基于山東電力現(xiàn)貨市場的新能源電站盈虧策略研究

陳筱中，劉 偉，劉宇明，張?zhí)鞂殻瑓?昂

（山東電力交易中心有限公司，山東 濟(jì)南 250001）

0 引言

2015 年，國務(wù)院發(fā)布中發(fā)［2015］9 號文《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》，預(yù)示著我國進(jìn)入電力體制改革的新時代。2017年，國家發(fā)展改革委和國家能源局印發(fā)《關(guān)于開展電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點工作的通知》，第一次提出構(gòu)建現(xiàn)貨市場，并選擇8個地區(qū)作為建設(shè)試點，進(jìn)一步加快了電力市場體系建設(shè)的步伐。至2019 年，試點地區(qū)通過借鑒國內(nèi)外現(xiàn)貨市場規(guī)則，并結(jié)合自己省份內(nèi)部的能源配比情況，形成各自的現(xiàn)貨市場機(jī)制與技術(shù)支持系統(tǒng)，并完成模擬試運行。2020 年，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布發(fā)改辦能源規(guī)［2020］245號文《關(guān)于做好電力現(xiàn)貨市場試點連續(xù)試結(jié)算相關(guān)工作的通知》，對試點建設(shè)中存在的問題進(jìn)行梳理，并提出進(jìn)一步要求。2021 年，國家發(fā)展改革委發(fā)布發(fā)改價格［2021］1439 號文《關(guān)于進(jìn)一步深化燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價市場化改革的通知》，放開燃煤發(fā)電上網(wǎng)電價，推動工商業(yè)用戶都進(jìn)入市場，取消目錄電價，全面推進(jìn)電力市場建設(shè)［1-4］。

隨著中國電力市場的建設(shè)，新能源的反市場特性越來越顯著，怎樣建設(shè)新能源體系，使新能源更好參與電力市場，同時又能促進(jìn)新能源消納，成為國內(nèi)外研究的重點課題。文獻(xiàn)［4］介紹了國外5 個現(xiàn)貨市場運行情況和國內(nèi)8 個試點單位現(xiàn)貨結(jié)算試運行狀況，分析了電力現(xiàn)貨市場的結(jié)構(gòu)設(shè)置以及促進(jìn)可再生能源消納的市場機(jī)制。文獻(xiàn)［5］從政策角度給出促進(jìn)清潔能源消納的市場機(jī)制設(shè)計的建議。文獻(xiàn)［6］研究新能源電廠參與電力市場交易的不平衡費用處理機(jī)制。文獻(xiàn)［7-8］重點探討了國外新能源參與電力市場的機(jī)制設(shè)計以及運行情況。文獻(xiàn)［9］通過美國得克薩斯州電網(wǎng)的運行分析，得出了國外新能源參與電力市場的機(jī)制和實踐經(jīng)驗。文獻(xiàn)［10］提出能源轉(zhuǎn)型時期中國特色電力市場建設(shè)的一些思考與重要問題。文獻(xiàn)［11-13］主要分析了新能源參與現(xiàn)貨市場的調(diào)度優(yōu)化算法。文獻(xiàn)［14-16］主要分析了市場主體在現(xiàn)貨市場中的競價策略。

目前國內(nèi)相關(guān)研究僅局限于新能源參與市場機(jī)制上，對新能源參與某種機(jī)制市場下的盈虧行為缺乏必要分析。首先介紹山東電力現(xiàn)貨市場架構(gòu)和相應(yīng)規(guī)則，以及新能源參與市場的機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，深入研究參與中長期交易的新能源電站結(jié)算電價的數(shù)學(xué)模型，并通過結(jié)算試運行的結(jié)果進(jìn)行分析。最后，得出結(jié)論并給出對新能源主體參與現(xiàn)貨市場的啟示。

1 山東電力現(xiàn)貨市場新能源參與機(jī)制

1.1 山東電力現(xiàn)貨市場架構(gòu)和相應(yīng)規(guī)則

山東電力現(xiàn)貨市場由三部分構(gòu)成，分別為日前市場、日內(nèi)機(jī)組組合調(diào)整和實時市場，采用全電量申報、集中優(yōu)化出清的方式開展，通過集中優(yōu)化計算，得到機(jī)組開機(jī)組合、分時發(fā)電出力曲線以及分時現(xiàn)貨市場價格。

