收稿日期：2022-10-28

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金（2020D01C031）

通信作者：王曉晶（1982—），女，博士、副教授，主要從事多能源主體的市場(chǎng)化交易方面的研究。15055772661@163.com

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1645 文章編號(hào)：0254-0096（2024）02-0360-08

摘 要：通過(guò)豐富電力市場(chǎng)交易方式，可有效提高新能源消納水平。針對(duì)現(xiàn)有電力市場(chǎng)無(wú)法有效控制碳排放的特點(diǎn)，提出計(jì)及動(dòng)態(tài)碳排放的電力市場(chǎng)出清方法，將火電碳排放成本動(dòng)態(tài)傳導(dǎo)到電價(jià)中，從而使部分發(fā)電權(quán)向新能源轉(zhuǎn)移。同時(shí)，當(dāng)發(fā)生棄能時(shí)，對(duì)棄能機(jī)組引入價(jià)格因子替換報(bào)價(jià)，進(jìn)行電力市場(chǎng)二次出清，深度促進(jìn)新能源應(yīng)發(fā)盡發(fā)，以激勵(lì)相容機(jī)制平衡發(fā)電權(quán)轉(zhuǎn)受讓方收益。采用改進(jìn)的IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證，提出的電力市場(chǎng)交易機(jī)制能有效降低火電機(jī)組的碳排放并促進(jìn)風(fēng)光消納，驗(yàn)證了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：新能源消納；電力市場(chǎng)；碳排放；出清模型；風(fēng)電；光伏

中圖分類(lèi)號(hào)：TM614 """""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

以風(fēng)光為代表的新能源正在井噴式發(fā)展，促進(jìn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型成為中國(guó)能源發(fā)展的趨勢(shì)［1-3］。未來(lái)新能源的交易比重將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，成為能源的主要供給形勢(shì)，新能源將與常規(guī)電源以同一方式參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

碳排放成本在電力市場(chǎng)中的應(yīng)用將對(duì)電價(jià)產(chǎn)生影響，從而施加碳約束，有助于確立合理的電價(jià)水平，促使發(fā)電企業(yè)提出更合理的報(bào)價(jià)，同時(shí)推動(dòng)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。文獻(xiàn)［4-5］重點(diǎn)探討電力市場(chǎng)與碳市場(chǎng)之間的關(guān)聯(lián)，著眼于碳價(jià)與電價(jià)之間的相互影響，以及在不同競(jìng)爭(zhēng)結(jié)構(gòu)下，發(fā)電企業(yè)碳排放成本對(duì)電價(jià)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整的機(jī)制及相互關(guān)系。但并未深入分析碳排放成本對(duì)電價(jià)的作用以及構(gòu)建相應(yīng)的模型。文獻(xiàn)［6］研究美國(guó)電力市場(chǎng)碳排放成本與電價(jià)之間的相互作用關(guān)系，將碳排放成本轉(zhuǎn)移到電價(jià)上，從而導(dǎo)致消費(fèi)者的電價(jià)上漲。

以風(fēng)光為代表的新能源逐漸替代傳統(tǒng)能源，是實(shí)現(xiàn)綠色低碳循環(huán)發(fā)展目標(biāo)的重要措施，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)以變動(dòng)成本為基礎(chǔ)，新能源由于其較低的變動(dòng)成本在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，從而促進(jìn)其在市場(chǎng)中的融入。然而，市場(chǎng)報(bào)價(jià)存在隨機(jī)性和非理性，可能導(dǎo)致新能源報(bào)價(jià)博弈性提高，使得新能源廠商難以中標(biāo)，進(jìn)而造成新能源難以有效消納。文獻(xiàn)［7］指出影響中國(guó)新能源消納的關(guān)鍵因素：電源調(diào)節(jié)能力、電網(wǎng)互聯(lián)互通水平、電能替代能力，并提出解決新能源問(wèn)題的措施和方法。文獻(xiàn)［8］雖已就新能源的消納方式和現(xiàn)貨市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)提供了一些見(jiàn)解，但在協(xié)調(diào)中國(guó)新能源消納和現(xiàn)貨市場(chǎng)的雙重目標(biāo)方面的研究仍顯不足，需要更深入的調(diào)查和可行的解決方案。文獻(xiàn)［9］總結(jié)電力市場(chǎng)環(huán)境下，促進(jìn)新能源消納的機(jī)制，探討各種機(jī)制的可行性，但機(jī)制多為國(guó)外的案例，并未結(jié)合中國(guó)實(shí)際電力市場(chǎng)情況。因此，新能源廠商如何科學(xué)定價(jià)參與電力市場(chǎng)實(shí)現(xiàn)新能源的消納，是中國(guó)電力市場(chǎng)面臨的新挑戰(zhàn)。

