基于配額制的可再生能源電力交易系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真
楊立兵1，張汀薈2，李雅超2，李曉剛1，吳敏1，王蓓蓓2*
（1．國(guó)家電網(wǎng)有限公司華東分部；2．東南大學(xué)電氣工程學(xué)院）
本文發(fā)表在《全球能源互聯(lián)網(wǎng)》第5期"電力市場(chǎng)促進(jìn)可再生能源發(fā)展"專題，歡迎點(diǎn)擊品讀。本文受國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目及國(guó)家電網(wǎng)華東分部科技項(xiàng)目資助。
文章導(dǎo)讀
近年來以風(fēng)能和光伏為代表的可再生能源電力消納問題日漸突出，初期以補(bǔ)貼刺激其發(fā)展的方式資金缺口大且難以可持續(xù)實(shí)施，可再生能源配額制度(Renewable Portfolio Standard，RPS)及其配套的綠色證書交易機(jī)制(Tradable Green Certificates，TGC) 能夠以市場(chǎng)化手段激勵(lì)可再生能源有效消納。本文梳理了電力市場(chǎng)和綠色證書市場(chǎng)之間的資源傳遞關(guān)系，構(gòu)建了市場(chǎng)主體進(jìn)行綠色證書和電力交易的基本框架，搭建了各耦合模塊的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，仿真模擬了可再生能源發(fā)電商參與電力中長(zhǎng)期以及綠色證書市場(chǎng)的策略，并分析了各市場(chǎng)的交易情況。
研究成果
1、梳理了配額制下，可再生能源發(fā)電商與售電商在可再生能源電力中長(zhǎng)期市場(chǎng)、電力現(xiàn)貨市場(chǎng)以及綠色證書市場(chǎng)之間的價(jià)格、供需傳遞關(guān)系。
2、搭建了包括可再生能源電力中長(zhǎng)期合約交易、傳統(tǒng)能源中長(zhǎng)期合約交易、電力現(xiàn)貨交易的電力市場(chǎng)與綠色證書市場(chǎng)等相互耦合模塊的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，主擬分析了可再生能源發(fā)電商在電力中長(zhǎng)期以及綠色證書市場(chǎng)中的交易情況。
主要內(nèi)容
本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法搭建綠證市場(chǎng)與電力市場(chǎng)相互作用的機(jī)理模型，圖1給出了綠證市場(chǎng)與電力市場(chǎng)交互模型的因果回路圖。主要包括電力市場(chǎng)模塊、綠色證書模塊和發(fā)電商模塊3個(gè)部分。發(fā)電商根據(jù)單位收益變化調(diào)整在現(xiàn)貨市場(chǎng)中的報(bào)價(jià)?？稍偕茉措娏χ虚L(zhǎng)期合約比例、可再生能源能源發(fā)電商在現(xiàn)貨市場(chǎng)的中標(biāo)量分別影響到綠色證書的需求量和供應(yīng)量，進(jìn)而影響到綠色證書的價(jià)格變化和發(fā)電商收益。發(fā)電商參與各市場(chǎng)的出力、綠證交易量、綠證價(jià)格等相關(guān)因素之間有著明顯的因果關(guān)聯(lián)，構(gòu)成的反饋環(huán)路是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型直接的呈現(xiàn)方式。
? 圖1 因果回路圖
本文運(yùn)用Vensim PLE軟件進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的搭建與仿模擬真，算例中設(shè)置仿真周期為100天，現(xiàn)貨市場(chǎng)時(shí)間步長(zhǎng)為1天，中長(zhǎng)期合約市場(chǎng)時(shí)長(zhǎng)30天。
