廣西清潔能源參與電力現貨市場關鍵問題研究

李 凌，卓毅鑫，黃 馗，莫 東，陳明媛，辜唯朕

(1.廣西電網電力調度控制中心,南寧 530023；2.北京清能互聯科技有限公司，北京 100080)

0 前 言

2017年8月，國家發展改革委、國家能源局聯合下發了《關于開展電力現貨市場建設試點工作的通知》(發改辦能源〔2017〕1453號)，在廣東、蒙西、浙江、山西、山東、福建、四川、甘肅等8個地區為試點開展電力現貨市場建設工作[1]。隨著電力現貨試點全部啟動結算試運行[2]，帶動其他非試點地區現貨市場建設加快推進，中國電改進入以現貨市場為標志的新階段。

2020年9月，在第75屆聯合國大會上，中國提出了“碳達峰碳中和”戰略目標。2021年3月，習近平總書記提出構建清潔低碳安全高效的能源體系和以新能源為主體的新型電力系統。高比例清潔能源并網將成為我國能源領域的必然發展趨勢和未來重要特征。

近年來，對廣西電力市場的研究集中在對現有中長期市場的改進和完善，有關現貨市場環境下促進清潔能源消納機制建設的文獻不多。黃冬生分析了廣西電力市場取得的成效和面臨的困難，提出了整體優化建議[3]；吳引航等總結國內外電力市場運行經驗，為廣西中長期電力交易機制建設提供借鑒[4]；韋遠康等構建了廣西電力市場運營評價指標體系[5]，但是其只針對省級電力市場進行整體評估，沒有考慮日前現貨市場梁盛盛等研究了廣西電力市場交易系統的移動應用開發[6]；余小晴等研究了廣西電力市場交易系統的安全策略[7]；嚴旭等提出了不同情景下廣西與云南、廣東的跨省區交易價格銜接機制[8]；楊啟東等分析了廣西水電企業在電力現貨市場面臨的挑戰，站在企業角度提出了應對措施[9]；黃馗基于廣西水電特性，提出了實時、短期和中長期的水電優化調度策略[10]；王娟等分析了西南水電外送電力的市場競爭力，提出了在能源價格的上漲速度將高于普通物價的上漲速度時，西南水電具有較大的市場競爭力[11]；劉愛龍等介紹了廣西長洲水利樞紐項目安全監測儀器埋設方法[12]。

廣西電源結構復雜、負荷峰谷差大、豐枯期發電結構差異顯著。遠期隨著更多新能源發電機組并網運行，系統將面臨更大的調峰和棄電壓力，亟需借助電力市場機制解決資源優化配置的問題。本文通過介紹廣西電力市場現狀，指出在促進清潔能源消納的過程中引入市場競爭機制的趨勢，結合實際情況，分析風電、光伏發電、水電、核電等類型清潔能源參與現貨市場面臨的問題，旨在提出保障和促進清潔能源市場化消納的配套機制建議，為廣西電力現貨市場建設提供參考。

1 廣西電力市場概況

1.1 廣西電力市場情況

廣西電源結構復雜，清潔能源占比較高。2020年，廣西總發電裝機容量為5 291.0萬kW，水電占比34.8%，火電占比45.4%，核電占比3.6%，風電占比12.1%，光伏發電占比4.1%。總發電量1 971.7億kWh，水電占比32.7%，火電占比52.5%，核電占比8.5%，風電占比5.4%，光伏發電占比0.9%[13]。

2020年，廣西全社會用電量達2 025.3億kWh，同比增長6.2%。最高負荷2 620萬kW，峰谷差較大，且負荷低谷增長緩慢。受火電保供熱及保安全可停容量有限、核電低谷發電占比高、風電大量投產等因素影響，廣西在臺風、連續降雨等極端天氣期間，調峰異常困難，棄風棄水風險凸顯。

廣西電力市場先后推出了年度交易、月度交易、增量交易、合約轉讓交易、跨省(區)交易等5類共11個交易品種。參與電力直接交易的發電主體為火電、核電，水電可參與發電權轉讓交易，風電、光伏等新能源未進市場。廣西電力調峰輔助服務市場作為南方區域首個省級電力調峰輔助服務市場，于2020年5月正式轉入試運行。