基于以上分析，本文綜合考慮電力市場(chǎng)與碳市場(chǎng)，建立考慮動(dòng)態(tài)碳排放成本的火電機(jī)組報(bào)價(jià)模型，在火電廠商的報(bào)價(jià)函數(shù)中考慮了碳成本，使得碳成本對(duì)電價(jià)的傳導(dǎo)對(duì)電力市場(chǎng)產(chǎn)生碳約束，從而對(duì)電力市場(chǎng)的碳排放形成管制，在現(xiàn)貨市場(chǎng)一般性出清的基礎(chǔ)上，當(dāng)發(fā)生新能源棄能時(shí)，部分未出清新能源機(jī)組引入價(jià)格因子，采用替補(bǔ)報(bào)價(jià)進(jìn)行二次出清，實(shí)現(xiàn)新能源的消納，根據(jù)二次出清的結(jié)果，提出激勵(lì)相容結(jié)算補(bǔ)償機(jī)制，給予常規(guī)能源機(jī)組合理的補(bǔ)償。

1 市場(chǎng)機(jī)制的流程

常規(guī)能源廠商和新能源廠商（以風(fēng)光為代表）均向交易中心申報(bào)多段量?jī)r(jià)曲線(xiàn)參與交易如圖1所示，新能源廠商根據(jù)成本的構(gòu)成制定報(bào)價(jià)，常規(guī)機(jī)組的報(bào)價(jià)考慮碳排放的費(fèi)用，政府基于歷史碳排放量，把碳配額分配各發(fā)電機(jī)組，當(dāng)機(jī)組碳排放量超過(guò)其分配所得的免費(fèi)碳配額時(shí)，該機(jī)組需支付額外的碳排放成本，進(jìn)而調(diào)整機(jī)組在日前電力市場(chǎng)的報(bào)價(jià)情況，在獲取市場(chǎng)成員投標(biāo)信息后，交易中心會(huì)運(yùn)用電網(wǎng)運(yùn)行模型和市場(chǎng)邊界條件，經(jīng)過(guò)運(yùn)行安全約束的機(jī)組組合程序，生成日前市場(chǎng)的出清結(jié)果，其中包括機(jī)組的開(kāi)停機(jī)計(jì)劃和發(fā)電曲線(xiàn)，并計(jì)算節(jié)點(diǎn)電價(jià)。

2 計(jì)及動(dòng)態(tài)碳排放的常規(guī)能源廠商報(bào)價(jià)函數(shù)

傳統(tǒng)火電機(jī)組會(huì)在發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生碳排放，同時(shí)政府每年會(huì)分配碳配額給各發(fā)電機(jī)組，當(dāng)火電機(jī)組碳排放超過(guò)免費(fèi)分配的碳配額時(shí)，需支付額外的碳排放成本，提高了發(fā)電成本，因此，火電機(jī)組在投標(biāo)時(shí)需考慮碳排放的成本?？煽闯?，碳排放成本對(duì)電價(jià)具有傳導(dǎo)作用。

2.1 動(dòng)態(tài)碳配額分配方法

日前，政府按年為尺度分配碳排放配額。為了便于計(jì)算度電的碳排放成本，將碳排放分配的時(shí)間尺度折合為一日，再把一日的碳排放分配到不同機(jī)組的每個(gè)時(shí)段中，基于歷史碳排放量分配碳排放配額，常規(guī)機(jī)組[i]獲得的免費(fèi)碳排放配額為：

