新能源消纳的锦囊妙计-北极星风力发电网

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在杰里米里夫金笔下描绘的第三次工业革命中，人类化解资源困境的唯一途径，就是发展可再生能源。开发利用可再生能源已成为世界各国保障能源安全，应对气候变化，促进低碳、绿色、可持续发展的共同选择。2015年国务院批准了5000万千瓦规模的张家口可再生能源示范区发展规划，2022年冬奥会也提出了“低碳奥运”理念。然而，大规模的新能源集中开发和接入，以及我国在电源侧灵活调节性电源比重低，在输电侧电网建设的核准经常滞后于新能源项目而造成外送通道能力不足，在电力需求侧近年电量增长趋缓以及缺少需求侧响应机制，都使得清洁能源消纳面临极大的挑战和压力，也考验着行业主管部门和管理人员的智慧。国外电力市场改革最新情况显示，促进新能源消纳，必须加强市场机制建设，结合电网运行，充分利用好市场这只“无形的手”进行有效调节和引导。对我国而言，应借助本轮电力体制改革的春风推进电力市场建设，建立促进可再生能源消纳的市场机制，从大范围消纳着眼、中长期交易着手、电力市场建设着力，从而助力我国实现低碳绿色和可持续发展。

负电价：完美破解调峰困局

风电的发电大小与来风情况有关，通常在后半夜用电低谷时段，风量充足风电发电量大，因此发电曲线通常与负荷曲线负相关。这会造成系统调峰困难，尤其在冬季，“三北”地区对机组的供热要求进一步降低电源侧的调节能力，使消纳清洁电变得愈加困难。

火电等常规电源的运行成本主要是燃料成本，而新能源的燃料成本却为零。因此，如果建立了以边际成本报价的能量批发市场，新能源将占绝对优势，是系统选择最优先调度上网的电源。

当用电负荷较高需要由系统中新能源和常规电源同时供给满足时，常规能源为边际机组决定市场统一出清价格，新能源机组为价格接受者。此时，电力市场的统一出清价格为正电价，系统中所有的发电机组按此结算，新能源机组在这种情况下是赚钱的，可用于建设成本的回收和利润赚取；在用电低谷时段，当系统在安全运行和满足供热的约束条件下按最小开机方式运行，其余用电负荷仅靠新能源电源就可以满足时，新能源电源为系统边际机组，市场统一出清价格为零电价。在这种情况下虽然市场结算价格为零，但是新能源电源还是有意愿发电，因为每发一度清洁电还将享受补贴和政府的其他扶持；在极端情况下，用电负荷非常低并且已经接近系统的最小开机方式，这时可能出现负电价，即多发电的电源不仅不能得到收益，而且需要向少发电的电源付费。出现这种情况时新能源和一些常规机组在考虑其运行状况和盈亏平衡点后通常会以负价格向市场报价。这其实是一种合理的现象，当系统发生调峰困难时，没有电源自动响应调峰的需求，因为要进行深度调节甚至停机再启而造成额外成本，市场的负电价作为一种经济上的补偿和激励措施，鼓励电源参与调峰，促进新能源最大可能性的消纳。这种“负”电价市场机制在新能源消纳中起积极作用，已经在美国电力批发市场中广泛运用，也是欧洲电力市场的发展趋势，目前在欧洲电力日前交易市场EPEX以及北欧、比利时和荷兰普遍应用。

当零售市场与批发市场形成联动时，调峰困难时段的低电价会传导到用户侧，从而引导负荷侧互动。譬如，在美国风电装机第一大州德克萨斯，批发市场在后半夜风电大发并且系统向下调节困难的时段经常会出现零电价、负电价等低价，因此，售电商根据批发采购价格向用户提供夜猫子用电套餐，即在零点到五点时段免费用电。此项举措大大刺激了需求侧参与市场调节，使用电曲线更加有利于消纳清洁电，提高了系统整体的新能源接纳能力。

