睿博能源智庫 Fritz Kahrl， 王軒，Max Dupuy
隨著中國政府提出的低碳零碳觀念的深入，電力行業(yè)首當其沖需要加速擴大清潔電力的滲透率。在各地區(qū)探索電力市場設(shè)計，逐步完善電力交易規(guī)則的新形勢下，如何讓以光伏發(fā)電，風能發(fā)電為代表的可再生能源以及新興的儲能資源參與市場是業(yè)界關(guān)心的話題。
光伏和風電參與電力市場的三種模式
在之前的文章中，我們提出區(qū)域RTO是提供低成本靈活性的良好途徑，從而更好地應對波動性可再生能源出力的不確定性?？稍偕茉丛诓煌瑫r間尺度更好地參與電力市場，有利于電力系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行，支持低成本零碳轉(zhuǎn)型。在美國RTO/ISO地區(qū)，可再生能源在過去的十多年一直積極參與電力市場，為形成風能和太陽能發(fā)電的“參與模式”積累了一些經(jīng)驗。美國可再生能源主要參與三類市場競爭：遠期市場（中長期市場）、電能量市場、輔助服務市場。
遠期市場（中長期市場）
在美國，可再生能源參與中長期市場主要有三種方法：1）傳統(tǒng)購售電合同，2）“虛擬” (synthetic) 購售電合同，3）純商業(yè)模式 (merchant)
1）傳統(tǒng)購售電合同（Power Purchase Agreement）
這是最常見的可再生能源雙邊合同形式，由可再生能源發(fā)電商和電力公司或者負荷服務實體簽署，合同規(guī)定了固定價格，年購電量，以及交付節(jié)點（用于分配節(jié)點價格風險）。典型PPA中購電方（配電公司、售電公司, 或者其他負荷服務實體）有足夠的信譽擔保，可以與可再生能源發(fā)電商簽署15-25年的合同。在一些PPA合同情況下，購電方按合同規(guī)定享有在特定節(jié)點上一定量的可再生能源發(fā)電的所有權(quán)，因此，由購電方同時作為買家和賣家在電力現(xiàn)貨批發(fā)市場中競標，根據(jù)波動的節(jié)點價格結(jié)算?；蛘?，一些PPA為差價合同，發(fā)電商和購電商各自參與電力現(xiàn)貨批發(fā)市場。
2）虛擬購售電合同 (Synthetic PPA)
這種購售電合同類似于傳統(tǒng)PPA，而在交付電量、交付地點和其他要求方面更為寬松。合同的購買方主要是非電力公司（例如，大型終端用戶），他們希望通過這種合同來平抑價格風險，同時也有助于滿足企業(yè)可再生能源目標。相應的可再生能源證書（RECs）可以在自愿市場上出售給需要滿足可再生能源配額制的負荷服務實體。
3）純商業(yè)模式（Merchant Model）
可再生能源發(fā)電商沒有購售電合同，但可以通過金融機構(gòu)(例如，銀行)簽訂金融合同，來規(guī)避波動的批發(fā)市場價格帶來的風險，以便于在項目初期獲得融資，而金融機構(gòu)期待從浮動的市場價格和支付給可再生能源的固定價格之間的差價獲利。因為沒有長期購售電合同，這種商業(yè)模式具有一定的風險，一般需要復雜而富有創(chuàng)意的方法來規(guī)避風險。但是，相比購售電合同模式，可再生能源發(fā)電商可能在電力市場上獲得更高的收益。
圖一顯示出美國風電裝機容量按不同遠期市場類型所占的百分比，受可再生能源配額制的影響，傳統(tǒng)PPA歷史上一直占有主導地位，直到最近幾年，隨著可再生能源逐漸成為低成本資源，新的遠期市場參與形式（例如純商業(yè)化模式和虛擬購售電合同）才開始出現(xiàn)并不斷增長，而且內(nèi)容條款也針對不同的需求表現(xiàn)得更個性化。
Figure 1美國風電裝機容量按傳統(tǒng)PPA和商業(yè)化模式所占的百分比[1]
電能量市場
從本世紀初開始，光伏和風能發(fā)電普遍參與美國ISO/RTO現(xiàn)貨市場。從美國的經(jīng)驗來看，有利于可再生能源并網(wǎng)（減少棄風棄光），有助于增加系統(tǒng)運行效率，完善價格信號降低成本，并為更好的可再生能源選址和輸電資源利用提供激勵。
與傳統(tǒng)能源相比，可再生能源參與電能量現(xiàn)貨市場，并充分融入系統(tǒng)運行有以下幾個步驟：
首先，需要有可再生能源的預測，預測可以由ISO付費提供，也可以由可再生能源發(fā)電商自行提供但需要獲得ISO 的認證。
可再生能源在日前市場競標是自愿性質(zhì)的，可以報量報價，也可以只報量作為市場價格的接受者。
為滿足系統(tǒng)可靠性，ISO需要對負荷和可再生能源發(fā)電做出預測，并通過剩余機組組合（RUC）對日前市場出清和ISO預測之間的偏差進行處理，這意味著ISO可以增加或減少傳統(tǒng)發(fā)電容量以滿足凈負荷。
可再生能源基于五分鐘連續(xù)滾動的預測強制參與實時現(xiàn)貨市場，可報量報價也可以只報量，ISO進行5分鐘為間隔的滿足安全約束的經(jīng)濟調(diào)度，五分鐘之內(nèi)的偏差由調(diào)頻（自動發(fā)電控制系統(tǒng)AGC）處理。
