基于能源轉型的中國特色電力市場建設的分析與思考
陳國平，梁志峰，董昱
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.191382
1、項目背景
當前，我國正處于能源清潔轉型的關鍵時期，我國可再生能源裝機規(guī)模和發(fā)展速度均居世界第一。預計到2050年之前，我國風電和太陽能發(fā)電裝機還將保持快速發(fā)展態(tài)勢，可再生能源在電力生產中將逐漸占據主導地位。與此同時，我國電力市場改革穩(wěn)步推進。在能源轉型的大背景下，不能直接照搬國外電力市場建設模式，而是要更好地發(fā)揮我國體制、機制優(yōu)勢，不斷滿足用電負荷日益增長和可再生能源快速發(fā)展需要。這就迫切要求加快研究和構建適合中國國情的中國特色電力市場。
2、論文所解決的問題及意義
本文總結了我國能源轉型發(fā)展趨勢，從空間和時間兩個維度分析了水電及新能源運行特性對電力市場運作的影響，介紹了相關市場化建設實踐和面臨的挑戰(zhàn)，提出了中國特色電力市場建設基本原則與關鍵問題。對我國能源轉型下電力市場建設具有一定的指導意義。
3、論文重點內容
（1）水電運行特性對電力市場影響分析。從來水情況看，受季風氣候影響，我國各流域來水主要集中在6—8月，汛期水量占全年的70%~80%。從電力電量看，來水分布極不均衡，枯期發(fā)電能力不足，汛期發(fā)電富裕。2019年四川地區(qū)汛期日發(fā)電量均值是日用電量均值的2倍，如圖1所示。從調節(jié)能力看，年調節(jié)及以上水庫比例較低，水電站調節(jié)性能整體不強，難以準確預測中長期發(fā)電量。
圖1 2016—2019 年四川水電逐日平均出力過程
水電參與電力市場面臨的主要困難：我國水電承擔綜合利用任務較多，發(fā)電的靈活調節(jié)能力受到限制；各流域梯級電廠多，投資主體多，同一梯級水電站發(fā)電量相互制約等。
（2）新能源運行特性對電力市場影響分析。從年度和月度電量安排來看，新能源長期電量預測準確度低且電量貢獻度低，難以準確預留新能源消納空間。新能源“大裝機、小電量”特征突出。以2019年為例，國網公司經營區(qū)風電、光伏發(fā)電裝機占到總裝機的10.9%、11.4%，風電、光伏發(fā)電量僅占總發(fā)電量的5.7%和3.5%。從日前發(fā)電計劃安排來看，新能源在用電負荷尖峰時刻電力貢獻度低且存在預測偏差，難以精準安排次日開機方式。新能源在負荷尖峰時刻往往出力不足。圖2、圖3為國網負荷創(chuàng)新高日的風電、光伏出力情況，早高峰時段風電出力僅為負荷的2.8%，晚高峰時段光伏出力基本為零。從日內新能源出力特性來看，其波動性隨著裝機增加而增大，對電力系統(tǒng)調節(jié)能力要求越來越高。2019年，國網公司經營區(qū)新能源出力日內最大波動達11307萬kW，占負荷19.1%。
圖2 負荷創(chuàng)新高時風電出力情況
圖3 負荷創(chuàng)新高時光伏出力情況
新能源參與電力市場面臨的困難主要有：新能源月度電量預測偏差較大，加劇了省內市場調節(jié)壓力；新能源日前功率預測準確度(絕對偏差)偏低，難以精確確定日前出力曲線和開機方式；新能源日內波動性和隨機性對電網調節(jié)能力提出更高要求。
（3）促進能源清潔轉型的市場化建設實踐
一是不斷完善電力市場基本規(guī)則體系，提出了“統(tǒng)一市場、兩級運作”的市場模式和發(fā)展路徑。
二是在省間高效利用特高壓大電網輸電能力，在省內積極組織新能源市場化交易，新能源交易規(guī)?？焖僭鲩L。2019年，公司經營區(qū)新能源省間、省內交易電量分別為880億千瓦時、3690億千瓦時，同比增長22%、16%。
三是中長期交易與現貨交易相結合，構建“競價撮合+余量出清”跨省區(qū)富?？稍偕茉船F貨交易體系，2019年現貨交易電量累計53億千瓦時，提高新能源利用率1個百分點。
四是不斷豐富新能源市場化交易品種，積極研究新能源優(yōu)先替代、自動出清、打捆交易和利益調節(jié)機制，規(guī)范全周期、全品種、全流程交易組織，確保新能源送得出、落得下。
（4）我國電力市場建設面臨的挑戰(zhàn)
一是電網安全風險突出。主要表現在：缺乏轉動慣量以及調頻、調壓能力不足，安全防御難度加大；發(fā)生連鎖性故障的風險突出，系統(tǒng)穩(wěn)定特性更加復雜等。
