摘要：高比例新能源接入情況下，系統(tǒng)高峰時(shí)刻可靠容量不足會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行的安全，因此在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中應(yīng)充分挖掘新能源及需求響應(yīng)等靈活性資源在高峰時(shí)刻提供可靠容量的能力?；诿绹?guó)和英國(guó)容量市場(chǎng)的機(jī)制設(shè)計(jì)，分別綜述了新能源及需求響應(yīng)資源參與容量市場(chǎng)及可信容量的計(jì)算方法，并結(jié)合中國(guó)的市場(chǎng)發(fā)展，從穩(wěn)步推進(jìn)容量市場(chǎng)化機(jī)制建設(shè)、設(shè)計(jì)適應(yīng)于高比例新能源接入的容量市場(chǎng)化機(jī)制、構(gòu)建全國(guó)各地協(xié)同的容量支持機(jī)制對(duì)我國(guó)未來(lái)建設(shè)容量市場(chǎng)進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：容量市場(chǎng);可信容量;拍賣結(jié)果分析;一次能源充
引言
近期，隨著我國(guó)向國(guó)際社會(huì)做出“碳達(dá)峰”“碳中和”國(guó)際承諾，加快能源轉(zhuǎn)型成為社會(huì)熱點(diǎn)[1]。而在能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中，大量入網(wǎng)的可再生能源與加速退坡的傳統(tǒng)煤電機(jī)組之間的矛盾如果處理不得當(dāng)，將導(dǎo)致短期供需平衡更加困難。加州于2020年8月發(fā)生的輪流停電事故，其發(fā)生原因之一正是加州極端高溫導(dǎo)致負(fù)荷高峰驟增以及風(fēng)電光伏出力在短時(shí)間之內(nèi)驟降，系統(tǒng)卻沒(méi)有充足的電源容量和靈活性資源應(yīng)對(duì)[2]。
而未來(lái)我國(guó)電力系統(tǒng)的性狀將由當(dāng)前傳統(tǒng)化石燃料作為壓艙石，可再生能源發(fā)電作為補(bǔ)充向可再生能源作為電網(wǎng)主力發(fā)電的形式轉(zhuǎn)變。在此背景下需要解決以下幾大問(wèn)題：1)傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電作為靈活可調(diào)節(jié)電源能夠平抑可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性，因此有必要長(zhǎng)期存在，但是此類電源無(wú)法在缺乏完善的發(fā)電充裕度機(jī)制的能量市場(chǎng)中獲得持久穩(wěn)定的收益，此類電源回收投資成本問(wèn)題亟待解決;2)間歇性電源可提供的能量或容量相對(duì)來(lái)說(shuō)是有限的且具有高度不確定性，成為電網(wǎng)發(fā)電主力軍后，如何衡量它們支持系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的能力;3)在未來(lái)高新能源占比的電力環(huán)境下，除傳統(tǒng)發(fā)電資源外是否存在其他資源可以被挖掘以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)的需求。對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)組在高比例新能源接入的電力系統(tǒng)中的投資成本回收的問(wèn)題，美國(guó)德州引入了稀缺電價(jià)機(jī)制通過(guò)供應(yīng)短缺時(shí)的尖峰電價(jià)來(lái)回收邊際機(jī)組的固定成本，智利引入了容量補(bǔ)償機(jī)制通過(guò)政府核定價(jià)格對(duì)發(fā)電容量進(jìn)行一定的補(bǔ)貼。
英國(guó)、美國(guó)賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭州(PJMInterconnection，PJM)等國(guó)家及地區(qū)引入了容量市場(chǎng)作為解決該問(wèn)題的長(zhǎng)效機(jī)制。在容量市場(chǎng)中標(biāo)的傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電機(jī)組高峰時(shí)刻在能量市場(chǎng)報(bào)價(jià)后將獲得額外容量收入，從而回收部分在能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)中不能完全回收的成本;另一方面，部分地區(qū)的容量市場(chǎng)機(jī)制也允許間歇性資源參與，以其對(duì)系統(tǒng)供電可靠性的貢獻(xiàn)評(píng)估其可信容量。
