基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的可再生能源消納保障機(jī)制效果模擬

嚴(yán)旭，李明，梁志飛，粱濤，李瑩，譚杰仁

(1. 廣州電力交易中心有限責(zé)任公司，廣州510000；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣州510663；3. 水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京100120)

0 引言

對(duì)可再生能源的開發(fā)和利用，是世界各國(guó)解決傳統(tǒng)能源帶來的諸如氣候變化、環(huán)境污染等一系列問題的有效途徑[1 - 2]。我國(guó)為了兌現(xiàn)京都議定書中的減排承諾[3]，制定了一系列的可再生能源政策，扶持可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其中可再生能源電力消納保障機(jī)制是其中的一部分。

在經(jīng)歷了2018年的3次征求意見稿之后，國(guó)家發(fā)改委與能源局于2019年5月10日發(fā)布了《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》，并隨通知發(fā)布了《可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重確定和消納量核算方法(試行)》和《各省(自治區(qū)、直轄市)可再生能源以及非水電可再生能源電力總量消納責(zé)任權(quán)重》。該通知的發(fā)布意味著我國(guó)正式建立了對(duì)可再生能源的消納考核制度。與發(fā)達(dá)國(guó)家的可再生能源配額制度不同，我國(guó)的可再生能源消納考核機(jī)制的一個(gè)顯著的特點(diǎn)是完成考核的主要方式是實(shí)際消納可再生能源電量，并輔以購(gòu)入超額消納量與綠證。此外，當(dāng)前機(jī)制并未對(duì)未完成消納責(zé)任的市場(chǎng)主體設(shè)置罰金，而是將消納責(zé)任的完成情況納入相關(guān)市場(chǎng)主體的信用評(píng)價(jià)考核體系當(dāng)中。因此從消納責(zé)任的完成方式來看，超額消納量以及綠證的價(jià)格在某種程度上起到了對(duì)承擔(dān)消納責(zé)任的市場(chǎng)主體未完成消納考核時(shí)罰金的作用。

當(dāng)前，我國(guó)的可再生能源消納保障機(jī)制已經(jīng)進(jìn)入了落地實(shí)施的階段，廣州電力交易中心以及北京電力交易中心目前正在開展超額消納量市場(chǎng)的建設(shè)工作。研究當(dāng)前的可再生能源消納保障機(jī)制對(duì)超額消納量市場(chǎng)、綠證市場(chǎng)、可再生能源裝機(jī)容量以及可再生能源電力交易市場(chǎng)價(jià)格會(huì)帶來何種影響，對(duì)于充分了解可再生能源消納保障機(jī)制政策效果，推動(dòng)可再生能源事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

1 當(dāng)前研究綜述

對(duì)于可再生能源消納保障機(jī)制實(shí)施之后給電力市場(chǎng)帶來的影響，彭澎認(rèn)為，配額制的實(shí)施除了對(duì)電力用戶需求結(jié)構(gòu)有較大的調(diào)整以外，還將促進(jìn)跨省跨區(qū)電力通道建設(shè)以及電力輔助服務(wù)的發(fā)展[4]。梁鈺等人對(duì)比分析了可再生能源固定電價(jià)政策和可再生能源配額制，認(rèn)為固定補(bǔ)貼制度相比于配額制雖然具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，但缺乏一定的可持續(xù)性；此外由于市場(chǎng)優(yōu)勝劣汰，配額制的實(shí)施有可能在發(fā)電市場(chǎng)帶來一定的壟斷問題[5]；蔣桂武構(gòu)建了基于中國(guó)電力市場(chǎng)的博弈模型，認(rèn)為配額制實(shí)施后如果對(duì)綠電廠商的勾結(jié)行為處理不當(dāng)，將極易導(dǎo)致綠證市場(chǎng)的失靈，因此在制度設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)設(shè)置合適的機(jī)制對(duì)此加以控制[6]。朱繼忠通過構(gòu)建配額制下的中國(guó)電力市場(chǎng)均衡模型，得到了“配額制的實(shí)施不僅能提升綠色電力強(qiáng)制配額上網(wǎng)環(huán)境下的總效益，而且能平衡利潤(rùn)和電價(jià)波動(dòng)所帶來的風(fēng)險(xiǎn)”[7]的結(jié)論。

