新能源参与省级现货市场的模式设计

在全球能源转型背景下，中国新能源持续快速建设，但消纳问题也不断凸显，传统的补偿模式很难平衡新能源消纳中的各方主体诉求，通过市场机制解决市场主体的利益平衡成为各方共识。对省级新能源参与现货市场的市场设计进行思考和展望，首先研究了考虑新能源快速增长下的美国PJM电力市场设计变化与调整。在此基础上，研究了浙江省新能源的现状、发展以及未来面临的消纳问题，进而提出了考虑新能源消纳分阶段模式演化的省级电力市场设计。最后以浙江省运行数据为例，基于目前新能源低占比场景以及未来新能源高占比的假设场景，对新能源不同市场参与模式的消纳情况和收益进行了算例计算和比对分析。根据新能源与现货市场的发展情况，渐进地选取新能源参与现货市场的模式；3种模式中，新能源以报量报价形式参与市场能够使社会整体效益最大化。关键词:新能源；电力现货市场；市场设计0引言当今世界各国正面临严峻的气候变化和能源短缺问题，发展新能源展情景暨路径研究报告》明确提出到2025年新能源占一次能源比重将达到20%，到2050年新能源发电量占总发电量的比例将超过60%。[3-4]但目前中国新能源发展仍面临一些问题，一是三北地区弃风弃光的压力始终较大[1]。二是国家新能源发展基金来源单一，补贴缺口逐渐扩动性与不确定性增加了系统运行的困难，需要其他类型能源提供辅助[5-8]高比例[9]新能源带来的可靠性问题，难以满足市场成员对于公平和效率的诉求。[10]同时，随着新能源发电技术进步以及规模扩大，发电成本大幅下降，市场化交易、无补贴发展逐渐具备条件，深化电力市场改革、通过市场化手段促进新能源的发展和消纳已成为共识。[11-13]目前，不少国家探索与制定了新能源价格补贴政策与相应的市场交的国家均采用新能源与常规电源同等方式参与竞争，并通过政府调控激于价格的激励政策，前者主要包括净电量结算、新能源配额制及绿色[14-15]面，甘肃、山东均采取了新能源机组的大部分出力以固定出力形式参与国PJM(PJMINT.,L.L.C.)市场中新能源参与情况，以及新能源不断发通过算例定量分析对比新能源不同参与方式下的消纳效果以及市场出PJM经营区域位于美国东北部，平原为主，人口相对稠密，风、光等新能源资源并不丰富。但在政策的推动下，过去10年的风电和光伏图1PJMFigWindandPVcapacityofPJM-2019)[16]数量还是容量，新能源都占了非常大的比例。rconstructionandplanningofPJM能源装机容量占比的目标。受政治、地缘、经济等因素影响，各州目标差异比较大，但总体趋势也体现在每年新增和未来计划中。1.3电力市场与新能源1.3.1市场参与参与竞价的机组主要分为接受调度指令的报价机组和自计划机组，计划机组的自计划容量或自计划时段以固定出力形式参与市场。如表2限可以在日前出清后到实时1h前根据更新预测调整。风、光报价曲线和其他类型机组基本一致，由于变动成本接近0，这些曲线都有极低的PJM]Table1NewenergygoalsofPJMstates[16]%Table2Unitstypesandbiddingdistributionindayaheadmarket[17]%分布[17]Table3Typesandbiddingdistributionofself-schedulingunitsandself-schedulingunitsparticipatinginquotation[17]%目前，风、光发电基本不参与辅助服务，但近年来储能和风光发电1.3.2市场出清放市场意味着机组之间的竞争是全方位的，从燃料到运行成本，从效率来的损失。这些对新能源发电提出更高的预测精度和控制性能要求，同变提供了机会。水平很低的凌晨。1.3.3成本补偿对于风、光发电来说，成本补偿主要由系统安全运行导致减出力引表4实时市场的边际机组分类(2015-2019)[17]Table4Marginalunitsclassificationforreal-timemarkets(2015-2019)[17]%表5日前市场的边际机组分类(2011-2019)[17]Table5Marginalunitsclassificationofday-aheadmarket(2011-2019)[17]%Table6PJMunitcostcompensation[17]1.3.4分析总结入的复杂流程，建立一套简单透明的规划接入机制；②现货市场对风、光发电的准入放开；③机组可以利用地域的多样性充分竞争。引光等新能源消纳提供了更为适合的场景。能源机组均有一定的要求限制和门槛，储能技术的逐步成熟也对未来的联合参与提供了必要基础。2浙江新能源发展和消纳现状2.1浙江新能源发展现状在国家和浙江省相关政策的大力扶持下，浙江省光伏发电开发应用10.8%。预计2020年浙江新增风电装机0.34GW，新增光伏装机1.752.2浙江新能源消纳现状浙江光伏以分布式为主，统调口径风、光机组装机容量占比仅为正负备用，占用了大量优质调峰资源，春节和国庆等法定节假日期间，在光伏发电的影响下，负荷呈现典型的“鸭子曲线”特点，电网调峰问题非常突出。另一方面，分布式光伏在主网侧没有建模，实际效果体现至目前，浙江未出现过风电、光伏弃发。