除發(fā)電側(cè)以外，英美等國(guó)家也積極吸納用戶側(cè)需求響應(yīng)資源參與容量市場(chǎng)。研究表明，需求響應(yīng)資源的主要收入來(lái)源就是容量市場(chǎng)[3]，因此有必要關(guān)注需求響應(yīng)資源參與容量市場(chǎng)的相關(guān)問(wèn)題。如何保障高比例新能源接入下電力系統(tǒng)的容量充裕度將成為未來(lái)容量機(jī)制的研究熱點(diǎn)[48]。文獻(xiàn)[5]設(shè)計(jì)了兼顧多目標(biāo)調(diào)控需要的新型容量市場(chǎng)機(jī)制。
部分學(xué)者在現(xiàn)有容量市場(chǎng)機(jī)制基礎(chǔ)上考慮靈活性資源參與，已建立了同時(shí)參與集中拍賣與分平臺(tái)競(jìng)價(jià)等市場(chǎng)出清模型[67]。文獻(xiàn)[8]在容量市場(chǎng)出清模型中引入靈活性爬坡約束，出清容量需要滿足一定的靈活性需求。上述研究雖然可以較好地應(yīng)對(duì)高比例新能源接入下電力系統(tǒng)的容量充裕度問(wèn)題，但是對(duì)于新能源以及需求響應(yīng)資源如何參與容量市場(chǎng)并沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的解決思路。未來(lái)新能源也必將參與進(jìn)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)中，在此發(fā)展過(guò)程中，至關(guān)重要的是如何評(píng)估風(fēng)、光等不確定性能源與傳統(tǒng)可靠能源之間的等效性，其評(píng)估的準(zhǔn)確性將影響各市場(chǎng)的效率[9]。
文獻(xiàn)[1013]采用蒙特卡洛模擬原理對(duì)風(fēng)、光的容量可信度進(jìn)行了建模。其中容量可信度指標(biāo)主要可以分為有效帶載能力(effectiveloadcarryingcapacity，ELCC)、等效可靠容量(equivalentfirmcapacity，EFC)等。新能源雖能提供部分可靠性容量，但是由于其波動(dòng)性較大、靈活性不足，目前參與容量市場(chǎng)尚存在許多技術(shù)限制，文獻(xiàn)[1418]考慮儲(chǔ)能、可中斷/可削減負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷等靈活性資源參與容量市場(chǎng)中，計(jì)及各靈活性資源后，風(fēng)、光容量可信度有所增加，大大促進(jìn)了新能源參與市場(chǎng)，有利于增加系統(tǒng)的容量充裕度，可以緩解容量市場(chǎng)“資金短缺”問(wèn)題。
綜上，在面向“碳達(dá)峰”、“碳中和”需求下容量市場(chǎng)機(jī)制作為一種能夠有效提供可靠性容量保障的方法受到廣泛關(guān)注，同時(shí)新能源及需求響應(yīng)等靈活性資源如何參與容量市場(chǎng)也是關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。典型的容量市場(chǎng)機(jī)制應(yīng)用地區(qū)有美國(guó)中西部地區(qū)(MidcontinentIndependentSystemOperator，MISO)、美國(guó)紐約州(NewYorkIndependentSystemOperator，NYISO)、美國(guó)新英格蘭州(ISONewEngland，ISONE)、PJM、英國(guó)，他們的市場(chǎng)規(guī)則設(shè)計(jì)較為成熟，且在新能源及需求響應(yīng)參與容量市場(chǎng)方式具有一定的代表性。
因此本文首先對(duì)比分析上述典型地區(qū)的容量市場(chǎng)特征，并在此基礎(chǔ)上介紹英美新能源及需求響應(yīng)資源參與容量市場(chǎng)的方式，并針對(duì)雙碳目標(biāo)下我國(guó)新能源相關(guān)的容量市場(chǎng)建設(shè)提出思考，為未來(lái)高比例新能源電力市場(chǎng)的容量市場(chǎng)開(kāi)展提供參考。
1英美典型容量市場(chǎng)特征對(duì)比