配額制的實(shí)施及交易會(huì)對(duì)電價(jià)帶來何種影響，國(guó)內(nèi)學(xué)者在該主題上的研究不多。國(guó)外學(xué)者在該問題的研究中也存在著一定的分歧，有的研究表明配額制傾向與提高電力市場(chǎng)價(jià)格[8 - 9]，也有研究認(rèn)為有利于降低電力消費(fèi)價(jià)格[10]，或者不構(gòu)成對(duì)電價(jià)的影響[11]。我國(guó)學(xué)者寧俊飛以1990—2008年美國(guó)19個(gè)州的面板數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證檢驗(yàn)，則得出了配額制將提升整體電價(jià)水平的結(jié)論[12]。

在對(duì)綠證市場(chǎng)的影響方面，趙新剛從電源結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，研究了綠證市場(chǎng)與電能量市場(chǎng)相互作用的關(guān)系，并對(duì)配額制實(shí)施后可再生能源綠色證書的價(jià)格進(jìn)行了預(yù)測(cè)[13]。張洪秩、譚忠富等人也構(gòu)建了綠證市場(chǎng)、碳市場(chǎng)以及電力市場(chǎng)相互影響的模型[14 - 15]。但以上模型的討論是在我國(guó)正式建立可再生能源消納保障機(jī)制以前，模型的相關(guān)假設(shè)與當(dāng)前的政策機(jī)制存在一定的差異，因此有必要以新的邊界條件對(duì)此進(jìn)行修正，并開展進(jìn)一步的研究。

2 模型構(gòu)建

2.1 主要思路

為了研究消納量市場(chǎng)、電量市場(chǎng)之間的相互作用關(guān)系，本文以非水可再生能源為主要研究對(duì)象。根據(jù)當(dāng)前我國(guó)非水可再生能源的主要裝機(jī)類型，本文將非水可再生能源區(qū)分風(fēng)電與光伏兩種裝機(jī)類型分別研究。

在前人研究基礎(chǔ)上，模型構(gòu)建的主要思路如圖1所示。首先根據(jù)當(dāng)前的可再生能源消納保障機(jī)制，政府會(huì)針對(duì)非水可再生能源制定一定的消納責(zé)任權(quán)重，該權(quán)重決定了非水可再生能源電量、綠證以及超額消納量(統(tǒng)稱為“消納量”)的需求，而當(dāng)前的非水可再生能源的裝機(jī)容量則決定了非水可再生能源電量、綠證以及超額消納量市場(chǎng)的供給，綠證和超額消納量的價(jià)格由需求曲線以及供給曲線共同決定。綠證價(jià)格、超額消納量?jī)r(jià)格以及非水可再生能源電量的價(jià)格一起決定了非水可再生能源發(fā)電商的綜合收益，進(jìn)而影響非水可再生能源的新增裝機(jī)容量。非水可再生能源裝機(jī)容量的變化則會(huì)帶來供給曲線的調(diào)整，從而反過來對(duì)綠證和超額消納量的價(jià)格進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此形成一個(gè)完整的反饋回路。

圖1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的基本反饋回路Fig.1 Basic feedback loop of system dynamics model

以風(fēng)電為例，模型中對(duì)于可再生能源裝機(jī)容量以及消納量?jī)r(jià)格的主要反饋回路為：非水可再生能源消納權(quán)重→非水可再生能源消納量需求量→綠證、超額消納量出清價(jià)格→風(fēng)電度電綜合收益→新增風(fēng)電裝機(jī)容量→風(fēng)電消納量供給量→非水可再生能源消納量供給量→綠證、超額消納量出清價(jià)格。

為了進(jìn)一步厘清相關(guān)變量之間的聯(lián)系，構(gòu)建更為細(xì)致的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，需要基于對(duì)當(dāng)前的可再生能源消納保障機(jī)制分析，提出模型的關(guān)鍵假設(shè)，并對(duì)消納量交易中的潛在市場(chǎng)行為進(jìn)行分析。

