中國儲能網訊：2021年以來，隨著山西、廣東等多個省份的電力現(xiàn)貨市場逐步邁入長周期運行，省間電力現(xiàn)貨市場開展季度試運行，以及南方區(qū)域電力現(xiàn)貨市場啟動試點運行，電力現(xiàn)貨市場不再是紙面藍圖，而是第一次在電力系統(tǒng)實際運行中真正進行了落地實踐，并發(fā)揮了極其重要的作用。目前行業(yè)內部與學界對“無現(xiàn)貨、不市場”基本達成共識，但建設現(xiàn)貨市場的意義與目的又是什么？傳統(tǒng)上的認識是通過電力市場實現(xiàn)資源配置，從而降低用戶用電成本。然而在當前能源結構深度調整與構建新型電力系統(tǒng)背景下，推動現(xiàn)貨市場往往伴隨電力價格的上升，因此很多人覺得把市場搞得這么“復雜”沒有必要，還是傳統(tǒng)中長期交易或者干脆不要市場來得好。
之所以存在以上觀點和聲音，本質上還是沒有理解電力現(xiàn)貨市場在新型電力系統(tǒng)中的作用與價值，尤其是其在促進新能源消納和保障電力供應這兩個非常重要的目標方面的不可替代性，從而導致電力現(xiàn)貨市場建設與運營目標不清晰、立場不堅定、規(guī)則不合理、監(jiān)管不及時，既浪費了很多時間，又走了很多不必要的彎路。要理解現(xiàn)貨市場，首先要立足于行業(yè)當前實際情況，理解新型電力系統(tǒng)中的供需變化新趨勢，理解現(xiàn)貨市場與供需形勢的關聯(lián)；然后才能形成正確的認知，并以之為指引，建成合理有效的現(xiàn)貨市場，支持能源轉型大目標的實現(xiàn)。
能源轉型是我國電力產業(yè)發(fā)展面臨的宏觀大背景
落實“雙碳”目標需要積極發(fā)展新能源
習主席在第75屆聯(lián)合國大會上宣布，我國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和的“雙碳”目標。2030年，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上。到2050年，我國風電和光伏發(fā)電累計裝機將超過50億千瓦，另外電動汽車保有量屆時將超過四億輛，為新能源產業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了巨大需求。能源活動是我國二氧化碳的主要排放源，接近總排放量的90%。截至2021年底，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量為6.4億千瓦，在未來很長的一段時間內將保持高速增長態(tài)勢。
保障國家能源安全更需要大力發(fā)展新能源
我國電氣化發(fā)展水平總體呈現(xiàn)穩(wěn)步提升趨勢，電能占終端能源消費的比重從1985年的7%升至2020年的27%左右。新型電力系統(tǒng)下，電能占終端能源消費的比重勢必大幅提升。2021年底，我國全社會用電量為8.3萬億千瓦時，同期美國的用電量為3.8萬億千瓦時，歐盟的用電量為3.5萬億千瓦時。隨著“雙碳”目標的推進，終端電氣化水平的持續(xù)提升與電動汽車的大規(guī)模發(fā)展，預計到2030年和2060年，我國全社會用電量需求分別約為11萬億千瓦時、16萬億千瓦時。
我國的能源格局是富煤、貧油、少氣。目前全國僅山西、陜西、內蒙古和新疆等少數(shù)省（區(qū)）的煤炭可開采儲量較大，火電增量難以為繼；天然氣發(fā)電受氣源制約，也無法大規(guī)模生產；隨著西南多個電站的投運，水資源開發(fā)所剩不多；而核電受多種因素的影響，無法大規(guī)模發(fā)展。因此要滿足未來巨大的電量增長需求，保障國家的能源安全，近期主要電量來源只能是風電與太陽能發(fā)電。
新能源全周期波動給電力系統(tǒng)運行帶來巨大挑戰(zhàn)
風電與太陽能發(fā)電受天氣影響大，間歇性與波動性特征明顯，且可控性差，屬于傳統(tǒng)意義上的“垃圾電”，給新型電力系統(tǒng)的安全可靠運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。下面以山西為例，可以發(fā)現(xiàn)新能源在月、日、時三種時間尺度上均存在大幅波動。
