中國儲能網(wǎng)訊：從1999年開始電力市場建設(shè)至今，德州電源結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性變化，由主要是低效不靈活的煤電和燃氣機組，發(fā)展到主要是新能源風(fēng)能、聯(lián)合燃氣機組。
過去幾年，德州新能源滲透比不斷創(chuàng)造記錄，2017年10月27日，新能源最高滲透比達到54%，是第一次在有電力市場運行環(huán)境下規(guī)模比較大的電網(wǎng)達到這么高的可再生能源滲透率。
那么德州電力市場是如何促進新能源消納的？需要怎樣的規(guī)則設(shè)計？
目前德州大部分電網(wǎng)由德州電力可靠性委員會(ERCOT)調(diào)度管理。近期，ERCOT可再生能源并網(wǎng)首席工程師杜鵬偉，出席了由北京能見科技發(fā)展有限公司與中國電力科學(xué)研究院共同主辦"2018（第二屆）電力市場國際峰會（EM.IS）"，并發(fā)表了題為"德州新能源消納和電力市場機制的相互影響和推動"的主旨演講，對上述問題進行了詳盡的闡述。
ERCOT可再生能源并網(wǎng)首席工程師杜鵬偉
ERCOT 管理2400萬德州用戶
美國德州電力可靠性委員會 ERCOT(Electric Reliability Council of Texas)是負責(zé)其范圍內(nèi)電網(wǎng)運行和管理競爭性電力批發(fā)市場的獨立系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)ISO(Independent System Operator)。
ERCOT的所轄區(qū)域覆蓋了德州75%的面積和90%的負荷，并管理著2400萬德州用戶。德州面積相當(dāng)于廣東廣西加湖南，比華東五省加上海略大一點。ERCOT管理超過74400公里的高壓輸電線路和550多臺發(fā)電機組。ERCOT裝機容量接近9000萬千瓦，夏季高峰可調(diào)用裝機容量為7700萬千瓦。
德州75%的負荷擁有零售選擇權(quán)
德州電網(wǎng)是一個獨立電網(wǎng)，和外州沒有交流互聯(lián)，只通過5條直流聯(lián)絡(luò)線與美國東部網(wǎng)絡(luò)和墨西哥相連。這些孤立性給電力系統(tǒng)帶來很大的挑戰(zhàn)，電力平衡必須在本區(qū)域內(nèi)完成。
從1999年德州立法確定開展電力市場建設(shè)到零售、批發(fā)市場的相繼建立，德州只用了兩年的時間。目前活躍的零售市場成為了德州市場的一大特色。在德州75%的負荷擁有零售選擇權(quán)。據(jù)統(tǒng)計，其競爭性零售市場內(nèi)超過90%的用戶都曾更換過零售商。這種零售商制度的引入極大提高了市場運轉(zhuǎn)效率，并推動了電能服務(wù)的差異化和多樣化。
目前德州電力市場主體主要分為三個，發(fā)電方、輸配電運營商、客戶。德州輸配電運營商被嚴格管制，德州公共事業(yè)委員會（PUCT）負責(zé)審批其新建輸電項目，并根據(jù)成本加利潤的原則制定其輸電配電價格。而發(fā)電側(cè)和用電側(cè)則由競爭決定，即引入電力市場來實現(xiàn)資源的最佳配置。
德州的電力批發(fā)市場設(shè)計分為日前市場、日內(nèi)市場以及實時市場。在實時市場中，所有的發(fā)電機組都要進行報價。市場要根據(jù)報價情況并考慮系統(tǒng)的安全性來決定出清價格，即在安全性約束下進行經(jīng)濟調(diào)度，ERCOT每5分鐘出清一次。
可再生資源的市場設(shè)計無需特殊處理
德州近幾年新能源尤其是風(fēng)能接入比較大，對電力市場的建設(shè)帶來了巨大挑戰(zhàn)。德州開始重新設(shè)計電力系統(tǒng)市場機制時，內(nèi)部有一些爭議，核心就是如何對待和處理新能源。最后采取的方案是，新能源和市場上其他電源一視同仁，也要參與市場報價，在電力市場受到無差別的對待。盡管政府對新能源有一定補貼，其報價可以較低，但也必須遵守最基本的市場規(guī)則。
現(xiàn)貨市場中新能源逐漸替代傳統(tǒng)機組
容量市場或稀缺電價仍鼓勵長期電源投資
當(dāng)然以德州的經(jīng)驗而言，新能源的介入對現(xiàn)貨的價格影響很大。目前德州主要以燃氣機組為主，電價必然跟天然氣價格關(guān)聯(lián)度會比較高。當(dāng)天然氣價格是4.5美元/MMBTu的時候，煤電就有價格的優(yōu)勢，它在報價的低端，這個時候系統(tǒng)多數(shù)出清機組由煤電機組決定，煤電機組有一定的盈利空間；當(dāng)天然氣價格下降到2.5美元/MMBTu的時候，報價會發(fā)生很大的變化，這時候有可能是燃氣機組決定出清價格，但是這個時候煤電的價格到了中部，損害了煤電的經(jīng)濟性和有效性，它有可能不會被市場所接受，或者被迫要接受損失。
