“雙碳”目標下市場主體促進綠色電力消納機制研究

鄒徐歡，張陽玉，王琪媛，馬麗英，吳亞輝

［1.國網綜合能源服務集團有限公司，北京100052；2.國網（北京）綜合能源規(guī)劃設計研究院有限公司，北京100052；3.山西大學電力與建筑學院，山西 太原030000］

1 背景

2020年9月，中國在聯合國大會上提出“二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”，即“雙碳”目標?！半p碳”目標的提出體現了我國走綠色低碳發(fā)展道路的堅定決心，更會使未來我國社會經濟運行方式、生活消費方式和產業(yè)結構布局等方面發(fā)生廣泛而深刻的變革。特別是在能源電力領域，“雙碳”目標的提出以及新型電力系統(tǒng)的建設將加快綠色電力能源轉型，新能源發(fā)電向主體性電源轉變趨勢愈發(fā)明顯。

“雙碳”目標對高比例綠色電力的訴求、“十四五”規(guī)劃繼續(xù)提升可再生能源在區(qū)域能源供應中的比重、新型電力系統(tǒng)建設、無補貼的平價時代全面到來等都是綠色電力消納今后要面臨的新形勢。研究以“風光”為主的綠色電力消納機制，可進一步提高可再生能源消費比重，降低二氧化碳排放量，為可再生能源發(fā)電機容量的擴充提供空間，為實現“雙碳”目標提供支撐。

2 供給側促進綠電消納機制

2.1 火力發(fā)電商促進綠電消納機制

“雙碳”目標下，隨著綠色電力并網規(guī)模的不斷擴大，火電機組將逐步由提供電力、電量的主體性電源，向提供可靠電力、調峰調頻能力的基礎性電源轉變。在技術層面，火電原則上具備秒級以上全時間尺度調節(jié)能力，通過節(jié)能降碳改造、靈活性改造、供熱改造“三改聯動”，在提升其靈活性的基礎上，積極參與調峰服務，彌補電網調節(jié)能力嚴重不足的短板[1]。隨著電力市場改革的不斷深化、市場化補償機制的不斷完善，火力發(fā)電商將逐步突破窘境，更加積極地進行火電機組靈活性智慧化改造，以期獲得多種收益，從而擺脫僅靠發(fā)電量獲取收益的單一盈利模式。

2.1.1 火電靈活性改造

持續(xù)增加火電的靈活性將是貫穿“十四五”乃至“十五五”期間火電行業(yè)的主題。2021年11月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯合發(fā)布《全國煤電機組改造升級實施方案》，提出存量煤電機組靈活性改造應改盡改，“十四五”期間實現煤電機組靈活制造規(guī)模150BW。大力推動煤電節(jié)能降碳改造、靈活性改造、供熱改造“三改聯動”是火電機組適應新形勢新要求的重要發(fā)展方向，要實現的主要目標是擁有靈活的負荷適應能力、更廣泛的燃料適應性和更符合用戶需求的能源產品，重要的手段就是通過數字化推動火電廠的智慧運行。要實現上述目標，需要解決設備的安全運行問題、污染物超低排放問題、機組運行經濟問題和機組智能化控制問題[2]。

2.1.2 參與輔助服務市場

目前我國主要依靠傳統(tǒng)火電和水電機組承擔電力系統(tǒng)調峰、調頻等工作任務，而火電又是電力調頻輔助服務的主力機組。從服務費用分攤的角度來看，在參與服務的各種能源類型中，火電機組雖然補償費用最高，但分攤費用也最高，目前在輔助服務市場，可以通過火電聯合自動發(fā)電控制（AGC）調頻、調峰實現盈利。部分地區(qū)建立了按效果付費的調頻輔助服務付費機制，按機組性能的調頻付費模式使得火電機組捆綁儲能共同提供服務?；痣娂觾δ蹵GC聯合運行的主要機理是，利用儲能毫秒級響應能力來實現更加精確的輸入和輸出，顯著增強火電機組AGC調節(jié)性能，并更好地彌補發(fā)電機組對于調度指令產生的響應偏差。通過這種方法既能夠提高火電機組的運行效率，降低運行成本，還提升了發(fā)電機組的靈活性價值。

