以可再生能源為主的巴西電力市場機制及對我國的啟示

（浙江華云信息科技有限公司，杭州 310007）

0 引言

截至2019 年底，我國可再生能源裝機占總裝機的39.5%，發(fā)電量占總發(fā)電量的27.5%。隨著可再生能源裝機比例不斷提高，近年來，我國一些地區(qū)棄風棄水的現(xiàn)象愈加嚴重，可再生能源消納問題日漸突出。

2015 年，《關(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見》（以下簡稱“中發(fā)〔2015〕9 號文”）及配套文件指出電力市場由中長期市場和現(xiàn)貨市場組成，并明確提出形成促進可再生能源利用的市場機制，鼓勵可再生能源參與電力市場[1]。2019 年，《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機制的通知》（發(fā)改能源〔2019〕807 號）的印發(fā)，為可再生能源消納奠定了制度保障，并指出電力市場是未來可再生能源消納的主要環(huán)境[2]。

國內(nèi)各省份電力市場的建設(shè)模式不盡相同，但都是主要借鑒國外典型電力市場建設(shè)經(jīng)驗[3-4]。例如，浙江電力市場主要借鑒美國PJM 電力市場，但是在電力市場建設(shè)過程中，沒有充分考慮未來高比例可再生能源參與電力市場的機制建設(shè)。國外典型電力市場在建設(shè)初期也未充分考慮可再生能源參與電力市場的機制[5-7]。電力市場建設(shè)是一個復雜且不斷演進的過程，隨著可再生能源裝機比例的提高，越來越多的可再生能源發(fā)電企業(yè)將參與電力市場。由于可再生能源生產(chǎn)成本接近于零，總是以最大容量運行，對電力市場的出清結(jié)果會有很大影響，導致市場出清價格降低。

國內(nèi)對高比例可再生能源參與電力市場有一定的研究[6-12]，主要集中在高比例可再生能源電力市場體系建設(shè)，但目前的電力市場設(shè)計不能完全支持高比例可再生能源參與電力市場。

因此，批發(fā)電力市場設(shè)計應充分考慮高比例可再生能源發(fā)電參與電力市場的影響。本文首先分析了可再生能源對電力市場的影響，其次介紹可再生能源比例較高的巴西電力市場建設(shè)情況，梳理了巴西支撐高比例可再生能源參與電力市場機制的建設(shè)經(jīng)驗，最后總結(jié)巴西電力市場建設(shè)對我國可再生能源參與電力市場設(shè)計的啟示。

1 可再生能源對電力市場的影響

隨著中發(fā)〔2015〕9 號文的發(fā)布以及可再生能源電力消納保障機制的下發(fā)，可以預計未來可再生能源在電力市場中的參與程度將不斷提高。與此同時，這一過程也有助于降低可再生能源發(fā)電技術(shù)成本。目前行業(yè)已普遍達成共識，大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電不僅在技術(shù)上可行，而且在未來電力市場中將發(fā)揮重要作用。

可再生能源發(fā)電技術(shù)呈現(xiàn)出完全不同的成本和風險結(jié)構(gòu)，與化石燃料熱電廠不同，可再生能源發(fā)電技術(shù)的可變成本可忽略不計，這意味著它們不存在燃料成本的不確定性，但也不是無風險的，因為其發(fā)電能力受到自然能源隨機可用性的限制。

高比例可再生能源參與電力市場機制設(shè)計，應為可再生能源設(shè)計響應的激勵機制，從而促使可再生能源投資者能夠協(xié)調(diào)一致，以確保資源充足、成本最低?？稍偕茉窗l(fā)電的隨機性與不確定性，增加了預測需求的不確定性，也增加了其他發(fā)電商和消費者對價格反應的敏感性，從而突出了現(xiàn)貨市場定價機制的重要性。

2 巴西電力市場建設(shè)經(jīng)驗

巴西面積851 萬km2，是世界上國土面積第五大的國家，人口2.1 億，自然資源豐富，地處熱帶，水資源極其豐富。近年來經(jīng)濟發(fā)展迅速，與中國一樣是金磚國家之一。

可再生能源發(fā)電在巴西電力工業(yè)中占重要地位[13-17]。巴西電力市場與其他國家電力市場建設(shè)路徑不同，在建設(shè)初期就是以可再生能源為主的電力市場。巴西電力市場為研究可再生能源參與電力市場設(shè)計提供了一個很好的樣板。

2.1 巴西電力行業(yè)概況

截至2018 年底，巴西總發(fā)電量5 880 億kWh，其中：水電3 880 億kWh，新能源1 050 億kWh，火電340 億kWh，燃氣發(fā)電470 億kWh，約75%的電力來自清潔能源。