2.2 關(guān)鍵假設(shè)及討論

為了研究可再生能源消納保障機(jī)制的實(shí)施對(duì)相關(guān)市場(chǎng)變量的影響，以云南省非水可再生能源為研究對(duì)象，構(gòu)建關(guān)于消納量市場(chǎng)與可再生能源電力市場(chǎng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)當(dāng)前可再生能源消納保障機(jī)制，做出了如下的假設(shè)。

假設(shè)一：通過電力市場(chǎng)出售或保障性收購(gòu)的非水可再生能源電量所對(duì)應(yīng)的綠證還可以在消納量市場(chǎng)中出售，即允許這部分消納量重復(fù)計(jì)算，這也是當(dāng)前部分學(xué)者所關(guān)心的一個(gè)問題[16]。2019年5月發(fā)布的《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》已經(jīng)拋棄2018年的三次征求意見稿中關(guān)于“配額制”的提法，規(guī)定承擔(dān)消納責(zé)任的市場(chǎng)主體主要通過實(shí)際消納可再生能源電量的方式來完成消納責(zé)任，不足的部分通過購(gòu)買超額消納量或綠證來完成，并且不設(shè)置罰金制度，綠證或超額消納量的價(jià)格某種程度就起到了國(guó)外可再生能源配額制政策中罰金的作用。

假設(shè)二：省內(nèi)消納量的供求關(guān)系和出清價(jià)格與全國(guó)消納量的供求關(guān)系和出清價(jià)格一致?？稍偕茉聪{保障機(jī)制實(shí)施以后，對(duì)于一個(gè)省級(jí)行政單位來說，本省的可再生能源消納責(zé)任權(quán)重的設(shè)置雖然影響了本省消納量的供給和需求，但是由于綠證和超額消納量交易無需借助物理通道的支持，因此可以借助廣州及北京電力交易中心所運(yùn)行的交易平臺(tái)在更大范圍內(nèi)去實(shí)現(xiàn)供需的平衡。由于云南省市場(chǎng)對(duì)全國(guó)市場(chǎng)相比體量較小，因此受大市場(chǎng)的影響，云南省內(nèi)消納量的供求關(guān)系與全國(guó)消納量的供求關(guān)系一致，且有共同的出清價(jià)格，其出清價(jià)格由全國(guó)市場(chǎng)的需求和供給曲線所決定。

全國(guó)消納量的供給曲線由各省歷史年度可再生能源新增裝機(jī)及其對(duì)應(yīng)的補(bǔ)貼金額、發(fā)電小時(shí)數(shù)所決定。為了簡(jiǎn)便起見，本文認(rèn)為云南省內(nèi)消納量需求與省內(nèi)的供給曲線所形成的出清價(jià)格與全國(guó)市場(chǎng)的出清價(jià)格偏差不大。

假設(shè)三：非水可再生能源次年的裝機(jī)容量增長(zhǎng)率受當(dāng)年非水可再生能源度電收益與其平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)的影響，參考譚忠富等人的文章，非水可再生能源的裝機(jī)容量增長(zhǎng)率且滿足以下形式：

次年非水可再生能源裝機(jī)容量增長(zhǎng)率=非水可再生能源投資均衡率×當(dāng)年非水可再生能源投資乘數(shù)

當(dāng)年非水可再生能源投資乘數(shù)=(當(dāng)年非水可再生能源度電綜合收益-當(dāng)年非水可再生能源LCOE)/當(dāng)年非水可再生能源LCOE，其中非水可再生能源投資均衡率取10.4%[14]。

2.3 對(duì)消納量交易潛在市場(chǎng)行為的進(jìn)一步分析

可再生能源消納保障機(jī)制實(shí)施以后，一般來說承擔(dān)消納責(zé)任的市場(chǎng)主體完成消納責(zé)任的方式取決于這種方式的成本，而可再生能源發(fā)電企業(yè)采取的市場(chǎng)策略取決于這種策略所帶來的收益，因此結(jié)合當(dāng)前可再生能源消納保障機(jī)制及以上的關(guān)鍵假設(shè)，可以得到以下的主要結(jié)論。

