在杰里米-里夫金筆下描繪的第三次工業(yè)革命中，人類化解資源困境的唯一途徑，就是發(fā)展可再生能源。開發(fā)利用可再生能源已成為世界各國保障能源安全，應(yīng)對氣候變化，促進(jìn)低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展的共同選擇。2015年國務(wù)院批準(zhǔn)了5000萬千瓦規(guī)模的張家口可再生能源示范區(qū)發(fā)展規(guī)劃，2022年冬奧會也提出了“低碳奧運”理念。然而，大規(guī)模的新能源集中開發(fā)和接入，以及我國在電源側(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，也考驗著行業(yè)主管部門和管理人員的智慧。國外電力市場改革最新情況顯示，促進(jìn)新能源消納，必須加強市場機(jī)制建設(shè)，結(jié)合電網(wǎng)運行，充分利用好市場這只“無形的手”進(jìn)行有效調(diào)節(jié)和引導(dǎo)。對我國而言，應(yīng)借助本輪電力體制改革的春風(fēng)推進(jìn)電力市場建設(shè)，建立促進(jìn)可再生能源消納的市場機(jī)制，從大范圍消納著眼、中長期交易著手、電力市場建設(shè)著力，從而助力我國實現(xiàn)低碳綠色和可持續(xù)發(fā)展。
負(fù)電價：完美破解調(diào)峰困局
風(fēng)電的發(fā)電大小與來風(fēng)情況有關(guān)，通常在后半夜用電低谷時段，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)。這會造成系統(tǒng)調(diào)峰困難，尤其在冬季，“三北”地區(qū)對機(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價的能量批發(fā)市場，新能源將占絕對優(yōu)勢，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)電源同時供給滿足時，常規(guī)能源為邊際機(jī)組決定市場統(tǒng)一出清價格，新能源機(jī)組為價格接受者。此時，電力市場的統(tǒng)一出清價格為正電價，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的，可用于建設(shè)成本的回收和利潤賺取;在用電低谷時段，當(dāng)系統(tǒng)在安全運行和滿足供熱的約束條件下按最小開機(jī)方式運行，其余用電負(fù)荷僅靠新能源電源就可以滿足時，新能源電源為系統(tǒng)邊際機(jī)組，市場統(tǒng)一出清價格為零電價。在這種情況下雖然市場結(jié)算價格為零，但是新能源電源還是有意愿發(fā)電，因為每發(fā)一度清潔電還將享受補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)的最小開機(jī)方式，這時可能出現(xiàn)負(fù)電價，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。出現(xiàn)這種情況時新能源和一些常規(guī)機(jī)組在考慮其運行狀況和盈虧平衡點后通常會以負(fù)價格向市場報價。這其實是一種合理的現(xiàn)象，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生調(diào)峰困難時，沒有電源自動響應(yīng)調(diào)峰的需求，因為要進(jìn)行深度調(diào)節(jié)甚至停機(jī)再啟而造成額外成本，市場的負(fù)電價作為一種經(jīng)濟(jì)上的補償和激勵措施，鼓勵電源參與調(diào)峰，促進(jìn)新能源最大可能性的消納。這種“負(fù)”電價市場機(jī)制在新能源消納中起積極作用，已經(jīng)在美國電力批發(fā)市場中廣泛運用，也是歐洲電力市場的發(fā)展趨勢，目前在歐洲電力日前交易市場EPEX以及北歐、比利時和荷蘭普遍應(yīng)用。
當(dāng)零售市場與批發(fā)市場形成聯(lián)動時，調(diào)峰困難時段的低電價會傳導(dǎo)到用戶側(cè)，從而引導(dǎo)負(fù)荷側(cè)互動。譬如，在美國風(fēng)電裝機(jī)第一大州德克薩斯，批發(fā)市場在后半夜風(fēng)電大發(fā)并且系統(tǒng)向下調(diào)節(jié)困難的時段經(jīng)常會出現(xiàn)零電價、負(fù)電價等低價，因此，售電商根據(jù)批發(fā)采購價格向用戶提供夜貓子用電套餐，即在零點到五點時段免費用電。此項舉措大大刺激了需求側(cè)參與市場調(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：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)生很大程度因為電網(wǎng)項目建設(shè)滯后于新能源電源項目。