巴西的電力主要由水力發(fā)電廠供應，近年來，風力發(fā)電和生物質(zhì)熱電廠的發(fā)電量顯著增加。在未來幾年，太陽能發(fā)電也有望成為一種越來越重要的能源。

巴西運行著一個大型輸電網(wǎng)，即SIN（國家互聯(lián)系統(tǒng)），它由南部、東南部/中西部、東北部和北部4 個系統(tǒng)組成，如圖1 所示。SIN 由獨立的ONS（國家電力調(diào)度中心）運營，并由ANEEL 監(jiān)管。截至2018 年底，SIN 輸電線路總長134 765 km，滿足了99%的總體電力需求。

圖1 巴西電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2.2 巴西電力市場改革進程

巴西電力市場改革可以大體分為三個階段：第一階段，1995 年以前，巴西電力行業(yè)一直是國家壟斷行業(yè)。第二階段，為1995—2004 年的自由電力市場模式，1995 年巴西首次嘗試對電力行業(yè)進行自由化和重組，開創(chuàng)新的電力市場模式，建立了MAE（電力批發(fā)市場），但2000—2001 年受能源危機影響，電力市場一度停擺。第三個階段，政府在2004 年進行了第二次電力體制改革，也是更為實質(zhì)性的改革，建立了電力市場新模式。三個階段的電力市場模式對比分析見表1。

表1 巴西電力市場三個階段模式對比

2.3 巴西電力行業(yè)主要管理機構(gòu)

巴西電力行業(yè)主要管理機構(gòu)[17]如圖2 所示。

CNPE（國家能源政策委員會）是一個由礦業(yè)能源部長主持的多部委理事會。CNPE 充當能源政策設(shè)計委員會顧問，特別關(guān)注供應安全和國家能源資源的開發(fā)。

MME（礦業(yè)能源部）是負責能源部門立法、監(jiān)管和控制旨在促進該部門發(fā)展的政策的主要政府機構(gòu)。

圖2 巴西電力行業(yè)管理機構(gòu)

EPE（能源研究院）是一個公共實體，代表MME開展技術(shù)研究并為政府能源規(guī)劃提供投入。EPE還為發(fā)電能力拍賣提供技術(shù)支持。

CMSE（電力行業(yè)監(jiān)督委員會）負責監(jiān)察電力供應的連續(xù)性和可靠性，并向CNPE 提供預防和糾正措施的建議。

ANEEL（國家電力監(jiān)管局）監(jiān)管和監(jiān)督電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和商業(yè)化。ANEEL 規(guī)定了電力運輸和消費關(guān)稅，并確保了輸配電特許權(quán)的財政和經(jīng)濟可行性。

CCEE（電力交易中心）是一個非營利性的私人法人實體，受ANEEL 監(jiān)管，并監(jiān)督SIN 的電力商業(yè)化。CCEE 負責ACR（管制合同市場）和ACL（自由合同市場）的運營，并保存所有能源合同的記錄。此外，該機構(gòu)還負責能源生產(chǎn)和消費的核算，以及付款結(jié)算或違約制裁。CCEE 還計算差額結(jié)算價格，并結(jié)算合同金額和供應金額之間的財務差額。

ONS 是非盈利的私人法人實體，受ANEEL監(jiān)管和監(jiān)督。ONS 的一項主要職責是考慮電網(wǎng)限制、資源可用性和氣候預測的情況下，確定和組織電廠調(diào)度。

2.4 巴西電力市場

自2004 年以來，電力出現(xiàn)ACR 和ACL 兩種不同的商業(yè)化合同環(huán)境。巴西的新電力市場模式如圖3 所示。

2.4.1 ACR 模式

圖3 巴西新電力市場模式

在ACR 中，消費者從當?shù)嘏潆姽举徺I電力。為了促進競爭和提高成本效率，配電公司必須通過政府拍賣購買電力。這些拍賣會由MME組織，由ANEEL 進行監(jiān)管。MME 規(guī)定了每次拍賣的指導原則，包括提供的合同類型、合同指數(shù)化和交貨期。拍賣合同能源將提前“x”年交付，被稱為“A－x”拍賣，其中“x”代表交付年份?，F(xiàn)有的和新的發(fā)電廠在不同的拍賣會上競爭。MME 會對不同發(fā)電技術(shù)之間的合同量進行劃分。

2.4.1.1 ACR 中主要拍賣類型

（1）現(xiàn)有的LEE（能源拍賣）將PPAs（電力購買協(xié)議）的期限延長至15 年。只有現(xiàn)有發(fā)電廠才能參加這種拍賣，目的是更新配電公司現(xiàn)有的合同，降低價格上漲的風險。在拍賣日期的同一年或兩年內(nèi)開始交付。