廣西特有的電源結構也決定了現貨市場中需要考慮大規模清潔能源特別是水電的參與方式。

1.2 開展現貨交易面臨的問題

廣西汛期水電大發，將壓減火電、核電等市場機組的發電空間，市場機組的實際上網電量不能滿足市場用戶需求，產生的供電缺口由水電填補，出現發用兩側市場電量不匹配。現階段，廣西根據水電歷史上網電量確定基數電量，超額部分需要參與發電權轉讓交易(否則由電網公司統一收購)，緩解火電機組發電小時不足的問題[16]。

現貨市場中，發用兩側市場電量不匹配將導致計劃與市場難以銜接不平衡資金的形成，產生結算風險。在廣東，由于燃煤、燃氣裝機占比接近70%，發電規模基本能夠滿足市場化用戶的用電需求，市場機組的基數電量可以用來作為調節不平衡電量的手段。而廣西燃煤火電基本已全電量進市場，沒有基數電量可用。因此，對于廣西來說，有以下2種方案可供選擇：

方案一，限制市場用戶規模,采用“以發定用”或“以用定發”，即根據市場機組的發電規模，確定市場用戶規模和準入門檻[17]。該方案適合市場電量規模有限的初級階段。

方案二，進一步放開發電計劃，擴大市場機組范圍，擇機將水電、風電、光伏、核電等清潔能源納入現貨市場。

2 清潔能源參與市場的意義

我國對清潔能源采用的全額保障性收購與固定上網電價機制，從“量、價”兩方面保障了消納的發電量與收益[18]。清潔能源企業無需面臨遠期市場價格波動的風險，因而沒有參與市場競爭的迫切性。然而，這種模式不可長期持續。

當前，清潔能源無需承擔平衡輔助服務的義務和補償費用分攤，其出力波動性和間歇性帶來的平衡問題主要由常規電源解決。清潔能源裝機比例逐漸增加，由于缺少激勵相容的市場機制，在低谷調峰時段，常規機組缺乏為提供調峰等輔助服務的內生動力，清潔能源的消納形勢將日益嚴峻。另一方面，隨著國家新能源財政補貼壓力日漸增大，生產的技術水平上升與成本下降，新能源補貼退坡、平價上網已成趨勢。

因此，當清潔能源產業和電力市場發展成熟，具備客觀條件之后，應逐步推動清潔能源參與市場，更好發揮市場配置資源的決定性作用，實現各類電源協調健康發展，營造激勵相容、多方共贏的局面。為了激勵清潔能源有序參與現貨市場，增加清潔能源消納能力，需要針對廣西省內各類清潔能源參與市場關鍵問題進行分析，并提出相應的應對思路。

3 風電光伏參與市場的關鍵問題

3.1 存在的問題

(1) 風光等新能源參與市場可能會導致棄風棄光的情況，與國家保障消納政策矛盾。

(2) 新能源發電出力的隨機性和波動性較大，參與現貨市場具有較大風險。需要配套設計現貨環境下新能源參與中長期市場的相關機制，提前鎖定部分收益。

(3) 新能源完全參與市場后，受負荷水平、供需情況等因素的影響，可能會成為邊際機組，并且風、光機組出力可預測性差，增加了系統出清價格的波動性。

3.2 應對思路

關于新能源參與市場與保障消納的協調方法，建議根據《可再生能源發電全額保障性收購管理辦法》(發改能源〔2016〕625號)等文件要求，在按照政府核定的新能源保障利用小時數和全生命周期合理利用小時數進行保價保量收購和補貼的基礎上，積極推動新能源參與市場。保障利用小時數以內的保障性收購電量部分，按照標桿上網電價結算；保障利用小時數以外的市場交易電量部分，中長期交易電量按中長期交易價格結算，其他電量按現貨出清價格結算。按“價補分離”的原則，對合理利用小時數以內的電量發放固定補貼，合理利用小時數以外不予補貼。現貨市場初期，風電、光伏可報量不報價參與，作為價格接受者；遠期報量報價參與市場，結算價格通過市場競爭確定。

現貨環境下的中長期交易，可考慮采用雙邊協商、集中競價等方式開展。受發電不確定性影響，風電、光伏、調節能力較差的水電難以在中長期交易階段確定交易曲線。為避免實時運行偏差較大造成虧損，建議采取以下措施：① 建立月內優化調整機制，提高交易頻次，使清潔能源企業能夠在更靠近實時運行的時間尺度上調整交易曲線；② 允許清潔能源企業與雙邊合同的對手方自主協商、調整交易曲線，并在規定時限內重新提交給市場運營機構作為正式的結算依據。