[EGi=1-αiEG]""""" （1）

式中：[EGi]——常規(guī)機(jī)組[i]的免費(fèi)碳排放配額，t；[EG]——日內(nèi)全體發(fā)電企業(yè)可供分配的歷史碳排放分配總量，t；[αi]——常規(guī)機(jī)組[i]的減排系數(shù)，當(dāng)減排系數(shù)增加時(shí)，電力市場(chǎng)的平均出清價(jià)格也會(huì)升高，減排系數(shù)到達(dá)一定比例時(shí)，電力市場(chǎng)出清價(jià)格會(huì)迅速上漲，這是由于火電機(jī)組無(wú)法獲得充足的配額，需支付昂貴的碳排放成本，減排系數(shù)選取在35%以?xún)?nèi)較合理［10］，考慮到碳排放市場(chǎng)正在深入改革，本文選取為20%。

若常規(guī)機(jī)組[i]所產(chǎn)生的碳排放量超過(guò)其所分配的動(dòng)態(tài)免費(fèi)配額，由此計(jì)算得到常規(guī)機(jī)組[i]在時(shí)段[t]超出部分的碳排放量為：

[EGi，t=βiPi，t，k′-EGi-tEGi，tT+1-t]"" （2）

式中：[βi]——碳排放強(qiáng)度系數(shù)，不同常規(guī)機(jī)組的性能不同，碳排放強(qiáng)度也不同，本文碳排放強(qiáng)度系數(shù)取0.96［11-12］；[Pi，t，k′]——常規(guī)機(jī)組[i]在時(shí)段[t]內(nèi)的第[k]段出力，MW；[EGi，t]——常規(guī)機(jī)組[i]在時(shí)段[t]內(nèi)的碳排放量，t；[T]——周期內(nèi)總時(shí)段數(shù)，為24。

2.2 常規(guī)機(jī)組動(dòng)態(tài)報(bào)價(jià)

日前電力市場(chǎng)采用全電量申報(bào)、集中優(yōu)化出清的方式開(kāi)展，本文采用發(fā)電側(cè)的報(bào)價(jià)和報(bào)量，而負(fù)荷側(cè)則不進(jìn)行報(bào)價(jià)。參與市場(chǎng)的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組在前一天的市場(chǎng)中提交了運(yùn)行日的報(bào)價(jià)曲線(xiàn)，由于傳統(tǒng)火電機(jī)組的成本為二次型函數(shù)，為方便報(bào)價(jià)和求解，本文將火電機(jī)組的出力近似分為4個(gè)階梯區(qū)間，每個(gè)區(qū)間的長(zhǎng)度[L]為機(jī)組最大出力減去最小出力后均分為4份［13］，常規(guī)機(jī)組的4階段遞增報(bào)價(jià)曲線(xiàn)如圖2所示。

常規(guī)機(jī)組[i]在[t]時(shí)段的第[k]段報(bào)價(jià)為：

[Ci，t=aiPi，t，k′2+biPi，t，k′+ci]"" （3）

式中：[ai、][bi、][ci]——常規(guī)機(jī)組[i]的燃料成本系數(shù)。

[Pi，t，k′]可表示為：

[Pi，t，k′=Pi，min+Li，" k=1，2Pi，min+2Li，" k=3Pi，min+3Li，" k=4Pi，min+4Li，" k=5]""" （4）

式中：[Pi，min]——常規(guī)機(jī)組[i]的最小出力，MW；[Li]——常規(guī)機(jī)組[i]多段報(bào)價(jià)出力的長(zhǎng)度，如式（5）所示：

[Li=Pi，max-Pi，min4]"""" （5）

式中：[Pi，max]——常規(guī)機(jī)組[i]的最大出力，MW。

在電力市場(chǎng)機(jī)制下，如果常規(guī)機(jī)組i的碳排放量超過(guò)其分配的免費(fèi)配額，該機(jī)組就必須支付相應(yīng)的碳排放成本。因此，各常規(guī)機(jī)組會(huì)根據(jù)歷史發(fā)電情況評(píng)估自己需要支付的碳排放成本，并隨之在日前電力市場(chǎng)中靈活調(diào)整其報(bào)價(jià)［14］。計(jì)及動(dòng)態(tài)碳排放的常規(guī)機(jī)組[i]在[t]時(shí)段的第[k]段報(bào)價(jià)為：

