可再生能源电力及其市场模式研究

杨瑞萍

摘要：绿色、低碳、安全、高效是我国能源系统发展的主要目标。随着可再生能源发展速度逐渐加快，电动汽车、储能技术等有序接入运行系统，传统的能源供给模式和能源需求模式发生了巨大变化。在此背景下，本文首先梳理和总结了以往的研究成果；其次，分别以微电网、综合能源系统和能源互联网为研究对象，深入探讨和分析各类型能源系统演化发展模式的结构特征和运营方式；最后，从可再生能源接入运行系统带来的随机性、电动汽车和储能技术等接入系统带来的波动性和“源-网-荷-储”纵向一体化多能互补协同优化调度三个方面，提出今后我国能源系统演化发展的建议。

关键词：再生能源；电力；市场模式

引言

习近平总书记在党的十九大报告中提出了“四个革命，一个合作”的战略思想，有效促进了我国建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系。传统能源系统在供给和利用方式上存在诸多问题，即能源结构不合理、能源利用效率不高、可再生能源开发利用比例低和污染物排放居高不下等，直接造成了一系列能源环境问题。然而，随着垂直化分层体系向扁平化平台体系的有序转变，有效促进了以用户为中心的综合能源利用系统。基于此，从微电网、综合能源系统和能源互联网三个典型结构特征和运营模式进行深入分析，对加快实现我国能源系统横纵向互补发展具有重要意义^[1]。

1.100%可再生能源电力系统与其它系统形态的联系与区别

首先，基于当前电力系统，利用CCS技术改造一部分气电机组，关停全部煤电机组，并增加可再生能源、天然气以及核电等机组支撑负荷侧用电需求，形成纯清洁能源电力系统。纯清洁能源电力系统中可以含有一定的碳排放量，丹麦政府早在2006年就已经提出建立该系统的构想[5]。2）在纯清洁能源电力系统的基础上，进一步关停天然气发电机组或对该机组全面配置CCS设备，使得系统自身的碳排放量降至零，以形成碳中和电力系统[26]。由于该系统需要全面处理自身排放的CO2，因此，其构建的难度相比纯清洁能源电力系统更大。欧洲已提出在2050年前实现这一目标。3）在这3类系统中，构建难度最大的是100%REPS。由于需要实现发电资源完全可再生，故需在碳中和电力系统的基础上完全退出核电，并充分利用CCS和天然气合成技术来满足系统部分的储能及供电需求，最终形成100%REPS。为实现电力系统完全可再生能源化的发电形态，以解决能源和环境危机，丹麦、意大利、德国、澳大利亚、巴西等世界上多个国家和地区的能源部门及相关学者已经提出一些适用于自身环境的100%REPS构想方案，甚至有少部分国家和地区已经或接近实现电力系统完全可再生能源并网^[2]。

2能源互联网项目参与电力市场模式

电力市场和能源互联网发展都较早，能源互联网项目参与电力市场的模式也较为成熟。如今已有多个能源互联网项目参与到PJM、新英格兰等电力市场中。在能量市场中，能源互联网项目主要通过虚拟电厂业务聚合用户灵活负荷、用户侧储能和分布式发电，直接参与能量市场交易。分布式发电虽然成本很低，但具有调节能力低、容量小、随机性强等特点，在能量市场中与传统的集中式发电相比没有竞争力。而通过虚拟电厂业务，分布式发电可以与储能及灵活负荷相结合，通过协同控制出力及用能需求，提供较为稳定的功率输出，进而参与到能量市场中。例如，能源服务公司通过在居民家中安装太阳能、电池系统以及智能控制设备，打造虚拟电厂业务参与电力市场。2019年在与集中式发电商的竞争中，赢得售电合同，以发电厂的身份参与到新英格兰电力现货市场中销售电能。同样在新英格兰电力市场中，LO3Energy公司通过虚拟电厂业务聚合分布式光伏，不仅在电力市场中出售分散式光伏发电获得盈利，还通过收取分布式光伏托管和交易费用获得额外收益。此外，该公司还创建了可再生电力拍卖平台，用电企业在该平台上进行报价，与分布式光伏发电商签署用电合约。如果分布式光伏发电商无法按照合约为企业提供足额电量，平台还可以代替分布式光伏发电商在实时电力市场中购买相应的差值电量。