在非市場化的環(huán)境中，調(diào)度通常采取分發(fā)電指標(biāo)或輪流停發(fā)的方式來保證公平性。而通過市場化的方式，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)點邊際電價的市場機(jī)制下，“卡脖子”現(xiàn)象通過阻塞電價來表現(xiàn)，對電網(wǎng)通道的約束引入影子價格，量化阻塞通道的經(jīng)濟(jì)價格。當(dāng)電網(wǎng)通道出現(xiàn)阻塞時，市場電價會自動分區(qū)，即在電源充裕而送出困難的地區(qū)呈現(xiàn)低電價，在高負(fù)荷的受電地區(qū)呈現(xiàn)高電價。因此，在送出困難的地區(qū)建電源時，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，收益高。所以說，節(jié)點邊際電價會有效引導(dǎo)電源的規(guī)劃和建設(shè);同時，市場化的輸電阻塞價格代表著通過加強通道建設(shè)達(dá)到經(jīng)濟(jì)收益，也會進(jìn)而引導(dǎo)輸電通道的投資和建設(shè)。目前，節(jié)點邊際電價和配套阻塞管理的輸電權(quán)市場已在美國等國家廣泛認(rèn)可和應(yīng)用。
中長期交易：保障合理收益
新能源購買協(xié)議(PPA)是國外常見的用戶與新能源電源簽訂的中長期購電合同。類似與我國的大用戶直購電，但是合同期限會更長，通常為15-25年，在新能源項目建設(shè)階段開始簽訂。國外新能源電源沒有政府批復(fù)標(biāo)桿電價的結(jié)算保證，而主要是靠市場價格，同時輔助以政府補貼、可再生能源配額交易、財稅等政策優(yōu)惠機(jī)制來進(jìn)行投資收益。通過PPA的簽訂，新能源對其發(fā)電價格進(jìn)行了基本鎖定，對未來的收益有了一定的保證，有利于得到貸款融資等財務(wù)支持，從而促進(jìn)了對新能源投資的積極性。
目前，很多大公司通過清潔能源PPA來實現(xiàn)綠色電的企業(yè)社會責(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，隨著新能源發(fā)電成本的進(jìn)一步降低，新能源PPA的價格將更加具有競爭性，屆時將有更多的企業(yè)參與購買。
跨區(qū)消納：大市場有大能量
新能源消納應(yīng)該大范圍消納，統(tǒng)籌解決，系統(tǒng)聯(lián)動已成共識。
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。如地區(qū)之間風(fēng)力資源和光照最強的時段并不相同，單獨一個地區(qū)風(fēng)、光電的發(fā)電量可能并不平穩(wěn)，但多個地區(qū)聯(lián)合運行時，發(fā)電曲線的平滑度大大提高。同時，電網(wǎng)聯(lián)合運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，美國能源部的國家新能源實驗室為了實現(xiàn)清潔能源電量占比的目標(biāo)，提出建立美國和加拿大29個電力調(diào)度平衡區(qū)聯(lián)合運行的不平衡能量市場方案，，來取代過去由單一平衡區(qū)組建的市場。通過數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)仿真的方法證明，區(qū)域間的能源互補性將促進(jìn)風(fēng)電和光伏的消納;在未來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，基于更大區(qū)域的統(tǒng)一現(xiàn)貨調(diào)度交易對電網(wǎng)運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性更加有力。丹麥、荷蘭等國家通過北歐大電網(wǎng)調(diào)節(jié)，利用挪威和瑞典水電調(diào)節(jié)性能消納本國風(fēng)電，實現(xiàn)了風(fēng)電和水資源的互補，很大程度提升了電網(wǎng)對清潔能源的接納性。
由此看出，建立大范圍市場交易平臺是各國促進(jìn)可再生能源消納的舉措之一，這也說明了在我國通過國家和省兩級交易平臺擴(kuò)大交易范圍來提高資源優(yōu)化配置效果的合理性。總之，電力市場建設(shè)是一個系統(tǒng)工程，有利于新能源消納的市場機(jī)制在容量市場、輔助服務(wù)、日前和實時市場及功率預(yù)測的協(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)同運作。下一步，應(yīng)結(jié)合國際經(jīng)驗，把握電力市場經(jīng)濟(jì)原理和電網(wǎng)運行規(guī)律，建立促進(jìn)新能源消納的市場機(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)以及儲能儲熱等多種技術(shù)手段，提出為接納更多清潔能源的系統(tǒng)方案。
