魏利屾， 馮宇昂， 方家琨， 艾小猛， 文勁宇

(華中科技大學(xué) 強(qiáng)電磁與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430074)

2015年國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》[1]拉開了我國新一輪電力市場改革的序幕.其中，電力現(xiàn)貨市場建設(shè)是中國當(dāng)前電力體制改革的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[2].電力現(xiàn)貨市場的建設(shè)會(huì)改變現(xiàn)有的計(jì)劃調(diào)度模式，計(jì)算得到不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的電價(jià)分布情況，還原了電能的商品屬性，促進(jìn)發(fā)電資源的優(yōu)化配置，同時(shí)形成了滿足電網(wǎng)安全約束、可實(shí)際物理執(zhí)行的發(fā)電調(diào)度指令.

與此同時(shí)，中國的新能源如風(fēng)電、光伏等的裝機(jī)容量在過去十年快速提升，已經(jīng)成為全世界新能源裝機(jī)最多的國家[3].據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)，2020年末全國發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到2.2×1012W，其中，并網(wǎng)風(fēng)電與光伏裝機(jī)容量分別為2.8×1011W、2.5×1011W[4].隨著“二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”重大國家戰(zhàn)略的提出，電力行業(yè)作為碳排放的最主要來源，面臨更加迫切的向清潔低碳能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的壓力[5].在可預(yù)見的未來，新能源的裝機(jī)容量還會(huì)持續(xù)提升[6]，當(dāng)前以化石能源為主體的電力系統(tǒng)也將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕履茉礊橹黧w的新型電力系統(tǒng)[7].

為了促進(jìn)新能源的發(fā)展，中國政府按照不同地區(qū)的風(fēng)光資源稟賦，規(guī)定了不同地區(qū)新能源的標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)[8]，通過在資金、政策上的扶持，在初期新能源技術(shù)成本較高、滲透率較低時(shí)，極大地促進(jìn)我國新能源產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展[9].然而，在新能源的快速發(fā)展過程中，也遇到了許多問題和挑戰(zhàn)[10].首先是隨著新能源滲透率提高帶來的棄風(fēng)、棄光問題[11]，這極大地影響了新能源發(fā)電企業(yè)的收益情況，使投資者望而卻步，不利于新能源產(chǎn)業(yè)的長期發(fā)展[12].此外，隨著新能源裝機(jī)容量的不斷升高，相關(guān)的補(bǔ)貼資金赤字越來越大[9]，并且缺少市場競爭環(huán)節(jié)的反饋，難以反映真實(shí)的供需關(guān)系與發(fā)電成本，長期的高收益也無法激勵(lì)新能源企業(yè)主動(dòng)降低成本.因此，急需進(jìn)一步完善市場化交易機(jī)制，同時(shí)分析與常規(guī)機(jī)組存在諸多差異的新能源機(jī)組對于市場出清結(jié)果的影響.

本文主要對現(xiàn)貨市場環(huán)境下新能源對市場出清結(jié)果的影響進(jìn)行定量分析評估，可為新能源的發(fā)展與市場機(jī)制的設(shè)計(jì)提供參考[13].關(guān)于新能源對于現(xiàn)貨市場的影響，現(xiàn)有文獻(xiàn)主要是基于國內(nèi)外的電力市場的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)定性討論高比例新能源下現(xiàn)貨市場的規(guī)則設(shè)計(jì)[1, 14-15]，而缺乏定量的分析評估結(jié)果，其分析是否適用于未來的新能源發(fā)展與市場運(yùn)行也存在疑問.

因此，本文基于安全約束機(jī)組組合和安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，對電力現(xiàn)貨市場運(yùn)行規(guī)則與出清流程進(jìn)行建模，搭建了電力現(xiàn)貨市場仿真分析框架，實(shí)現(xiàn)電力現(xiàn)貨市場的運(yùn)行模擬，以得到電力系統(tǒng)與現(xiàn)貨市場的定量運(yùn)行結(jié)果.以某實(shí)際省級電網(wǎng)為例，定量分析了現(xiàn)貨市場環(huán)境下新能源對市場出清價(jià)格、系統(tǒng)運(yùn)行情況和機(jī)組收益的影響，提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題與現(xiàn)象，為未來市場機(jī)制的設(shè)計(jì)與新能源發(fā)展規(guī)劃提供參考.