現(xiàn)階段，采用“發(fā)電側(cè)報量報價、用戶側(cè)報量不報價”模式組織省內(nèi)日前市場交易。參與市場的發(fā)電機(jī)組申報運行日的報價信息，售電公司和批發(fā)用戶申報運行日的用電需求曲線，不申報價格。電力調(diào)度機(jī)構(gòu)通過預(yù)測負(fù)荷曲線，考慮邊界條件，采用安全約束機(jī)組組合（Security Constraint Unit Commitment，SCUC）、安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度（Security Constraint Economic Dispatching，SCED）算法進(jìn)行集中優(yōu)化計算，出清得到運行日的機(jī)組開機(jī)組合、分時發(fā)電出力曲線以及分時節(jié)點電價，用于市場交易結(jié)算。之后，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)預(yù)測全網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷和母線負(fù)荷，采用相同的SCUC、SCED 模型，進(jìn)行可靠性機(jī)組組合校驗，結(jié)果用于發(fā)電機(jī)組組合和發(fā)電出力實際執(zhí)行。

日內(nèi)機(jī)組組合調(diào)整根據(jù)電網(wǎng)運行實際情況開展。電力調(diào)度機(jī)構(gòu)可根據(jù)電網(wǎng)運行的最新邊界條件，采用SCUC、SCED 算法進(jìn)行優(yōu)化計算，得到機(jī)組開機(jī)組合、分時發(fā)電出力曲線。日前市場形成的交易出清結(jié)果（含價格）不進(jìn)行調(diào)整。

實時市場中，電力調(diào)度機(jī)構(gòu)基于最新的電網(wǎng)運行狀態(tài)與超短期負(fù)荷預(yù)測信息，綜合考慮各種運行約束條件，在日前市場與日內(nèi)機(jī)組組合調(diào)整確定的開機(jī)組合基礎(chǔ)上，以發(fā)電成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，采用SCED 算法進(jìn)行優(yōu)化計算，滾動優(yōu)化機(jī)組出力，形成各發(fā)電機(jī)組需要實際執(zhí)行的發(fā)電計劃和實時節(jié)點電價。電力調(diào)度機(jī)構(gòu)在系統(tǒng)實際運行前15 min 開展實時市場交易出清，滾動修改未來2 h市場交易結(jié)果。

1.2 新能源參與市場的機(jī)制

集中式新能源電站（不含扶貧光伏）按自愿原則參與中長期交易，按照風(fēng)電、光伏典型發(fā)電曲線或自定義曲線，申報合同電量、價格（不含容量補(bǔ)償電價）。參與中長期交易的新能源電站全電量參與現(xiàn)貨市場。未參與中長期交易的新能源電站（不含扶貧光伏），按現(xiàn)貨規(guī)則規(guī)定參與日前現(xiàn)貨市場出清及定價，實際上網(wǎng)電量的90%按照其實際發(fā)電曲線，按照政府批復(fù)價格結(jié)算。

新能源電站在出力未受限時段按考核電量和政府批復(fù)新能源電價進(jìn)行預(yù)測偏差考核，考核電量為預(yù)測曲線和實際出力曲線偏差電量的2%（允許偏差除外）。在新能源消納未受限時，新能源電站超出實時市場出清曲線運行部分（允許偏差除外），按實時市場出清電價的5% 回收偏差收益（價格為負(fù)時取0）［17-20］。

2 參與中長期交易的新能源電站結(jié)算電價模型

參與中長期交易的新能源電站每時段市場化電量電費為

式中：R為該時段市場化電量電費；Rz為該時段中長期合約電費收入；Rr為該時段日前市場偏差電費收入；Rs為該時段實時市場偏差電費收入。

每時段電量電價（不考慮偏差考核部分）為

式中：P為該時段電量電價；Pz為該時段中長期凈合約電價；P日前為該時段日前市場節(jié)點電價；P實時為該時段實時市場節(jié)點電價；Qz為該時段中長期凈合約電量；Q日前為該時段日前市場中標(biāo)電量；Q實時為該時段實時市場上網(wǎng)電量。

可知，結(jié)算價格P是隨實時價格P實時波動的，α、β為產(chǎn)生盈虧的兩個因子。兩個因子均含有由價格決定的盈虧因素以及由電量決定的幅值因素。

α因子表明，在中長期價格超過日前價格時段，多簽中長期合約收益更大；在中長期價格低于日前價格時段，少簽甚至不簽收益更大。靈活簽約及轉(zhuǎn)讓中長期合約，是盈利與否的重要手段。

日前價格和實時價格是全網(wǎng)集中出清得到，β因子表明，無阻塞情況下，全網(wǎng)同盈同虧，而日前出清電量和實時上網(wǎng)電量的比值決定了盈虧的幅度。電站在日前市場的報量報價，是將盈虧擴(kuò)大或縮小的重要手段。