美國(guó)PJM、MISO、NYISO、ISONE以及英國(guó)都采用容量市場(chǎng)機(jī)制來(lái)保障發(fā)電充裕度和未來(lái)高峰時(shí)段的供電可靠性，各地區(qū)容量市場(chǎng)的具體組織流程差別不大，因此本節(jié)以PJM容量市場(chǎng)為例按照其容量市場(chǎng)的組織流程順序?qū)κ袌?chǎng)機(jī)制展開(kāi)評(píng)述，并在表1中給出其他地區(qū)容量市場(chǎng)機(jī)制在各個(gè)環(huán)節(jié)的差異[1921]。美國(guó)PJM容量市場(chǎng)最初為容量信用市場(chǎng)(capacitycreditmarket，CCM)，后考慮到CCM的諸多缺陷替代為可靠性定價(jià)容量市場(chǎng)(reliabilitypricingmodel，RPM)[22]，包括1個(gè)基本拍賣市場(chǎng)(baseresidualauction，BRA)、3個(gè)增量拍賣市場(chǎng)(incrementalauction，IA)和1個(gè)持續(xù)的雙邊市場(chǎng)。
PJM容量市場(chǎng)中的主市場(chǎng)為BRA市場(chǎng)，先于交付期3年組織拍賣，長(zhǎng)期主市場(chǎng)拍賣可以為新建容量提供長(zhǎng)期穩(wěn)定的金融支撐，并保證機(jī)組的建設(shè)時(shí)間;ISONE、英國(guó)國(guó)家電力市場(chǎng)的主市場(chǎng)拍賣也都采用長(zhǎng)期時(shí)間尺度，分別為3年和4年。
因主市場(chǎng)拍賣提前時(shí)間較長(zhǎng)造成容量的交易不夠靈活，PJM還設(shè)置了3個(gè)增量拍賣市場(chǎng)，即IA市場(chǎng)，使得容量的交易更靈活且能及時(shí)調(diào)整容量購(gòu)買(mǎi)量，除MISO之外，其他地區(qū)均存在單一或多重的二級(jí)市場(chǎng)。PJM容量市場(chǎng)的組織流程主要包括制定容量需求曲線、組織拍賣、結(jié)算等幾個(gè)環(huán)節(jié)。
1)容量需求曲線的制定。為了精準(zhǔn)預(yù)測(cè)各輪拍賣中的容量需求及容量需求曲線，PJM會(huì)定期更新與容量需求相關(guān)的系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)峰值、裝機(jī)備用裕度(installedreservemargin，IRM)以及機(jī)組等效強(qiáng)迫停運(yùn)率(equivalentdemandforcedoutagerate，EFORd)EFOR等參數(shù)。
IA市場(chǎng)中容量需求曲線的建立是基于容量提供者以及PJM提交的購(gòu)買(mǎi)投標(biāo)構(gòu)建的，其中價(jià)格是基于IA前公布的更新VRR曲線確定的[23]。各輪拍賣中最終的容量需求曲線在整合價(jià)格型需求響應(yīng)(priceresponsivedemand，PRD)資源后最終確定。與PJM類似，ISONE、NYISO均依據(jù)IRM及新建調(diào)峰機(jī)組的凈成本確定需求曲線，但在曲線的趨勢(shì)上有所差異。
2)組織拍賣。拍賣開(kāi)始前，各容量提供者需提交裝機(jī)容量(installedcapacity，ICAP)以及EFORd等技術(shù)參數(shù)以確定可用自然容量(unforcedcapacity，UCAP)并申報(bào)賣標(biāo)價(jià)格和容量，UCAP指在扣除因降額或停電而無(wú)法提供容量的時(shí)間后，在任何給定時(shí)間容量提供者實(shí)際可提供的平均容量，部分學(xué)者也將其定義為可信容量;PJM在考慮位置約束、容量資源約束的基礎(chǔ)上，以最小化容量購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行出清，以形成各區(qū)域的容量出清價(jià)格和各容量提供者的UCAP義務(wù);考慮到輸電約束的影響，PJM將整個(gè)市場(chǎng)劃分為27個(gè)節(jié)點(diǎn)交付區(qū)域，各區(qū)域分別制定容量需求曲線并形成各自的容量出清價(jià)格。
3)結(jié)算。容量提供者按照所在區(qū)域的統(tǒng)一容量出清價(jià)格進(jìn)行結(jié)算，容量費(fèi)用以地區(qū)可靠性費(fèi)用的名義按照負(fù)荷比例向該地區(qū)的負(fù)荷聚合商收取，從而實(shí)現(xiàn)容量成本分?jǐn)偂?