結(jié)論一：就完成非水可再生能源消納責(zé)任而言，超額消納量和綠證對(duì)于承擔(dān)消納責(zé)任的市場(chǎng)主體來說是同質(zhì)商品，因此超額消納量和綠證應(yīng)當(dāng)具有統(tǒng)一的出清價(jià)格。

結(jié)論二：與結(jié)論一相似，風(fēng)電電量與光伏電量單就完成非水可再生能源消納責(zé)任而言，對(duì)于承擔(dān)消納責(zé)任的市場(chǎng)主體來說也是同質(zhì)商品，因此這兩種電量也應(yīng)當(dāng)具有統(tǒng)一的出清價(jià)格。

結(jié)論三：非水可再生能源電量的均衡價(jià)格等于常規(guī)能源電量均衡價(jià)格與消納量均衡價(jià)格之和。對(duì)于承擔(dān)消納責(zé)任權(quán)重的市場(chǎng)主體而言，在電量市場(chǎng)購(gòu)買常規(guī)電量并在消納量市場(chǎng)購(gòu)買消納量，可以實(shí)現(xiàn)與單獨(dú)購(gòu)買非水可再生能源電量相同的消納效果，因此非水可再生能源電量市場(chǎng)和消納量市場(chǎng)都處在均衡狀態(tài)下，非水可再生能源電量的均衡價(jià)格等于常規(guī)能源電量均衡價(jià)格與消納量均衡價(jià)格之和。

基于以上的假設(shè)與結(jié)論，本文構(gòu)建了基于消納量市場(chǎng)與可再生能源電量市場(chǎng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，如圖2所示，圖中的主要關(guān)系及參數(shù)見2.4節(jié)。

圖2 基于消納量市場(chǎng)與可再生能源電量市場(chǎng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型Fig.2 System dynamics model based on renewable energy consumption market and renewable energy electricity market

2.4 模型主要關(guān)系及參數(shù)說明

模型中將非水可再生能源區(qū)分為風(fēng)電和光伏分別考慮，以云南省研究對(duì)象，相關(guān)參數(shù)的關(guān)系與取值如下所示。

1)風(fēng)電(光伏)裝機(jī)容量=上一年風(fēng)電(光伏)期末裝機(jī)裝機(jī)容量+本年新增風(fēng)電(光伏)裝機(jī)容量-風(fēng)電(光伏)設(shè)備退役容量。為了簡(jiǎn)便起見，模型中不考慮存量裝機(jī)的容量衰減情況，另外由于光伏與風(fēng)電設(shè)備年限都在25 a以上，我國(guó)風(fēng)電與光伏大規(guī)模的新增裝機(jī)都在2010年開始，本模型的模擬計(jì)算期從2020年到2035年，因此模擬期也無退役容量。模擬期初(2019年)年末云南省風(fēng)電(光伏)分別為8.628 GW、3.499 GW。

2)新增風(fēng)電(光伏)裝機(jī)容量=風(fēng)電(光伏)裝機(jī)容量×風(fēng)電(光伏)裝機(jī)容量增長(zhǎng)率。

3)風(fēng)電(光伏)裝機(jī)容量增長(zhǎng)率由2.2節(jié)中的假設(shè)三所決定。風(fēng)電(光伏)在模擬期的度電LCOE如表1所示[17]。

表1 模擬期風(fēng)電及光伏LCOE預(yù)測(cè)Tab.1 LCOE prediction of wind power and photovoltaic in simulation period元/kWh

4)風(fēng)電(光伏)發(fā)電量=(期初風(fēng)電(光伏)裝機(jī)容量+期末風(fēng)電(光伏)裝機(jī)容量)/2×風(fēng)電(光伏)平均利用小時(shí)數(shù)，其中風(fēng)電、光伏平均利用小時(shí)數(shù)參考云南省風(fēng)電、光伏歷史平均小時(shí)數(shù)，分別取值2 830 h、1 290 h。

5)本文定義基礎(chǔ)消納量供給量為非水可再生能源電量所代表的消納量，即：風(fēng)電(光伏)基礎(chǔ)消納量供給量=風(fēng)電(光伏)發(fā)電量。