3 山東新能源電站結(jié)算情況分析

3.1 山東新能源電站總體結(jié)算情況

2021 年12 月份，山東共11 家風(fēng)電站和1 家光伏電站參與中長期交易，總上網(wǎng)電量1.50 億kWh（占新能源總上網(wǎng)電量的3.23%），其中，中長期交易電量0.52 億kWh，占比34.24%。合約電量占比最高的電站為93.31%，最低的電站為9.79%；未參與中長期交易的新能源電站總上網(wǎng)電量45.12 億kWh（占新能源總上網(wǎng)電量的96.77%），其中，優(yōu)先電量40.61 億kWh，占比90%。

參與中長期交易的風(fēng)電站均價395.78 元/MWh（含容量補(bǔ)償）。較合約價下降最少電站M 為23.12 元/MWh，較合約價下降最多的電站N 為86.59 元/MWh。未參與中長期交易的風(fēng)電站均價383.47元/MWh（含容量補(bǔ)償）。

3.2 曲線分析

圖1、圖2、圖3 為M 電站12 月份相關(guān)成分曲線，圖4、圖5、圖6 為N 電站相關(guān)成分曲線。左側(cè)縱坐標(biāo)為價格，主要涉及結(jié)算價格、中長期合約價格、日前出清價格、實時出清價格；右側(cè)縱坐標(biāo)為百分比，主要涉及中長期合約占比、日前出清占比；橫坐標(biāo)為日期，日期之間代表各個時刻。

圖1 M電站12月1日—10日相關(guān)成分?jǐn)?shù)據(jù)曲線

圖2 M電站12月11日—20日相關(guān)成分?jǐn)?shù)據(jù)曲線

圖3 M電站12月21日—31日相關(guān)成分?jǐn)?shù)據(jù)曲線

圖4 N電站12月1日—10日相關(guān)成分?jǐn)?shù)據(jù)曲線

圖5 N電站12月11日—20日相關(guān)成分?jǐn)?shù)據(jù)曲線

通過曲線圖可以直觀地看出，中長期占比大部分時段接近于0，出現(xiàn)若干尖峰；日前出清占比大部分時段接近于1（日前電量等于實時電量，預(yù)測準(zhǔn)確），也出現(xiàn)若干尖峰。出現(xiàn)尖峰的時刻幾乎吻合，原因可能為惡劣天氣導(dǎo)致風(fēng)機(jī)無法正常運轉(zhuǎn)使實時上網(wǎng)電量大幅降低。價格方面，日前出清價格和實時出清價格曲線走勢大致相同，均呈現(xiàn)午間低谷時段價格低、晚間高峰時段價格高的態(tài)勢，體現(xiàn)了現(xiàn)貨價格反映供需關(guān)系的作用。

由之前理論分析可知，結(jié)算價格受α因子、β因子影響。當(dāng)中長期占比出現(xiàn)尖峰時，α因子產(chǎn)生的影響是使結(jié)算價格曲線與日前出清價格曲線相反。當(dāng)日前出清占比出現(xiàn)尖峰時，β因子產(chǎn)生的影響是：日前出清價格大于實時出清價格時，抬高結(jié)算價格；日前出清價格小于實時出清價格時，拉低結(jié)算價格。

由圖1—圖3 可以看出，12 月1 日開始時刻占比均未出現(xiàn)尖峰（），結(jié)算價格曲線與日前出清價格曲線基本重合。此時α≈0，而Q日前與Q實時近似相等，從而P≈P日前。18：00—19：00 日前出清占比出現(xiàn)小高峰，而中長期占比并未出現(xiàn)，此時結(jié)算價格主要受β因子影響，實時出清價格大于日前出清價格，造成結(jié)算價格出現(xiàn)下降。21：00，中長期占比與日前出清占比均出現(xiàn)高峰，此時結(jié)算價格受α因子、β因子雙重影響，中長期合約價格低于日前出清價格，α因子導(dǎo)致結(jié)算價格下降，實時出清價格大于日前出清價格，β因子也導(dǎo)致結(jié)算價格下降，二者疊加使價格下降幅度較大。12 月3 日08：00—10：00，中長期占比與日前出清占比均出現(xiàn)高峰，08：00—09：00，中長期合約價格低于日前出清價格且實時出清價格高于日前出清價格，導(dǎo)致結(jié)算價格很低，09：00—10：00，日前出清價格和實時出清價格出現(xiàn)下降，此時日前出清價格低于中長期合約價格且高于實時出清價格，導(dǎo)致結(jié)算價格較高。12 月9 日01：00—02：00，此時價格主要受β因子影響，但由于日前出清價格和實時出清價格相等，使β因子產(chǎn)生的盈虧為0。12月24日—26日，惡劣天氣影響導(dǎo)致風(fēng)電站部分風(fēng)機(jī)被迫停運，日前出清電量和實時出清電量偏差較大，經(jīng)政府相關(guān)部門同意，調(diào)度部門事后將日前出清曲線修正為實時出清曲線，圖3 中可以看出，由于中長期占比較高，此時結(jié)算價格主要受α因子影響，結(jié)算價格曲線與日前出清價格曲線以中長期合約價曲線為軸對稱分布。

