——国家可再生能源市场机制设计
Incenting Demand and Supply of Renewable Energy with Renewable Portfolio Standard——A Mechanism Design of National Renewable Energy Market
马子明，钟海旺，谭振飞，夏清，汪洋
内容简要
1. 为什么要建设基于配额制的国家可再生能源市场？
国外将可再生能源正外部性的货币化过程与可再生能源的物理消纳完全解耦，可再生能源消纳通过电力市场交易实现。中国能源资源呈逆向分布，西部地区可再生能源难以就地消纳，两者的解耦无法实现可再生能源的物理消纳。为了有效推进我国可再生能源在更大范围内的消纳，促进能源结构的转型，本文提出建立与配额制相结合的国家可再生能源市场。国家可再生能源市场可以发现可再生能源发电的真实价格，发现可再生能源正外部性的货币价值，引导可再生能源投资规划，激励集中式与分布式发电均衡发展，引导电网优化规划，进而实现激励相容的制度安排。
2. 国家可再生能源市场的机制设计
图1为国家可再生能源市场的总体架构。
图1 国家可再生能源市场的总体架构
国家制定可再生能源配额，要求各省在一定时期内上网的电能中，必须包含一定比例的可再生能源发电；依据可再生能源实际上网电量，授予对应数量的绿色证书，绿色证书可在国家绿色证书市场交易。国家可再生能源市场为可再生能源与需求方提供一个日前交易的平台，以社会总剩余最大化为目标，实行考虑输电成本和网络约束的撮合交易出清机制。可再生能源可以选择参与国家可再生能源市场，将自己获得的绿色证书卖给证书需求方；也可以选择直接参与省级日前市场，并将获得的绿色证书在国家绿色证书市场上交易。可再生能源需求方既可以选择参与国家可再生能源市场获得绿色证书，也可以从国家绿色证书市场直接购买绿色证书。国家可再生能源市场的交易结果需作为省级日前市场的边界条件，以可松弛约束的方式纳入省级日前市场出清过程中，得到可物理执行的消纳量和可再生能源发电量。
3. 如何计及可再生能源日前出力预测偏差？
若可再生能源在国家可再生能源市场成交量为Q1，实际发出量为Q2（Q2<Q1），则可再生能源需要向受端省电网公司支付替代发电费用(Q1-Q2)Pr，其中Pr为受端省实时市场价格。本文本文按照“谁产生的成本谁承担”的理念设计的偏差电量结算机制中，可再生能源企业需支付偏差电量部分对应的受端省替代发电的费用和受端省配额制需求方的绿色证书，需要承担市场波动的风险，实现了谁产生的成本谁承担，激励可再生能源提升出力预测水平。
图2 可再生能源实时无法发出日前预测电量时的结算关系
4. 国家可再生能源市场模型
（1）内嵌考虑输电成本的国家可再生能源市场交易出清模型，以交易创造的总剩余（购售价差减去省间输配电价）最大为目标，考虑了跨省联络线传输功率约束、送端节点最大送出能力约束、受端节点最大接受能力约束，对各省交易主体进行最优匹配。
（2）国家可再生能源市场出清结果反馈给省级市场后，省级市场需将国家可再生能源市场出清结果内嵌到SCUC程序中，构建日前多目标规划。优先级最高的目标为尽可能满足可再生能源市场的出清结果，当出清结果无法满足时，根据交易创造的剩余有序削减成交结果。在最大化满足可再生能源市场交易结果的前提下，以总费用最小的原则进行机组组合，就能够得到日前市场出清后国家可再生能源市场交易结果执行情况。
5. 算例分析
本文将我国特高压跨区互联电网进行了简化处理，抽象成6个地区的系统进行算例分析，6地区的系统结构如图3所示。
图3 6地区系统结构图
图4为在交易出清中考虑与不考虑输电费用下地区1-5、1-6之间国家可再生能源市场交易结果的变化，可以看出输电费用对出清的影响。各常规电源申报的可再生能源总需求为当日负荷需求的7%，交易成功消纳的可再生能源占6个地区当日总用电负荷的4.87%。
图4 1-5和1-6联络线考虑输电费前后变化
作者信息
电机系博士 马子明
清华大学电机系夏清教授、康重庆教授团队目前主要从事电力系统规划、调度运行、智能电网、电力市场、负荷预测、新能源、低碳电力和综合能源系统等领域的研究工作。近5年团队发表或录用SCI论文40余篇，其中20余篇发表在IEEE Transactions上，近5年EI论文140余篇。所研发的负荷预测软件在我国200余家地市电网得到推广应用，发电计划与检修计划软件在全国10余个省级调度中心应用，电力系统运行模拟软件在全国十余个省级经研院或规划中心应用。
引用本文的格式：
马子明,钟海旺,谭振飞,等.以配额制激励可再生能源的需求与供给：国家可再生能源市场机制设计[J].电力系统自动化,2017,41(24):90-96.
MA Ziming,ZHONG Haiwang,TAN Zhenfei, et al.Incenting Demand and Supply of Renewable Energy with Renewable Portfolio Standard: Mechanism Design of National Renewable Energy Market[J].Automation of Electric Power Systems,2017,41(24):90-96.
doi: 10.7500/AEPS20170409004.
文 | 马子明
编辑 | 宇娟
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