2新能源可信容量的確定方法
未來(lái)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)將向清潔、綠色能源轉(zhuǎn)型，需要建設(shè)更多的新能源機(jī)組，容量市場(chǎng)將為新能源機(jī)組提供更加明確的投資激勵(lì)機(jī)制，從而提高市場(chǎng)效率。且隨著新能源接入系統(tǒng)比例不斷增加，傳統(tǒng)僅由煤電機(jī)組提供可靠性電源容量的方式亟待改變，需要考慮新能源的生力軍作用[22]。新能源可信容量需重點(diǎn)關(guān)注其提供容量的不確定性，即其容量可信度。新能源的容量可信度主要取決于其出力時(shí)序特性與容量需求的相關(guān)性，與滲透率高度相關(guān)。
當(dāng)新能源占比較低時(shí)，新能源尤其是光伏與系統(tǒng)負(fù)荷(容量需求)高峰期具有貼合性，使得光伏的容量可信度較高;而新能源占比較高時(shí)，系統(tǒng)凈負(fù)荷高峰期可能由白天轉(zhuǎn)移到傍晚，額外增加的新能源裝機(jī)與容量需求相關(guān)性低，因此新能源機(jī)組的容量可信度值大幅降低[2426]，見(jiàn)圖2。但風(fēng)電出力具有反調(diào)峰特性，其出力與容量需求相關(guān)性較低，因此即使在新能源滲透率較低的時(shí)候其容量可信度大小也遠(yuǎn)小于光伏，且受新能源滲透率變化不明顯。
此外，新能源的容量可信度還有區(qū)位差異性，如在一些高峰用電為冬季的國(guó)家或地區(qū)，光伏冬季的總體發(fā)電量卻較低，這種情況下即使新能源滲透率較低光伏容量可信度值也較低。但在高峰用電為夏季的國(guó)家或地區(qū)，用電高峰與光伏的發(fā)電量高峰高度匹配，此時(shí)容量可信度值較高。由此即使在新能源滲透率均較低時(shí)，光伏在不同地區(qū)的容量可信度值計(jì)算結(jié)果差異性便較大。但是對(duì)于風(fēng)電來(lái)說(shuō)，其總體與容量需求相關(guān)性就不高，因此受區(qū)位因素影響并不明顯。
由于新能源容量可信度隨新能源滲透率的變化趨勢(shì)，容量市場(chǎng)的需求和出清價(jià)格也會(huì)受到一定的影響。在需求方面，系統(tǒng)新能源滲透率增加，容量市場(chǎng)可信容量需求雖然不會(huì)發(fā)生變化，但是總體裝機(jī)容量需求卻會(huì)大幅度增加;在出清價(jià)格方面，新能源滲透率較低時(shí)，由于新能源成本較低，其參與容量市場(chǎng)可能會(huì)帶來(lái)容量出清價(jià)格降低。
但是隨著新能源滲透率增加，其容量可信度逐步降低，最終可能將導(dǎo)致出清價(jià)格上漲。在考慮靈活性需求的容量市場(chǎng)出清中，高比例新能源的接入也將導(dǎo)致對(duì)靈活性資源的需求增加，總體價(jià)格上漲[8]。本節(jié)將圍繞美國(guó)PJM、英國(guó)容量市場(chǎng)中新能源參與現(xiàn)狀進(jìn)行分析與評(píng)述，以期在我國(guó)未來(lái)引入新能源提供可靠容量時(shí)為相關(guān)準(zhǔn)入規(guī)則設(shè)計(jì)、可信容量確定提供參考。
2.1美國(guó)
PJM中新能源一般不單獨(dú)參與容量市場(chǎng)[27]，通常將間歇性資源、儲(chǔ)能資源等資源聚集起來(lái)作為聚集資源參與容量市場(chǎng)。此時(shí)，聚集資源中的任一資源不得單獨(dú)參與容量市場(chǎng)的拍賣，亦不允許參與雙邊市場(chǎng)交易。而MISO、NYISO、ISONE并沒(méi)有明確提出新能源以聚集資源形式參與容量市場(chǎng)的要求[2830]。
2.1.1可信容量確定方法
美國(guó)各地區(qū)確定新能源的可信容量，即UCAP有兩種方法：