1 現(xiàn)貨市場環(huán)境下新能源參與方式

2017年8月國家發(fā)改委、能源局發(fā)布了《關(guān)于開展電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》[16]，選擇了8個(gè)省級地區(qū)作為第一批電力現(xiàn)貨市場改革的試點(diǎn)地區(qū).以中國南方(以廣東為起步)電力現(xiàn)貨市場為例，電力現(xiàn)貨市場的組織流程主要包括邊界條件準(zhǔn)備與公布、市場成員報(bào)價(jià)申報(bào)、市場出清計(jì)算、市場收益結(jié)算等部分.各試點(diǎn)地區(qū)根據(jù)自身的電力需求、網(wǎng)絡(luò)阻塞、經(jīng)濟(jì)水平等情況，在市場組織形式、機(jī)組申報(bào)方式、電價(jià)定價(jià)機(jī)制等規(guī)則設(shè)計(jì)方面存在一些差異，具體差異詳見文獻(xiàn)[17].

新能源如何參與現(xiàn)貨市場是未來“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”背景下必須要面對的一個(gè)問題，表1給出了國內(nèi)外部分區(qū)域的新能源參與現(xiàn)貨市場方式[15].目前，部分試點(diǎn)地區(qū)，例如廣東電力現(xiàn)貨市場，為落實(shí)“可再生能源保障性收購”的政策要求，將新能源作為現(xiàn)貨市場的邊界條件，即新能源出力不參與市場定價(jià).與之相反，則是允許新能源電站報(bào)量報(bào)價(jià)，與常規(guī)的火電機(jī)組一道參與電力現(xiàn)貨市場，進(jìn)行市場出清，如圖1所示.但新能源電站與常規(guī)火電機(jī)組在諸多方面存在不同.新能源電站的一次能源來源為風(fēng)光等自然資源，邊際發(fā)電成本極低，這與依靠化石能源發(fā)電的常規(guī)火電機(jī)組的成本特性存在極大差異.此外，在進(jìn)行市場競爭的同時(shí)，還要保障新能源的消納水平，減少系統(tǒng)的碳排放.因此，新能源與常規(guī)機(jī)組進(jìn)行同臺(tái)競價(jià)，會(huì)對電力市場形態(tài)造成較大改變，而如何對其影響進(jìn)行量化分析，乃至針對存在的問題設(shè)計(jì)出適應(yīng)于高比例新能源下的電力現(xiàn)貨市場規(guī)則是必須要面對的問題.

表1 國內(nèi)外新能源參與現(xiàn)貨市場方式Tab.1 Participation patterns of renewable energy in spot electricity market at home and abroad

圖1 現(xiàn)貨市場環(huán)境下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structure diagram under spot market environment

2 電力現(xiàn)貨市場仿真分析框架

2.1 概述

本文基于實(shí)際某省級電網(wǎng)現(xiàn)貨市場規(guī)則，搭建了如圖2所示的現(xiàn)貨市場仿真分析框架，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)貨市場環(huán)境下新能源對市場出清結(jié)果的影響分析.

圖2 電力現(xiàn)貨市場仿真框架Fig.2 Simulation framework of electricity spot market

首先是形成市場出清的邊界條件，具體包括：負(fù)荷預(yù)測曲線、新能源出力曲線、聯(lián)絡(luò)線功率計(jì)劃以及電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、機(jī)組運(yùn)行特性參數(shù)和報(bào)價(jià)等，其中新能源的出力時(shí)序曲線可由歷史出力數(shù)據(jù)[18]或氣象數(shù)據(jù)[19]生成.然后，基于給出的邊界條件，由市場出清模型模擬市場出清計(jì)算，并形成最后的市場出清結(jié)果，即各機(jī)組的中標(biāo)電量與市場電價(jià)情況、系統(tǒng)的新能源消納與碳排放情況等.其中，市場出清模型是電力現(xiàn)貨市場仿真的核心組件，由安全約束機(jī)組組合與安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度組成.

2.2 市場出清數(shù)學(xué)模型

2.2.1安全約束機(jī)組組合 安全約束機(jī)組組合是在滿足相關(guān)安全運(yùn)行約束的前提下，以調(diào)度范圍內(nèi)最小化購電費(fèi)用為目標(biāo)，計(jì)算每臺(tái)機(jī)組在每個(gè)時(shí)間步長內(nèi)(15 min或1 h)的開關(guān)機(jī)狀態(tài)與功率輸出.

(1) 目標(biāo)函數(shù).