新能源存在不規(guī)律的分月發(fā)電波動
下面的表1展示的是新能源發(fā)電量占直調負荷用電量的比例，表2展示的是新能源自身的月均負荷率?？梢钥吹?，新能源發(fā)電存在明顯的月度不均衡，從負荷率來說，風電在2021年4、5、11、12月以及2022年3月發(fā)電較多，遠超其他月份；光伏發(fā)電在2021年4、5、6、7、8月比較多，不同月份的相對量變化也非常大。
如果以發(fā)電偏少的月份作為參考發(fā)展新能源，那么在發(fā)電多的月份可能就無法完成消納，形成棄風棄光；如果以發(fā)電偏多的月份為新能源發(fā)展參考，那么在發(fā)電少的月份就存在缺電風險，需要通過其他手段來進行保供。
新能源存在不規(guī)律的分日發(fā)電波動
表3展示的是風電發(fā)電量占直調負荷用電量比例的各旬變化情況，下面的表4展示的是光伏發(fā)電量占直調負荷用電量比例的各旬變化。由于大風與光照經常受氣象過程的影響，在氣象事件前后，新能源發(fā)電存在明顯的變化?？梢钥吹?，新能源發(fā)電存在明顯的各旬不均衡性，以2021年4月為例，風電發(fā)電量中旬是上旬的2倍、下旬是上旬的近3倍，跳動明顯；2021年10月，光伏下旬發(fā)電量也比上旬翻了一番。
圖1展示了山西新能源在2022年5月各日的發(fā)電曲線，可以看出，1~7日平均發(fā)電量較多，8~12日平均發(fā)電明顯偏少，13~17日有所恢復，然后除了月底3天之外，剩下來的天數(shù)新能源發(fā)電都很少。
新能源存在不規(guī)律的分時發(fā)電波動
受光照與風力變化影響，日內不同時刻的新能源發(fā)電波動更為明顯，這也是經常為大家所注意到的重點。圖2展示了山西新能源在2022年5月13~17日的發(fā)電曲線，可以看出，一天的24小時之內，出力多的與出力低的時刻相比，在5月15日，差額值達5倍之多。因此在很多的日子里，新能源發(fā)電高峰的幾個小時，可能會導致電力系統(tǒng)出現(xiàn)消納困難；而新能源發(fā)電不足的晚高峰或者晚間時段，則存在如何通過多種手段保障供電可靠性的問題。
現(xiàn)貨市場是當前平衡不規(guī)律波動的有效手段
隨著新能源的持續(xù)大規(guī)模發(fā)展，分月、分日與分時的發(fā)電波動將會越來越嚴重，新型電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行要求有手段對之進行管理或調控。
儲能等無法經濟平衡新能源波動
通過表1、2可以看到，如果用儲能設施調節(jié)新能源月度之間的波動，一年之內只能實現(xiàn)兩充兩放，很明顯沒有哪一種技術能夠在這種場景下具有經濟性。通過圖1可以知道，若新能源分日波動通過儲能進行調節(jié)的話，每月的充放電循環(huán)也就是2～3次，折算到全年約為30次上下，不管是化學儲能還是抽水蓄能，均無法回本。另外，可能也根本無法提供如此多的儲能容量。
即使在分時尺度上，在圖2中可以看到，一年內只有大約100天的時間峰谷價差大約為700元/兆瓦時，大于500元/兆瓦時的有163天，但每天只有一充一放的機會。所以日內的調節(jié)也無法通過儲能進行經濟性實現(xiàn)。
傳統(tǒng)機制無法敏捷平衡新能源波動
如果采用調價、調度指令、調峰、拉閘限電等傳統(tǒng)手段，能否解決問題呢？在新能源發(fā)電占比還比較低的時候，調節(jié)壓力不大，傳統(tǒng)手段基本上能保障正常運行。但隨著新能源占比越來越高，氣候變化也愈來愈劇烈，傳統(tǒng)手段的局限就越來越突出地顯現(xiàn)出來了。比如電價需要能夠反映月、日、時尺度上的電力供需與成本變化，但是由于新能源發(fā)電的波動性與長中短期預測的難度，一是很難準確地調價，二是更難每月、每日去調價，因此價格與實際供需經常會沖突，乃至進一步惡化供需。
在缺乏有效價格信號指引的情況下，即使調度工作做得再準，但發(fā)用側的市場主體如果感受不到經濟上的刺激，或者像調峰市場一樣僅有少量補償，他們將沒有動力積極主動參與調度調整，或者即使參與了反而會帶來損失，因此就更加難以為繼。而拉閘限電帶來的停電損失巨大，無法用作電力系統(tǒng)運行的常規(guī)調控手段。