6)非水基礎(chǔ)消納量供給量=風(fēng)電基礎(chǔ)消納量供給量+光伏基礎(chǔ)消納量供給量。

7)本文中定義了額外消納量需求量為除了實(shí)際消納非水可再生能源電量以外所需的消納量，可以通過超額消納量市場(chǎng)和綠證市場(chǎng)提供供給。因此，額外消納量需求量=非水消納量需求量-非水基礎(chǔ)消納量供給量。

8)非水消納量需求量=全社會(huì)用電量×非水消納責(zé)任權(quán)重規(guī)劃目標(biāo)，其中非水消納責(zé)任權(quán)重規(guī)劃目標(biāo)即政府制定的非水可再生能源消納權(quán)重指標(biāo)。后文假設(shè)消納責(zé)任權(quán)重指標(biāo)以3種原則制定，即“逐年遞增”、“基于在歷史實(shí)際消納比重上浮一定幅度”或“固定目標(biāo)權(quán)重”，對(duì)應(yīng)第3節(jié)中的3種政策情景。

9)全社會(huì)用電量=上一年全社會(huì)用電量×(1+用電增長(zhǎng)率)，2019年云南省全社會(huì)用電量為181.204 TWh，模擬期用電增長(zhǎng)率固定為7%。

10)從前文的分析可知，當(dāng)風(fēng)電和光伏的發(fā)電量即可滿足考核要求時(shí)，額外消納量需求量為零，這時(shí)市場(chǎng)中超額消納量有盈余，超額消納量和綠證的價(jià)格都將趨近與零；當(dāng)風(fēng)電和光伏的發(fā)電量不能滿足考核要求時(shí)，額外消納量需求大于零，根據(jù)2.3節(jié)結(jié)論一，這時(shí)超額消納量與綠證具有相同的出清價(jià)格，由于這時(shí)超額消納量與綠證相比供給較少，因此該出清價(jià)格由歷年綠證供給曲線與額外消納量需求量的需求曲線所決定。

此外，根據(jù)當(dāng)前的綠證制度，當(dāng)進(jìn)入補(bǔ)貼目錄的風(fēng)電(光伏)的綠證在市場(chǎng)中出售之后無法獲得國(guó)家補(bǔ)貼。因此當(dāng)綠證的市場(chǎng)價(jià)格低于對(duì)應(yīng)電量的國(guó)家補(bǔ)貼時(shí)，綠電發(fā)電商缺乏在綠證市場(chǎng)出售綠證的動(dòng)力，因此把綠證供給量根據(jù)其補(bǔ)貼價(jià)格從低到高排列可形成供給曲線。某一年度的綠證的出清價(jià)格以如下的方式確定：以當(dāng)年為基準(zhǔn)，根據(jù)歷史各年新增裝機(jī)容量及其補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)，繪制出當(dāng)年的綠證供給曲線，當(dāng)年的額外消納需求量與綠證供給曲線(包括了光伏綠證和風(fēng)電綠證)的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的價(jià)格為當(dāng)年的綠證出清價(jià)格，如圖3所示，根據(jù)結(jié)論一，該出清價(jià)格是光伏綠證以及風(fēng)電綠證以及超額消納量的共同出清價(jià)格。易見，當(dāng)額外消納量需求量為0時(shí)，其出清價(jià)格也為0。

圖3 消納量出清價(jià)格求解示意圖Fig.3 Schematic diagram of consumption clearing price

11)根據(jù)2.3節(jié)結(jié)論三，風(fēng)電(光伏)電量市場(chǎng)均衡價(jià)格=常規(guī)能源電量均衡價(jià)格+額外消納量出清價(jià)格。其中云南省電力市場(chǎng)歷史年份常規(guī)能源電力平均價(jià)格如表2所示，因此模擬期常規(guī)能源均衡價(jià)格=FORCAST(年份，[0.179 6, 0.177 5, 0.180 8]，[2017, 2018, 2019])

表2 云南省電力市場(chǎng)歷史年份平均電價(jià)Tab.2 Average electricity price of Yunnan EM in historical years元/kWh