1)根據(jù)新能源在歷史容量交付年固定時(shí)段內(nèi)資源的平均輸出歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到。使用這種方法的地區(qū)一般該種新能源滲透率不高，目前PJM、ISONE、NYISO正在使用該方法來(lái)確定風(fēng)電、光伏的UCAP，MISO目前也采用該方法計(jì)算光伏的UCAP[31]。2)根據(jù)單一資源對(duì)整個(gè)系統(tǒng)資源充足性的貢獻(xiàn)，即根據(jù)有效帶載能力(effectiveloadcarryingcapacity，ELCC)來(lái)確定，新能源的UCAP等于其ELCC與裝機(jī)容量的乘積。ELCC的具體計(jì)算方法是維持某一可靠性標(biāo)準(zhǔn)下，在有無(wú)可再生能源情況下系統(tǒng)可以承載的負(fù)荷差[32]。使用這種方法的地區(qū)一般該種新能源滲透率較高，MISO采用該方法計(jì)算風(fēng)電的UCAP[31]。
隨著新能源的并網(wǎng)規(guī)模及滲透率的逐漸提高，夏季負(fù)荷峰值出現(xiàn)時(shí)刻逐漸向傍晚推遲，仍按照固定時(shí)段的歷史出力數(shù)據(jù)平均值會(huì)夸大新能源的可用容量。因此第一種方法并沒(méi)有考慮到風(fēng)電及光伏滲透率增加導(dǎo)致的系統(tǒng)凈峰荷轉(zhuǎn)移對(duì)可靠性的潛在影響，而ELCC值的計(jì)算與電力不足時(shí)段有關(guān)，這些時(shí)段會(huì)隨著間歇性資源滲透率的提高而變化，因此采用ELCC衡量新能源UCAP可以很好的解決凈峰值負(fù)荷轉(zhuǎn)移帶來(lái)的可靠性影響問(wèn)題。此外對(duì)于一些新建機(jī)組，PJM無(wú)法獲取其平均輸出歷史數(shù)據(jù)[33]。因此，PJM計(jì)劃在2022/2023交付年開(kāi)始或之后采用方法二[3435]。
2.2英國(guó)
英國(guó)自2017年起大面積停止實(shí)施可再生能源義務(wù)制(renewableobligation，RO)，而上網(wǎng)電價(jià)(feedintariff，F(xiàn)IT)僅針對(duì)容量較小的新能源風(fēng)電廠，越來(lái)越多的風(fēng)電期望依靠其他途徑，如容量市場(chǎng)來(lái)獲取穩(wěn)定性的支持。自2019年起，新能源被批準(zhǔn)參與容量市場(chǎng)[38]。但參與容量市場(chǎng)的新能源要求沒(méi)有獲得FIT、RO、差價(jià)合約(contractfordifference，CfD)在內(nèi)所有其他低碳計(jì)劃的支持。此外因小容量的可再生能源大多通過(guò)FIT機(jī)制獲取補(bǔ)貼，所以他們也沒(méi)有被考慮參與進(jìn)容量市場(chǎng)中[39]。
風(fēng)電的EFC取決于許多因素，包括裝機(jī)容量、地理位置以及在峰值負(fù)荷時(shí)期的預(yù)期風(fēng)力發(fā)電量等。如英國(guó)海上風(fēng)電的風(fēng)電渦輪機(jī)的發(fā)電功率更高、風(fēng)速穩(wěn)定性更好，其海上風(fēng)電的EFC約為12%，但陸上風(fēng)電的EFC僅為8%左右。此外，隨著電力系統(tǒng)可靠性要求越來(lái)越低，由新能源發(fā)電出力來(lái)滿足需求(即防止負(fù)荷損失)的時(shí)期將會(huì)越來(lái)越多，他們的EFC計(jì)算結(jié)果將有所增加。
光伏常與持續(xù)時(shí)間有限的儲(chǔ)能聚集起來(lái)共同參與到容量市場(chǎng)中，但目前其邊際EFC計(jì)算結(jié)果較小，僅為3%左右。但隨著系統(tǒng)儲(chǔ)能及光伏裝機(jī)容量的增加，光伏的邊際EFC將大量增加[44]。為了進(jìn)一步增加新能源機(jī)組在容量市場(chǎng)的出清數(shù)量，2020年5月，英國(guó)進(jìn)一步修訂容量市場(chǎng)規(guī)則，在容量市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)中引入考慮二氧化碳排放限值，碳排放限值將適用于從2024年10月1日起實(shí)行，適用于在2019年7月4日之前存在的項(xiàng)目容量。如果容量提供者排放超過(guò)550g/(kW·h)或者350kg/kW二氧化碳將不再允許獲取容量合同[45]。
3需求響應(yīng)資源可信容量的確定方法
大規(guī)模可再生能源發(fā)電并網(wǎng)后單純依賴發(fā)電側(cè)資源不能完全滿足可再生能源作為電網(wǎng)主力發(fā)電形式下電力系統(tǒng)可靠、安全、高效運(yùn)行的要求，必須從用戶側(cè)挖掘新的可用資源應(yīng)對(duì)以可再生能源為主的電力系統(tǒng)對(duì)于靈活性調(diào)節(jié)資源的需求[22]。