[Ci，t′=aiPi，t，k′2+biPi，t，k′+ci+βiPi，t，k′-EGi-tEGi，tT+1-tprePi，t，k′]""" （6）

式中：[pre]——碳排放價(jià)格，元/t。

2.3 新能源報(bào)價(jià)

新能源廠商在發(fā)電時(shí)雖無(wú)燃料消耗成本，但由于強(qiáng)烈的間歇性及不確定性，相比需要更多的運(yùn)行維護(hù)成本及備用成本。假設(shè)新能源廠商[m]也具有二次報(bào)價(jià)函數(shù)：

[CRm，t=amPRm，t，k2+bmPRm，t，k+cm]"""""" （7）

式中：[am、][bm、][cm]——新能源機(jī)組[m]成本系數(shù)；[PRm，t，k]——新能源機(jī)組[m]在時(shí)段[t]內(nèi)的第[k]段報(bào)價(jià)對(duì)應(yīng)的計(jì)算出力，MW。

3 新能源電力市場(chǎng)出清模型

3.1 電力市場(chǎng)第1次出清模型

在高比例新能源的電力系統(tǒng)中，常規(guī)機(jī)組和新能源機(jī)組共同參與市場(chǎng)，以系統(tǒng)購(gòu)電成本最低為目標(biāo)：

[minntkCGn，kPGn，t，kΔt+ntCGn，t+mtkCRm，kPRm，t，kΔt]"" （8）

式中：[CGn，k]——常規(guī)機(jī)組[n]第[k]段能量報(bào)價(jià)，元/MW；[CRm，k]——新能源[m]第[k]段能量報(bào)價(jià)，元/MW；[PGn，t，k]——常規(guī)機(jī)組[n]在時(shí)段[t]的第[k]段能量報(bào)價(jià)中標(biāo)出力，MW；[CGn，t]——常規(guī)機(jī)組[n]在[t]時(shí)段的啟動(dòng)成本，元；[PRm，t，k]——新能源[m]在時(shí)段[t]的第[k]段能量報(bào)價(jià)中標(biāo)出力，MW。

3.1.1 功率平衡約束

[nPGn，t+mPRm，t=Dt]"" （9）

式中：[PGn，t]——常規(guī)機(jī)組[n]在時(shí)段[t]的中標(biāo)出力，MW；[PRm，t]——新能源[m]在時(shí)段[t]的中標(biāo)出力，MW；[Dt]——時(shí)段[t]的系統(tǒng)總負(fù)荷，MW。

3.1.2 機(jī)組運(yùn)行約束

[bn，tPGn，t，min≤PGn，t≤bn，tPGn，t，maxPRm，t，min≤PRm，t≤PRm，t，max]""""" （10）

式中：[bn，t]——機(jī)組[n]在時(shí)段[t]的啟停狀態(tài)的0-1變量，其中[bn，t=1]為開(kāi)機(jī)狀態(tài)，[bn，t=0]為關(guān)機(jī)狀態(tài)；[PGn，t，min]和[PGn，t，max]——常規(guī)機(jī)組[n]最小和最大出力，MW；[PRm，t，min]和[PRm，t，max]——新能源機(jī)組[m]最小和最大出力，MW。

3.1.3 機(jī)組爬坡速率約束

[PGn，t-PGn，t-1≤ΔPUnbn，t-1+PGn，tminbn，t-bn，t-1+PGn，t，max1-bn，tPGn，t，minbn，t-bn，t-1≤ΔPDnbn，t-PGn，t，minbn，t-bn，t-1+PGn，t，max1-bn，t-1]""""""""""""""""" （11）