二是電力供應保障難度加大?？稍偕茉窗l(fā)電出力具有季節(jié)性、隨機性和波動性，特別風光發(fā)電出力對負荷高峰支撐不足。2019年12個省級電網的新能源日出力最大波動超過本省電網日平均負荷的30%，最高達98%。
三是可再生能源消納矛盾凸顯。水電來水集中在汛期、風力發(fā)電集中在春秋兩季，在時間維度上存在不均衡現象。新疆、甘肅、四川等地消納矛盾突出。
四是多方利益主體矛盾突出。部分機組無法在市場中獲益，參與積極性不足。同一梯級的水電站發(fā)電量相互制約，參與市場競爭時會互相影響。
4、基本原則和關鍵問題
以有利于能源清潔轉型，服務于清潔能源發(fā)展和消納為前提，本文提出中國特色電力市場建設基本原則：
必須有利于推動能源清潔低碳、安全高效轉型。應充分發(fā)揮我國特高壓領域國際領先優(yōu)勢，進一步完善跨省交易機制，解決源荷逆向分布不均問題。
必須有利于提高電力安全保障水平。合理的電力市場機制應發(fā)揮引導和推動作用，優(yōu)化電源結構，提高系統(tǒng)調節(jié)能力，更好地適應可再生能源發(fā)展和高效利用。
堅持市場化手段推動可再生能源大范圍優(yōu)化配置。構建跨省區(qū)和省內統(tǒng)籌協調的市場機制，打破省間壁壘；通過政府宏觀政策加以引導，更好地發(fā)揮市場調節(jié)作用，保障清潔資源大范圍優(yōu)化配置。
深挖市場潛力以推動能源高效轉型。能源清潔轉型是龐大的系統(tǒng)性工程，需要充分發(fā)揮市場對資源配置的決定性作用，共同推進能源生產和消費模式變革。
協調多方訴求以推動行業(yè)共同發(fā)展。能源清潔轉型關乎電網和發(fā)電企業(yè)、電力用戶和制造商等多方利益，應合理分配利益，吸引各方投資、共同參與。
同時，指出了建設中國特色電力市場主要面臨的關鍵問題：
進一步完善電力市場化頂層設計。 首先應立足基本國情，滿足能源轉型和安全生產要求；其次，開展市場化建設路徑研究；最后，堅持“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一調度、統(tǒng)一管理”原則，有序協調源網發(fā)展，引導傳統(tǒng)電源提高調節(jié)能力，實現大范圍消納和安全運行。
充分利用市場屬性發(fā)現電力商品價格。電力商品的價格發(fā)現是電力市場設計的核心內容。建立充分競爭的電力市場，利用以市場發(fā)現價格、以價格引導電力資源配置，實現市場決定電價和發(fā)用兩側的資源最優(yōu)配置，促進消納和社會福利最大化。
推進多類型能源結構的競爭性電力市場建設。逐步形成由市場供需和邊際成本決定市場價格的機制，通過競爭方式安排各類機組的發(fā)電次序，取消發(fā)電量計劃管理制度，推進多類型能源競爭的電力市場。
促進省間大范圍資源優(yōu)化配置和電力消納。建立開放的全國性電力市場，以跨區(qū)跨省交易平臺為突破口，以放松價格管制為前提，涉及省份的發(fā)電、用戶等市場主體開展報價和自主交易，逐步打破省間壁壘。
加強省間輸電中市場電成分和優(yōu)先發(fā)電成分協調。隨著市場化電量規(guī)模擴大和優(yōu)先發(fā)購電比例不斷增加，直接交易與清潔能源爭搶輸電通道等矛盾日益突出。需合理確定優(yōu)先發(fā)購電比例，明確清潔電量預留、輔助服務補貼標準等，逐步完善市場機制。
探索引入容量市場和完善輔助服務市場，有助于改變傳統(tǒng)火電行業(yè)的規(guī)模擴張驅動和發(fā)展模式，更加注重提高自身靈活性，促進各類電源通過新技術應用提高發(fā)電控制和調節(jié)能力，緩解風光水火矛盾。
引文信息
陳國平，梁志峰，董昱. 基于能源轉型的中國特色電力市場建設的分析與思考[J]. 中國電機工程學報，2020,40(2)：369-378.
Chen Guoping, Liang Zhifeng, Dong Yu. Analysis and Reflection on the Marketization Construction of Electric Power With Chinese Characteristics Based on Energy Transformation [J]. Proceedings of the CSEE, 2020,40(2)：369-378 (in Chinese).