12)新增風(fēng)電(光伏)的度電收益=燃煤標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)×保障性收購(gòu)比例+風(fēng)電(光伏)電量市場(chǎng)均衡價(jià)格×(1-保障性收購(gòu)比例)+風(fēng)電(光伏)補(bǔ)貼單價(jià)×保障性收購(gòu)比例+消納量出清價(jià)格×(1-保障性收購(gòu)比例)。其中風(fēng)電(光伏)補(bǔ)貼假設(shè)在2019年補(bǔ)貼水平的基礎(chǔ)上以均勻水平下降并在2023年全部取消。

13)市場(chǎng)電量比例=風(fēng)電(光伏)電量市場(chǎng)均衡價(jià)格/(燃煤標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)+風(fēng)電(光伏)電量市場(chǎng)均衡價(jià)格)。

14)保障性收購(gòu)比例=當(dāng)年補(bǔ)貼單價(jià)/(當(dāng)年補(bǔ)貼單價(jià)+消納量出清價(jià)格)。

3 模擬仿真

以云南省2020年—2035年風(fēng)電及光伏發(fā)電裝機(jī)容量為研究對(duì)象，將云南省歷史年份的可再生能源補(bǔ)貼水平、新增裝機(jī)容量以及電量市場(chǎng)的常規(guī)能源電價(jià)水平等相關(guān)參數(shù)作為初始數(shù)據(jù)輸入上節(jié)構(gòu)建的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中，其中2019年非水消納量實(shí)際完成16.3%，2020年非水可再生能源消納量權(quán)重取11.5%[18]，并假設(shè)未來各年份的云南省非水可再生能源消納權(quán)重以以下3種情景取定：

情景一：未來各年非水消納量權(quán)重取值每年遞增0.5%。

情景二：未來各年非水消納量權(quán)重在上一年的實(shí)際消納量權(quán)重上的基礎(chǔ)上上浮0.5%。

情景三：未來各年非水消納量權(quán)重保持15%不變。

3.1 對(duì)消納量市場(chǎng)的影響

圖4是不同政策情境下模擬期內(nèi)消納量出清價(jià)格的變動(dòng)趨勢(shì)圖，可以看到不同政策情境下會(huì)形成不同的市場(chǎng)出清價(jià)格，但無論以何種方式制定非水可再生能源消納量權(quán)重，最終都會(huì)在2026年后形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的消納量市場(chǎng)出清價(jià)格，3種情境下穩(wěn)定的單位千瓦時(shí)對(duì)應(yīng)的額外消納量出清價(jià)格在0.027元/kWh至0.146元/kWh之間。其中情景三下額外消納量?jī)r(jià)格會(huì)呈現(xiàn)出以2年為1個(gè)周期波動(dòng)平衡，平衡期平均的出清價(jià)格為0.096元/kWh。

圖5是不同政策情境下模擬期內(nèi)綠證售量占總核發(fā)綠證量的占比，對(duì)于政策情景一，2020年—2023非水消納量權(quán)重指標(biāo)高于云南省實(shí)際的消納量，云南省能較好的完成消納量權(quán)重指標(biāo)，基本不產(chǎn)生對(duì)額外消納量的需求，因此額外消納量成交量為零，價(jià)格也為零。但是到2025年，政策情景一與政策情景三下消納量權(quán)重指標(biāo)開始高于實(shí)際消納量比重，因此消納量市場(chǎng)開始出現(xiàn)成交量，并且成交量占總綠證核發(fā)量比重不斷上升。而政策情景二下綠證需求量與核發(fā)量的比值在運(yùn)營(yíng)期內(nèi)則始終穩(wěn)定。

圖4 不同政策情境對(duì)消納量出清價(jià)格的影響Fig.4 The influence of different policy on the clearing price of extra consumption

圖5 不同政策情景對(duì)額外消納量需求的影響Fig.5 The influence of different policy on demand for extra con-sumption

