新能源消納的錦囊妙計(jì)

:在杰里米-里夫金筆下描繪的第三次工業(yè)革命中，人類(lèi)化解資源困境的唯一途徑，就是發(fā)展可再生能源。開(kāi)發(fā)利用可再生能源已成為世界各國(guó)保障能源安全，應(yīng)對(duì)氣候變化，促進(jìn)低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展的共同選擇。2015年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了5000萬(wàn)千瓦規(guī)模的張家口可再生能源示范區(qū)發(fā)展規(guī)劃，2022年冬奧會(huì)也提出了“低碳奧運(yùn)”理念。然而，大規(guī)模的新能源集中開(kāi)發(fā)和接入，以及我國(guó)在電源側(cè)靈活調(diào)節(jié)性電源比重低，在輸電側(cè)電網(wǎng)建設(shè)的核準(zhǔn)經(jīng)常滯后于新能源項(xiàng)目而造成外送通道能力不足，在電力需求側(cè)近年電量增長(zhǎng)趨緩以及缺少需求側(cè)響應(yīng)機(jī)制，都使得清潔能源消納面臨極大的挑戰(zhàn)和壓力，也考驗(yàn)著行業(yè)主管部門(mén)和管理人員的智慧。國(guó)外電力市場(chǎng)改革最新情況顯示，促進(jìn)新能源消納，必須加強(qiáng)市場(chǎng)機(jī)制建設(shè)，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行，充分利用好市場(chǎng)這只“無(wú)形的手”進(jìn)行有效調(diào)節(jié)和引導(dǎo)。對(duì)我國(guó)而言，應(yīng)借助本輪電力體制改革的春風(fēng)推進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)，建立促進(jìn)可再生能源消納的市場(chǎng)機(jī)制，從大范圍消納著眼、中長(zhǎng)期交易著手、電力市場(chǎng)建設(shè)著力，從而助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳綠色和可持續(xù)發(fā)展。

負(fù)電價(jià)：完美破解調(diào)峰困局

風(fēng)電的發(fā)電大小與來(lái)風(fēng)情況有關(guān)，通常在后半夜用電低谷時(shí)段，風(fēng)量充足風(fēng)電發(fā)電量大，因此發(fā)電曲線通常與負(fù)荷曲線負(fù)相關(guān)。這會(huì)造成系統(tǒng)調(diào)峰困難，尤其在冬季，“三北”地區(qū)對(duì)機(jī)組的供熱要求進(jìn)一步降低電源側(cè)的調(diào)節(jié)能力，使消納清潔電變得愈加困難。

火電等常規(guī)電源的運(yùn)行成本主要是燃料成本，而新能源的燃料成本卻為零。因此，如果建立了以邊際成本報(bào)價(jià)的能量批發(fā)市場(chǎng)，新能源將占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，是系統(tǒng)選擇最優(yōu)先調(diào)度上網(wǎng)的電源。

當(dāng)用電負(fù)荷較高需要由系統(tǒng)中新能源和常規(guī)電源同時(shí)供給滿足時(shí)，常規(guī)能源為邊際機(jī)組決定市場(chǎng)統(tǒng)一出清價(jià)格，新能源機(jī)組為價(jià)格接受者。此時(shí)，電力市場(chǎng)的統(tǒng)一出清價(jià)格為正電價(jià)，系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)組按此結(jié)算，新能源機(jī)組在這種情況下是賺錢(qián)的，可用于建設(shè)成本的回收和利潤(rùn)賺??；在用電低谷時(shí)段，當(dāng)系統(tǒng)在安全運(yùn)行和滿足供熱的約束條件下按最小開(kāi)機(jī)方式運(yùn)行，其余用電負(fù)荷僅靠新能源電源就可以滿足時(shí)，新能源電源為系統(tǒng)邊際機(jī)組，市場(chǎng)統(tǒng)一出清價(jià)格為零電價(jià)。在這種情況下雖然市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格為零，但是新能源電源還是有意愿發(fā)電，因?yàn)槊堪l(fā)一度清潔電還將享受補(bǔ)貼和政府的其他扶持；在極端情況下，用電負(fù)荷非常低并且已經(jīng)接近系統(tǒng)的最小開(kāi)機(jī)方式，這時(shí)可能出現(xiàn)負(fù)電價(jià)，即多發(fā)電的電源不僅不能得到收益，而且需要向少發(fā)電的電源付費(fèi)。出現(xiàn)這種情況時(shí)新能源和一些常規(guī)機(jī)組在考慮其運(yùn)行狀況和盈虧平衡點(diǎn)后通常會(huì)以負(fù)價(jià)格向市場(chǎng)報(bào)價(jià)。這其實(shí)是一種合理的現(xiàn)象，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生調(diào)峰困難時(shí)，沒(méi)有電源自動(dòng)響應(yīng)調(diào)峰的需求，因?yàn)橐M(jìn)行深度調(diào)節(jié)甚至停機(jī)再啟而造成額外成本，市場(chǎng)的負(fù)電價(jià)作為一種經(jīng)濟(jì)上的補(bǔ)償和激勵(lì)措施，鼓勵(lì)電源參與調(diào)峰，促進(jìn)新能源最大可能性的消納。這種“負(fù)”電價(jià)市場(chǎng)機(jī)制在新能源消納中起積極作用，已經(jīng)在美國(guó)電力批發(fā)市場(chǎng)中廣泛運(yùn)用，也是歐洲電力市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，目前在歐洲電力日前交易市場(chǎng)EPEX以及北歐、比利時(shí)和荷蘭普遍應(yīng)用。