阻塞电价：解决“卡脖子”难题

新能源富集地区由于外送通道能力不足而产生的清洁电送出困难，俗称为电网“卡脖子”现象。造成这种现象的产生很大程度因为电网项目建设滞后于新能源电源项目。在非市场化的环境中，调度通常采取分发电指标或轮流停发的方式来保证公平性。而通过市场化的方式，不仅能够保证公平性，还能有效引导新能源电源规划建设和电网通道的投资建设。

在节点边际电价的市场机制下，“卡脖子”现象通过阻塞电价来表现，对电网通道的约束引入影子价格，量化阻塞通道的经济价格。当电网通道出现阻塞时，市场电价会自动分区，即在电源充裕而送出困难的地区呈现低电价，在高负荷的受电地区呈现高电价。因此，在送出困难的地区建电源时，收益低；在距离负荷区近或外送通道充裕的地区投资建厂时，收益高。所以说，节点边际电价会有效引导电源的规划和建设；同时，市场化的输电阻塞价格代表着通过加强通道建设达到经济收益，也会进而引导输电通道的投资和建设。目前，节点边际电价和配套阻塞管理的输电权市场已在美国等国家广泛认可和应用。

中长期交易：保障合理收益

新能源购买协议（PPA）是国外常见的用户与新能源电源签订的中长期购电合同。类似与我国的大用户直购电，但是合同期限会更长，通常为15-25年，在新能源项目建设阶段开始签订。国外新能源电源没有政府批复标杆电价的结算保证，而主要是靠市场价格，同时辅助以政府补贴、可再生能源配额交易、财税等政策优惠机制来进行投资收益。通过PPA的签订，新能源对其发电价格进行了基本锁定，对未来的收益有了一定的保证，有利于得到贷款融资等财务支持，从而促进了对新能源投资的积极性。

目前，很多大公司通过清洁能源 PPA来实现绿色电的企业社会责任，如谷歌、微软、亚马逊、沃尔玛等多家公司纷纷签订了绿电PPA。可以预见，随着新能源发电成本的进一步降低，新能源PPA的价格将更加具有竞争性，届时将有更多的企业参与购买。

跨区消纳：大市场有大能量

新能源消纳应该大范围消纳，统筹解决，系统联动已成共识。

由于各地区资源禀赋，不同地区的风、光等清洁能源在一次能源中容易形成互补。如地区之间风力资源和光照最强的时段并不相同，单独一个地区风、光电的发电量可能并不平稳，但多个地区联合运行时，发电曲线的平滑度大大提高。同时，电网联合运行在备用共享等辅助服务的经济性和电网调节能力等方面也将提高。

近期，美国能源部的国家新能源实验室为了实现清洁能源电量占比的目标，提出建立美国和加拿大29个电力调度平衡区联合运行的不平衡能量市场方案，，来取代过去由单一平衡区组建的市场。通过数据分析和系统仿真的方法证明，区域间的能源互补性将促进风电和光伏的消纳；在未来电网结构下，基于更大区域的统一现货调度交易对电网运行的安全性和经济性更加有力。丹麦、荷兰等国家通过北欧大电网调节，利用挪威和瑞典水电调节性能消纳本国风电，实现了风电和水资源的互补，很大程度提升了电网对清洁能源的接纳性。

由此看出，建立大范围市场交易平台是各国促进可再生能源消纳的举措之一，这也说明了在我国通过国家和省两级交易平台扩大交易范围来提高资源优化配置效果的合理性。总之，电力市场建设是一个系统工程，有利于新能源消纳的市场机制在容量市场、辅助服务、日前和实时市场及功率预测的协调应用、绿色能源配额等机制相互关联且协同运作。下一步，应结合国际经验，把握电力市场经济原理和电网运行规律，建立促进新能源消纳的市场机制，在政策、管理和技术上统筹考虑，结合调度运行管理和特高压外送、柔性直流、热电解耦、虚拟同步机以及储能储热等多种技术手段，提出为接纳更多清洁能源的系统方案。（作者系国网冀北电力交易中心副主任、IEEE高级会员）

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