(1)

(2) 功率平衡約束.

(2)

式中：PG,i(t)、PR,j(t)分別為火電機(jī)組與新能源機(jī)組的中標(biāo)電量，等于對應(yīng)的所有分段的中標(biāo)電量之和；T(t)為省間聯(lián)絡(luò)的凈輸入功率；D(t)為該省在時(shí)刻t的負(fù)荷功率.該約束保證系統(tǒng)的電力供給與需求相平衡.

(3) 系統(tǒng)備用約束.

(3)

Rdn(t)

(4)

(4) 機(jī)組出力上下限約束.

(5)

(6)

對火電機(jī)組，其出力受到最大技術(shù)出力和最小技術(shù)出力的限制；而對于新能源機(jī)組，其出力受到其理論最大出力的限制(與風(fēng)速、光照條件有關(guān)).對于新能源，若市場規(guī)則規(guī)定其出力作為邊界條件參與電力現(xiàn)貨市場，則新能源出力應(yīng)固定為其理論最大出力，即式(6)應(yīng)修改為

(7)

(5) 機(jī)組爬坡能力約束.

PG,i(t)-PG,i(t-1)≤

RU,i+M[1-ui(t-1)]+M[1-ui(t)]

(8)

PG,i(t-1)-PG,i(t)≤

RD,i+M[1-ui(t-1)]+M[1-ui(t)]

(9)

(10)

(11)

式中：RU,i、RD,i分別為常規(guī)機(jī)組i的上爬坡能力與下爬坡能力(一個(gè)時(shí)間步長內(nèi))；M為一個(gè)很大的權(quán)重系數(shù).該約束反映了火電機(jī)組在連續(xù)時(shí)段的出力變化還受到其爬坡能力的限制.

(6) 最小啟停機(jī)時(shí)間約束.

(12)

(13)

TU,i(t)=min {MU,i,T-t+1}

(14)

TD,i(t)=min {MD,i,T-t+1}

(15)

式中：TU,i(t)為常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t仍然需要繼續(xù)保持運(yùn)行的時(shí)間；τ為時(shí)段索引號；TD,i(t)為常規(guī)機(jī)組i在時(shí)刻t仍然需要繼續(xù)保持停機(jī)的時(shí)間；MU,i為常規(guī)機(jī)組i的最小開機(jī)時(shí)間；MD,i為常規(guī)機(jī)組i的最小停機(jī)時(shí)間.因?yàn)槌Ｒ?guī)機(jī)組不能頻繁啟停，一則是技術(shù)條件不允許，二則頻繁啟停會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的壽命減少，因此設(shè)置了最小開關(guān)機(jī)時(shí)間約束，保證機(jī)組的啟動(dòng)與停機(jī)都需要一定的時(shí)間.

(7) 潮流約束.

(16)

式中：Fl,max為線路(即斷面)l的最大傳輸容量；b為節(jié)點(diǎn)序號；l為線路序號；Gl,b為節(jié)點(diǎn)b對于線路l的功率傳輸分配因子；Pinj,b(t)為節(jié)點(diǎn)b的注入功率，由節(jié)點(diǎn)上的發(fā)電機(jī)出力與負(fù)荷功率值相減計(jì)算而得.實(shí)際上，線路傳輸功率應(yīng)該由交流潮流計(jì)算得到，但由于交流潮流模型是非線性模型，大大提高了問題的計(jì)算復(fù)雜度[22]，所以國內(nèi)外電力市場都采用了線性模型的直流潮流法進(jìn)行建模與計(jì)算.

2.2.2安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度 安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度是指在發(fā)電機(jī)啟停狀態(tài)已知的情況下，在滿足系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)安全約束的前提下，對發(fā)電機(jī)組的出力進(jìn)行優(yōu)化從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的購電費(fèi)用最小化.安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)為

(17)

由于機(jī)組的啟停計(jì)劃是由安全約束機(jī)組組合所確定，所以目標(biāo)函數(shù)(17)相較于目標(biāo)函數(shù)(1)減少了機(jī)組的啟停費(fèi)用項(xiàng)，其余項(xiàng)不變.對于約束條件，由于機(jī)組的啟停計(jì)劃已經(jīng)確定，經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型中不再考慮啟停爬坡約束與最小開關(guān)機(jī)時(shí)間約束(式(10)～(15))，其余約束不變.