2.1.3 發(fā)電權交易

發(fā)電權交易也稱為發(fā)電權轉讓交易、替代發(fā)電交易，是以雙邊協(xié)商、集中競價、掛牌等市場化方式實現發(fā)電機組、發(fā)電企業(yè)之間合同電量替代生產的交易行為。當出現煤炭緊缺、煤電價格倒掛、碳排放權限制等情況，部分高耗能火電機組可能會出現越發(fā)越虧的情況，此時，可以轉讓其發(fā)電權來獲得相應收益。發(fā)電權交易是優(yōu)化電源結構、促進節(jié)能降耗的主要手段?；鹆Πl(fā)電商可積極與新能源發(fā)電商達成中長期發(fā)電權交易，推進跨省區(qū)發(fā)電權的置換，降低火力發(fā)電商用能成本，減少棄風、棄光，使新能源發(fā)電商通過提高發(fā)電量增加效益，電網企業(yè)通過增加輸送電量獲取收益，各市場主體均實現共贏。

2.1.4 新能源打捆交易

國家發(fā)展改革委、國家能源局《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導意見》強調了存量煤電項目可以擴大就近打捆新能源電力的能力?；鹆Πl(fā)電商可以通過利用自身煤電的容量所擁有的調節(jié)性并結合現有的輸電通道，提高煤電與新能源的黏合度，就近布局新能源建設。調和火電機組發(fā)電計劃與用電負荷的矛盾，提高發(fā)電系統(tǒng)整體效率的同時，提供對電網的調峰、調頻和調相等多種功能，有效抑制大規(guī)模新能源發(fā)電并網后對電網的沖擊，有效提升配電網的穩(wěn)定性、可靠性及接納分布式新能源的能力。

2.2 新能源發(fā)電商促進綠色電力消納機制

新能源發(fā)電商可以通過自建或購買調峰能力來擴大并網規(guī)模，參與綠色電力交易試點、電力現貨市場、聯合虛擬電廠完成低谷棄電交易等方式獲取收益并促進綠色電力的消納。

2.2.1 自建或購買調峰能力

2019年，江蘇、山東、新疆、西藏等省（自治區(qū)）陸續(xù)出臺政策，鼓勵建設相關儲能設施，增加系統(tǒng)調節(jié)能力。2020年，各省陸續(xù)下發(fā)文件，將儲能作為新能源項目的標配[3]。2021年8月，國家發(fā)展改革委、國家能源局下發(fā)《關于鼓勵可再生能源發(fā)電企業(yè)自建或購買調峰能力增加并網規(guī)模的通知》，鼓勵可再生能源發(fā)電企業(yè)自建儲能或調峰能力增加并網規(guī)模、允許可再生能源發(fā)電企業(yè)購買儲能或調峰能力增加并網規(guī)模。企業(yè)自建或購買調峰能力的方式有3種：①建設調峰能力，自主調節(jié)運行。②建設調峰能力，公網調度運行。③購買調峰能力，公網調度運行。

2.2.2 參與綠色電力交易試點

與常規(guī)電源相比，新能源發(fā)電產生的電量在物理屬性和使用價值上沒有區(qū)別，且具有“同質化”的特點。但在商品屬性上卻具有明顯的差別，由于新能源發(fā)電過程零污染、零碳排放，綠色電力產品擁有環(huán)保屬性，蘊含環(huán)境價值，即“同質不同性”。在以往“證電分離”的電力交易模式中，對新能源發(fā)電環(huán)保屬性的還原不夠充分。按照能源體制革命的總要求，打通能源發(fā)展快車道的一個重要落點是還原能源的商品屬性。2021年9月，我國通過開展綠色電力專場交易，對參與綠色電力交易的新能源發(fā)電主體核發(fā)綠證，在流通環(huán)節(jié)將擁有綠色屬性標識和權益憑證的產品直接賦予綠色電力產品，實現綠證和綠電的同步流轉，從而充分還原綠色電力的商品屬性[4]。目前，浙江、江蘇、廣東等地已開展綠色電力交易試點工作。隨著綠色電力市場交易的常態(tài)化開展及相關機制的逐步建立，越來越多的新能源將在綠色電力市場上進行交易，必將進一步提高綠色電力的消納水平，促進新能源的發(fā)展。