在一定可接受誤差范圍內(nèi)，ISO不會由于預測誤差懲罰可再生能源發(fā)電商（無論風電或光伏發(fā)電是否可調(diào)度）。日前和實時雙結(jié)算系統(tǒng)規(guī)定日前和實時現(xiàn)貨市場出清的偏差以實時市場價格結(jié)算，如果可再生能源沒有參與日前市場，則直接以實時市場價格結(jié)算。這種基于市場的措施起到了激勵可再生能源提高預測精度的作用。
隨著電源電網(wǎng)技術(shù)的提高，可再生能源越來越多地成為可調(diào)度資源，經(jīng)濟最大出力取決于5分鐘預測值。在一些情況下，為保證系統(tǒng)安全，可再生能源有可能需要按照調(diào)度指令向下調(diào)整出力，如果不聽從調(diào)度指令，可能處以罰款。
目前來看，美國可再生能源可以很好地參與電能量市場而不需要對市場設(shè)計和結(jié)構(gòu)做出根本性改變，未來市場是否需要變革以支持高比例可再生能源的電力系統(tǒng)還存在爭論，這也是各國向低碳道路轉(zhuǎn)型面臨的共同挑戰(zhàn)。
輔助服務市場
最近研究試點和運行經(jīng)驗證明了可再生能源有能力提供可靠性服務（包括調(diào)頻、調(diào)峰、備用和電壓控制等）。有個別的電力公司（Xcel Colorado[2]，通過給風電機組安裝AGC，使其提供向下調(diào)頻。但目前為止ISO/RTO還沒有允許光伏和風電參與調(diào)頻和備用輔助服務市場。是否讓光伏和風電參與輔助服務市場，以及如何提供向上調(diào)頻和備用，是美國電力行業(yè)正在探索的問題。
對中國的啟發(fā)
近日，國家財政部發(fā)布了《關(guān)于促進非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見》希望通過鼓勵完善市場配置資源和補貼退坡機制進一步促進非水可再生能源平價上網(wǎng)，提出自2021年起實行配額制下的綠色電力證書交易，并以此替代財政補貼。八月份，廣東省能源局發(fā)布的《關(guān)于征求廣東省可再生能源電力消納保障實施方案和可再生能源電力交易實施方案意見的函》為可再生能源參與廣東省中長期市場制定了可操作的方案，為日后參與現(xiàn)貨交易打下基礎(chǔ)。
在中國，支持以光伏和風電為代表的可再生能源參與市場和經(jīng)濟調(diào)度，可以從以下幾點做起：
利用中長期市場的各種金融機制增強可再生能源發(fā)電商管理風險的手段是有益的。正如我們在最近報告中所述，我們建議改革中長期市場，促進發(fā)電商簽訂“金融 ”合同，并增加合同模式的選擇和時間跨度。金融機構(gòu)可以逐步向市場參與者提供服務，幫助他們管理價格波動風險。
在中國，可再生能源優(yōu)先發(fā)電政策保障優(yōu)先調(diào)度波動性可再生能源，促進了可再生能源的快速發(fā)展。以目前的滲透率，由于可再生能源的運行成本接近零，可再生能源參與現(xiàn)貨市場的結(jié)果會與優(yōu)先調(diào)度類似。隨著電力系統(tǒng)向高比例可再生能源的方向發(fā)展，應該充分認識到可再生能源為電力系統(tǒng)提供的各項服務并對其進行合理的補償。因此，有必要逐布完善現(xiàn)貨市場規(guī)則，從現(xiàn)行的優(yōu)先調(diào)度轉(zhuǎn)變?yōu)榭稍偕茉闯浞謪⑴c現(xiàn)貨市場模式?，F(xiàn)貨市場價格會為中長期合同價格提供參考，短期經(jīng)濟調(diào)度有助于系統(tǒng)運行效率的提升，減少不合理棄電，并為可再生能源選址和發(fā)展提供經(jīng)濟激勵。
可再生能源需要在預測的基礎(chǔ)上參與現(xiàn)貨市場，初期，可以由調(diào)度中心代替可再生能源對出力進行預測。如果可再生能源發(fā)電商自行提供預測，則需要滿足ISO要求并確定可接受的預測誤差區(qū)間，應該利用市場結(jié)算規(guī)則刺激發(fā)電商提高預測精度。另外，預測必須符合電力現(xiàn)貨市場的組織和調(diào)度時間間隔，例如，15 分鐘的實時電能量市場需要每15分鐘提交風電/光伏發(fā)電預測。未來，可以逐步向每5分鐘提交預測、完成市場競價、調(diào)度和結(jié)算的方向發(fā)展。
探索合適的可再生能源參與輔助服務的機制，對可再生能源為系統(tǒng)提供的輔助服務例如，與棄電相關(guān)的調(diào)峰、調(diào)頻等進行補償。
[1] Jay Bartlett. Reducing Risk in Merchant Wind and Solar Projects through Financial Hedges. RFF working paper 19-06. February 2019, page 15.
https://media.rff.org/documents/WP_19-06_Bartlett.pdf
[2] Xcel Colorado是一個垂直一體化的電力公司，不參與ISO/RTO市場，是美國第一個宣布要在2050前輸送100%零碳發(fā)電給消費者的電力公司。https://www.xcelenergy.com/environment/carbon_reduction_plan
