深度 | 面向高比例可再生能源的电力市场研究综述

3.4 适应高比例可再生能源电力市场机制的设计

由于不确定性，可再生能源参与电力市场的竞争力较弱，但也具有爬坡成本低、环境正外部性等优势，因此需要完善的市场机制，既要适应可再生能源发电的特点，也要保证市场的公平。

探讨适应可再生能源市场的出清方法。提出一种计及爬坡成本竞价的两部复合竞价机制，能够提升可再生能源市场竞争力并合理分摊社会效益。与传统的两阶段结算市场机制不同，提出一种随机结算市场，同时出清日前和实时两阶段市场。为考虑可再生能源不确定性的风险约束的日前随机市场提供了基于交替方向乘子算法(alternating  direction methodof  multipliers，ADMM)的分布式出清算法。设计了一个日内二级市场，风电商可以与备用服务提供商签订期权合约。针对高比例可再生能源参与市场导致的系统运行方式多样化的背景，提出一种基于潮流追踪的等效双边交易的过网费分摊方法，并与现有应用和研究中的方法进行了对比。

3.5 提升可再生能源市场竞争力的电力交易产品

包含高比例可再生能源的电力市场对爬坡有大量需求，相关研究一方面集中于设计合理的爬坡产品，以提升系统灵活性及市场效率;另一方面集中于挖掘由可再生能源发电商提供灵活爬坡服务的潜力。

为管理可再生能源不确定性导致的交易风险，设计了同时管理电价、电量风险的障碍期权，并提出了相应的期权购买策略。为风电商的有效聚合设计了一种风险电力合同。探讨风电参与市场对金融输电权运行的影响，发现现有的金融输电权体系可能给予风电商更大的通过线路阻塞操纵市场的能力。

3.6  促进分布式可再生能源消纳的机制和算法分布式可再生能源的发展使配电网层面出现了大量的发电资源。目前国内外电力市场中零售侧通常实行“独买独卖”，即分布式可再生能源发电商必须将电能销售给配电商或售电公司，用户也只能从配电商或售电公司购买电能。但很多国家均已开展配电网层面电力市场化交易的研究和应用，如中国近期出台了《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》，允许分布式发电项目与配电网内就近用户进行电力交易。分布式可再生能源参与配电网层面的电力交易，能够为用户提供比常规零售电价更为低廉的电能，但需要调动用户侧的灵活性以减弱分布式可再生能源发电的不确定性影响。需要说明的是，由于发、用电特征相似，对负荷灵活参与市场的研究通常也可应用于分布式可再生能源参与市场的情况。

现有研究为促进分布式可再生能源的消纳设计了很多新的市场机制，并提出了相应的算法，如图 2 所示。图  2(a)中，分布式可再生能源(小型风电、光伏)和传统分布式能源及储能、电动汽车、负荷等配电网层面发、用电资源以微网或虚拟电厂的形式，整体参与批发市场，寻求整体效益的最大化，研究问题主要集中于微网或虚拟电厂内部成员间分摊收益的方法。图  2(b)中，配电商或售电公司制定收购分布式能源的电价，通过购买分布式能源管理其在批发市场中的风险，同时分布式能源在零售市场中获益。图  2(c)中，分布式能源商通过基于共识的(consensus-based)信息互动协作参与市场交易，有时存在一个集中运营商，但只负责信息的集中和发布  [92-94] 。图 2(d)中，分布式可再生能源直接与用户在配电网层面开展交易，文献[95]提出了相应的多领导者多跟随者双层 Stackelberg  模型;设计了配电网层面的地方性能源市场，并给出了相应的迭代出清算法;给出了分布式可再生能源商参与绿色电能市场和常规市场交易的电量分配策略;总结了灵活的分布式能源间的对等交易模型(peer  to peer model)。近来，国际上提出了可交易能源(transactive  energy)的概念，分布式能源能够在保护自身隐私的前提下，主动地、独立地参与市场。

3.7 包含可再生能源的电力市场环境下的规划

文献[99-101]探讨了电力市场环境下可再生能源发电规划。文献[99]考虑其他发电商的规划、市场竞价和负荷增长，提出了可再生能源发电规划的双层模型，上层为效益最大化的规划和市场竞价决策，下层为各场景下的市场出清。考虑分布式可再生能源快速响应特性，提出了一种考虑输电费用分摊的规划方法。建立分布式电源规划的多阶段随机混合整数线性规划模型。

研究包含可再生能源电力市场环境下传统能源的发电规划。考虑规划决策与未来不确定性间的相互影响，提出了大规模风电环境下决策依赖的多阶段电源规划模型。在电源规划模型中同时考虑风电的不确定性和系统可靠性。考虑长期需求增长和可用发电容量、以及短期负荷和风电出力的不确定性，提出促进风电消纳的输电和储能系统联合规划模型。讨论可再生能源发电目标对规划和运行可能产生的影响。