且隨著新能源滲透率的增加，現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格由于新能源機(jī)組邊際成本低造成邊際出清價(jià)持續(xù)走低[5253]，因此單純依靠現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格差進(jìn)行套利不會(huì)是需求響應(yīng)的主要盈利模式，可預(yù)見(jiàn)，其參與容量市場(chǎng)的機(jī)遇將會(huì)更大，從機(jī)理上來(lái)看，需求響應(yīng)能夠有效減少電源、電網(wǎng)的容量投資，緩解容量市場(chǎng)價(jià)格尖峰[17]。進(jìn)一步能夠減少發(fā)電機(jī)組的啟停循環(huán)、快速爬坡，降低發(fā)電容量需求，而且還能延緩電網(wǎng)、網(wǎng)架投資[54]。
需求響應(yīng)(demandresponse，DR)的資源特性與新能源和發(fā)電機(jī)都有相似之處，如不確定性、時(shí)間耦合性，且各DR資源之間的可用性高度相關(guān)等。但傳統(tǒng)的基于可靠性的容量可信度計(jì)算方法是基于機(jī)組故障概率與其自身無(wú)關(guān)的假設(shè)之上的，但DR實(shí)際的可用性與他自身的負(fù)荷水平高度相關(guān)[5455]。另外DR資源與其他容量資源的優(yōu)勢(shì)在于其具有更高的爬坡率，但是目前統(tǒng)一的容量市場(chǎng)難以評(píng)估出DR這一優(yōu)點(diǎn)。綜上，目前應(yīng)用在新能源的基于可靠性的可信容量確定方法難以適用于DR，因此目前在實(shí)際應(yīng)用中DR的UCAP確定方法主要是依靠其相關(guān)歷史數(shù)據(jù)確定其負(fù)荷可增加/削減量，再通過(guò)歷史平均可用性或全系統(tǒng)發(fā)電機(jī)平均可用性來(lái)考慮DR的容量可信度。
本節(jié)仍圍繞PJM和英國(guó)展開(kāi)論述。PJM容量市場(chǎng)中的DR資源包括經(jīng)濟(jì)型DR和價(jià)格型DR(PRD)。參與方式可以選擇作為一種發(fā)電資源直接參與容量市場(chǎng)拍賣或參與固定資源需求替代計(jì)劃(fixedresourcerequirement，F(xiàn)RR)。對(duì)于前者，下文將進(jìn)一步展開(kāi)論述;而PRD并不是由PJM直接調(diào)度的，PJM根據(jù)PRD提供者提交的資源實(shí)時(shí)節(jié)點(diǎn)電價(jià)-最大預(yù)測(cè)負(fù)荷曲線[56]對(duì)容量需求曲線進(jìn)行修正[22]。在容量緊急情況下，容量出清價(jià)格會(huì)上升，則根據(jù)PRD的負(fù)荷曲線，PRD大量參與，系統(tǒng)所需的總體容量需求降低。即PRD的參與主要是影響系統(tǒng)的容量需求，因此PRD對(duì)容量市場(chǎng)的影響是隱性的，PRD提供者的收益也是隱性的。而在英國(guó)需求響應(yīng)只能作為一種可預(yù)測(cè)的變化負(fù)荷間接參與容量市場(chǎng)。
4對(duì)中國(guó)容量市場(chǎng)的思考
目前，中國(guó)新一輪電改已經(jīng)啟動(dòng)，面對(duì)碳達(dá)峰碳中和的目標(biāo)，能源格局的重構(gòu)必然是大勢(shì)所趨。在大幅發(fā)展可再生能源、降低化石能源比例及用電負(fù)荷增長(zhǎng)的多重壓力下，國(guó)內(nèi)容量市場(chǎng)的建立有必要充分考慮新能源、DR資源以及其他靈活性資源的參與。通過(guò)分析對(duì)比PJM和英國(guó)容量市場(chǎng)設(shè)計(jì)和相關(guān)研究，結(jié)合中國(guó)的市場(chǎng)特色，對(duì)中國(guó)未來(lái)的容量市場(chǎng)建設(shè)提出以下幾點(diǎn)思考：
4.1穩(wěn)步推進(jìn)容量市場(chǎng)化機(jī)制建設(shè)
