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2020年第5期精彩导读“电力市场促进可再生能源发展”专题

《全球能源互联网》2020年第5期已正式出版,本期刊载了“电力市场促进可再生能源发展”专题、能源战略、能源规划三个栏目的12篇论文,下面就带您了解一下本期的精彩内容。点击文末“阅读原文”可在手机端查看全文。

特约主编寄语

近年来,世界范围内的可再生能源发展迅猛。根据联合国全球气候行动峰会2019年的报告,过去10年间,全球可再生能源投资额高达2.6万亿美元,装机容量增长近3倍,达到1650 GW。大规模可再生能源并网给各国电网运行带来了深刻影响,而随着可再生能源发电占比越来越高,其参与电力市场交易已是势在必行。市场机制有利于实现对能量资源的精准定价,通过合理的经济激励调动市场各方的积极性,实现系统运行成本优化、个体经济效益改进与可再生能源高效消纳等多方面目标的激励相容。为此,通过市场机制促进可再生能源发展,成为了近年来学术界、行业界的重要研讨主题,涌现出了许多优秀的成果,为电力市场化建设和清洁能源转型提供了理论与技术支撑。

《全球能源互联网》编辑部积极捕捉电力市场建设促进可再生能源发展的前沿问题和最新动向,邀请我们担任特约主编,从“电力市场促进可再生能源发展”的视角,共同策划了本专题,围绕通过电力市场促进可再生能源发展的关键技术与机制研究,征集相关专家在该领域的最新研究成果。

本专题共收录论文10篇,内容主要涵盖4个方面。首先是电能量市场促进可再生能源消纳清华大学陈启鑫等基于欧洲跨国市场中输电及耦合机制的经验提出对中国统一电力市场建设的建议,可通过资源的大范围优化配置提升可再生能源消纳能力;西安交通大学陈先龙等提出一种基于消纳责任权重的省间—省内两级市场运营模式及优化模型,可促进可再生能源的跨省跨区消纳,并降低系统运行成本;国网甘肃省电力公司陈振寰等提出发用电双边参与的现货市场机制,可通过用户侧的市场活力友好消纳新能源,提高新能源消纳能力;中国电力科学研究院史新红等提出考虑新能源消纳的省级电力市场机制设计,可依据新能源与现货市场的发展情况渐进地选取新能源参与市场的模式;巴斯大学张雅君等针对高渗透率分布式发电配电网的局域电力交易,计及输电成本和可再生能源出力不确定性的量化风险成本,提出基于博弈论霍特林模型的用户交易策略优化方法,降低大用户购电成本。其次是辅助服务市场促进可再生能源消纳河海大学赵晋泉等提出虚拟电厂参与的深度调峰市场机制,可通过虚拟电厂内部灵活性资源,提升系统消纳可再生能源的能力;河海大学赵晋泉等还研究了分布式光伏通过集成商参与调频的市场机制,可增加电网调频资源促进分布式光伏消纳,并提高其市场收益。第三是多能源市场和绿证机制协调促进可再生能源消纳西安交通大学肖云鹏等提出利用市场配置资源的优势作用优化多能源系统的规划和运行,可通过多能源的协调运行、联合出清增加可再生能源的消纳水平;国家电网有限公司华东分部杨立兵等提出包含可再生能源电力、传统能源电力以及绿色证书的市场交易模式及系统动力学模型,仿真模拟了可再生能源发电商参与电力中长期以及绿色证书市场的策略并分析了各市场的交易情况,可为市场主体的策略调整和配额参数的设定提供依据。最后是关于中国电力市场建设的讨论南方电网北京分公司的肖谦等从经济学角度分析电力市场改革的目标和结构、实现市场和政府目标的方法等,从机制、机理、顶层设计角度探讨了当前中国电力市场改革中面临的一些关键问题及解决思路。

衷心感谢各位作者不吝赐稿,感谢为专题出版而无私付出的各位审稿专家和《全球能源互联网》编辑部各位同仁。希望本专题能够为关心和从事可再生能源发展领域研究的专家学者提供参考借鉴,共同携手努力,促进可再生能源可持续发展。

2020年9月4日

特约主编介绍

陈启鑫

长聘副教授,博士生导师,清华大学能源互联网研究院副院长,IET Fellow。主要从事电力市场、低碳电力技术、能源大数据、电力系统运行等领域的研究工作,已发表学术专著2本,学术论文160余篇,获省部级科技成果奖励6项。获国家优秀青年科学基金、中组部青年拔尖人才计划资助;获评世界经济论坛青年科学家,MIT TR 35等荣誉。