當(dāng)零售市場(chǎng)與批發(fā)市場(chǎng)形成聯(lián)動(dòng)時(shí)，調(diào)峰困難時(shí)段的低電價(jià)會(huì)傳導(dǎo)到用戶(hù)側(cè)，從而引導(dǎo)負(fù)荷側(cè)互動(dòng)。譬如，在美國(guó)風(fēng)電裝機(jī)第一大州德克薩斯，批發(fā)市場(chǎng)在后半夜風(fēng)電大發(fā)并且系統(tǒng)向下調(diào)節(jié)困難的時(shí)段經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)零電價(jià)、負(fù)電價(jià)等低價(jià)，因此，售電商根據(jù)批發(fā)采購(gòu)價(jià)格向用戶(hù)提供夜貓子用電套餐，即在零點(diǎn)到五點(diǎn)時(shí)段免費(fèi)用電。此項(xiàng)舉措大大刺激了需求側(cè)參與市場(chǎng)調(diào)節(jié)，使用電曲線更加有利于消納清潔電，提高了系統(tǒng)整體的新能源接納能力。

阻塞電價(jià)：解決“卡脖子”難題

新能源富集地區(qū)由于外送通道能力不足而產(chǎn)生的清潔電送出困難，俗稱(chēng)為電網(wǎng)“卡脖子”現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象的產(chǎn)生很大程度因?yàn)殡娋W(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)滯后于新能源電源項(xiàng)目。在非市場(chǎng)化的環(huán)境中，調(diào)度通常采取分發(fā)電指標(biāo)或輪流停發(fā)的方式來(lái)保證公平性。而通過(guò)市場(chǎng)化的方式，不僅能夠保證公平性，還能有效引導(dǎo)新能源電源規(guī)劃建設(shè)和電網(wǎng)通道的投資建設(shè)。

在節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)的市場(chǎng)機(jī)制下，“卡脖子”現(xiàn)象通過(guò)阻塞電價(jià)來(lái)表現(xiàn)，對(duì)電網(wǎng)通道的約束引入影子價(jià)格，量化阻塞通道的經(jīng)濟(jì)價(jià)格。當(dāng)電網(wǎng)通道出現(xiàn)阻塞時(shí)，市場(chǎng)電價(jià)會(huì)自動(dòng)分區(qū)，即在電源充裕而送出困難的地區(qū)呈現(xiàn)低電價(jià)，在高負(fù)荷的受電地區(qū)呈現(xiàn)高電價(jià)。因此，在送出困難的地區(qū)建電源時(shí)，收益低；在距離負(fù)荷區(qū)近或外送通道充裕的地區(qū)投資建廠時(shí)，收益高。所以說(shuō)，節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)會(huì)有效引導(dǎo)電源的規(guī)劃和建設(shè)；同時(shí)，市場(chǎng)化的輸電阻塞價(jià)格代表著通過(guò)加強(qiáng)通道建設(shè)達(dá)到經(jīng)濟(jì)收益，也會(huì)進(jìn)而引導(dǎo)輸電通道的投資和建設(shè)。目前，節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)和配套阻塞管理的輸電權(quán)市場(chǎng)已在美國(guó)等國(guó)家廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。