式中：[ΔPUn]和[ΔPDn]——機(jī)組[n]最大上爬坡、下爬坡速率，MW/h。

3.1.4 各線(xiàn)路傳輸容量約束

[-Pmaxl≤nkGl，nPGn，t，k+mkGl，mPRm，t，k-lGl，iDi，t≤Pmaxl]"" （12）

式中：[Pmaxl]——線(xiàn)路[l]的潮流傳輸極限，MW；[Gl，n]——常規(guī)機(jī)組[n]所在節(jié)點(diǎn)對(duì)線(xiàn)路[l]的發(fā)電機(jī)輸出功率轉(zhuǎn)移分布因子；[Gl，m]——新能源機(jī)組轉(zhuǎn)移分布因子；[Gl，i]——節(jié)點(diǎn)[i]對(duì)線(xiàn)路[l]的轉(zhuǎn)移分布因子；[Di，t]——節(jié)點(diǎn)[i]在時(shí)段[t]的母線(xiàn)負(fù)荷值，MW。

3.2 促進(jìn)新能源消納的第2次出清模型

當(dāng)上述出清結(jié)果存在新能源棄能電量時(shí)，交易中心進(jìn)行新能源的第2次出清，其出清模型為：

[minntkCGn，kPGn，t，kΔt+ntCGn，t+"""""""" mtkCRm，kPRm，t，kΔt+mtkMm，kWm，t，k]""""" （13）

式中：[Mm，k]——新能源[m]第[k]段報(bào)價(jià)棄能價(jià)格因子，元/MWh，值為新能源報(bào)價(jià)[CRm，k]的一定百分比；[Wm，t，k]——新能源[m]在時(shí)段[t]的第[k]段報(bào)價(jià)產(chǎn)生的棄能電量，MWh，如果第1次出清中系統(tǒng)未產(chǎn)生新能源棄能，則價(jià)格因子[M]不會(huì)發(fā)生作用；若系統(tǒng)存在新能源棄能，此時(shí)[M]被激活，通過(guò)[M]的作用降低棄能電量?jī)r(jià)格，實(shí)現(xiàn)新能源的消納。功率平衡約束、機(jī)組運(yùn)行約束、機(jī)組爬坡速率約束、各線(xiàn)路傳輸容量約束與3.1節(jié)相同。

3.3 激勵(lì)相容結(jié)算機(jī)制

第1次出清中與第2次出清中，相同的中標(biāo)容量仍按第1次出清節(jié)點(diǎn)電價(jià)結(jié)算，第2次出清本質(zhì)上是新能源機(jī)組與常規(guī)能源機(jī)組的發(fā)電權(quán)轉(zhuǎn)讓?zhuān)l(fā)電權(quán)轉(zhuǎn)讓方減少的部分電量按價(jià)差補(bǔ)償，發(fā)電權(quán)受讓方增發(fā)部分按2次出清節(jié)點(diǎn)電價(jià)結(jié)算。

3.3.1 常規(guī)機(jī)組收益

[FGi，t=qG，1i，t-ΔqGi，tk1i，t+ΔqGi，tk1i，t-k2i，t]"" （14）

式中：[qG，1i，t]——第1次出清的常規(guī)機(jī)組[i]在時(shí)段[t]的中標(biāo)電量，MWh；[qG，1i，t-ΔqGi，t]——第1次出清中標(biāo)且第2次出清仍未退出市場(chǎng)的電量，按第1次出清節(jié)點(diǎn)電價(jià)[k1i，t]結(jié)算；[k1i，t]和[k2i，t]——第1次、第2次出清中機(jī)組[i]在時(shí)段[t]的節(jié)點(diǎn)電價(jià)；[ΔqGi，t]——第1次出清中標(biāo)且第2次出清退出市場(chǎng)的電量，獲得2次節(jié)點(diǎn)電價(jià)之差[k1i，t-k2i，t]結(jié)算補(bǔ)償。

3.3.2 新能源機(jī)組收益

[FRi，t=qR，1i，tk1i，t+ΔqGi，tk2i，tΔqGi，t=qG，1i，t-qG，2i，t]""" （15）

式中：[qR，1i，t]——第1次出清中新能源機(jī)組[i]在時(shí)段[t]的中標(biāo)電量，MWh；[qG，2i，t]——第2次出清的常規(guī)機(jī)組[i]在[t]時(shí)段的中標(biāo)電量，MWh，第1次出清中標(biāo)電量按第1次節(jié)點(diǎn)電價(jià)結(jié)算，第2次出清增發(fā)的棄能電量按第2次節(jié)點(diǎn)電價(jià)結(jié)算。

