中國儲能網(wǎng)訊：面向高比例可再生能源的電力市場研究綜述
肖云鵬，王錫凡，王秀麗，別朝紅
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.172424
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研究背景
可再生能源出力具有較強(qiáng)的不確定性，電力系統(tǒng)中可再生能源比例的提高，不僅需要可靈活調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組的配合，更需要電網(wǎng)及需求側(cè)的主動參與，實現(xiàn)供需兩側(cè)能量、信息、交易的互動，而供需互動的充分性和合理性是決定能源互聯(lián)網(wǎng)運行效率的關(guān)鍵。健全的電力市場，能夠優(yōu)化配置電力資源，保證市場主體通過公平競爭獲利，從而為供需互動的開展，能源互聯(lián)網(wǎng)的清潔、高效運行提供驅(qū)動力和平臺。
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論文重點內(nèi)容
2.1 可再生能源參與下的電力市場表現(xiàn)出的問題
（1）棄風(fēng)、棄光
缺乏與周邊地區(qū)電網(wǎng)的互聯(lián)和交易(如愛爾蘭、西班牙)；市場缺乏有效消納分布式資源的機(jī)制。
（2）負(fù)電價及電價波動性增強(qiáng)
缺乏對靈活發(fā)、用電資源的調(diào)用機(jī)制、傳統(tǒng)機(jī)組啟停成本較高、可再生能源發(fā)電強(qiáng)制上網(wǎng)或存在補(bǔ)貼，電力市場運行中會出現(xiàn)負(fù)電價；電價波動性因大規(guī)模可再生能源的參與而增強(qiáng)，市場中的金融風(fēng)險增加。
（3）價格信號低效
交易窗口過于單一，日前市場往往在交易日來臨前數(shù)小時就已關(guān)閉，雖然一些地區(qū)(如西班牙、德國、荷蘭、北歐)開展了日內(nèi)市場，但流動性依然較低；市場缺乏激勵預(yù)測信息及時披露的機(jī)制，靈活配置資源能力不足。
（4）可再生能源市場競爭力較弱
無法在市場中準(zhǔn)確申報電量信息，因而可能承受懲罰；不可控性又制約了在多時間尺度市場中策略性競價的能力。
（5）平衡可再生能源成本較高
全球電力市場運行中，風(fēng)電使系統(tǒng)平衡成本平均增加2~3EUR/(MW?h)；目前的輔助服務(wù)市場規(guī)則主要基于傳統(tǒng)機(jī)組制定，可再生能源參與輔助服務(wù)市場的限制條件較多。
2.2 現(xiàn)有可再生能源并網(wǎng)激勵政策及交易模式
（1）并網(wǎng)激勵政策
政治：從國家或地區(qū)層面提出可再生能源發(fā)展目標(biāo)，監(jiān)督市場規(guī)范運行及保證能源供應(yīng)安全。
金融：設(shè)立支持可再生能源產(chǎn)業(yè)投資的基金及低息貸款，并減少對傳統(tǒng)發(fā)電形式的支持力度。金融政策激勵也對技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生重要作用。
財政：環(huán)境稅的征收和可再生能源投資相關(guān)的稅收優(yōu)惠。通常，相應(yīng)的部分稅收用于支持可再生能源的發(fā)展。
環(huán)境：碳排放市場和氣候基金的設(shè)立。
價格機(jī)制：見表1。
表1 價格機(jī)制
（2）交易模式
雙邊交易：價格與集中競價出清價相關(guān)，增強(qiáng)了可再生能源交易的靈活性，但因缺少直接的競爭環(huán)節(jié)，難以獲得最低的購電價格；大規(guī)模的雙邊交易可能降低系統(tǒng)調(diào)度的效率，增加對輔助服務(wù)的需求。
集中競價：各國市場中可再生能源參與日前市場、實時市場、提供輔助服務(wù)、不平衡電量結(jié)算、預(yù)測成本分?jǐn)偟葐栴}見本文中參考文獻(xiàn)。
2.3 可再生能源參與電力市場的特殊問題
（1）成本特性
可再生能源發(fā)電機(jī)組固定成本較高而邊際生產(chǎn)成本很低。以丹麥陸上大型風(fēng)電場的平均數(shù)據(jù)為例，投資建設(shè)成本為1070000EUR/MW，固定運行及維護(hù)成本為25600EUR/MW/Year，而可變成本僅為2.8EUR/ (MW·h)。
（2）生產(chǎn)特性
可再生能源發(fā)電的生產(chǎn)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的間歇性、波動性、隨機(jī)性、不可控性(可減出力但不可增出力)、利用小時數(shù)低等特征，商業(yè)應(yīng)用最為成熟的風(fēng)電還往往具有反調(diào)峰特性。
（3）出力描述的概率性