中長(zhǎng)期交易：保障合理收益

新能源購(gòu)買(mǎi)協(xié)議（PPA）是國(guó)外常見(jiàn)的用戶(hù)與新能源電源簽訂的中長(zhǎng)期購(gòu)電合同。類(lèi)似與我國(guó)的大用戶(hù)直購(gòu)電，但是合同期限會(huì)更長(zhǎng)，通常為15-25年，在新能源項(xiàng)目建設(shè)階段開(kāi)始簽訂。國(guó)外新能源電源沒(méi)有政府批復(fù)標(biāo)桿電價(jià)的結(jié)算保證，而主要是靠市場(chǎng)價(jià)格，同時(shí)輔助以政府補(bǔ)貼、可再生能源配額交易、財(cái)稅等政策優(yōu)惠機(jī)制來(lái)進(jìn)行投資收益。通過(guò)PPA的簽訂，新能源對(duì)其發(fā)電價(jià)格進(jìn)行了基本鎖定，對(duì)未來(lái)的收益有了一定的保證，有利于得到貸款融資等財(cái)務(wù)支持，從而促進(jìn)了對(duì)新能源投資的積極性。

目前，很多大公司通過(guò)清潔能源PPA來(lái)實(shí)現(xiàn)綠色電的企業(yè)社會(huì)責(zé)任，如谷歌、微軟、亞馬遜、沃爾瑪?shù)榷嗉夜炯娂姾炗喠司G電PPA?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著新能源發(fā)電成本的進(jìn)一步降低，新能源PPA的價(jià)格將更加具有競(jìng)爭(zhēng)性，屆時(shí)將有更多的企業(yè)參與購(gòu)買(mǎi)。

跨區(qū)消納：大市場(chǎng)有大能量

新能源消納應(yīng)該大范圍消納，統(tǒng)籌解決，系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)已成共識(shí)。

由于各地區(qū)資源稟賦，不同地區(qū)的風(fēng)、光等清潔能源在一次能源中容易形成互補(bǔ)。如地區(qū)之間風(fēng)力資源和光照最強(qiáng)的時(shí)段并不相同，單獨(dú)一個(gè)地區(qū)風(fēng)、光電的發(fā)電量可能并不平穩(wěn)，但多個(gè)地區(qū)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，發(fā)電曲線的平滑度大大提高。同時(shí)，電網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行在備用共享等輔助服務(wù)的經(jīng)濟(jì)性和電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力等方面也將提高。

近期，美國(guó)能源部的國(guó)家新能源實(shí)驗(yàn)室為了實(shí)現(xiàn)清潔能源電量占比的目標(biāo)，提出建立美國(guó)和加拿大29個(gè)電力調(diào)度平衡區(qū)聯(lián)合運(yùn)行的不平衡能量市場(chǎng)方案，，來(lái)取代過(guò)去由單一平衡區(qū)組建的市場(chǎng)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)仿真的方法證明，區(qū)域間的能源互補(bǔ)性將促進(jìn)風(fēng)電和光伏的消納；在未來(lái)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，基于更大區(qū)域的統(tǒng)一現(xiàn)貨調(diào)度交易對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性更加有力。丹麥、荷蘭等國(guó)家通過(guò)北歐大電網(wǎng)調(diào)節(jié)，利用挪威和瑞典水電調(diào)節(jié)性能消納本國(guó)風(fēng)電，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電和水資源的互補(bǔ)，很大程度提升了電網(wǎng)對(duì)清潔能源的接納性。

由此看出，建立大范圍市場(chǎng)交易平臺(tái)是各國(guó)促進(jìn)可再生能源消納的舉措之一，這也說(shuō)明了在我國(guó)通過(guò)國(guó)家和省兩級(jí)交易平臺(tái)擴(kuò)大交易范圍來(lái)提高資源優(yōu)化配置效果的合理性?？傊?，電力市場(chǎng)建設(shè)是一個(gè)系統(tǒng)工程，有利于新能源消納的市場(chǎng)機(jī)制在容量市場(chǎng)、輔助服務(wù)、日前和實(shí)時(shí)市場(chǎng)及功率預(yù)測(cè)的協(xié)調(diào)應(yīng)用、綠色能源配額等機(jī)制相互關(guān)聯(lián)且協(xié)同運(yùn)作。下一步，應(yīng)結(jié)合國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，把握電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)原理和電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律，建立促進(jìn)新能源消納的市場(chǎng)機(jī)制，在政策、管理和技術(shù)上統(tǒng)籌考慮，結(jié)合調(diào)度運(yùn)行管理和特高壓外送、柔性直流、熱電解耦、虛擬同步機(jī)以及儲(chǔ)能儲(chǔ)熱等多種技術(shù)手段，提出為接納更多清潔能源的系統(tǒng)方案。

（作者系國(guó)網(wǎng)冀北電力交易中心副主任、IEEE高級(jí)會(huì)員）

原標(biāo)題:新能源消納的錦囊妙計(jì)