3发展能源系统发展模式

3.1综合能源系统

综合能源系统是基于微电网技术逐渐形成的一种能源供给模式。为了实现2030年左右我国CO2排放量峰值任务，逐渐开展了综合能源系统研究。该系统通过多种能源子系统耦合，能源梯级利用，促进了清洁能源的高效利用。但从能源技术方面看，许多专家预测截至到2050年，煤炭仍然占据我国能源系统的50%以上，对高效利用可再生能源带来了巨大挑战；从能源分布和消耗情况看，我国各类能源主要分布在中西部地区和东北地区，与现行的能源消耗情况出现了严重的不均衡，具有逆向分布格局；从能源子系统耦合情况看，电、热、冷、气能源子系统缺乏有机协调，出现了明显的能量漏损现象，且受到了“重发输、轻配供”，致使系统供电利用率和可靠性明显下降

^[3]。

3.2能源互联网

能源互联网涵盖了综合能源系统和微电网技术思想，是推动我国能源产业发展的一种主要商业模式。同时，能源互联网技术通过整合各类能源资源，全面实现了资源优化配置并推动了能源经济发展。但从能源供给和消费角度看，我国一次能源供给相对匮乏，能源资源分布、各类能源储量和地区经济发展严重不匹配，导致各类能源的利用率低下和能源市场不健全。从能源商业模式看，还未形成有效的多元化能源交易市场，交易主体、竞价方式和交易形式单一，限制了我国能源系统管理体系的建成。从能源收益情况看，缺乏适应当前能源形势的增值服务，实际应用较少，导致能源互联网基础业务和增值服务不能创造更多的价值。

4如何统筹施策化解可再生能源调峰消纳等尖锐矛盾

4.1补强电力系统调峰短板

一方面可加快优质调峰机组建设和改造，对既有煤电机组进行灵活性改造，规划建设若干抽水蓄能电站，在具备条件的地区适度布局天然气调峰电站，加快推进龙头水电站建设，不断适应可再生能源快速发展对电力系统的要求。我国火电机组的平均投产年龄仅10～15岁左右，美国已达40岁，通过对我国现有火电机组灵活性改造，在其剩余寿命期内，可为不断增加的可再生能源提供调峰能力，实现新（风光电）、老（火电）机组的平稳更替过渡。火电与风光电的调峰互补特性，决定了两者不是竞争关系，而是长期合作关系。我国现有超过10亿千瓦的火电，将是未来可再生能源大规模发展的坚强后盾和支撑。另一方面可优先利用好存量跨省区输电通道，适时建设新输电通道，发挥好省间互济的调节作用。我国现有输电通道的年利用小时仅4500小时左右，特高压通道利用率更低，利用富余的输电能力，可打捆输送更多的可再生能源电力^[4]。

4.2在供给侧实施水风光热储多能互补发展

在水能资源丰富地区，在不增加弃水的前提下，借助水电站外送通道和灵活调节能力，建设配套的风电和光伏发电项目，协同推进水风光互补发展；在风光资源富集地区，可统筹考虑送端地区风电、光伏、光热、储能的互补调节能力，结合跨省区通道规划建设，实现可再生能源电力稳定外送。

结束语

从微电网、综合能源系统和能源互联网三个典型结构特征和运营模式进行深入分析，对加快实现我国能源系统横纵向互补发展具有重要意义。

参考文献：

[1]王明富,吴华华,杨林华,乔松博,惠恒宇,杨阳,丁一.电力市场环境下能源互联网发展现状与展望[J/OL].电力需求侧管理,2020(02):1-7[2020-04-06].http://kns-cnki-net.wvpn.ncu.edu.cn/kcms/detail/32.1592.TK.20200326.2113.002.html.

[2]刘秋华,袁浩,杨争林,樊海锋,徐春雷.可再生能源配额制下绿色证书补偿辅助服务方案探讨[J].电力系统自动化,2020,44(06):1-8.

[3]文云峰,杨伟峰,汪荣华,胥威汀,叶希,李婷.构建100%可再生能源电力系统述评与展望[J].中国电机工程学报,2020,40(06):1843-1856.

[4]张妍,王龙泽,吴靖,原蓉芳,李美成.区块链与综合能源系统：应用及展望[J].中国科学基金,2020,34(01):31-37.