电力市场化下可再生能源并网发电的阻碍和发展对策

./电力市场化下可再生能源并网发电的阻碍和发展对策Theobstacleanddevelopmentstrategyofrenewableenergygenerationinpowermarket摘要：传统能源煤炭、石油、天然气等由于资源储量有限,日益成为阻碍各国经济发展的瓶颈。可再生能源作为一种有利于环境保护和经济、社会可持续发展的新型能源,在不远的将来必将得到大规模的开发和利用。但是,可再生能源发电由于其成本、规模的限制,在电力市场竞争中处于劣势。文章试图论证在电力竞价上网的条件下可再生能源相对于传统能源的弱势地位并给出可再生能源发展未来的策略。关键词：电力市场化可再生能源竞价上网应对策略前言：随着经济的发展,社会的进步,人们生活的方方面面越来越离不开电力的使用。然而,在发电领域传统化石能源的大量使用所引起的生态环境的日益恶化,越来越受到人们的关注。为了经济、社会的可持续发展,各国政府都在积极地努力,试图减少污染、保护资源。可再生能源的出现和推广就是在这种背景下出现的。可再生能源尽管在保护生态环境,减排温室气体,促进经济、社会可持续发展等方面作用显著,然而由于技术、成本等因素,可再生能源目前在我国的发展还比较缓慢。可再生能源发电自身特点导致的并网阻碍可再生能源的特点可再生能源,是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。这些能源除水能属于常规能源外,其余大多属于新能源。它们往往具有以下共同的优点,蕴藏巨大、可以再生、分布广泛、没有污染；但也存在以下一些缺点,能源密度低、不稳定、地区差异大。可再生能源运行特点［1］地区差异大。受降雨影响,中国的小水电集中在XX、XX、XX、XX、XX、XX、XX、XX等南方省份,这是水能的地域不均衡。中国虽是风能资源丰富的国家,仅次于俄罗斯和美国,居世界第三位,但主要分布在东南沿海、XX半岛、辽东半岛与海上岛屿、XX、XX北部,XX南部、XX东部等。在我国,太阳能的分布也很不均衡,在XX、XX、XX、XX、XX、XX高原等地,太阳辐射得热量和日照时数均很高。受原料收、储、运体系的限制,全国在建稍有规模的生物质能发电项目集中分布在XX、XX、XX、XX、XX、XX和XX等地。对于发电有开发价值的高温地热,从现在勘探的情况看主要分布在藏南、滇西、XX、XX、XX等地。最后,潮汐发电则必须在潮差较大的海湾或河口筑坝构成水库,受地形影响较大。因而分布也很不均衡。装机容量一般较小。目前已经建成的可再生能源发电项目,装机容量都远小于火力发电机组。,目前中国最大的太阳能光伏发电项目装机容量刚突破千kW级。XX兴化市中科生物质能发电XX以装机容量5000kW即成为国内最大的生物质能发电项目,最大的地热电站XX羊八井地热电站装机容量约为25MW,1980年5月建成的XX省温岭县江厦潮汐试验电站凭借3200kW的装机容量成为中国最大的潮汐电站。近年来,虽然风电单机装机容量持续增加,目前国际上研制的超大型风力发电机单机容量也仅为6000kW,而国内目前主力机型是600kW、750kW、1200kW。与此同时,国内一般规模的火力发电机组早已达到300MW。调频调压能力有限。常规能源发电机组对电网调频和调压有着重要的作用,但目前可再生能源机组由于容量较小,很多小电站往往无人值守,故而无法参与系统调整。即便参与调节,其调节能力也极为有限。对于风电机组,系统运行参数超过一定X围时还会自动安排停机,可能进一步恶化系统运行条件,有可能造成电网稳定雪崩效应。发电的稳定性较差。太阳能的作用只能发挥于白天,更必须由电网来调节,即便白天,其不稳定性也很大,照射量的强度和角度一日间也有变化,还有云的移动和厚薄等变化,都会造成其发电功率的变化,对需要稳定的工业用电来说很不方便。小水电随雨量而变化,各地有各地的特点,不但有丰水年、枯水年的不同,全年也有季节性变化,即便一日之间,其可用的来水量,也有很大的不确定性。小水电的库容不大,径流电站的调节性更差。风的稳定性较小水电更差,需要电网来支持。可再生能源并网对电网的影响［2］对电网稳定性的影响由于部分可再生能源的随机性和并网机组的运行特性,可能影响主网稳定性。