1)理性看待容量市場(chǎng)化機(jī)制的建設(shè)問(wèn)題。隨著高比例新能源接入系統(tǒng)，由于新能源的可變成本為零，其總體報(bào)價(jià)水平較低，很有可能將導(dǎo)致現(xiàn)貨市場(chǎng)出清價(jià)格持續(xù)走低[65]。導(dǎo)致發(fā)電商難以回收投資成本，出臺(tái)相關(guān)容量支持機(jī)制與政策的需求日益迫切。但是是否要推進(jìn)容量市場(chǎng)機(jī)制的建設(shè)應(yīng)結(jié)合我國(guó)各地實(shí)際的容量需求、充裕度情況以及市場(chǎng)化發(fā)展階段統(tǒng)籌考慮[66]。對(duì)于一些尚在市場(chǎng)化初期階段的省市，可參考智利所實(shí)施的容量補(bǔ)償機(jī)制或美國(guó)德州實(shí)施的稀缺定價(jià)機(jī)制，對(duì)可靠發(fā)電容量進(jìn)行直接補(bǔ)償或允許發(fā)電企業(yè)獲得高價(jià)收益以刺激發(fā)電投資，促進(jìn)市場(chǎng)穩(wěn)步發(fā)展[6768]。
雖然上述兩種機(jī)制實(shí)施簡(jiǎn)單，但是前者由政府或監(jiān)管機(jī)構(gòu)核定的容量補(bǔ)償價(jià)格致使管制的靈活性滯后于市場(chǎng)調(diào)節(jié)，而后者僅依靠部分時(shí)段可能出現(xiàn)的價(jià)格飆升會(huì)給發(fā)電投資帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)且僅反映了容量需求的短期供需。因此有條件、有必要開(kāi)展容量市場(chǎng)的省市，可利用市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)刺激發(fā)電投資、保障未來(lái)高峰時(shí)段的可靠容量以及回收部分發(fā)電成本。
總體而言，雖然美國(guó)PJM為集中式電力市場(chǎng)模式，英國(guó)為分散式電力市場(chǎng)模式，但兩者的容量市場(chǎng)規(guī)則設(shè)計(jì)基本類似，因此現(xiàn)有國(guó)外的容量市場(chǎng)規(guī)則設(shè)計(jì)對(duì)中國(guó)各省市均有借鑒意義。此外，國(guó)外愛(ài)爾蘭、意大利市場(chǎng)采用可靠性期權(quán)機(jī)制保障系統(tǒng)發(fā)電充裕度。可靠性期權(quán)結(jié)算方式類似于新能源補(bǔ)貼中差價(jià)合約，期權(quán)持有者在被調(diào)用發(fā)電容量后將獲得電量實(shí)際電價(jià)與預(yù)先拍賣得到執(zhí)行價(jià)格的差值收益?？傮w而言，該機(jī)制也引入了一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，也能夠較好地保證系統(tǒng)中的發(fā)電充裕度，在中國(guó)各省市容量機(jī)制建設(shè)時(shí)也可以考慮采用此類做法[69]。
5結(jié)論
基于新能源及DR資源提供容量可靠性的必要性，本文綜述了美國(guó)PJM及英國(guó)容量市場(chǎng)中新能源及DR資源參與的方式，并對(duì)容量市場(chǎng)的拍賣結(jié)果進(jìn)行分析，當(dāng)新能源發(fā)電日益成為主力軍后，其容量可信度的評(píng)價(jià)方式非常關(guān)鍵，新能源滲透率增加導(dǎo)致峰荷時(shí)段后移，其容量可信度整體上將呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，可以通過(guò)配建儲(chǔ)能或者將不同能源類型的可再生能源發(fā)電聚集打包提高其容量可信度。
此外，容量市場(chǎng)將會(huì)是需求響應(yīng)等用戶側(cè)靈活性資源獲取收益的主戰(zhàn)場(chǎng)，新能源及DR資源出清容量占申報(bào)容量的比例較高，可以考慮其與常規(guī)機(jī)組同平臺(tái)競(jìng)價(jià)。