通過安全約束機(jī)組組合后，得到了機(jī)組在調(diào)度時(shí)段內(nèi)的啟停狀態(tài)，然后基于得到的機(jī)組啟停計(jì)劃，經(jīng)過安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度，就能得到機(jī)組的功率輸出情況、全網(wǎng)的新能源消納情況與全系統(tǒng)的發(fā)電費(fèi)用、碳排放量等信息.

2.2.3電價(jià)計(jì)算 根據(jù)邊際價(jià)格理論，在t時(shí)刻，電價(jià)m(t)由下式進(jìn)行計(jì)算：

(18)

在t時(shí)刻，增加單位負(fù)荷，系統(tǒng)的總購電費(fèi)用的增量，為系統(tǒng)的邊際價(jià)格.在網(wǎng)絡(luò)沒有阻塞時(shí)，出清電價(jià)即為式(2)的拉格朗日乘子；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生阻塞時(shí)則是式(2)、(16)的拉格朗日乘子的線性組合[23].所建立的安全約束機(jī)組組合、安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度以及電價(jià)計(jì)算均是在Anaconda環(huán)境下使用Python 3.7調(diào)用CPLEX求解器進(jìn)行求解.

3 案例介紹

本文選擇某實(shí)際省級電網(wǎng)的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)為研究對象，基于本文搭建的現(xiàn)貨市場仿真分析框架，定量分析現(xiàn)貨市場環(huán)境下新能源對市場出清結(jié)果的影響.當(dāng)前，該省級電網(wǎng)具有燃煤、燃?xì)鈾C(jī)組共200余臺(tái)，新能源滲透率達(dá)19.52%.預(yù)計(jì)到2025年，該省電網(wǎng)將規(guī)劃建設(shè)較多的風(fēng)電機(jī)組，此時(shí)新能源滲透率將達(dá)到25.68%.

本文分別從春、夏、秋、冬四季選擇典型周進(jìn)行相關(guān)分析，代替全年的市場運(yùn)行結(jié)果[24]，其負(fù)荷曲線形狀如圖3所示，圖中D*為電力負(fù)荷標(biāo)幺值.目前，電力現(xiàn)貨市場的市場化機(jī)組主要是由燃煤、燃?xì)鈾C(jī)組組成，核電機(jī)組、抽水蓄能機(jī)組、省間聯(lián)絡(luò)線等均是按照各自的發(fā)電/輸電計(jì)劃作為市場出清的邊界條件.對于新能源電站，考慮兩種參與方式：① 新能源電站出力作為邊界條件參與市場出清；② 新能源電站報(bào)量報(bào)價(jià)參與現(xiàn)貨市場.

圖3 四季典型周電力負(fù)荷曲線Fig.3 Representative weekly demand profiles of different seasons

燃煤、燃?xì)鈾C(jī)組的分段報(bào)價(jià)通過機(jī)組的成本特性曲線進(jìn)行生成，而燃煤、燃?xì)?、新能源機(jī)組的年化投資成本則使用凈現(xiàn)值法進(jìn)行計(jì)算[19]：

(19)

式中：Q為工程單位容量固定投資費(fèi)用；x為貼現(xiàn)率，一般為7%；y為機(jī)組使用年限.

對于新能源機(jī)組，由于其邊際發(fā)電成本極低，趨近于0，而在邊際定價(jià)機(jī)制下，市場成員會(huì)傾向于按照邊際成本進(jìn)行報(bào)價(jià)[14]，所以假設(shè)新能源機(jī)組在現(xiàn)貨市場中報(bào)價(jià)為0[25].

4 案例分析

4.1 對市場出清電價(jià)與系統(tǒng)運(yùn)行情況的影響

為分析新能源對現(xiàn)貨市場出清價(jià)格與系統(tǒng)運(yùn)行情況的影響，本文對不同新能源滲透率下，考慮上述兩種新能源參與方式，得到全年的市場出清結(jié)果，分別如表2所示.