大型电网一般具有足够的备用容量和调节能力,风电进入一般不必考虑频率稳定性问题,但是对于孤立运行的小型电网,风电带来的频率偏移和稳定性问题是不容忽视的。若大型风电场多台风力发电机组同时直接并网会造成电网电压骤降；当风速超过切出风速,风力发电机会从额定出力状态自动退出并网状态,风力发电机组的大量停运会造成损失大量的机端电容补偿,从而会导致电网电压的突降,而电网电压突降必然会导致系统电压稳定性水平的降低。对电能的影响随机性较强的可再生能源发电机组对电能质量的影响主要表现为频率波动、电压波动、电压闪变、电压跌落与谐波等。当并网可再生能源发电机组的输出功率波动或启停时,其输出有功功率与无功功率随之变化,从而导致电网频率波动、电压波动,引起电压闪变和跌落等问题。谐波问题主要出现在风电,风电给系统带来谐波的途径主要有两种：一种是风力发电机本身配备的电力电子装置,另一种是风力发电机的并联补偿电容器可能和线路电抗发生谐振。［3］对全网运行经济性的影响大部分可再生能源发电的运行成本很低,与火电机组相比可以忽略不计。但是,但是部分可再生能源具有很强的随机性,目前的预报水平还不能满足电力系统实际运行的需要,在安排运行计划时只能将其作为未知因素考虑。为了保证其并网以后系统运行的可靠性,需要在原有运行方式的基础上,额外安排一定容量的旋转备用以跟随其发电功率的随机波动,维持电力系统的功率平衡与稳定。由此可见其并网对全网经济运行具有双重影响：一方面分担了传统机组的部分负荷,降低了电力系统的燃料成本；另一方面又增加了电力系统的可靠性成本。［4］竞价上网下可再生能源发电对传统能源的优劣势分析传统能源与可再生能源的竞争目前在我国,可再生能源发电由于技术、成本等因素发展还比较缓慢。如风电的电价居高不下、小水电受气候和季节等因素的影响、太阳能发电受到技术和原材料成本的限制等,可再生能源还难以与传统能源发电进行市场竞争。传统能源发电耗费的低价,输电运行的稳定等优点,都使得电网企业在安排电力调度时,更愿意使用传统能源发出的电,而不愿意使用可再生能源发出来的电。这就使得可再生能源发电的发展受限。但作为我国可持续发展的政策来说,可再生能源必须发展,并以适当的形式在适当的政策条件下参与市场竞争和竞价上网。可再生能源并网发电模型分析［5］简化模型,作以下假设：假设市场上只有两个发电商：常规电力<如火电>发电商A和可再生能源<如风电>发电商B；发电商A的成本CA,低于发电商B的成本CB<CA<仅限于静态博弈〔静态博弈是指博弈中参与者同时采取行动,或者尽管参与者行动的采取有先后顺序,但后行动的人不知道先采取行动的人采取的是什么行动〕。由于政策规制,不可能让博弈双方串谋哄抬电价。而发电商B的成本高于发电商A的成本,发电商B不管采取合作还是非合作的竞价方式,发电商A都可以采取非合作的态度,即非合作是发电商A的最优策略,也就是说,不管怎样他都可以获得高的利润,这就需要政府的宏观调控。基于此,本文仅分析在发电商A不合作情况下,发电商B的报价策略与利润。发电商B非合作博弈模型。如果发电公司在竞价过程中不合作,那么发电公司各自采用基于以与密封拍卖的发电商非合作竞价博弈模型进行报价和竞价。当发电商A和发电商合作对于发电成本大的可再生能源发电商B来说,它竞价成功且报价小于市场清除价的概率为0,竞价成功且报价等于市场清除价的概率为1,根据文献［6］所给出的报价表达式,理性的发电商B将报价定在最高可能的报价BH上。发电商A只要将报价低于发电商B的报价即可竞价成功。那么BH为此时市场清除价,发电公司A的上网电量等于它的报价电量qA。,发电公司B的上网电量为<2λ一1>qB。<λ为上网电量与报价电量的比重,0<λw式中:φt——合约电量占最大可供电量的比列,0<ρA——CA——用wBw根据利润最大化原则,令∂wAL发电商B合作博弈模型。如果发电公司在竞价过程中不合作,那么发电公司各自采用基于以与密封拍卖的发电商非合作竞价博弈模型进行报价和竞价。当发电商A暗中降低报价,采取不合作态度,由于它的报价低于发电商B的报价,其报价电量完全被采用,即上网电量等于报价电量,此时的市场清除价为BH,我们用ww同上,BH由于发电商A不合作,暗中降价,发电商B的收益降低,用wBw式中：Q=λqA+qB模型分析两种情况下,发电商A的收益不变。