同時，對新能源的功率預測提出更高的要求。建立新能源日前預測發電出力曲線的申報機制與評價體系，建立預測精度的考核機制，對于預測水平較差的新能源發電企業進行考核，并逐漸過渡到在現貨市場上投標的市場參與機制；設計針對申報出力與實際出力偏差量的不平衡結算機制，當出力偏差加劇了系統的電力供需不平衡時，偏差電量按照實時的平衡價格結算，并應承擔相應的再調度成本增量。此舉將有利于提高新能源發電出力的可預測性和可控性，有利于提高電力系統調度運行的精益化程度，減少調峰缺額的同時，緩解現貨市場價格風險。

4 水電參與市場關鍵問題

4.1 存在的問題

廣西水電參與電力現貨市場，將面臨如下挑戰:

(1) 流域來水的不確定性

水電發電量主要受降雨以及上游來水情況影響，但由于流量的不確定性，要比較準確地預測次日各時段的流量情況，并由此得出各個時段的機組出力情況是比較困難的。特別是在中長期時間尺度下，水電企業中長期合約的曲線分解將成為一大難題。

(2) 水電調節性能不足

廣西電網直接調度的32個水電站整體調節能力較差，除了右江具有年調節能力、西津和巖灘具有季調節能力外，其他電站的調節能力均為日調節及以下，汛期調節能力更為有限。日前預測量與電站的實時發電能力很容易發生出入，面臨偏考核風險。

(3) 需要建立含水電參與的電力現貨市場出清模型。

現實中，梯級水電的建設運營主體往往不統一，難以按聯營體方式參與市場競爭。此外，若采用常規市場出清模型，而不考慮水電運行約束，容易產生水電機組棄水或無水可發的出清結果，無法遵照執行。

(4) 廣西水電出力豐枯特征顯著，可能帶來較大的現貨市場價格波動。由于水火邊際成本存在較大差異，豐水期隨著市場供需比提升，市場邊際價格維持在較低水平，火電成交量、價均受到影響。

枯水期供需相對緊張，邊際機組大概率為火電，水電能夠以“搭便車”方式牟取暴利，現貨價格高企，將壓縮售電公司的盈利空間。

4.2 應對思路

考慮到南方區域統一電力現貨市場框架體系，不宜采用類似于四川的豐枯分期市場模式。與風電、光伏類似，水電可先后考慮按報量不報價、報量報價兩種方式參與市場，通過簽訂中長期差價合約有效管理出力預測偏差風險和現貨市場價格風險；同時，建立偏差考核與平衡責任機制，逐步加大考核力度，倒逼水電企業預測能力的提升。

報量報價階段，現貨市場出清機制有以下2種選擇：第一種，完善棄電量的統計方式，對由于報價過高等原因導致水電機組不能中標，產生的棄電量不納入考核范圍，也不進行統計;第二種，在現貨市場出清模型的優化目標中增加棄能懲罰項，通過懲罰因子的作用減少出清結果中的棄電量，實現優化消納[21]。

水電參與的電力現貨市場出清模型需要考慮水力-電力耦合關系、水位控制約束、振動區約束等水電運行約束。由于上述模型涉及參數眾多，計算復雜，需要在出清時效性和準確性之間進行取舍,一方面,可對模型進行適度的近似和簡化處理，提高出清效率，確保工程落地的可行性；另一方面，提高水電站的人員管理和數字化水平，為市場出清程序提供完整、準確的基礎數據。

現貨市場價格信號反映了電力供需形勢，未必平穩，但當價格波動超過了合理范圍，可通過設置市場限價等方式進行干預，保障市場平穩起步。采用電源側成本補償支撐火電機組經營，遠期建立容量成本回收機制和電力輔助服務市場，使火電機組無需額外爭取發電量，也能夠通過其他渠道保障經營。鼓勵售電公司設置多樣化的零售套餐，建立批零聯動和需求側響應機制，將批發市場的價格信號向零售用戶側傳導。

5 核電參與市場

5.1 存在的問題

核電機組是一種清潔高效電源，前期建設投資規模大，但邊際發電成本較低，出力穩定性較高。核電機組的停堆裝料大修時間較長，停堆后約需要4～8周啟動并網。核電機組雖然具備一定的功率調節能力，但頻繁調節功率會增加安全風險，綜合安全和經濟效益因素，核電機組在系統運行中一般作為基荷電源。