圖4—圖6，在坐標(biāo)比例相同的情況下，N 電站曲線變化幅度明顯小于M 電站。12 月1 日23：00，中長期占比與日前出清占比同時出現(xiàn)高峰，且二者高峰曲線重合，此時日前出清價格與中長期價格近似相等，α因子影響不大，而實時出清價格大于日前出清價格，β因子產(chǎn)生影響導(dǎo)致最終結(jié)算價格較低。12 月7日上午時段，中長期占比與日前出清占比同時出現(xiàn)高峰，從圖中可明顯看出，02：00—04：00時段日前價格和實時價格曲線重合，結(jié)算價格此時只受α因子影響，價格稍高，但04：00—11：00 時段中長期、日前、實時的價格都有偏差，α因子和β因子共同影響，導(dǎo)致結(jié)算價格大幅度下降。12月17日01：00時段，中長期占比與日前出清占比同時出現(xiàn)高峰，此時日前出清價格與實時出清價格近似相等，β因子影響不大，中長期價格大于日前出清價格，最終結(jié)算價格較高。12月19日11：00—13：00時段結(jié)算價格出現(xiàn)較高的水平，但12：00 時刻結(jié)算價格出現(xiàn)回落，觀察價格曲線，此時中長期價格與日前出清價格價差最大，理論上價格應(yīng)該更高，實際上不升反降，觀察中長期占比與日前出清占比曲線不難發(fā)現(xiàn)，在此時刻占比曲線也出現(xiàn)回落，雖然對結(jié)算價格的影響也是使結(jié)算價格高于中長期均價，但不及相鄰兩個時刻，體現(xiàn)出α因子與β因子中的幅值影響因素。12 月24 日—26日，與M 電站不同，N 電站中長期占比接近于0，此時結(jié)算價格曲線跟日前出清價格曲線重合。

圖6 N電站12月21日—31日相關(guān)成分?jǐn)?shù)據(jù)曲線

通過曲線分析，我們可以看到，M 電站在中長期市場和日前市場的行為制造了很多個尖峰，使得結(jié)算價格變化幅度大，雖風(fēng)險較高，但收益可觀。相反，N 電站行為較為保守，甚至一些錯誤的行為導(dǎo)致大部分時段價格低于中長期價格。

4 結(jié)語

研究參與中長期交易的新能源結(jié)算價格的影響因素，并通過對山東電力現(xiàn)貨市場2021年12月份兩家典型風(fēng)電站相關(guān)曲線的進(jìn)行分析驗證。主要結(jié)論與建議包括：

1）建議中長期采用帶曲線的交易模式，根據(jù)日前出清價格的變化規(guī)律，在峰時段少簽約中長期，在谷時段多簽約中長期，可增加α因子盈利因素。峰時段少簽中長期，電量以高現(xiàn)貨價格賣出；谷時段多簽中長期，面對低價現(xiàn)貨市場，以中長期價格進(jìn)行穩(wěn)固。所以，搶占谷段用戶市場尤為關(guān)鍵。

2）電廠在日前市場的報量報價，是將盈虧擴(kuò)大或縮小的重要手段。日前出清價格和實時出清價格大小不好預(yù)估，可在日前市場提高報價、減少出清電量，降低β因子產(chǎn)生的風(fēng)險。

3）新能源實際上網(wǎng)電量受天氣影響較大，惡劣天氣會使α因子、β因子影響擴(kuò)大，此時大概率會出現(xiàn)虧損。可預(yù)測的情況下，可以出讓部分中長期合約，并在日前市場提高報價，降低虧損的程度。另外，惡劣天氣對新能源參與市場的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

4）根據(jù)山東電力現(xiàn)貨市場新能源消納機(jī)制，新能源電站實時上網(wǎng)電量不會受到日前出清和實時出清結(jié)果的限制，在不受限時段，發(fā)出電量均會并入電網(wǎng)，但會根據(jù)實時上網(wǎng)電量與日前出清電量和實時出清電量的偏差進(jìn)行預(yù)測偏差考核和偏差收益回收。所以，提高預(yù)測準(zhǔn)確性非常重要，可以減少考核。