可再生能源發(fā)電出力無法準(zhǔn)確預(yù)測，通常以概率的方法描述，且隨著(交易)時間的臨近，預(yù)測準(zhǔn)確度逐漸提高。因而，可再生能源發(fā)電出力的描述涉及多時空維度的信息，應(yīng)設(shè)計合理的市場機(jī)制促進(jìn)信息的及時披露。
（4）電量風(fēng)險
由于出力預(yù)測誤差的存在，可再生能源參與電力市場不僅面臨電價風(fēng)險，還面臨較大的電量風(fēng)險，而現(xiàn)有的方法和工具大多只針對管理電價風(fēng)險而設(shè)計。
（5）外部性
可再生能源發(fā)電與傳統(tǒng)能源發(fā)電相比，具有節(jié)能減排的正外部性，以及增加系統(tǒng)平衡和備用成本等負(fù)外部性。
（6）發(fā)電主體多元化
可再生能源的發(fā)展引入了大量的分布式電源，很多傳統(tǒng)電力用戶擁有發(fā)電資源，應(yīng)建立靈活、公平的市場機(jī)制適應(yīng)發(fā)電主體多元化的發(fā)展趨勢。
2.4 面向高比例可再生能源的電力市場研究現(xiàn)狀
可再生能源的發(fā)展使得發(fā)電主體多元化，發(fā)電主體間博弈行為復(fù)雜化，市場機(jī)制和交易模式多樣化。圖1總結(jié)了面向高比例可再生能源的電力市場的研究內(nèi)容以及與本文章節(jié)的對應(yīng)情況。
圖1 面向高比例可再生能源電力市場研究內(nèi)容與本文章節(jié)對應(yīng)情況
具體內(nèi)容包括：1）可再生能源的參與對電力市場的影響；2）包含可再生能源的電力市場中市場主體的行為策略；3）適應(yīng)高比例可再生能源的電力市場機(jī)制設(shè)計；4）提升可再生能源市場競爭力的電力交易產(chǎn)品；5）促進(jìn)分布式可再生能源消納的機(jī)制和算法；6）包含可再生能源的電力市場環(huán)境下的規(guī)劃問題；7）多能源市場的交互。
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進(jìn)一步研究的關(guān)鍵問題
發(fā)展面向高比例可再生能源的電力市場，以優(yōu)化配置電力資源，對促進(jìn)可再生能源的充分消納，構(gòu)建高效供需互動的能源互聯(lián)網(wǎng)具有重要意義。進(jìn)一步的研究，特別是中國發(fā)展面向高比例可再生能源電力市場應(yīng)重點解決以下問題：
（1）提升可再生能源資源評估和預(yù)測技術(shù)。
（2）深入挖掘供需兩側(cè)的靈活性，包括用能靈活性、儲能靈活性、多能轉(zhuǎn)化靈活性、多能源網(wǎng)絡(luò)耦合靈活性。
（3）設(shè)計適應(yīng)可再生能源發(fā)電特點的市場機(jī)制和交易產(chǎn)品，建立靈活的零售電價機(jī)制，提升電網(wǎng)互聯(lián)互通交易水平。
（4）完善促進(jìn)信息互動機(jī)制，從技術(shù)方面建立通用的通信標(biāo)準(zhǔn)、提升通信可靠性及安全性；在電力市場的設(shè)計中關(guān)注信息有效性問題，降低信息成本。
（5）開發(fā)分布式算法，應(yīng)對大規(guī)模系統(tǒng)計算復(fù)雜性和市場主體隱私性問題。
（6）建立電網(wǎng)的高效運營模式，重視電網(wǎng)調(diào)度能力和電力市場的協(xié)調(diào)發(fā)展。
（7）改進(jìn)不確定性下的多能源市場交互機(jī)制，從多能源市場交互角度全面分析不確定性來源，建立恰當(dāng)?shù)牟淮_定性分析模型；探索多能源市場協(xié)調(diào)運行模式，以提升市場穩(wěn)定性，為市場主體提供全面的獲利方式和風(fēng)險管理手段。
引文信息
肖云鵬，王錫凡，王秀麗，等．面向高比例可再生能源的電力市場研究綜述[J]．中國電機(jī)工程學(xué)報，2018，38(3)：663-674．
Xiao Yunpeng, Wang Xifan, Wang Xiuli，et al．Review on electricity market towards high proportion of renewable energy [J]．Proceedings of the CSEE，2018，38(3)：663-674 (in Chinese)．
團(tuán)隊介紹
肖云鵬(1990)，男，博士研究生，主要研究方向為電力市場、電力系統(tǒng)供需互動及新能源消納，xyp.922@stu.xjtu.edu.cn；
王錫凡(1936)，男，中國科學(xué)院院士，教授，博士生導(dǎo)師，從事電力系統(tǒng)分析規(guī)劃、電力市場與新型輸電方式等方面的研究工作；
王秀麗(1961)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃、可靠性分析及電力市場等；
別朝紅(1970)，女，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究方向為電力系統(tǒng)規(guī)劃與可靠性評估、新能源消納等。
原標(biāo)題：西安交通大學(xué)肖云鵬，王錫凡等：面向高比例可再生能源的電力市場研究綜述