新能源消納與電力保供是推動現(xiàn)貨市場發(fā)展的關鍵動力
相比在所有的路口都設置一個有人值守的交通指揮崗，現(xiàn)有的紅綠燈信號系統(tǒng)很明顯更加經濟、更加有效，所有城市交通得以井然有序?，F(xiàn)貨市場也是類似于一種交通信號燈的機制，如圖3所示，當新能源發(fā)電多的時候，現(xiàn)貨價格低，此時火電越發(fā)預虧，而用戶用電成本極低，乃至為0，因此火電會主動少發(fā)、用戶有動力多用；當新能源發(fā)電少的時候，現(xiàn)貨價格高，有時超過1000元/兆瓦時，此時火電發(fā)電能獲得超額回報，而用戶用電成本極高，因此火電會主動多發(fā)、搶發(fā)，用戶用電意愿降低。價格信號與新能源發(fā)電匹配，發(fā)用兩側積極響應價格信號，以此實現(xiàn)發(fā)用兩側運行與新能源發(fā)電之間的高效協(xié)同。
由于氣象預測本身的精度有限，新能源發(fā)電預測難度大，因此月、旬、周尺度的物理交易與發(fā)電調度偏差極大，難以真正有效實施?，F(xiàn)貨市場在日前進行機組組合、在日內進行調度調整，最大化地實現(xiàn)了調度管理與發(fā)電偏差之間的均衡，一方面確保預測偏差盡可能地小，另一方面也給調度管理足夠的時間進行應對。
借助現(xiàn)貨市場這個支點，在保障新型能源系統(tǒng)安全可靠運行的前提下，整個調度管理工作量將極大地降低，只需要執(zhí)行傳統(tǒng)的發(fā)電計劃與發(fā)電調度程序即可；另外，現(xiàn)貨市場也通過經濟聯(lián)系實現(xiàn)電網與發(fā)電、用戶之間的高效協(xié)同，在實現(xiàn)資源優(yōu)化配置的同時，有效地保障了新能源的消納與電力保供要求的落實。
現(xiàn)貨市場是電力市場建設的核心但不是全部
雖然現(xiàn)貨市場在電力系統(tǒng)平衡、價格信號給出方面的作用突出，是保障新能源消納與電力保供的關鍵，但是它也只是電力市場的一個組成部分?？v觀世界各國的電力市場建設歷程，大體都需要花費10年左右的時間，所以我們也不能要求現(xiàn)貨市場能夠迅速解決電力系統(tǒng)面臨的所有問題，欲速則不達。
首先，現(xiàn)貨市場上的價格波動劇烈，發(fā)、售、用各類市場主體為了控制風險，需要有流動性好的中長期交易與之匹配，通過持續(xù)不斷的交易發(fā)現(xiàn)價格信號，并及時調整交易持倉來控制風險。如果現(xiàn)貨市場沒有中長期交易進行套保，那么大幅波動的現(xiàn)貨價格將令市場主體難以接受，最終形成現(xiàn)貨市場抵制。
其次，現(xiàn)貨市場提供的僅僅是基于邊際成本的電能量補償，可能無法回收火電容量成本或者新能源的環(huán)境價值，因此需要在電能量市場之外設計合理的容量補償機制、綠證交易機制，以實現(xiàn)此類成本的回收，否則電力系統(tǒng)未來將面臨容量不足風險，存在可靠性問題。
第三，針對諸如調頻、備用、調壓等輔助服務問題，也需要建立專門的機制或市場予以解決。
當然，以上種種配套機制，都是共同以現(xiàn)貨市場反映的電能量價值為基準進行補充、調整。因此這又進一步決定了現(xiàn)貨市場重要性，它是整個電力市場的基石，只有基石穩(wěn)固，才能架設上層建筑，否則建成的注定是空中樓閣、海市蜃樓。
現(xiàn)貨市場在我國現(xiàn)階段剛剛完成起步，未來還任重道遠，需要行業(yè)內的專家與精英共同努力。我們一方面不能停滯不前，必須以能源轉型背景下新型電力系統(tǒng)的安全經濟運行為核心，持續(xù)推進現(xiàn)貨市場建設；另一方面，也不能操之過急，在市場運營經驗、實際交易經驗、技術支持能力和經營管理模式均較弱的情況下，一步完成現(xiàn)貨市場建設。
現(xiàn)貨市場建設急不得，但也等不得；它僅僅是一個支點，但卻可以承載能源轉型和“雙碳”目標的實現(xiàn)。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2022年9期，作者系北京蘭木達技術有限公司總經理