最后基于中國(guó)能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及2020年冬我國(guó)個(gè)別省份限電現(xiàn)象，為我國(guó)未來(lái)容量市場(chǎng)的發(fā)展和建設(shè)提供以下思路：首先理性看待容量市場(chǎng)化機(jī)制的建設(shè)問(wèn)題，需分階段擴(kuò)大提供可靠性容量的主體范圍;其次設(shè)計(jì)適應(yīng)于高比例新能源接入的容量支持機(jī)制市場(chǎng)規(guī)則，包括應(yīng)用可衡量不同發(fā)電技術(shù)提供可靠性容量能力的方法、設(shè)計(jì)多樣化的容量產(chǎn)品、合理設(shè)置容量協(xié)議時(shí)限和周期、動(dòng)態(tài)變化容量市場(chǎng)目標(biāo)容量;最后建設(shè)我國(guó)容量支持機(jī)制時(shí)應(yīng)考慮全國(guó)各地一次能源及機(jī)組建設(shè)的互補(bǔ)性，構(gòu)建全國(guó)各地協(xié)同的容量支持機(jī)制。
本文僅基于美國(guó)、英國(guó)的容量市場(chǎng)的運(yùn)行結(jié)果、規(guī)則演變及相關(guān)理論角度對(duì)中國(guó)容量市場(chǎng)化機(jī)制建設(shè)提出了建議。但尚未對(duì)市場(chǎng)實(shí)際規(guī)則進(jìn)行詳細(xì)的仿真論證。后續(xù)將結(jié)合我國(guó)實(shí)際能源結(jié)構(gòu)、現(xiàn)貨市場(chǎng)規(guī)則特點(diǎn)等，建立具體的模型、設(shè)計(jì)相關(guān)算例以分析容量市場(chǎng)規(guī)則設(shè)計(jì)對(duì)于我國(guó)系統(tǒng)能源充裕度的影響。
參考文獻(xiàn)
[1]曾鳴，王永利，張碩，等.“十四五”能源規(guī)劃與“30·60”雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的12個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[J].中國(guó)電力企業(yè)管理，2021(1)：4143.ZENGMing，WANGYongli，ZHANGShuo，etal.12keyissuesintheprocessofthe"14thFiveYear"energyplanandtherealizationofthe"30·60"dualcarbontarget[J].ChinaPowerEnterpriseManagement，2021(1)：4143(inChinese).
[2]胡秦然，丁昊暉，陳心宜，等.美國(guó)加州2020年輪流停電事故分析及其對(duì)中國(guó)電網(wǎng)的啟示[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2020，44(24)：1118.HUQinran，DINGHaohui，CHENXinyi，etal.AnalysisonrotatingpoweroutageinCalifornia，USAin2020anditsenlightenmenttopowergridofChina[J]AutomationofElectricPowerSystems，2020，44(24)：1118(inChinese).
[3]MCANANYJ.2020demandresponseoperationsmarketsactivityreport：March2021[R].PJMDemandSideResponseOperations，2021.
[4]劉瑞豐，陳天恩，王睿，等.構(gòu)建清潔低碳發(fā)展的電力容量和靈活調(diào)節(jié)服務(wù)市場(chǎng)[J].中國(guó)電力企業(yè)管理，2019(28)：3640.
[5]陳政，尚楠，張翔.兼容多目標(biāo)調(diào)控需要的新型容量市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2021，45(1)：198207.CHENZheng，SHANGNan，ZHANGXiang.Designofcapacitymarketmechanismwithmultiobjectiveregulation[J].PowerSystemTechnology，2021，45(1)：198207(inChinese).
作者：王蓓蓓1，亢麗君1，苗曦云1，徐立中2，張思2
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