3.2 對(duì)非水可再生能源裝機(jī)的影響

各政策情景方案中風(fēng)電和光伏的裝機(jī)增長(zhǎng)都具有相似，圖6則表示模擬期內(nèi)云南省風(fēng)電及光伏裝機(jī)容量提升情況，可見政策情景一風(fēng)電及光伏裝機(jī)容量提升最為明顯。從圖7可以看到，運(yùn)營(yíng)期內(nèi)非水可再生能源裝機(jī)容量增速的走勢(shì)與額外消納量的出清價(jià)格的走勢(shì)極為相似，其中政策情景一對(duì)風(fēng)電及光伏裝機(jī)的促進(jìn)作用最為明顯，進(jìn)入平穩(wěn)期內(nèi)(2026年以后)風(fēng)電與光伏合計(jì)裝機(jī)的年均增速約為7%；政策情景三下風(fēng)電與光伏的年均增速走勢(shì)與額外消納量的價(jià)格走勢(shì)保持一致，也呈現(xiàn)出波動(dòng)平衡的狀態(tài)，進(jìn)入平穩(wěn)期后風(fēng)電及光伏的合計(jì)裝機(jī)的年均增速為4.1%，政策情景二則在平穩(wěn)期內(nèi)以1%的增速保持增長(zhǎng)。本算例中假定云南省全社會(huì)用電量年增長(zhǎng)速率穩(wěn)定為7%，因此政策情景一下，穩(wěn)定期內(nèi)風(fēng)電與光伏合計(jì)裝機(jī)容量年均7%的增長(zhǎng)率僅能維持非水可再生能源的實(shí)際消納比例不變。

圖6 模擬期內(nèi)云南省風(fēng)電與光伏合計(jì)裝機(jī)容量(萬千瓦)Fig.6 Installed capacity of wind power in Yunnan Province in the simulation period (100 00 kW)

圖7 模擬期內(nèi)非水可再生能源裝機(jī)容量增速Fig.7 Growth rate of installed capacity of non-aqueous renewable energy in the simulation period

如圖8所示，若要達(dá)到保持非水可再生能源的實(shí)際消納比重持續(xù)的上升的目的，需要在政策情景一中適當(dāng)?shù)奶嵘{權(quán)重每年遞增的幅度，如當(dāng)遞增幅度為0.75%時(shí)，非水可再生能源裝機(jī)容量將超過本測(cè)算中假定的全社會(huì)用電量年增長(zhǎng)速率7%，因而從整體上表現(xiàn)為非水可再生能源實(shí)際消納比重的上升。

因此基于以上的分析，政府部門在確定非水可再生能源消納責(zé)任權(quán)重時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分權(quán)衡和分析政策的主要目的，是保障存量的非水可再生能源的消納，或是推動(dòng)非水可再生能源裝機(jī)容量的提升，還是促進(jìn)非水可再生能源裝機(jī)比重的提升，從而選擇合適的非水可再生能源消納責(zé)任權(quán)重制定的策略。如果政策目的傾向于促使非水可再生能源裝機(jī)的比重的提升，則建議按照“逐年遞增”(情景一)的原則制定非水消納責(zé)任權(quán)重；如果政策目的傾向于保證存量非水可再生能源的消納或裝機(jī)容量的提升，則建議按照“基于在歷史實(shí)際消納比重上浮一定幅度”(情景二)或“固定目標(biāo)權(quán)重”(情景三)的原則制定消納責(zé)任權(quán)重。

圖8 情景一中不同遞增幅度下非水可再生能源實(shí)際消納比重Fig.8 Actual consumption proportion of non-aqueous renewable energy under different increasing degrees in scenario 1

3.3 對(duì)非水可再生能源市場(chǎng)電價(jià)的影響

如圖9所示，受額外消納量出清價(jià)格的影響，進(jìn)入平穩(wěn)期后3種政策情境下云南省非水可再生能源市場(chǎng)電價(jià)在0.21元/kWh到0.33元/kWh之間，略高于云南省常規(guī)水電的市場(chǎng)價(jià)格(模型中模擬期常規(guī)電源電價(jià)為0.184元/kWh)，也高于當(dāng)前云南省電力市場(chǎng)中風(fēng)電與光伏的電價(jià)(2019年云南省風(fēng)電平均加權(quán)價(jià)為0.226 97元/kWh，光伏為0.224 49元/kWh[19])，但低于風(fēng)電與光伏平價(jià)上網(wǎng)的金額(0.34元/kWh)。由此可能會(huì)導(dǎo)致非水可再生能源電量的市場(chǎng)化消納比例偏低。