也就是说,无论发电商B采用合作还是非合作的策略,发电商A的报价策略都不会变,收益也不会变对发电商B来说,不同策略下的发电收益是不同的。两种策略下的收益之差为：w对式中各项分析,发电商B要有利润,则BH>CB。考虑到,传统能源发电量大于可再生能源发电,即qA结论分析可再生能源并网发电的障碍还在于,在当前竞价上网的情况下,由于规模和成本的限制,很难与传统能源发电进行竞争。传统能源发电的一家独大和价格优势,都对可再生能源并网发电有着巨大的阻碍作用。可再生能源发展对策可再生能源发展制度建设方面对策［6］确定合适的价格政策为可再生能源发电提供合理的收益保障电价是影响可再生能源电力市场发展规模的重要因素。目前．价格政策是国际社会促进可再生能源发电发展有效手段。到20xx底,全球共有40个多国家建立和实施了不同类型的可再生能源电价体系和政策,取得了不同程度的效果。由于各国可再生能源资源条件不同,经济发展水平和负担能力有差距,所以支持可再生能源电价政策的表现形式和价格水平也不一样。但其共同点是：可再生能源发电不直接参与电力市场价格竞争,而是按照政府法规和政策得到特殊的优惠上网电价,从而保障了可再生能源发电的合理收益。当前主要的价格政策有：固定电价体系：固定价格即政府直接明确规定各类可再生能源电力的市场价格。电网企业必须按照这样的价格向可再生能源发电企业支付费用。浮动价格体系：浮动价格体系的主要原则是：以常规电力的销售价格为参照系．制定一个合适的比例。之后可再生能源发电价格随常规电力的市场变化而浮动,或是制定固定的奖励电价。加上随时变化的浮动竞争性市场电价。作为可再生能源发电实际获得的电价。招标电价体系：由政府发布,对特定的一个或一组可再生能源发电项目进行公开招标。在考虑电价以与其他指标的基础上确定发电项目的开发者。在这种体系下。项目电价是评标的主要因素之一。因此中标的可再生能源发电项目得到的电价是确定的、固定的。但对于每一个或每一组项目,得到的电价都不相同。绿色电力价格体系：绿色电力价格体系的形成机制是,由政府提出可再生能源电力的价格。由能源消费者按照规定价格自愿认购。认购后的证书一般不用于以盈利为目的的交易。可再生能源发展的最佳价格体系：从政策实施的总体效果看。固定电价与其派生的浮动电价政策对发展可再生能源发电市场的刺激力度是最大、最有效的。大力推动可再生能源发电的强制上网政策可再生能源电力的强制上网,是由可再生能源的技术和经济特性所决定的。可再生能源是间歇性的能源。电网从安全和技术角度、甚至自身的经济利益出发对可再生能源发电持一种忧虑和排斥的态度。强制手段是国外大多数国家促进可再生能源发展的基石。目前,世界上有30多个国家通过法律法规和政策明确规定了电网企业必须承担为可再生能源发电上网提供方便和服务并购买可再生能源发电的义务。其中欧洲有德国、丹麦、瑞典、瑞士、希腊与葡萄牙等十多个国家实施了可再生能源发电的强制上网政策,并取得了很好的成效。此外,放宽对可再生能源电力入网的条件也是发达国家鼓励可再生能源发展的政策之一。可再生能源发电,尤其是风电和太阳能发电,存在一定的间歇性,其年、日发电量、发电曲线和用电负荷不匹配,对于发电量虽然可以提前做出一定的预测。但预测精度比较低。因此,从电网的角度,预测精度低的可再生能源电力和电量不受欢迎。在这种情况下,从技术和电网安全的角度,无条件地要求电网企业全部接受可再生能源电量是不尽合理的。因此,对可再生能源电力上网采用相对于常规能源电力更为宽松的条件是比较适宜的。采取配额制使发展可再生能源电力成为电力企业的法定义务配额制旨在将发展可再生能源电力作为电力企业的法定义务。要求电力企业在生产或销售常规电力的同时。必须生产或销售规定比例的可再生能源电量。并通过建立交易制度和平台。发挥市场自身的调节作用。达到提升可再生能源产品价格的目的。在配额制下,政府对企业的可再生能源发电量核发绿色交易证书。绿色交易证书可以在电力企业间买卖。价格由市场决定。此时的可再生能源发电价格为平均上网电价与绿色交易证书的价格之和。实施配额制和证书交易的一个重要前提条件是电力市场的完全市场化<包括发电、输电、配电和用电的所有环节>。在这种情况下,政府制定了对未完成强制配额的企业予以惩罚的额度．