（2）LEN（新能源拍賣），分配長達30 年的長期購電協(xié)議，在3～6 年或更長時間內(nèi)交付。新能源拍賣每年至少舉行2 次，以確保電力系統(tǒng)的增長符合預期的需求增長。

（3）同年交付的短期購電協(xié)議調(diào)整拍賣。這些活動每年進行4 次，以便經(jīng)銷商能夠根據(jù)需求進行短期調(diào)整。

2.4.1.2 ACR 中兩種類型的電力合同

（1）能源數(shù)量合同：這些是金融遠期合同，承諾發(fā)電商在規(guī)定的時間內(nèi)以每兆瓦時的給定價格提供固定數(shù)量的能源。在巴西，這種合同通常用于水力發(fā)電。水電站發(fā)電成本的水文風險和變化由發(fā)電商承擔。

（2）能源可用性合同：在這些合同中，發(fā)電商使其工廠的發(fā)電能力可用，并獲得固定收入作為回報。當這些電廠被調(diào)度時，配電公司承擔發(fā)電的可變（燃料）成本和潛在的不平衡結(jié)算成本或收入。通過可用性合同簽訂的發(fā)電廠（其中大部分為熱電廠和風力發(fā)電廠）由國家統(tǒng)計局根據(jù)優(yōu)先順序規(guī)則和最大化供應安全性的組合進行調(diào)度，這些合同類似于能源看漲期權(quán)。

2.4.2 ACL 模式

在ACL 中，最低需求為3 MW 的用戶（自由用戶）可以直接從發(fā)電機和貿(mào)易商處購買電力。為了推廣可再生能源，最低需求量為500 kW 的用戶（特殊用戶）也可以參與ACL，只要他們完全從這些來源購買電力。能源價格和合同條款、條件在ACL 中進行雙邊談判。

雖然ACL 合同對消費者和發(fā)電商都很有吸引力，但它們通常最長限制在3～5 年內(nèi)，因此很難進行資本密集型可再生能源投資，因為這些投資需要長期和安全的能源銷售安排，才能使投資者在財務上可行。因此，更具吸引力的短期ACL合同通常用于補充ACR 的長期收入。

2.4.3 巴西短期市場（現(xiàn)貨市場）

CCEE 還負責通過計算在RCE（管制合同環(huán)境）和FCE（自由合同環(huán)境）下有效生產(chǎn)或消費的產(chǎn)品與合同的差異，促進代理商在短期市場上交易的月度核算，如圖4 所示。這些差異（不平衡）以PLD（短期價格）結(jié)算。SIN 中的發(fā)電調(diào)度方法是基于集中調(diào)度，并使用優(yōu)化工具。選擇這種調(diào)度方式而不是投標方案的原因是巴西體制的特殊性，因為位于同一條河上的水電廠屬于不同主體，并且水電出力受水流隨機流量的影響。

圖4 短期電力市場（現(xiàn)貨市場）

3 巴西電力市場交易機制設(shè)計經(jīng)驗

巴西在電力市場改革中也遇到了一些問題，并因此積累了較多經(jīng)驗，特別是在適應高比例可再生能源的電力市場設(shè)計方面。

3.1 建立中長期合同拍賣機制

通過集中拍賣的方式簽訂中長期合同以滿足未來需求，是巴西當前電力市場一個特別引人注目的特點。利用拍賣提前幾年簽訂未來電力供應合同，從而使發(fā)電企業(yè)和電力用戶積極參與，這是培育完全可競爭市場的有效途徑。這大大降低了市場力濫用的風險，有助于促進有效的擴張，并減輕了發(fā)電商和消費者的風險。

在這些拍賣中，確立的中長期出售合同使市場參與者能夠根據(jù)當前的市場預期做出長期投資決策。只要企業(yè)履行合同，供應商的收入和買方的成本將是合同條款規(guī)定的，這大大降低了市場的不確定性，促進了長期投資。

3.2 建立標準化合同

考慮到供需的隨機性，以及由于短期需求的低價格彈性導致的價格大幅波動，電力市場非常容易受到經(jīng)濟繁榮和蕭條周期的影響。穩(wěn)定市場的關(guān)鍵在于讓市場參與者預測未來的情況，無論是在供不應求階段還是供過于求階段。實現(xiàn)這一目標的方法是形成中長期合同。中長期合同不僅有助于穩(wěn)定收入流，而且有助于投資決策，從而通過買方和買方之間的長期合同來分擔風險。然而，只有在接近交貨日期時，才能做出更準確的決策，因為可以獲得關(guān)于當前供需的更準確的信息，這對于依賴天氣條件（降雨、風力、陽光等）的可再生能源尤其重要。為了使長期頭寸與接近交割日期時可能做出的更精細的決策相協(xié)調(diào)，市場參與者可以通過購買或出售部分現(xiàn)有合同在二級市場進行調(diào)整。為了培育充滿活力的二級市場，應該推廣標準化合約。合同標準化增加了市場流動性，降低了交易成本，使參與者能夠通過購買或出售額外的可置換合同來調(diào)整其市場地位。