荆朝霞

博士,教授,博士生导师,华南理工大学电力学院副院长,中国电机工程学会电力市场专委会委员。从事电力市场方面的研究二十余年,参与了十多个省份和地区的电力市场设计和咨询工作。创办《走进电力市场》公众号,发表电力市场基础理论介绍、国外电力市场分析、我国电力市场讨论等方面的文章100余篇。

“电力市场促进可再生能源发展”专题

1

欧洲跨国电力市场的输电机制与耦合方式

陈启鑫,张维静,滕飞,郭鸿业,刘学,姜楠,GoranStrbac

(1.清华大学电机系;2. 帝国理工学院)

【摘要】中国电力市场改革已经取得初步成效,但发电侧市场集中度大、清洁能源消纳困难等现实矛盾亟待通过更大范围的资源优化配置解决,借鉴和参考欧洲跨国电力市场的运行经验对于中国下一步建设统一电力市场具有重要意义。首先,面向中国推进统一电力市场所面临的跨省区通道容量如何分配、输电成本如何回收以及省内外交易如何衔接等问题,针对性地研究了欧洲跨国电力市场的输电管理机制及市场耦合机制。其次,以欧洲电力交易所EPEX SPOT为例,描述了耦合市场的交易流程和交易衔接方式。最后,结合中国当前电网建设背景及市场运行实际,基于欧洲跨国电力市场运行经验,提出推进统一电力市场的意见和建议。

关键词:电力市场;市场耦合;输电机制;交易衔接

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2

基于消纳责任权重的两级电力市场优化运行模型

陈先龙,王秀丽,吕建虎,张航,朱宗耀,王一飞

(1. 西安交通大学电气工程学院;2. 中国电力科学研究院有限公司南京分院)

【摘要】在中国电力消纳保障机制和新配额制的实施背景下,为了使省内消纳责任主体完成消纳考核,如何利用市场机制激励可再生能源跨省跨区消纳是关键问题之一。为此,借助于省间-省内两级市场,引入了省间可再生能源交易商代理省内消纳责任主体参与省间可再生能源市场交易。在两级市场框架下,以市场运行成本最小化为目标,建立了一种非线性的双层优化消纳模型。上、下层的出清结果作为对方层级的计算参数,利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件和拉格朗日对偶理论,将上述双层非线性问题转化为单层线性问题求解。最后,为验证所提模型的有效性对某地区进行算例仿真,分析不同消纳责任权重、绿证价格下的市场运行成本,结果表明两级市场能够有效降低省内消纳责任主体完成考核的市场成本,促进可再生能源的跨省跨区消纳和电力市场的绿色、经济运行。

关键词:消纳责任权重;省间可再生能源交易商;两级市场;双层优化

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3

甘肃电力现货市场双边交易机制设计

陈振寰,杨春祥,张柏林,韩杰,杨迎,张天宇,陈雨果

(1. 国网甘肃省电力公司;2. 北京清能互联科技有限公司)

【摘要】高比例风光新能源地区日益增长的新能源装机带来新能源消纳压力巨大。电力现货市场能够通过分时价格信号,实时反映电力供需情况,引导用户负荷移峰填谷,提升新能源消纳水平。甘肃省作为中国首批现货试点省份之一,在起步阶段设计了考虑新能源参与的发电侧单边现货市场方案,但由于现货价格现阶段无法传导至用户侧,导致用户侧难以根据现货市场形成的价格信号调整用电需求,一定程度上制约了新能源消纳的市场潜力。文章着眼于改进甘肃现有的现货市场机制,在分析甘肃省新能源市场化消纳现状基础上,重点提出发电侧和用户侧双边参与的现货交易机制,包括组织方式、出清机制、结算机制等。通过算例对单边模式和双边模式下现货市场出清结果进行对比分析,结果表明,用户侧参与现货市场交易有利于激励用户主动消纳新能源,形成对新能源消纳友好的用电曲线,提高新能源消纳能力,为完善高比例新能源地区现货市场机制提供参考。

关键词:电力现货市场;高比例新能源;新能源消纳;用户侧;双边交易;节点电价

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4

新能源参与省级现货市场的模式设计

史新红,郑亚先,范振宇,徐立中

(1. 中国电力科学研究院有限公司;2. PJM Interconnection;3. 浙江电力调度中心)

