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东南大学王蓓蓓等:基于配额制的可再生能源电力交易系统动力学仿真

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1,张汀荟2,李雅超2,李晓刚1,吴敏1,王蓓蓓2*

(1.国家电网有限公司华东分部;2.东南大学电气工程学院)


本文发表在《全球能源互联网》第5期"电力市场促进可再生能源发展"专题,欢迎点击品读。本文受国家自然科学基金面上项目及国家电网华东分部科技项目资助。

文章导读

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。本文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,搭建了各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以及绿色证书市场的策略,并分析了各市场的交易情况。

研究成果


1

梳理了配额制下,可再生能源发电商与售电商在可再生能源电力中长期市场、电力现货市场以及绿色证书市场之间的价格、供需传递关系。

2

搭建了包括可再生能源电力中长期合约交易、传统能源中长期合约交易、电力现货交易的电力市场与绿色证书市场等相互耦合模块的系统动力学模型,主拟分析了可再生能源发电商在电力中长期以及绿色证书市场中的交易情况。

主要内容

本文运用系统动力学方法搭建绿证市场与电力市场相互作用的机理模型,图1给出了绿证市场与电力市场交互模型的因果回路图。主要包括电力市场模块、绿色证书模块和发电商模块3个部分。发电商根据单位收益变化调整在现货市场中的报价。可再生能源电力中长期合约比例、可再生能源能源发电商在现货市场的中标量分别影响到绿色证书的需求量和供应量,进而影响到绿色证书的价格变化和发电商收益。发电商参与各市场的出力、绿证交易量、绿证价格等相关因素之间有着明显的因果关联,构成的反馈环路是系统动力学模型直接的呈现方式。

图1 因果回路图

本文运用Vensim PLE软件进行系统动力学模型的搭建与仿模拟真,算例中设置仿真周期为100天,现货市场时间步长为1天,中长期合约市场时长30天。

仿真周期内,售电商期望购买的绿证数量和可再生能源发电商期望销售的绿证数量之间的差值与绿色证书的价格如图2所示,绿证成交量如图3所示。由图2中绿线可知,绿色证书的价格在初期变化较大。这是因为在第一天时,可再生能源发电商在现货市场中标量为0,也就意味着此时绿色证书市场中无绿证供应,此时供远小于求,需求量与供给量的差值达到最大值,使得绿色证书价格由初始值(150元/张)急速上涨至最大值(300元/张)。由于第二日绿色证书价格达到最大值,超过了售电商预期购买价格(165元/张),因此售电商会减少对绿证的购买。此时绿证价格远超可再生能源发电商预期出售价格(144元/张),因此发电商会大幅度增加供应量,使得供大于求,从而使得绿色证书的价格有所回落。在后期绿色证书价格略有波动,但基本稳定在230元/张附近,价格的波动幅度与绿色证书需求量与供给量的差值呈正比例关系。随着仿真天数的推移,绿色证书的供需差整体呈现一正一负来回交叉变化的趋势,且幅度逐渐降低,反映在绿色证书价格上则是趋于平稳。

从图3中可以看出,除了第一日可再生能源发电商无证书进行交易,之后绿色证书的实际交易量与绿色证书价格整体呈负相关:当绿色证书价格下降时交易量会有所增加。每30天绿色证书的交易量都有会有阶跃式增加,这是由于可再生能源发电商与售电商签订的中长期合约比例减少,售电商为了完成配额义务,在绿证市场中的证书购买量会有所增加。

图2 绿色证书价格及需求量与供给量的差值

图3 绿色证书价格与交易量

当配额比例发生变化时,售电商对可再生能源电力和绿色证书的需求会随之变化,当配额比例分别调整为12%和16%时,绿色证书市场的交易价格情况也会发生变化,如图4所示。从图中可以看出:①三种配额比例下,初始时刻由于无绿证供应导致绿证价格激增至峰值,配额比例越小,售电商对绿证的需求越少,供需量相差越大,使得第二日的绿色证书价格回落幅度越大。②三种配额比例下,绿色证书的价格均会趋向一个均衡值,且配额比例越高,均衡值越大。这是由于配额比例越高,售电商对于绿证的实际需求量越大,从而抬升了证书价格。

图4 不同配额比例下绿色证书价格

图5展示了不同配额比例下可再生能源发电商参与中长期市场及现货+绿证市场的单位出力收入变化,可以看出配额比例设置越高,可再生能源发电商在现货以及绿证两个市场的单位收入越高。这是由于配额比例的增大不会影响传统能源发电商的报价策略,即不会影响现货电价,但绿色证书价格随之上涨(如图4),从而使得可再生能源发电商在现货以及绿色证书两个市场的总收入上升。这为可再生能源发电商调整中长期合约比例提供了驱动力,因此配额比例越高,可再生能源发电商降低中长期合约比例的幅度越大,如图6所示。

图5 不同配额比例下可再生能源发电商参与中长期市场及现货+绿证市场的单位出力收入

图6 不同配额比例下可再生能源发电商签订中长期合约比例变化

仿真结果表明,绿色证书市场中的价格和交易量受供需影响,会处于波动状态,最终趋向一个均衡值。可再生能源发电商在现货市场和绿色证书市场中的单位收入高于在中长期市场中的单位收入,因此,在中长期合约价格保持不变的情况下,可再生能源发电商更倾向于同时参与现货市场和绿色证书市场,降低中长期合约的比例。这为可再生能源发电商进行策略调整提供了一定参考。

随着配额比例的增大,绿色证书的均衡价格上升,这有助于提高可再生能源发电商在现货和绿色证书两个市场的总收入,但是对于售电商而言,为了完成配额任务需要承担的经济压力越大,有可能会损害其参与积极性。因此综合而言,有必要参考绿色证书的均衡价格,将配额比例设置在合理的范围内。

本文引文信息

杨立兵,张汀荟,李雅超,等. 基于配额制的可再生能源电力交易系统动力学仿真[J]. 全球能源互联网,2020,3(5):497-507.


YANG Libing, ZHANG Tinghui, LI Yachao, et al. System dynamics simulation of renewable energy power trading based on renewable portfolio standard[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(5): 497-507(in Chinese).

作者简介

杨立兵


高级工程师,硕士


长期从事电力市场与电力交易相关工作,作为主要人员参与制定了《华东电力市场跨省集中竞价交易规则》和《华东跨省发电权交易规则》,熟悉华东电网电力交易组织与计划管理流程,负责华东电网电力交易平台的日常运营,有丰富的电力交易实际工作经验。近年来,参与了多个国家电网公司及华东电网公司电力市场交易相关科技项目的研究,多次获华东电网公司科技进步奖和国家电网公司优秀管理咨询成果奖,有较好的科技项目管理经验。

E-mail:

yang_lb@ec.sgcc.com.cn


王蓓蓓


东南大学电气学院电力经济技术研究所副所长,博士生导师


入选江苏省六大人才高峰智能电网领域资助计划。江苏省电力市场管理委员会首批专家,电网技术、电力需求侧管理、IET Energy Conversion and Economics等期刊编委。在IEEE Transactions on Power System等国内外顶级及核心刊物上录用或发表论文近90篇,其中SCI收录19篇,EI收录超过40篇,2篇论文入选中国精品科技期刊顶尖学术论文(F5000)。研究团队主要研究领域包括电力市场与电力监管,电力需求侧管理与需求响应,电力规划,电力系统节能与经济运行。

E-mail:

wangbeibei@seu.edu.cn

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编辑:张鹏

审核:白恺


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