中國儲能網(wǎng)訊：2021年以來，隨著山西、廣東等多個省份的電力現(xiàn)貨市場逐步邁入長周期運(yùn)行，省間電力現(xiàn)貨市場開展季度試運(yùn)行，以及南方區(qū)域電力現(xiàn)貨市場啟動試點(diǎn)運(yùn)行，電力現(xiàn)貨市場不再是紙面藍(lán)圖，而是第一次在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中真正進(jìn)行了落地實(shí)踐，并發(fā)揮了極其重要的作用。目前行業(yè)內(nèi)部與學(xué)界對“無現(xiàn)貨、不市場”基本達(dá)成共識，但建設(shè)現(xiàn)貨市場的意義與目的又是什么？傳統(tǒng)上的認(rèn)識是通過電力市場實(shí)現(xiàn)資源配置，從而降低用戶用電成本。然而在當(dāng)前能源結(jié)構(gòu)深度調(diào)整與構(gòu)建新型電力系統(tǒng)背景下，推動現(xiàn)貨市場往往伴隨電力價格的上升，因此很多人覺得把市場搞得這么“復(fù)雜”沒有必要，還是傳統(tǒng)中長期交易或者干脆不要市場來得好。
之所以存在以上觀點(diǎn)和聲音，本質(zhì)上還是沒有理解電力現(xiàn)貨市場在新型電力系統(tǒng)中的作用與價值，尤其是其在促進(jìn)新能源消納和保障電力供應(yīng)這兩個非常重要的目標(biāo)方面的不可替代性，從而導(dǎo)致電力現(xiàn)貨市場建設(shè)與運(yùn)營目標(biāo)不清晰、立場不堅(jiān)定、規(guī)則不合理、監(jiān)管不及時，既浪費(fèi)了很多時間，又走了很多不必要的彎路。要理解現(xiàn)貨市場，首先要立足于行業(yè)當(dāng)前實(shí)際情況，理解新型電力系統(tǒng)中的供需變化新趨勢，理解現(xiàn)貨市場與供需形勢的關(guān)聯(lián)；然后才能形成正確的認(rèn)知，并以之為指引，建成合理有效的現(xiàn)貨市場，支持能源轉(zhuǎn)型大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
能源轉(zhuǎn)型是我國電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的宏觀大背景
落實(shí)“雙碳”目標(biāo)需要積極發(fā)展新能源
習(xí)主席在第75屆聯(lián)合國大會上宣布，我國二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標(biāo)。2030年，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上。到2050年，我國風(fēng)電和光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)將超過50億千瓦，另外電動汽車保有量屆時將超過四億輛，為新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了巨大需求。能源活動是我國二氧化碳的主要排放源，接近總排放量的90%。截至2021年底，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量為6.4億千瓦，在未來很長的一段時間內(nèi)將保持高速增長態(tài)勢。
保障國家能源安全更需要大力發(fā)展新能源
我國電氣化發(fā)展水平總體呈現(xiàn)穩(wěn)步提升趨勢，電能占終端能源消費(fèi)的比重從1985年的7%升至2020年的27%左右。新型電力系統(tǒng)下，電能占終端能源消費(fèi)的比重勢必大幅提升。2021年底，我國全社會用電量為8.3萬億千瓦時，同期美國的用電量為3.8萬億千瓦時，歐盟的用電量為3.5萬億千瓦時。隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，終端電氣化水平的持續(xù)提升與電動汽車的大規(guī)模發(fā)展，預(yù)計(jì)到2030年和2060年，我國全社會用電量需求分別約為11萬億千瓦時、16萬億千瓦時。
我國的能源格局是富煤、貧油、少氣。目前全國僅山西、陜西、內(nèi)蒙古和新疆等少數(shù)?。▍^(qū)）的煤炭可開采儲量較大，火電增量難以為繼；天然氣發(fā)電受氣源制約，也無法大規(guī)模生產(chǎn)；隨著西南多個電站的投運(yùn)，水資源開發(fā)所剩不多；而核電受多種因素的影響，無法大規(guī)模發(fā)展。因此要滿足未來巨大的電量增長需求，保障國家的能源安全，近期主要電量來源只能是風(fēng)電與太陽能發(fā)電。
新能源全周期波動給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)
風(fēng)電與太陽能發(fā)電受天氣影響大，間歇性與波動性特征明顯，且可控性差，屬于傳統(tǒng)意義上的“垃圾電”，給新型電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。下面以山西為例，可以發(fā)現(xiàn)新能源在月、日、時三種時間尺度上均存在大幅波動。
新能源存在不規(guī)律的分月發(fā)電波動