仿真周期內(nèi)，售電商期望購(gòu)買的綠證數(shù)量和可再生能源發(fā)電商期望銷售的綠證數(shù)量之間的差值與綠色證書的價(jià)格如圖2所示，綠證成交量如圖3所示。由圖2中綠線可知，綠色證書的價(jià)格在初期變化較大。這是因?yàn)樵诘谝惶鞎r(shí)，可再生能源發(fā)電商在現(xiàn)貨市場(chǎng)中標(biāo)量為0，也就意味著此時(shí)綠色證書市場(chǎng)中無(wú)綠證供應(yīng)，此時(shí)供遠(yuǎn)小于求，需求量與供給量的差值達(dá)到最大值，使得綠色證書價(jià)格由初始值（150元/張）急速上漲至最大值（300元/張）。由于第二日綠色證書價(jià)格達(dá)到最大值，超過了售電商預(yù)期購(gòu)買價(jià)格（165元/張），因此售電商會(huì)減少對(duì)綠證的購(gòu)買。此時(shí)綠證價(jià)格遠(yuǎn)超可再生能源發(fā)電商預(yù)期出售價(jià)格（144元/張），因此發(fā)電商會(huì)大幅度增加供應(yīng)量，使得供大于求，從而使得綠色證書的價(jià)格有所回落。在后期綠色證書價(jià)格略有波動(dòng)，但基本穩(wěn)定在230元/張附近，價(jià)格的波動(dòng)幅度與綠色證書需求量與供給量的差值呈正比例關(guān)系。隨著仿真天數(shù)的推移，綠色證書的供需差整體呈現(xiàn)一正一負(fù)來回交叉變化的趨勢(shì)，且幅度逐漸降低，反映在綠色證書價(jià)格上則是趨于平穩(wěn)。
從圖3中可以看出，除了第一日可再生能源發(fā)電商無(wú)證書進(jìn)行交易，之后綠色證書的實(shí)際交易量與綠色證書價(jià)格整體呈負(fù)相關(guān)：當(dāng)綠色證書價(jià)格下降時(shí)交易量會(huì)有所增加。每30天綠色證書的交易量都有會(huì)有階躍式增加，這是由于可再生能源發(fā)電商與售電商簽訂的中長(zhǎng)期合約比例減少，售電商為了完成配額義務(wù)，在綠證市場(chǎng)中的證書購(gòu)買量會(huì)有所增加。
當(dāng)配額比例發(fā)生變化時(shí)，售電商對(duì)可再生能源電力和綠色證書的需求會(huì)隨之變化，當(dāng)配額比例分別調(diào)整為12%和16%時(shí)，綠色證書市場(chǎng)的交易價(jià)格情況也會(huì)發(fā)生變化，如圖4所示。從圖中可以看出：①三種配額比例下，初始時(shí)刻由于無(wú)綠證供應(yīng)導(dǎo)致綠證價(jià)格激增至峰值，配額比例越小，售電商對(duì)綠證的需求越少，供需量相差越大，使得第二日的綠色證書價(jià)格回落幅度越大。②三種配額比例下，綠色證書的價(jià)格均會(huì)趨向一個(gè)均衡值，且配額比例越高，均衡值越大。這是由于配額比例越高，售電商對(duì)于綠證的實(shí)際需求量越大，從而抬升了證書價(jià)格。
? 圖4 不同配額比例下綠色證書價(jià)格
圖5展示了不同配額比例下可再生能源發(fā)電商參與中長(zhǎng)期市場(chǎng)及現(xiàn)貨+綠證市場(chǎng)的單位出力收入變化，可以看出配額比例設(shè)置越高，可再生能源發(fā)電商在現(xiàn)貨以及綠證兩個(gè)市場(chǎng)的單位收入越高。這是由于配額比例的增大不會(huì)影響傳統(tǒng)能源發(fā)電商的報(bào)價(jià)策略，即不會(huì)影響現(xiàn)貨電價(jià)，但綠色證書價(jià)格隨之上漲（如圖4），從而使得可再生能源發(fā)電商在現(xiàn)貨以及綠色證書兩個(gè)市場(chǎng)的總收入上升。這為可再生能源發(fā)電商調(diào)整中長(zhǎng)期合約比例提供了驅(qū)動(dòng)力，因此配額比例越高，可再生能源發(fā)電商降低中長(zhǎng)期合約比例的幅度越大，如圖6所示。