表2 不同水平年下的市場出清結(jié)果對比Tab.2 Comparison of the market-clearing results in different years

從系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，首先，新能源消納率上，當(dāng)新能源作為市場化機(jī)組報(bào)量報(bào)價(jià)參與現(xiàn)貨市場后，相較于直接作為邊界條件，新能源消納率有一定幅度的下降，且隨著新能源滲透率的提高，該現(xiàn)象更加明顯(下降幅度從0.08%增加到1.23%).這是因?yàn)楫?dāng)新能源作為邊界條件進(jìn)行出清時(shí)，是將新能源電站作為優(yōu)先發(fā)電機(jī)組，然后在進(jìn)行其余市場化機(jī)組的購電費(fèi)用最小化，這樣是最大化利用了電力系統(tǒng)的新能源消納能力.然而當(dāng)新能源以報(bào)量報(bào)價(jià)的形式參與市場后，新能源電站會(huì)與常規(guī)機(jī)組一道在市場里進(jìn)行同臺(tái)競爭，雖然新能源機(jī)組由于在市場競價(jià)中具有較大優(yōu)勢，但由于新能源的波動(dòng)性、間歇性等負(fù)外部性，優(yōu)先消納新能源反而會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)總的運(yùn)行成本提高.即在現(xiàn)貨市場環(huán)境下，市場決策會(huì)通過一定數(shù)量的棄風(fēng)棄光來降低系統(tǒng)總的運(yùn)行成本.

從市場出清電價(jià)上看，新能源參與現(xiàn)貨市場會(huì)較大幅度地降低系統(tǒng)的出清電價(jià)，同樣隨著新能源滲透率的提高，該現(xiàn)象會(huì)更加明顯(下降幅度從3.44 元/(MW·h)增加到18.82 元/(MW·h)).以2025年冬季典型周為例解釋該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，其電力電量平衡圖如圖4所示，圖中P*為功率標(biāo)幺值，市場平均出清價(jià)格如圖5所示，圖中λ為出清電價(jià).可以看到，當(dāng)允許新能源機(jī)組報(bào)價(jià)后，在部分時(shí)刻會(huì)出現(xiàn)零電價(jià)的情況.這是因?yàn)槭袌龅某銮咫妰r(jià)是由邊際機(jī)組決定，而新能源參與市場后，如果出現(xiàn)棄風(fēng)棄光，則新能源機(jī)組將成為邊際機(jī)組(即新增 1 MW 負(fù)荷將優(yōu)先調(diào)用被削減的新能源發(fā)電資源)，市場出清價(jià)格將由新能源機(jī)組的報(bào)價(jià)所決定，即出現(xiàn)了零電價(jià).而如果將新能源發(fā)電作為邊界條件，系統(tǒng)則會(huì)盡可能消納新能源，即使由于系統(tǒng)的物理消納極限受限制而導(dǎo)致出現(xiàn)了少量的棄風(fēng)棄光現(xiàn)象，也因?yàn)槠洳荒艹蔀檫呺H機(jī)組而不會(huì)出現(xiàn)零電價(jià)的現(xiàn)象.并且，隨著新能源滲透率的提高，將新能源作為邊界條件出清對于靈活性的需求會(huì)越來越高，這導(dǎo)致燃料成本更高的氣電機(jī)組在更多時(shí)刻成為邊際機(jī)組.因此，當(dāng)新能源滲透率提高時(shí)，雖然平均發(fā)電成本下降了8.25 元/(MW·h)，但出清電價(jià)反而增加了8.37 元/(MW·h).

圖4 冬季典型周電力電量平衡結(jié)果Fig.4 Power balancing results of a representative week in the winter

圖5 冬季典型周出清電價(jià)Fig.5 Clearing prices of a representative week in the winter

4.2 對市場化機(jī)組的收益影響

在現(xiàn)貨市場環(huán)境下，新能源不但會(huì)對市場出清電價(jià)造成影響，還會(huì)擠占常規(guī)機(jī)組的發(fā)電空間，這些因素勢必會(huì)對機(jī)組的盈利情況造成巨大影響.在新能源電力系統(tǒng)中，機(jī)組參與現(xiàn)貨市場是否有充足的收入覆蓋機(jī)組的燃料成本與投資成本，并存在合理的利潤空間，對于現(xiàn)貨市場乃至電力行業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義.

圖6所示為2個(gè)水平年下，燃煤機(jī)組與燃?xì)鈾C(jī)組的年度收益情況，圖中φ為利潤.對于煤電機(jī)組，隨著新能源裝機(jī)比例的不斷提高，在新能源參與現(xiàn)貨市場后，其收益均能覆蓋其燃料成本與投資成本，并保證一定收益，這是因?yàn)槊弘姍C(jī)組的燃料費(fèi)用較低，在現(xiàn)貨市場中發(fā)電順序較高(僅次于新能源機(jī)組).