圖9 云南省模擬期內(nèi)非水可再生能源電價(jià)波動(dòng)情況Fig.9 Price fluctuation of non-aqueous renewable energy in Yunnan Province during the simulation period

基于以上的分析，為了推動(dòng)非水可再生能源的市場(chǎng)化消納，充分發(fā)揮市場(chǎng)資源配置的重要作用，隨著非水可再生能源裝機(jī)的提升和造價(jià)水平的下降，在后期非水可再生能源平價(jià)上網(wǎng)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步適當(dāng)?shù)慕档头撬稍偕茉幢Ｕ闲允召?gòu)價(jià)格，或提高非水可再生能源消納責(zé)任權(quán)重目標(biāo)，推動(dòng)非水可再生能源的市場(chǎng)化消納。

4 結(jié)語

研究和預(yù)測(cè)當(dāng)前我國(guó)的可再生能源消納保障機(jī)制的政策效果，對(duì)于把握可再生能源市場(chǎng)動(dòng)向，提升政策實(shí)施效果具有重要的意義。

本研究基于我國(guó)當(dāng)前的可再生能源消納保障機(jī)制，構(gòu)建了關(guān)于消納量市場(chǎng)與可再生能源電力市場(chǎng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析了給定條件與假設(shè)下不同消納責(zé)任權(quán)重制定方案對(duì)消納量市場(chǎng)、非水可再生能源裝機(jī)以及市場(chǎng)電價(jià)的影響。以云南省為算例的模擬結(jié)果表明：

1)政府部門在確定非水可再生能源消納責(zé)任權(quán)重時(shí)，應(yīng)當(dāng)明確政策的主要目的。如果政策目的傾向于促使非水可再生能源裝機(jī)的比重的提升，則建議按照“逐年遞增”的原則確定消納責(zé)任權(quán)重；如果政策目的傾向于保證存量非水可再生能源的消納或裝機(jī)容量的提升，則建議按照“基于在歷史實(shí)際消納比重上浮一定幅度”或“固定目標(biāo)權(quán)重”的原則制定消納責(zé)任權(quán)重。

2)無論基于何種原則確定消納責(zé)任權(quán)重，可再生能源消納量和電量的價(jià)格都能夠在經(jīng)歷一定時(shí)期的波動(dòng)后回復(fù)到平衡狀態(tài)，使可再生能源裝機(jī)增長(zhǎng)率維持穩(wěn)定，并推動(dòng)可再生能源裝機(jī)容量的提升。

3)綠證市場(chǎng)的價(jià)格與交易量、非水可再生能源的電量市場(chǎng)價(jià)格均與消納責(zé)任權(quán)重的制定方式相關(guān)，當(dāng)以“固定目標(biāo)權(quán)重”的原則確定消納責(zé)任權(quán)重時(shí)，非水可能再生能源電價(jià)以及綠證價(jià)格可能會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)的現(xiàn)象。

4)隨著非水可再生能源造價(jià)水平的下降，后期可以在平價(jià)上網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步適當(dāng)?shù)慕档头撬稍偕茉幢Ｕ闲允召?gòu)價(jià)格或電量的規(guī)模，或提高非水可再生能源消納責(zé)任權(quán)重目標(biāo)，推動(dòng)非水可再生能源的市場(chǎng)化消納。

模型考慮了可再生能源消納量市場(chǎng)和電力市場(chǎng)之間的相互耦合關(guān)系，但是隨著我國(guó)碳市場(chǎng)交易規(guī)模的擴(kuò)大，碳交易與可再生能源消納量交易之間的耦合關(guān)系可以被進(jìn)一步融合到模型當(dāng)中。在我國(guó)的可再生能源消納保障機(jī)制實(shí)施并形成市場(chǎng)數(shù)據(jù)以后，相關(guān)的實(shí)證分析以及對(duì)模型的驗(yàn)證是下一步需要開展的工作。