这一额度往往成为可再生能源发电交易成本的上限。可再生能源并网发电的法律法规扶持［7］进一步完善可再生能源现行的法律、法规、标准随着我国可再生能源产业的飞速发展,越来越多的新鲜事物逐渐涌现,我国现有的法律体系中的法律法规已经不能适应现今发展的需求。具体的表现如下：我国发展可再生能源发电项目中重视项目开发、轻视协调发展。我国目前缺乏对输配与用电环节补偿与激励的完整配套产业政策。现行的政策法规侧重对项目的管理,对资源的管理相对较弱。我国可再生能源资源可开发的具体资源数据等严重缺失。制定可再生能源行业标准与监管办法行业标准是行业长期研发成果和时间经验的浓缩和总结,是设计、制造、检验、运行和维护等各个环节的条件、参数、指标和要求,是行业技术活动的指南。而在可再生能源发电这方面,我国目前的行业标准还是存在严重不足的,并没有反映我国可再生能源情况的标准。行业标准的欠缺,将严重阻碍我国可再生能源的发展。制定我国可再生能源发电并网项目审批程序。加大力度严格监管可再生能源发电并网项目审批程序,从中央到地方政府严格遵守国家对可再生能源项目建设审批的相关规定。对于出现规避国家审核、拆分项目建设、谋取私人利益的XX行为,采取严厉的惩罚措施,防止这类行为的再次发生,以起到一定的警示作用。提升我国可再生能源发电企业并网机组监管水平。在并网机组的管理方面上严格实行并网机组认证审查制度,对发电企业的设备装置、认证资质等方面进行严格监管。对存在不符合要求、弄虚作假,采取非法手段申报建设项目的应当给予严厉的处罚。贯彻落实《可再生能源法》促进可再生能源的发展［8］20xx1月1日我国《可再生能源法》开始实施,它对我国的可再生能源发展以与社会的可持续发展将产生积极的推进作用。根据《可再生能源法》规定的原则和要求,需要制定的配套政策有12个：水电适用《可再生能源法》的规定；可再生能源资源调查和技术规X；可再生能源发展的总量目标：可再生能源开发利用规划；可再生能源产业发展指导目录；可再生能源发电上网电价政策；可再生能源发电费用分摊办法；可再生能源发展专项资金；农村地区可再生能源财政支持政策；财政贴息和税收优惠政策；太阳能利用系统与建筑结合规X：可再生能源电力并网与有关技术标准。《可再生能源法》制定的基本原则是国家责任和全民义务相结合的原则；政府推动和市场引导相结合的原则；现实需求和长远发展相结合的原则。立法的目的是明确可再生能源的战略地位；消除可再生能源发展的市场障碍；建立可再生能源建设的资金保障体系；建立促进可生能源发展的文化氛围,推动可再生能源稳定、持久的发展。《可再生能源法》设计了总则、资源调查与发展规划、产业指导与技术支持、推广与应用、价格管理与费用分摊、经济激励与监督措施、法律责任和附则共八章三十三条。其重要作用体现在为我国可再生能源发展制定了总量目标、可再生能源强制上网、上网电价、费用分摊和专项资金等5个方面的基本制度。贯彻落实《可再生能源法》,将对我国风力发电、生物质发电、光伏发电产业发展产生巨大的推动作用,使之进入跳跃式发展的新局面。电网运行调度对可再生能源上网发电的支持［9］促进电网和可再生能源协调发展,加强调度运行管理,服务可再生能源发展是电网企业适应能源结构变化和新能源格局要求的必然选择,也是可再生能源并网发电得以发展的重要因素。根据这一原则和目标,电网运行调度应做到以下几点来确保对可再生能源发电的支持,促进可再生能源的发展。加快电网建设促进协调可再生能源发展只有建设一个坚强的电网才能为可再生能源开发利用提供接入、调峰、消纳等多方面的支持。电网企业应在积极争取国家可再生能源发展配套支持政策的基础上,加快电网基础建设和技术改造。努力提高电网安全稳定水平、提高电网输送能力、提高设备健康水平、降低供电能耗等方面采取措施。积极吸纳新技术提高可再生能源并网性能部分可再生能源发电的不确定性给电网控制带来挑战,必须研究吸纳新技术。从全局考虑,一方面要适应其不确定性,提高其供电可靠性；另一方面,对机组的监控和保护必须加强。例如,由于电力电子器件性价比的不断提高,使得变速恒频双馈风力发电机组等新型可再生能源发电机组趋向普遍。该机组具有提高风能利用率、可通过励磁调整发电功率、取消补偿电容、可向电网输送无功、并网冲击不大等优点,其发电功率的可控性和向电网输送无功等并网