圖6 常規(guī)機(jī)組收益情況Fig.6 Revenue of conventional units

對于氣電機(jī)組，由于新能源的裝機(jī)比例提高，為應(yīng)對新能源發(fā)電的波動(dòng)性與間歇性，更為靈活、成本較高的氣電機(jī)組越來越多地承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，導(dǎo)致其出力被擠壓在最小技術(shù)出力處或停機(jī)，更多時(shí)刻成為非邊際機(jī)組，其報(bào)價(jià)沒有參與市場定價(jià)，出清電價(jià)反而由成本更低的煤電機(jī)組與新能源機(jī)組報(bào)價(jià)決定，進(jìn)而導(dǎo)致氣電機(jī)組的虧損.

此外，在新能源作為邊界條件出清的前提下，隨著新能源裝機(jī)的增加，出現(xiàn)了機(jī)組利潤略微增加的現(xiàn)象，這是由于新能源滲透率增加后，由于靈活性緊張，氣電機(jī)組成為邊際機(jī)組的時(shí)刻增加.而與之相反地，在新能源報(bào)量報(bào)價(jià)情況下，由于其對出清電價(jià)的下降作用與擠占傳統(tǒng)電源的發(fā)電空間等原因，常規(guī)機(jī)組利潤有不同程度的下降.

對于新能源機(jī)組，當(dāng)作為邊界條件出清時(shí)，按照政府規(guī)定的上網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行支付，其中已經(jīng)考慮了其運(yùn)行成本與投資成本.但當(dāng)新能源報(bào)量報(bào)價(jià)參與市場時(shí)，新能源的收益就由市場定價(jià)所決定.新能源機(jī)組的收益情況如圖7所示，雖然新能源機(jī)組的邊際發(fā)電成本很低，不考慮投資成本時(shí)機(jī)組收益很高(發(fā)電順序高于燃煤機(jī)組)，但由于目前新能源機(jī)組，特別是海上風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)成熟度相對常規(guī)機(jī)組較低，而投資成本較高，這將導(dǎo)致新能源機(jī)組參與現(xiàn)貨市場可能存在虧損的現(xiàn)象.對于陸上風(fēng)電，僅需要0.03元/(kW·h)左右的補(bǔ)貼，就能在現(xiàn)貨市場中實(shí)現(xiàn)收支相抵，且考慮到風(fēng)電成本的持續(xù)下降[26]，補(bǔ)貼力度可以進(jìn)一步退坡.但對于海上風(fēng)電，還至少需要0.4～0.5元/(kW·h)的補(bǔ)貼方能在現(xiàn)貨市場實(shí)現(xiàn)收支平衡.

圖7 新能源機(jī)組收益情況Fig.7 Revenue of renewable energy units

5 結(jié)論

在電力市場化改革的背景下，要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，盡快實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)，就需要定量分析現(xiàn)貨市場環(huán)境下新能源對于市場出清結(jié)果的影響.在此背景下，本文基于搭建的現(xiàn)貨市場仿真分析框架，得到如下結(jié)論，以期對未來市場機(jī)制設(shè)計(jì)與新能源發(fā)展規(guī)劃起到指導(dǎo)作用.

(1) 相較于直接作為邊界條件，新能源報(bào)量報(bào)價(jià)參與現(xiàn)貨市場后，市場會(huì)通過一定量的棄風(fēng)棄光，降低系統(tǒng)總的發(fā)電成本，但新能源報(bào)量報(bào)價(jià)參與市場的情況下，不能最大化發(fā)揮系統(tǒng)的新能源消納作用.

(2) 新能源報(bào)量報(bào)價(jià)參與現(xiàn)貨市場后，電價(jià)波動(dòng)性更加劇烈，平均電價(jià)降低甚至?xí)诓糠謺r(shí)刻現(xiàn)貨市場出現(xiàn)零電價(jià)的現(xiàn)象.而作為邊界條件出清時(shí)，隨著新能源滲透率的提高，會(huì)有更多時(shí)刻氣電機(jī)組成為邊際機(jī)組，反而可能導(dǎo)致出清電價(jià)略有增加.

(3) 在現(xiàn)貨市場環(huán)境下，新能源會(huì)造成部分市場化機(jī)組成本難以回收的問題，尤其是氣電機(jī)組，囿于高額的燃料成本，短期運(yùn)行成本都無法完全覆蓋；而對于新能源機(jī)組，特別是海上風(fēng)電機(jī)組，仍需要依賴于高額的補(bǔ)貼方能實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)貨市場的收支相抵.