仿真結(jié)果表明，綠色證書市場(chǎng)中的價(jià)格和交易量受供需影響，會(huì)處于波動(dòng)狀態(tài)，最終趨向一個(gè)均衡值?？稍偕茉窗l(fā)電商在現(xiàn)貨市場(chǎng)和綠色證書市場(chǎng)中的單位收入高于在中長(zhǎng)期市場(chǎng)中的單位收入，因此，在中長(zhǎng)期合約價(jià)格保持不變的情況下，可再生能源發(fā)電商更傾向于同時(shí)參與現(xiàn)貨市場(chǎng)和綠色證書市場(chǎng)，降低中長(zhǎng)期合約的比例。這為可再生能源發(fā)電商進(jìn)行策略調(diào)整提供了一定參考。
隨著配額比例的增大，綠色證書的均衡價(jià)格上升，這有助于提高可再生能源發(fā)電商在現(xiàn)貨和綠色證書兩個(gè)市場(chǎng)的總收入，但是對(duì)于售電商而言，為了完成配額任務(wù)需要承擔(dān)的經(jīng)濟(jì)壓力越大，有可能會(huì)損害其參與積極性。因此綜合而言，有必要參考綠色證書的均衡價(jià)格，將配額比例設(shè)置在合理的范圍內(nèi)。
本文引文信息
楊立兵，張汀薈，李雅超，等. 基于配額制的可再生能源電力交易系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真[J]. 全球能源互聯(lián)網(wǎng)，2020，3(5)：497-507．
YANG Libing, ZHANG Tinghui, LI Yachao, et al. System dynamics simulation of renewable energy power trading based on renewable portfolio standard[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(5): 497-507(in Chinese).
作者簡(jiǎn)介
楊立兵
高級(jí)工程師，碩士
長(zhǎng)期從事電力市場(chǎng)與電力交易相關(guān)工作，作為主要人員參與制定了《華東電力市場(chǎng)跨省集中競(jìng)價(jià)交易規(guī)則》和《華東跨省發(fā)電權(quán)交易規(guī)則》，熟悉華東電網(wǎng)電力交易組織與計(jì)劃管理流程，負(fù)責(zé)華東電網(wǎng)電力交易平臺(tái)的日常運(yùn)營(yíng)，有豐富的電力交易實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。近年來，參與了多個(gè)國(guó)家電網(wǎng)公司及華東電網(wǎng)公司電力市場(chǎng)交易相關(guān)科技項(xiàng)目的研究，多次獲華東電網(wǎng)公司科技進(jìn)步獎(jiǎng)和國(guó)家電網(wǎng)公司優(yōu)秀管理咨詢成果獎(jiǎng)，有較好的科技項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)。
E-mail：yang_lb@ec.sgcc.com.cn
王蓓蓓
東南大學(xué)電氣學(xué)院電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所副所長(zhǎng)，博士生導(dǎo)師
入選江蘇省六大人才高峰智能電網(wǎng)領(lǐng)域資助計(jì)劃。江蘇省電力市場(chǎng)管理委員會(huì)首批專家，電網(wǎng)技術(shù)、電力需求側(cè)管理、IET Energy Conversion and Economics等期刊編委。在IEEE Transactions on Power System等國(guó)內(nèi)外頂級(jí)及核心刊物上錄用或發(fā)表論文近90篇，其中SCI收錄19篇，EI收錄超過40篇，2篇論文入選中國(guó)精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文(F5000)。研究團(tuán)隊(duì)主要研究領(lǐng)域包括電力市場(chǎng)與電力監(jiān)管，電力需求側(cè)管理與需求響應(yīng)，電力規(guī)劃，電力系統(tǒng)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
E-mail：wangbeibei@seu.edu.cn