【摘要】在全球能源转型背景下,中国新能源持续快速建设,但消纳问题也不断凸显,传统的补偿模式很难平衡新能源消纳中的各方主体诉求,通过市场机制解决市场主体的利益平衡成为各方共识。对省级新能源参与现货市场的市场设计进行思考和展望,首先研究了考虑新能源快速增长下的美国PJM电力市场设计变化与调整。在此基础上,研究了浙江省新能源的现状、发展以及未来面临的消纳问题,进而提出了考虑新能源消纳分阶段模式演化的省级电力市场设计。最后以浙江省运行数据为例,基于目前新能源低占比场景以及未来新能源高占比的假设场景,对新能源不同市场参与模式的消纳情况和收益进行了算例计算和比对分析。根据新能源与现货市场的发展情况,渐进地选取新能源参与现货市场的模式;3种模式中,新能源以报量报价形式参与市场能够使社会整体效益最大化。

关键词:新能源;电力现货市场;市场设计

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5

考虑过网费及可再生能源不确定性的最优局域电力交易策略

张雅君,顾承红,李芙蓉

(巴斯大学电子与电气工程学院)

【摘要】随着分布式发电渗透率不断增加,大量本地生产的电能通过配电网供应本地负荷,促成了配电网层面的局域电力交易。在英国局域电力市场框架下,提出了一种基于博弈论霍特林模型的用户交易策略优化方法,帮助大用户降低购电成本。该方法用风险成本量化可再生能源出力的不确定性,用MW-Mile输电定价法计算的输电成本反映电力交易使用电网的情况,求解用户支出最小的交易策略。验证算例结果表明,提出的数学模型可有效模拟包含多个发电商的交易竞争,输电成本可能会影响交易策略的优化结果。

关键词:局域电力交易;霍特林模型;输电成本;可再生能源

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6

考虑虚拟电厂参与的深度调峰市场机制与出清模型

赵晋泉,杨余华,孙中昊,叶洪波,凌晓波,王啸天

(1.河海大学能源与电气学院;2. 国网上海电力有限公司)

【摘要】风电光伏等可再生能源大规模并网,增大了电网调峰压力,需要发掘需求侧资源参与调峰。从交易组织、交易流程、交易结算3个方面设计了考虑虚拟电厂参与的调峰辅助服务市场机制,使虚拟电厂与火电机组同台平等参与深度调峰市场竞价,并分别给出了深度调峰市场日前出清和实时出清模型。交易采用按报价出清的方式,火电机组和虚拟电厂根据实际调用的调峰容量和申报价格获得收益。最后通过算例分析验证了所提市场机制和模型的有效性。

关键词:虚拟电厂;同台平等竞价;深度调峰;市场机制;出清模型

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7

分布式光伏参与调频辅助服务交易机制研究

赵晋泉,孙中昊,杨余华,王永华,胡国胜,陈刚

(1. 河海大学能源与电气学院;2.国网南昌供电公司;3. 江西电力交易中心有限公司)

【摘要】针对分布式光伏大规模发展导致电网调频需求和压力日益增大的问题,提出了分布式光伏参与调频辅助服务的交易机制。首先,结合分布式光伏的特点,给出了其参与调频的准入条件。其次,增补了“两个细则”模式下分布式光伏参与调频的补偿机制,包括补偿方式、考核标准、结算分摊方法等。然后,提出了分布式光伏参与调频的市场机制,考虑了调频容量和调频里程2种交易标的,对其价格进行调整,引入了分布式光伏可信度指标,给出了调频市场的交易流程与出清模型,采取了考虑机会成本的容量补偿和考虑调频性能指标的里程补偿的两部制补偿机制,并由用户侧分摊调频费用。最后,算例验证了所提调频辅助服务交易机制的有效性。

关键词:分布式光伏;交易机制;调频辅助服务

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8

多能源市场耦合交易研究综述及展望

肖云鹏,王锡凡,王秀丽,别朝红

(1. 西安交通大学电气工程学院;2. 广东电网有限责任公司电力调度控制中心)

【摘要】能源系统的低碳化转型与发展是国际社会应对气候、环境、能源问题的共同解决方案,特别是在全球范围能源行业放松管制的现实背景下,能源系统协同运行和综合优化的效益得到了广泛关注。多能源系统协同运行和多能源市场耦合交易能够挖掘利用不同能源间的互补性和替代性,实现灵活的能源生产、消费、储存、传输,在更大的范围内优化配置资源、消纳可再生能源,推动能源系统的低碳化转型与发展。立足能源市场发展实际,在分析开展多能源市场耦合交易必要性的基础上,总结了近年来多能源市场间交互影响、多能源市场协调运行及联合出清、多能源市场中的交易行为及均衡分析等方面的最新研究进展,提出了进一步研究中面临的关键问题。