表7浙江与PJM的新能源市场参与对比TableComparisonofnewenergymarketparticipationinZhejiangandPJM3考虑新能源消纳的省级电力市场设计3.1新能源参与现货市场的渐进式市场模式设计3.1.1现货市场初期延续现有新能源消纳模式在省级现货市场发展初期，新能源依然延续现有市场参与及消纳模场。全额消纳收购新能源电量，采用标杆上网电价结算，在上网电价基础上获得一定的政府补贴。新能源发电企业的辅助服务部分仍基于“两测出力曲线，实现新能源的保障性收购机制与现货市场并行开展。3.1.2新能源以报量不报价形式参与现货市场的模式新能源发电企业采用报量不报价的形式(即固定出力并且接受市场价格的形式)参与电力现货市场，以差价合约的形式参与中长期市场，3.1.3新能源以报量报价形式参与现货市场的模式随着光伏风电的规模扩大、设备及技术进步，以及税收政策的进一步向好，光伏、风电逐步实现平价上网，新能源发电企业采用报量报价的形式，与其他电源同等参与市场竞价、市场出清及调度运行，以差价3.2新能源参与现货市场的配套机制3.2.1建立市场外政府扶持体系将市场运营与政府调控严格区分，相互配合建立融合市场竞争的新价水平。新能源发电企业可自愿选择参与竞争，申报合约电量、合约电的合约电价，新能源发电企业每月自主分解确定每日的合约电力曲线。市场与合约曲线偏差部分电量按照现货市场价格结算，实际发电量与调度指令间的偏差超出一定范围的予以偏差考核。通过统一出清与偏差考核，一方面增加现货市场资源优化比例，提高调度运行的灵活性；另一方面，通过经济手段，约束新能源发电企业做好出力预测以降低风险。3.2.2健全辅助服务市场建立辅助服务市场，通过清晰、明确的市场品种设计，将市场主体品的市场综合回报模式，调动常规电源协助消纳新能源发电的积极性。一是电能市场为市场主体提供基础的收益回报；二是调频、备用辅助市收益回报。通过市场主体的不同回报模式，激励引导其在日前、实时不同调度环节提供相应的调节能力，以适应新能源的运行特性。3.2.3挖掘灵活可调节资源潜力在容量市场未建立之前，采用稀缺定价机制为电能、辅助服务定价，真动性带来的系统净负荷的短期快速变化。3.2.4引入日内市场，建立中长期到实时的持续交易机制建立中长期到实时的持续交易机制，实现新能源发电出力的自主灵易、转让交易、挂牌交易等，实现合约曲线的灵活调整；二是新能源发电企业基于日前出力预测，参与日前市场，实现新能源消纳曲线的日前调整；三是新能源发电企业基于超短期出力预测，参与实时市场，实现实现新能源发电企业的自主仓位调整。4算例分析4.1算例概述基于浙江省电网的实际运行和报价模拟数据，考虑浙江省不同新能出力。和场景2的发电类型占比Table8Proportionofdifferentgeneratingtypesinscenarios1and2图3系统负荷及净负荷oad4.2考虑新能源参与的现货市场出清算法现货市场出清优化模型的目标函数为最小化基于报价的发电成本，平衡约束、系统备用约束、机组功率上下限约束、机组爬坡滑坡约束以及电网安全约束等。[18-21]在考虑新能源以报量报价形式参与现货市场后，现货市场出清算法考虑原有约束基础上，需要修改新能源出力为优化变量，并增加考虑新4.3浙江新能源以不同方式参与现货市场的对比方式3：新能源采用报量报价的形式参与现货市场，在该算例中，4.3.1新能源消纳量的对比与方式的消纳量对比。低时刻，出现了风电出清电力未按照预测出力满发的情况。2)场景2下不同参与方式的消纳量对比。4.3.2系统发电成本对比源、预留系统备用，导致系统发电成本更高。表9系统发电成本对比bleSystempowergenerationcostcomparison4.3.3市场出清价格及市场成员收入对比图4风、光出清电力对比(场景1)Fig.4Clearingpowercomparisonofwindandsolarenergy(scenario1)图5风、光出清电力对比(场景2)Fig.5Clearingpowercomparisonofwindandsolarenergy(scenario2)表10场景1不同参与方式下的市场出清均价TableAverageclearingpriceunderdifferentparticipationmethodsof表11市场成员收入对比bleIncomecomparisonofmarketparticipants表12场景2不同参与方式下的市场出清均价TableAverageclearingpriceunderdifferentparticipationmethodsof表13市场成员收入对比bleIncomecomparisonofmarketparticipants4.3.4对比结论在当前案例负荷水平以及外来电水平情况下，系统无法完全消纳风电，这主要受到了系统负荷、外来电电力以及系统备用预留因素的影响。时刻，也是系统负备用紧张的时段。虽然风电机组报价低于其他机组报价，但若增加风、光机组出力，非风、光机组就需要减少出力或停机，备用机组，因此为了保障备用充裕，必须调用其他更贵的机组来提供备新能源完全参与市场后，受负荷水平、供需情况等因素的