3.3.3 碳排放轉(zhuǎn)移

2次出清本質(zhì)是發(fā)電權(quán)轉(zhuǎn)移的過(guò)程，即部分常規(guī)機(jī)組轉(zhuǎn)讓一部分發(fā)電權(quán)給新能源機(jī)組。同時(shí)，發(fā)電權(quán)轉(zhuǎn)讓伴隨部分常規(guī)機(jī)組2次出清碳排放量的減少，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移到下一時(shí)段免費(fèi)碳排放額的分配，[t]時(shí)刻轉(zhuǎn)移量為：

[EGi，t=βiqG，1i，t-ΔEGi，tΔEGi，t=βiΔqGi，t]"" （16）

式中：[ΔEGi，t]——常規(guī)機(jī)組[i]在時(shí)段[t]內(nèi)減少的碳排放量，t。

4 仿真及結(jié)果分析

4.1 基本數(shù)據(jù)

本文采用改進(jìn)的IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算，如圖3所示，各電站接入節(jié)點(diǎn)位置如表1所示，算例中模擬電力系統(tǒng)，共設(shè)2臺(tái)風(fēng)電廠、3臺(tái)光伏電站、6臺(tái)火電機(jī)組，總裝機(jī)容量為2170 MW，其中風(fēng)電裝機(jī)容量為550 MW，占比25.3%；光伏發(fā)電裝機(jī)容量為200 MW，占比9.2%，火電裝機(jī)容量為1420 MW，占比65.4%。

從目前得到的中國(guó)試點(diǎn)省份的數(shù)據(jù)來(lái)看，碳權(quán)交易價(jià)格較低，但有研究指出現(xiàn)階段的碳排放價(jià)格為 0.25 元/kg［15］，設(shè)日內(nèi)全體發(fā)電企業(yè)可供分配的歷史碳排放分配總量為500 t，各機(jī)組的參數(shù)信息見(jiàn)附錄表A1所示。

為驗(yàn)證本文所提機(jī)制的有效性，設(shè)立3個(gè)對(duì)照?qǐng)鼍埃?種場(chǎng)景下進(jìn)行仿真，場(chǎng)景1為在電力市場(chǎng)的環(huán)境下，新能源廠商和火電廠商一同報(bào)價(jià)參與市場(chǎng)出清，這種方式下新能源廠商不會(huì)有保障性消納，火電機(jī)組未考慮碳排放，無(wú)額外的碳排放費(fèi)用；場(chǎng)景2為新能源廠商參與電力市場(chǎng)，正常報(bào)價(jià)，火電機(jī)組收取額外的碳排放費(fèi)用；場(chǎng)景3為新能源廠商和火電廠商一同參與市場(chǎng)，但火電機(jī)組在免費(fèi)分配的碳排放額度用完后，要收取額外的碳排放費(fèi)用，且在一次出清中未消納的新能源廠商，降低報(bào)價(jià)進(jìn)行2次出清，從而驗(yàn)證本文方法有效性。