（不同天然氣價格下的各電源報價）
維持比較合理的電價是德州電力系統(tǒng)運行追求的一個目標(biāo)，原因在于，比較合理的低電價可以吸引人口和促進經(jīng)濟發(fā)展，推動整個用電量的上升，最終形成比較合理的電價趨勢。德州是頁巖氣的主要產(chǎn)地，目前來說它的天然氣運行在比較低的價格，一方面天然氣供給充足，另一方面，大量新能源的接入，使得電力市場整體能量價格歷史性降低，從每千度電77.39美元降低到24.77美元，去年平均價格是28.25美元。
與此同時，由于新能源發(fā)電的不確定性，以前主要由負荷引起的系統(tǒng)電價波動性相對大幅增加。體現(xiàn)在兩方面，一是負價格的出現(xiàn)，這意味著傳統(tǒng)機組發(fā)電不但沒有利潤反而要補貼負荷；二是高價格的出現(xiàn)次數(shù)比較多，反映了發(fā)電容量在負荷高峰時的稀缺。
在北美其它市場上是通過建設(shè)容量市場提供客戶長期穩(wěn)定補償來保證容量的充足，煤電和核電可以能夠有一定收益性；德州市場是另外一種思路，容量稀缺必然會反映到實時價格上，推動實時價格的上揚，稀缺電價也會對長期的電力投資起到一定促進作用，最終依靠市場的作用來促進用戶需求和裝機的容量的平衡。
（德州電源結(jié)構(gòu)變遷）
電力市場不斷改進設(shè)計
2010年12月1日，ERCOT 成功地從區(qū)域電力市場轉(zhuǎn)換為節(jié)點電力市場。ERCOT設(shè)計節(jié)點市場的主要目標(biāo)是改善價格信號，提高調(diào)度效率，直接分配局部擁堵費用。市場交易頻率得到了改進，由以前的每15分鐘出清一次變成了現(xiàn)在的每5分鐘出清一次，使得新能源發(fā)力的情況能夠比較準(zhǔn)確地被預(yù)測，市場就可以更好的應(yīng)對新能源的波動性。
這個重新設(shè)計的綜合性節(jié)點市場主要有以下幾個部分：金融輸電權(quán)市場 CRR(CongestionRevenue Rights)，能量和輔助服務(wù)聯(lián)合優(yōu)化的日前市場 DAM(Day-Ahead Market)，可靠性機組組合 RUC(Reliability Unit Commitment)，以安全約束下的經(jīng)濟調(diào)度 SCED(SecurityConstrainedEconomic Dispatch)為核心的實時市場。
德州電力市場建設(shè)遵循從易到難、從無到有的原則，目前輔助市場并沒有跟實時市場進行很好的優(yōu)化，現(xiàn)在僅僅是在日前市場進行出清，所以它不是最優(yōu)的解決思路，所有資源配置進行綜合考慮的時候才是最佳的方案。
根據(jù)ERCOT最新的評估，在今年發(fā)生的一次最高出清價格達到9000美金的事件中，如果在實時市場進行聯(lián)合出清，在40分鐘（5次出清）后整個系統(tǒng)可節(jié)省5850萬美元，因此，只有不斷進行市場的改革才能達到資源最佳的配置。當(dāng)然，這種改進需要大量的人力物力財力的相應(yīng)投資。
（橙色為聯(lián)合出清價格，藍色為現(xiàn)有出清價格）
輔助服務(wù)和能量市場是解決不同問題的兩個市場，現(xiàn)階段要通過市場力量來保證電力市場可靠運行、實時平衡，輔助市場反而更重要。
隨著新能源占比越來越大，對輔助服務(wù)市場設(shè)計提出了更高的要求。在德州有三種輔助服務(wù)市場，二次調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用。由于大量新能源的接入，旋轉(zhuǎn)慣量從富余變成稀缺資源。除此之外，對于一次調(diào)頻和非旋轉(zhuǎn)備用能力的需求有很大的提升。如果不改進，那么就只能造成兩個后果，一種是輔助服務(wù)市場的價格會有很大的提高。第二，對新能源而言，不得不棄風(fēng)棄光。
一些能夠提供快速反應(yīng)的技術(shù)，能夠有效的提高系統(tǒng)可靠性，這種新技術(shù)主要由負荷反應(yīng)和儲能來提供。通過建立一個合適的價格機制，可以吸引新技術(shù)參與到輔助服務(wù)市場中來。
這些電力市場設(shè)計及改進，也對新能源的選址、運行和經(jīng)營能力提高有一定的幫助，從而促進了德州新能源較快的發(fā)展。過去的幾年中德州新能源滲透比不斷創(chuàng)造記錄，在2017年10月27日這天，新能源最高滲透比達到了54%，是第一次在有電力市場運行環(huán)境下規(guī)模比較大的電網(wǎng)達到這么高的可再生能源滲透率。德州新能源未來三年將繼續(xù)穩(wěn)健增長。目前德州光伏裝機容量比較小，預(yù)測在2030年左右會超過現(xiàn)有風(fēng)能的裝機容量。目前ERCOT 也在建一條直流的線路，能夠很大程度提高新能源輸送的能力。