下面的表1展示的是新能源發(fā)電量占直調(diào)負(fù)荷用電量的比例，表2展示的是新能源自身的月均負(fù)荷率?？梢钥吹?，新能源發(fā)電存在明顯的月度不均衡，從負(fù)荷率來說，風(fēng)電在2021年4、5、11、12月以及2022年3月發(fā)電較多，遠(yuǎn)超其他月份；光伏發(fā)電在2021年4、5、6、7、8月比較多，不同月份的相對量變化也非常大。
如果以發(fā)電偏少的月份作為參考發(fā)展新能源，那么在發(fā)電多的月份可能就無法完成消納，形成棄風(fēng)棄光；如果以發(fā)電偏多的月份為新能源發(fā)展參考，那么在發(fā)電少的月份就存在缺電風(fēng)險，需要通過其他手段來進(jìn)行保供。
新能源存在不規(guī)律的分日發(fā)電波動
表3展示的是風(fēng)電發(fā)電量占直調(diào)負(fù)荷用電量比例的各旬變化情況，下面的表4展示的是光伏發(fā)電量占直調(diào)負(fù)荷用電量比例的各旬變化。由于大風(fēng)與光照經(jīng)常受氣象過程的影響，在氣象事件前后，新能源發(fā)電存在明顯的變化?？梢钥吹剑履茉窗l(fā)電存在明顯的各旬不均衡性，以2021年4月為例，風(fēng)電發(fā)電量中旬是上旬的2倍、下旬是上旬的近3倍，跳動明顯；2021年10月，光伏下旬發(fā)電量也比上旬翻了一番。
圖1展示了山西新能源在2022年5月各日的發(fā)電曲線，可以看出，1~7日平均發(fā)電量較多，8~12日平均發(fā)電明顯偏少，13~17日有所恢復(fù)，然后除了月底3天之外，剩下來的天數(shù)新能源發(fā)電都很少。
新能源存在不規(guī)律的分時發(fā)電波動
受光照與風(fēng)力變化影響，日內(nèi)不同時刻的新能源發(fā)電波動更為明顯，這也是經(jīng)常為大家所注意到的重點(diǎn)。圖2展示了山西新能源在2022年5月13~17日的發(fā)電曲線，可以看出，一天的24小時之內(nèi)，出力多的與出力低的時刻相比，在5月15日，差額值達(dá)5倍之多。因此在很多的日子里，新能源發(fā)電高峰的幾個小時，可能會導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)消納困難；而新能源發(fā)電不足的晚高峰或者晚間時段，則存在如何通過多種手段保障供電可靠性的問題。
現(xiàn)貨市場是當(dāng)前平衡不規(guī)律波動的有效手段
隨著新能源的持續(xù)大規(guī)模發(fā)展，分月、分日與分時的發(fā)電波動將會越來越嚴(yán)重，新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行要求有手段對之進(jìn)行管理或調(diào)控。
儲能等無法經(jīng)濟(jì)平衡新能源波動
通過表1、2可以看到，如果用儲能設(shè)施調(diào)節(jié)新能源月度之間的波動，一年之內(nèi)只能實(shí)現(xiàn)兩充兩放，很明顯沒有哪一種技術(shù)能夠在這種場景下具有經(jīng)濟(jì)性。通過圖1可以知道，若新能源分日波動通過儲能進(jìn)行調(diào)節(jié)的話，每月的充放電循環(huán)也就是2～3次，折算到全年約為30次上下，不管是化學(xué)儲能還是抽水蓄能，均無法回本。另外，可能也根本無法提供如此多的儲能容量。
即使在分時尺度上，在圖2中可以看到，一年內(nèi)只有大約100天的時間峰谷價差大約為700元/兆瓦時，大于500元/兆瓦時的有163天，但每天只有一充一放的機(jī)會。所以日內(nèi)的調(diào)節(jié)也無法通過儲能進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性實(shí)現(xiàn)。
傳統(tǒng)機(jī)制無法敏捷平衡新能源波動
如果采用調(diào)價、調(diào)度指令、調(diào)峰、拉閘限電等傳統(tǒng)手段，能否解決問題呢？在新能源發(fā)電占比還比較低的時候，調(diào)節(jié)壓力不大，傳統(tǒng)手段基本上能保障正常運(yùn)行。但隨著新能源占比越來越高，氣候變化也愈來愈劇烈，傳統(tǒng)手段的局限就越來越突出地顯現(xiàn)出來了。比如電價需要能夠反映月、日、時尺度上的電力供需與成本變化，但是由于新能源發(fā)電的波動性與長中短期預(yù)測的難度，一是很難準(zhǔn)確地調(diào)價，二是更難每月、每日去調(diào)價，因此價格與實(shí)際供需經(jīng)常會沖突，乃至進(jìn)一步惡化供需。
在缺乏有效價格信號指引的情況下，即使調(diào)度工作做得再準(zhǔn)，但發(fā)用側(cè)的市場主體如果感受不到經(jīng)濟(jì)上的刺激，或者像調(diào)峰市場一樣僅有少量補(bǔ)償，他們將沒有動力積極主動參與調(diào)度調(diào)整，或者即使參與了反而會帶來損失，因此就更加難以為繼。而拉閘限電帶來的停電損失巨大，無法用作電力系統(tǒng)運(yùn)行的常規(guī)調(diào)控手段。
新能源消納與電力保供是推動現(xiàn)貨市場發(fā)展的關(guān)鍵動力