4.2 新能源出力情況

場(chǎng)景1中新能源電廠和常規(guī)電廠進(jìn)行競(jìng)價(jià)，不考慮新能源2次出清和碳排放成本，新能源的中標(biāo)電量由報(bào)價(jià)決定，出清結(jié)果見(jiàn)附錄圖A1所示。可看出在負(fù)荷較低的00：00—04：00和16：00—19：00時(shí)段，產(chǎn)生較多的新能源棄能現(xiàn)象，棄能共計(jì)2335 MWh。是由于系統(tǒng)的消納空間有限，存在有部分新能源機(jī)組報(bào)價(jià)過(guò)高而無(wú)法中標(biāo)的情況，導(dǎo)致新能源消納困難，存在棄能現(xiàn)象。場(chǎng)景2和3的出清結(jié)果如圖4和圖5所示。場(chǎng)景2中，基于歷史碳排放量分配碳排放配額，碳排放超過(guò)碳配額的火電機(jī)組需支付額外的碳排放成本，因此火電廠商把碳排放成本折合到日前電力市場(chǎng)報(bào)價(jià)中，使得部分火電廠商在市場(chǎng)上的報(bào)價(jià)中不占優(yōu)勢(shì)，從而使得新能源廠商中標(biāo)量增大，電力系統(tǒng)中將產(chǎn)生新能源棄能電量為2125 MWh，棄能降幅約10%，碳排放量減少201.6 t。可見(jiàn)，考慮碳排放市場(chǎng)的運(yùn)作會(huì)促進(jìn)新能源機(jī)組的消納，達(dá)到減排效果。

本文提出的考慮碳排放成本和新能源消納機(jī)制場(chǎng)景3中，當(dāng)發(fā)生1次出清中有棄能情況時(shí)，激活了2次出清機(jī)制，其中棄能電站的原始報(bào)價(jià)會(huì)受到價(jià)格因子的調(diào)整，被替換為更低的值，使其成為該階段的優(yōu)先出清對(duì)象。因此，中標(biāo)量顯著增加，大多數(shù)時(shí)段的中標(biāo)出力值達(dá)到了能消納棄能的最大出力水平。在消納困難的06：00時(shí)刻，風(fēng)電機(jī)組2在2次出清中多消納114 MWh，火電機(jī)組5減少出力，相應(yīng)的碳排放減少68.4 t，該時(shí)段免費(fèi)的碳配額分配到下一時(shí)段。各場(chǎng)景下機(jī)組的市場(chǎng)出清情況如表2所示，在場(chǎng)景3的2次出清中，總棄能為1031 MWh，相比場(chǎng)景1，棄能降幅達(dá)45%，棄能率由26.9%降至11.9%，碳排放量減少1251.8 t，具有顯著的消納新能源效果并降低了碳排放。

4.3 電價(jià)與結(jié)算

圖6顯示的出清電價(jià)在3種情景下呈相似趨勢(shì)，與負(fù)荷曲線(xiàn)的動(dòng)向基本保持一致。高負(fù)荷時(shí)段電價(jià)較高，而低負(fù)荷時(shí)段電價(jià)較低，反映了市場(chǎng)價(jià)格走勢(shì)與供需情況在現(xiàn)貨市場(chǎng)中的密切關(guān)系。與場(chǎng)景1相比，考慮動(dòng)態(tài)碳排放后，場(chǎng)景3的1次出清電價(jià)發(fā)生變化，出清電價(jià)在日內(nèi)各時(shí)段比未考慮碳排放時(shí)明顯升高，在09：00時(shí)刻場(chǎng)景1的節(jié)點(diǎn)電價(jià)為230元/MWh，而在場(chǎng)景3的09：00時(shí)刻節(jié)點(diǎn)電價(jià)提升到320元（MWh，因?yàn)榛痣姍C(jī)組無(wú)法獲得足夠的碳配額時(shí)，需支付碳排放成本，導(dǎo)致火電機(jī)組提高在日前電力市場(chǎng)的報(bào)價(jià)，出清電價(jià)的變化趨勢(shì)與以往相同。與場(chǎng)景2相比，場(chǎng)景3在2次出清后部分時(shí)段的節(jié)點(diǎn)電價(jià)會(huì)有下降，在20：00時(shí)刻場(chǎng)景3的第2次出清的節(jié)點(diǎn)價(jià)格為342元/MWh，與第1次出清的節(jié)點(diǎn)價(jià)格相比，下降39元/MWh，降幅為10.2%。這是由于在2次出清時(shí)，棄能機(jī)組的遞補(bǔ)報(bào)價(jià)會(huì)比正常報(bào)價(jià)低，使得1次出清中中標(biāo)的邊際機(jī)組被擠出，改變了節(jié)點(diǎn)電價(jià)。