3.8 多能源市场的交互

传统能源分析和市场交易局限于电、气、热(冷)等单一能源形式自身，而应用和研究证明多能源系统的协调有助于促进可再生能源的消纳，提高能源利用效率。分别考虑电力和氢能、电力和天然气系统的耦合，提出了参与各能源市场的策略。

4 进一步研究的关键问题

发展面向高比例可再生能源的电力市场，以优化配置电力资源，对促进可再生能源的充分消纳，构建高效供需互动的能源互联网具有重要意义。进一步的研究，特别是中国发展面向高比例可再生能源电力市场应重点解决以下问题：

1)提升可再生能源资源评估和预测技术。科学的资源评估和精确的预测既有助于准确衡量可再生能源对电力市场的影响，以对市场机制做出合理化改进;又有助于可再生能源发电商管理市场风险，增加收益。此外，考虑电力供需实时平衡的要求和供需双方均存在不确定性的特点，还应发展供需双方多市场主体的联合评估和预测技术。中国目前市场中欠缺真实反映电能价值及供需关系的价格信号，应通过建立公平竞争的电力市场交易机制合理分摊可再生能源并网产生的成本，促使可再生能源发电商主动提升资源评估和预测能力。

2)深入挖掘供需两侧的灵活性。利用灵活的价格机制和信息互动技术，深入挖掘供需两侧的用能灵活性、储能灵活性、多能转化灵活性、多能源网络耦合灵活性。目前中国电力市场价格机制和交易模式过于单一，难以深入挖掘供需两侧的灵活性，应一方面通过灵活的市场机制合理分摊系统成本，提升灵活发电资源的竞争优势，提高电源调节能力;另一方面根据实际用能情况，针对重点行业推进电能替代、清洁替代，挖掘需求侧灵活性。

3)设计适应可再生能源发电特点的市场机制和交易产品。合理利用可再生能源发电的爬坡成本低、分段价值不同 [32]  等资源特点，设计相应的市场机制和交易产品，促进可再生能源的市场化消纳。中国还存在着可再生能源资源地区间分布不均及与负荷分布不平衡的特点。一方面，应建立灵活的零售电价机制，调动需求侧多能协调下的储能、用能灵活性，促进可再生能源就地消纳;另一方面，应提高电网互联互通水平，建立合理的跨区跨省交易机制。

4)完善促进信息互动机制。随着掌握灵活发、用电资源的市场主体的增多，能够决定市场均衡和市场主体行为策略等有价值的信息量大幅增加，信息互动效率对市场运行和市场主体获利产生影响。应运用市场机制促进信息及时披露，通过市场信号引导市场主体间的信息互动，或开展信息交易，以降低电能交易成本，提升市场主体效益。

能源流动必然伴随着信息互动，中国电力市场机制的不完善导致信息互动的激励不足。应一方面从技术方面建立通用的通信标准、提升通信可靠性及安全性;另一方面在电力市场的设计中关注信息有效性问题，降低信息成本。

5)开发分布式算法，应对大规模系统计算复杂性和市场主体隐私性问题。市场主体的多元化使市场出清、行为决策等问题的计算复杂性增加;大规模市场中的信息流动可能会侵犯市场主体的隐私性，导致市场主体退出市场，影响市场规模的提升。因此，应开发分布式算法，提升市场效率，吸引各方参与。

6)建立电网的高效运营模式。供需两侧的不确定性随着可再生能源的发展而迅速增加，电网阻塞和利用率低的问题并存，电网作为独立的市场主体，应通过合理的输配电价成本计算和分摊机制，引导供需互动，提升运营效率。电力市场的发展会改变现有电网调度模式，因而还应重视电网调度能力和电力市场的协调发展，开发新的调度软件。

7)改进不确定性下的多能源市场交互机制。一方面，供需两侧及社会经济发展均会为能源市场引入不确定性，应从多能源市场交互角度全面分析不确定性来源，建立恰当的不确定性分析模型;另一方面，应探索多能源市场协调运行模式，以提升市场稳定性，为市场主体提供全面的获利方式和风险管理手段。

5 结语

健全完善的电力市场为可再生能源的充分消纳和能源互联网的高效运行提供了驱动力和平台。

随着可再生能源参与电力市场比例的提高，各国电力市场表现出了如弃风、弃光、负电价及电价波动性增强、价格信号低效、可再生能源市场竞争力较弱、平衡可再生能源成本较高等问题，本文立足各国电力市场适应可再生能源发展实际，对比了现有可再生能源并网激励政策和交易模式，分析了可再生能源参与电力市场遇到的特殊问题，如成本、生产特性与传统能源不同、出力描述的概率性、电量风险、外部性、发电主体多元化等，总结了各国在面向高比例可再生能源电力市场中包含效益、机制、策略和风险等重点问题的最新研究成果，提出了进一步研究的问题，特别是中国发展面向高比例可再生能源电力市场面临的关键问题。