相比在所有的路口都設(shè)置一個有人值守的交通指揮崗，現(xiàn)有的紅綠燈信號系統(tǒng)很明顯更加經(jīng)濟(jì)、更加有效，所有城市交通得以井然有序?，F(xiàn)貨市場也是類似于一種交通信號燈的機(jī)制，如圖3所示，當(dāng)新能源發(fā)電多的時候，現(xiàn)貨價格低，此時火電越發(fā)預(yù)虧，而用戶用電成本極低，乃至為0，因此火電會主動少發(fā)、用戶有動力多用；當(dāng)新能源發(fā)電少的時候，現(xiàn)貨價格高，有時超過1000元/兆瓦時，此時火電發(fā)電能獲得超額回報(bào)，而用戶用電成本極高，因此火電會主動多發(fā)、搶發(fā)，用戶用電意愿降低。價格信號與新能源發(fā)電匹配，發(fā)用兩側(cè)積極響應(yīng)價格信號，以此實(shí)現(xiàn)發(fā)用兩側(cè)運(yùn)行與新能源發(fā)電之間的高效協(xié)同。
由于氣象預(yù)測本身的精度有限，新能源發(fā)電預(yù)測難度大，因此月、旬、周尺度的物理交易與發(fā)電調(diào)度偏差極大，難以真正有效實(shí)施?，F(xiàn)貨市場在日前進(jìn)行機(jī)組組合、在日內(nèi)進(jìn)行調(diào)度調(diào)整，最大化地實(shí)現(xiàn)了調(diào)度管理與發(fā)電偏差之間的均衡，一方面確保預(yù)測偏差盡可能地小，另一方面也給調(diào)度管理足夠的時間進(jìn)行應(yīng)對。
借助現(xiàn)貨市場這個支點(diǎn)，在保障新型能源系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，整個調(diào)度管理工作量將極大地降低，只需要執(zhí)行傳統(tǒng)的發(fā)電計(jì)劃與發(fā)電調(diào)度程序即可；另外，現(xiàn)貨市場也通過經(jīng)濟(jì)聯(lián)系實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與發(fā)電、用戶之間的高效協(xié)同，在實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置的同時，有效地保障了新能源的消納與電力保供要求的落實(shí)。
現(xiàn)貨市場是電力市場建設(shè)的核心但不是全部
雖然現(xiàn)貨市場在電力系統(tǒng)平衡、價格信號給出方面的作用突出，是保障新能源消納與電力保供的關(guān)鍵，但是它也只是電力市場的一個組成部分?？v觀世界各國的電力市場建設(shè)歷程，大體都需要花費(fèi)10年左右的時間，所以我們也不能要求現(xiàn)貨市場能夠迅速解決電力系統(tǒng)面臨的所有問題，欲速則不達(dá)。
首先，現(xiàn)貨市場上的價格波動劇烈，發(fā)、售、用各類市場主體為了控制風(fēng)險，需要有流動性好的中長期交易與之匹配，通過持續(xù)不斷的交易發(fā)現(xiàn)價格信號，并及時調(diào)整交易持倉來控制風(fēng)險。如果現(xiàn)貨市場沒有中長期交易進(jìn)行套保，那么大幅波動的現(xiàn)貨價格將令市場主體難以接受，最終形成現(xiàn)貨市場抵制。
其次，現(xiàn)貨市場提供的僅僅是基于邊際成本的電能量補(bǔ)償，可能無法回收火電容量成本或者新能源的環(huán)境價值，因此需要在電能量市場之外設(shè)計(jì)合理的容量補(bǔ)償機(jī)制、綠證交易機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)此類成本的回收，否則電力系統(tǒng)未來將面臨容量不足風(fēng)險，存在可靠性問題。
第三，針對諸如調(diào)頻、備用、調(diào)壓等輔助服務(wù)問題，也需要建立專門的機(jī)制或市場予以解決。
當(dāng)然，以上種種配套機(jī)制，都是共同以現(xiàn)貨市場反映的電能量價值為基準(zhǔn)進(jìn)行補(bǔ)充、調(diào)整。因此這又進(jìn)一步?jīng)Q定了現(xiàn)貨市場重要性，它是整個電力市場的基石，只有基石穩(wěn)固，才能架設(shè)上層建筑，否則建成的注定是空中樓閣、海市蜃樓。
現(xiàn)貨市場在我國現(xiàn)階段剛剛完成起步，未來還任重道遠(yuǎn)，需要行業(yè)內(nèi)的專家與精英共同努力。我們一方面不能停滯不前，必須以能源轉(zhuǎn)型背景下新型電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為核心，持續(xù)推進(jìn)現(xiàn)貨市場建設(shè)；另一方面，也不能操之過急，在市場運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際交易經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)支持能力和經(jīng)營管理模式均較弱的情況下，一步完成現(xiàn)貨市場建設(shè)。
現(xiàn)貨市場建設(shè)急不得，但也等不得；它僅僅是一個支點(diǎn)，但卻可以承載能源轉(zhuǎn)型和“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2022年9期，作者系北京蘭木達(dá)技術(shù)有限公司總經(jīng)理