关键词:多能源市场;综合能源系统;低碳;电力能源交易;可再生能源消纳

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9

基于配额制的可再生能源电力交易系统动力学仿真

杨立兵,张汀荟,李雅超,李晓刚,吴敏,王蓓蓓

(1. 国家电网有限公司华东分部;2. 东南大学电气工程学院)

【摘要】近年来以风能和光伏为代表的可再生能源电力消纳问题日渐突出,初期以补贴刺激其发展的方式资金缺口大且难以可持续实施,可再生能源配额制度(renewable portfolio standard,RPS)及其配套的绿色证书交易机制(tradable green certificates,TGC)能够以市场化手段激励可再生能源有效消纳。该研究梳理了电力市场和绿色证书市场之间的资源传递关系,构建了市场主体进行绿色证书和电力交易的基本框架,搭建包括发电商、电力市场和绿色证书等耦合模块的系统动力学模型,仿真模拟了可再生能源发电商参与电力中长期市场以及绿色证书市场的策略并分析了各市场的交易情况,为市场主体的策略调整和配额参数的设定提供依据。

关键词:配额制;绿色证书;可再生能源;交易策略

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10

电力市场的目标、结构及中国电力市场建设的关键问题讨论

肖谦,喻芸,荆朝霞

(1. 中国南方电网有限责任公司北京分公司;2. 华南理工大学电力学院)

【摘要】中国电力改革与市场化建设逐步进入深水区,面临着多方面目标难以协调、不同阶段的改革目标不一致、电力市场设计缺乏整体性与系统性等问题。首先提出和分析了电力市场的终极目标和路径目标,将社会福利分配结构纳入市场结构中形成广义的市场结构概念,然后结合中国国情讨论了如何通过市场设计让市场和政府协调发挥作用,最后对中国当前电力市场建设中的中长期与现货市场衔接、省内与省间市场衔接、计划与市场衔接等关键问题进行了分析,并给出了建议的解决思路。从经济学角度分析、讨论中国电力市场改革面临的一些关键问题,旨在寻求长期的、根本性的解决机制,为各地区电力市场设计提供参考。

关键词:电力市场;机制设计;改革目标与路径;市场结构

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能源战略

11

电能时代的能源地缘政治初探

苗中泉,毛吉康

(国网能源研究院)

【摘要】当前人类社会的主导能源正处于从石油、天然气、煤炭等化石能源向太阳能、风能、核能等非化石能源转型的历史进程之中。学界对这一进程中的能源地缘政治发展进行了探究,但尚无定论,更未有人系统分析未来转型完成后的能源地缘政治特征,而这恰是影响能源转型的重要前景之一。未来能源转型完成后,人类社会将进入电能时代。电能时代的能源地缘政治博弈依然存在,但与油气时代的具体表现有所不同,至少体现在两个方面,一是转移到与有效使用非化石能源高度相关的关键矿产资源领域,二是转移到与电能使用紧密相关的全球能源互联网领域。这将衍生至少4个方面的电能地缘政治特性:对各国政治经济合作提出了更高的要求;各国将围绕全球能源互联网尤其是骨干网架的规划建设展开博弈;全球能源互联网尤其是大电网关键技术、核心操作规程等将成为重要的能源地缘政治博弈对象;针对全球能源互联网的非传统安全将压倒传统安全成为国际社会不可忽视的重大议题。在此基础上,提出了加快全球能源互联网建设、推进能源转型的相应建议。

关键词:全球能源互联网;能源转型;能源地缘政治

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能源规划

12

西非可再生能源发展现状及并网技术分析

罗魁

(新能源与储能运行控制国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司))

【摘要】西非地区电力短缺,制约了经济发展,加快可再生能源发展及电网互联是满足未来区域电力需求的必经之路,而相关并网规划和运行经验的缺乏,限制了西非可再生能源的进一步开发与利用。为此,详细梳理了西非电力供应及电网发展现状,分析总结了西非的可再生能源资源潜力、分布以及相关的规划目标和方案,从而明确了西非当前电力背景及西非可再生能源进一步并网发展的技术障碍。基于当前西非可再生能源发展的阶段及中国的可再生能源并网经验,对比给出了适合西非可再生能源并网发展的技术方案和建议,为未来中-非电力及可再生能源合作提供借鉴和参考。

关键词:西非;可再生能源;跨国互联;并网技术;经验共享

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编辑:张宇

审核:白恺


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