶、常規電源、可再生能源以及其他靈活性資源等多個利益方之間合理分配。
對我國可再生能源參與市場的建議
1)在電力市場改革推進初期,在可再生能源消納方面引入激勵相容的機制,可實行可再生能源消納的配額制,引入可再生能源配額交易機制,實現市場引導的資源分配;完善有償輔助服務機制,考慮我國以煤電為主的能源結構,可建立深度調峰、啟停調峰等有償調峰市場,合理補償煤電機組有償調峰引起的額外成本,合理補償為可再生能源進行調峰等輔助服務的常規機組;擴大可再生能源供暖的試點範圍。
2)在電力市場建設完善時期,引入電力現貨市場建設,推進可再生能源直接參與市場競爭交易,通過中長期契約鎖定發電量與發電收益。引入日前/實時市場,使可再生能源能夠與其他類型電源共同競價,設計合理的不平衡結算機制,要求可再生能源像常規機組一樣承擔基本的調峰、調頻等服務或分攤成本。同時可開放日內市場,為可再生能源提供靈活的交易申報與預測更新機制,實現市場引導的資源最佳化配置。
3)在電力市場發展成熟期,構建適應可再生能源參與的完整電力市場體系,重點建設科學的輔助服務交易機制,包括備用市場、調頻市場等,實現輔助服務的現貨交易以及與能量交易的聯合最佳化、一體化出清,通過競價確定各類輔助服務價格;針對大規模可再生能源集中開發並外送的方式,可建立跨區電網輔助服務交易機制,實現靈活性資源的跨區最佳化。