3.3 設(shè)立做市商

為確保資源充足，將設(shè)立做市商。做市商將是一個獨立的實體，負責中長期合同以外的能源，以確保所需的供應擴大，來確保資源充足性和安全性達到所需的可靠性水平。當供應被認為不足以滿足預期可靠性水平的未來預測需求時，將舉行拍賣會，以合同形式提前3 年交易。發(fā)電商將通過遞減報價拍賣來獲得中長期合同，做市商將是這些合同的購買者。做市商隨后將以較短的交貨期和合同期限在二級市場上提供可用可交易能源，做市商合同的剩余能源將在現(xiàn)貨市場上提供。做市商將遵循預先制定的商業(yè)化程序和定價規(guī)則。做市商的定價政策應包括定價規(guī)則，以涵蓋做市功能中承擔的風險。如果做市商出現(xiàn)收入短缺，將對短期合同和現(xiàn)貨市場交易征收費用，以彌補虧損，確保做市商的成本主要由有效依賴做市商供應的客戶承擔。

因此，做市商將確保系統(tǒng)擴張時的供應安全，它還將有助于確保市場流動性，并充當市場定價的錨。最終，一些市場參與者可能會尋求與做市商競爭，提前建設(shè)或承包電力供應，通過這種方式向那些不能或不愿簽訂中長期合同的用戶銷售電力。

3.4 建立兩部制結(jié)算制

運營和現(xiàn)貨市場定價將不再由系統(tǒng)運營商和官方算法決定，而是根據(jù)市場參與者在現(xiàn)貨市場上提交的投標書來確定，這將為發(fā)電商提供更多的運營自主權(quán)，更好地激勵市場參與者積極尋求優(yōu)化運營。

現(xiàn)貨市場將采取兩部制結(jié)算系統(tǒng)的形式。第一個結(jié)算是日前市場的結(jié)算，該市場將決定第二天的調(diào)度命令（可能會因電力緊張而進行調(diào)整）；第二個結(jié)算將在事后（即運營后）根據(jù)預先確定的調(diào)度命令，以及每個市場參與者能源供應量和消耗量進行結(jié)算。

兩部制結(jié)算系統(tǒng)是電力現(xiàn)貨市場的主要模式。它使系統(tǒng)運行商能夠以非常相似的方式指揮和控制每日調(diào)度。它為發(fā)電商提供了適當?shù)募畲胧?，以滿足系統(tǒng)需求，并在電價超過其設(shè)定的電力價值時，鼓勵消費者減少消耗。它還促進了生產(chǎn)者之間的競爭，通過競爭來約束價格。

4 結(jié)語

由于可再生能源的典型特征，巴西電力市場在建設(shè)過程中也出現(xiàn)了一些問題，甚至由于能源危機出現(xiàn)過停擺，這說明電力市場改革不是一蹴而就的，特別是高比例可再生能源參與電力市場機制需要考慮的因素更多。巴西電力市場建設(shè)是一個不斷推進、不斷完善的過程，自2004 年開始建立新的模式后，建立了一些系列保障新能源消納的交易產(chǎn)品或市場機制，電力市場運行良好，并處于不斷完善中。

我國與巴西在很多方面有相似性，比如國土面積接近，自然資源豐富，經(jīng)濟發(fā)展迅速，可再生能源占比越來越高，因此巴西電力市場建設(shè)對我國電力市場建設(shè)，特別是促進可再生能源消納市場機制建設(shè)具有一定的借鑒意義。進一步加強可再生能源參與市場的機制設(shè)計和設(shè)計相應的可再生能源交易品種，可促進可再生能源參與電力市場，促進可再生能源消納?？紤]到我國能源狀況比較特殊，比如可再生能源電源點與用電負荷分布不均，大型水電和風電等主要分布在西北和西南地區(qū)，可再生能源需要通過特高壓線路進行跨省跨區(qū)大范圍優(yōu)化配置，這也給可再生能源消納帶來了一定的困難，需要針對我國可再生能源的特點，有針對性地建立一系列保障機制，通過優(yōu)化可再生能源參與電力市場機制，確?？稍偕茉聪{，切實落實國家可再生能源保障政策，同時推動電力市場建設(shè)。