在2次出清的發(fā)電權(quán)轉(zhuǎn)移過(guò)程中，出讓電量的火電機(jī)組將獲得補(bǔ)償，同時(shí)，火電機(jī)組的2次出清碳排放減少量也將轉(zhuǎn)移到下個(gè)時(shí)段的免費(fèi)碳排放額中，降低碳排放成本，如表3所示，火電機(jī)組G4、G5、G6、G7獲得的各時(shí)段補(bǔ)償均價(jià)為6.8、7.2、6.3、5.9元/MWh?；痣姍C(jī)組G4、G5、G6、G7減少的碳排放量為441.6、503.0、213.2、94.0 t，在2次出清中，風(fēng)電廠獲得的額外收益為212236元，火電廠增加的額外補(bǔ)償為213061元，可看出，火電機(jī)組獲得的補(bǔ)償與實(shí)際的棄能程度有關(guān)，棄能消納越多，2次出清環(huán)節(jié)的節(jié)點(diǎn)價(jià)格就越低，得到的補(bǔ)償差價(jià)就越多，火電機(jī)組的碳排放量減少越多。對(duì)比分析表明，本文描述的激勵(lì)相容機(jī)制在將火電機(jī)組的部分出力轉(zhuǎn)移到新能源機(jī)組的同時(shí)，不僅減少了煤炭損耗，還降低了社會(huì)的碳排放，同時(shí)在一定程度上確保了傳統(tǒng)能源廠商的盈利。

5 結(jié) 論

本文以電力市場(chǎng)和碳市場(chǎng)為基礎(chǔ)，建立考慮動(dòng)態(tài)碳排放的火電廠商報(bào)價(jià)方法，為了提高新能源廠商參與現(xiàn)貨市場(chǎng)的積極性和消納能力，建立促進(jìn)新能源消納的電力市場(chǎng)出清模型，并進(jìn)行算例分析，結(jié)果表明：

1）本文提出的兼顧電力市場(chǎng)和碳市場(chǎng)的火電廠商報(bào)價(jià)方法，可使得碳市場(chǎng)通過(guò)價(jià)格傳導(dǎo)機(jī)制為電價(jià)附加碳成本，從而對(duì)電力市場(chǎng)的碳排放形成管制，以更高效地實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)，且促進(jìn)了市場(chǎng)對(duì)新能源的消費(fèi)，促進(jìn)了消納。

2）本文提出的促進(jìn)新能源消納的電力市場(chǎng)出清模型，在保證電力市場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，能在一定程度上通過(guò)市場(chǎng)化的機(jī)制，挖掘系統(tǒng)的調(diào)節(jié)潛力，促進(jìn)新能源的消納。

3）本文提出的激勵(lì)補(bǔ)償方法，使常規(guī)機(jī)組的部分出力空間轉(zhuǎn)讓給新能源機(jī)組的同時(shí)，降低了社會(huì)碳排放，并保障了廠商的收益，使各市場(chǎng)主體收益都得到滿(mǎn)足。

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PRICE STUDY ON NEW ENERGY CONSUMPTION MARKET CONSIDERING DYNAMIC CARBON EMISSIONS

Xu Gaoyuan，Wang Xiaojing

（College of Electrical Engineering， Xinjiang University， Urumqi 830047， China）

Abstract：By enriching the trading methods in the electricity market， the level of new energy consumption can be effectively improved. In view of the characteristics that the existing electricity market cannot effectively control carbon emissions， this paper proposes a power market clearing method that takes into account dynamic carbon emissions， and dynamically transfers the carbon emission cost of thermal power to the electricity price， so that some power generation rights are transferred to new energy sources. At the same time， when energy abandonment occurs， a price factor is introduced to replace the quotation for energy abandonment units， and the secondary clearing of the power market is carried out， which deeply promotes the development of new energy sources and balances the income of the transferee of power generation rights with an incentive compatibility mechanism. Using the improved IEEE 30 node system for simulation verification， the power market trading mechanism proposed in this paper can effectively reduce the carbon emissions of thermal power units and promote wind and solar energy consumption， which verifies the effectiveness of the method.

Keywords：new energy consumption； electricity market； carbon emissions； clearing model； wind power； photovoltaic

附錄A