目前，廣西核電已參與中長期市場。若遠期參與現貨市場，核電企業需要盡可能保持中標電量的穩定，在維持計劃體制下核電機組安全經濟運行的現狀的同時，有效管理市場收益風險。

5.2 應對思路

現貨市場環境下，核電可通過簽訂雙邊合約、政府授權合約等中長期差價合同管理參與現貨市場的風險，中長期合同電量按照中長期價格計算，現貨偏差電量按照現貨價格結算。其中：雙邊合約由核電企業自行選擇售電公司、電力大用戶簽訂，核電機組可憑借其發電平穩的優勢提前布局。

政府授權合約由政府確定，交易對手方為電網公司，價格可根據現階段的核電上網標桿電價確定。政府授權合約的引入可為核電機組提供一定的收益保障，實現其計劃電量向市場電量的過渡。

由于核電機組的邊際成本較低，在滿足電網安全供應的基礎上，可以作為現貨市場價格接受者優先出清，配合容量補償機制足額回收成本。若核電在現貨市場中競價上網，可能將面臨頻繁調節出力和現貨市場價格波動的風險，需要采取合適的報價策略。

6 促進清潔能源市場化消納的措施建議

在上述應對思路的基礎上，還可采取以下措施，為廣西以市場機制促進清潔能源消納的目標添磚加瓦。

6.1 構建完善的電力市場交易體系

推進電力跨省跨區交易，實現更大范圍資源優化配置，形成覆蓋更大范圍的多層次電力交易平臺。進一步完善中長期能量市場，鼓勵清潔能源與大用戶簽訂雙邊交易，提前鎖定消納電量。加快構建有效競爭的現貨交易機制，在日前搭建分時競爭的電力交易平臺，形成反映電能真實供需的分時價格，引導發電機組調整其峰荷、谷荷出力，自動釋放調峰能力。建立健全容量成本回收機制，使清潔能源可以充分發揮邊際成本低的優勢，在電能量市場中優先出清。

6.2 建立輔助服務分擔共享新機制

逐漸構建有償調峰、備用、調頻等輔助服務交易品種，改變發電企業，尤其是常規電源只能通過賣“電”獲取收益的單一市場機制，激勵發電企業提供必要的輔助服務；按照“誰受益、誰承擔”的原則，建立各類電源、電力用戶共同參與的輔助服務分擔共享機制，將需求側響應、電供熱、充電樁、儲能等新的市場主體納入競爭機制；逐漸實現輔助服務與能量市場的聯合優化出清，深度優化電力系統的運行方式，在確保電力系統安全運行的基礎上促進清潔能源消納。

6.3 激勵提升電力系統靈活性的設備投資

為應對大規模清潔能源并網發電的間歇性、波動性，迫切需要提高電力系統運行的靈活性，包括深度挖掘常規火電的調峰能力，解耦熱電聯產機組的熱電耦合約束，鼓勵電采暖、儲能等新設備投資，培育需求響應、虛擬電廠等新的運營模式等。出臺相應的產業政策與價格機制，并通過市場競爭賦予電力系統運行靈活性資源以相應的經濟價值，將更多的新型市場主體納入市場交易之中，以價格信號為引導促進市場進行有效投資。

6.4 增加促進清潔能源消納的儲能容量

目前，儲能已廣泛應用于光伏、風電等清潔能源發電并網。儲能通過平抑新能源出力波動、減少新能源出力偏差、降低新能源出力峰谷差，可有效促進新能源的接入與消納。相較于各新能源電站獨自安裝儲能，在電網側集中規劃配置儲能可更加高效地消納新能源發電。

7 結 語

發展清潔能源、促進清潔能源消納是國家發展戰略政策，需在電力市場環境下有效地貫徹落實。本文立足于廣西復雜的電源結構、供需形勢，以及各類清潔能源的發電技術特點，對其參與電力現貨市場建設的關鍵問題開展了研究與分析。下一步可結合具體的場景開展現貨市場模擬仿真，對不同邊界條件下的清潔能源消納空間、促進消納措施的效果與市場主體利益格局變化進行測算，為廣西電力現貨市場建設提供有益的參考。