2.2.3 參與電力現貨市場

電力現貨市場是一種短期和即時市場，能夠實時兼容新能源發(fā)電的波動性、隨機性等特點，有利于擴大新能源電力的消納空間。新能源發(fā)電企業(yè)可以憑借邊際成本低的優(yōu)勢贏得更大的市場份額，這是運用市場化手段解決新能源電力大規(guī)模消納問題的一種新的解決方法。2021年5月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布《關于進一步做好電力現貨市場建設試點工作的通知》，提出穩(wěn)妥有序推動新能源參與電力市場的觀點。引導10%新能源項目的預計當期電量通過市場化交易競爭上網，市場化交易部分可不計入全生命周期以保障收購小時數。有關部門盡快研究建立綠色電力交易市場，推動綠色電力交易。

3 需求側促進綠電消納機制

隨著電力市場改革的不斷推進，供需雙側通過共同參與電力市場，通過物理上的電力協(xié)同控制和經濟上的金融互補，可以最大限度地挖掘兩側特別是需求側的負荷調節(jié)潛力，共同促進綠色電力的消納。在政策方面，各地相繼出臺電力輔助服務市場交易規(guī)則，鼓勵需求側資源參與電力輔助服務交易。由新能源廠商支付補償費用，需求側聚合商獲得輔助服務補償費用。通過智能化設備控制或用戶響應等方式，需求側資源主要是通過調控柔性負荷和儲能設備充放電來參與輔助服務，獲得經濟激勵。通過聚合后的需求側資源，具有更高的參與市場能力和系統(tǒng)可靠性，將有效提高需求側收益和電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。加快推動實施需求響應，可以促進電力供需平衡、優(yōu)化資源配置，同時，更能促進綠色電力消納[5]。

3.1 儲能與電動汽車提供輔助服務

華中電力調峰輔助服務市場允許儲能裝置、電動汽車（充電樁）、虛擬電廠等新型市場主體獨立參與市場，或通過聚合商以聚合方式（虛擬電廠）參與市場。新型市場主體獨立參與或以聚合方式參與市場提供的調節(jié)容量應不少于2.5 MWh，最大調節(jié)功率應不小于5 MW。河北南網電力輔助服務市場允許儲能裝置、電動汽車（充電樁）等第三方獨立主體按照經營主體獨立參與市場，也可通過聚合的方式由聚合商代理參與市場，聚合商代理的資源應按儲能裝置、電動汽車（充電樁）、電采暖等對資源進行分類，各類型資源分別以獨立形式參與市場。第三方獨立主體或由聚合商代理的自然人、法人單位需具有獨立的電力營銷戶號，采集終端能實現電能在線監(jiān)測、15 min電力電量分時計量與傳輸，且運行狀態(tài)良好。

3.2 虛擬電廠聚合分散資源

虛擬電廠以電為中心將分布式發(fā)電、儲能與負荷設備等聚合[6]，通過虛擬電廠內部源荷儲各個單元的協(xié)調配合，讓電網成為用戶側可調資源聚合共享的樞紐和平臺，根據大電網運行需求和自身情況主動調節(jié)，實現“需求彈性，供需協(xié)同”和社會整體資源利用效率最優(yōu)化，為電網安全運行和綠色電力消納提供更好保障。目前，虛擬電廠促進新能源電力消納的方式主要是作為調節(jié)資源參與需求響應市場、調峰輔助服務市場或作為一種可預測的變化負荷參與現貨等主能量市場，還可以利用可調度資源與新能源場站靈活互動解決其并網考核問題。虛擬電廠可以聚合需求側柔性負荷，通過引導用戶主動在電網高峰時段削減用電負荷，或者在低谷時段增加用電負荷，從而消納夜間新能源電力，對電力負荷進行再平衡，解決電力供需矛盾問題。

4 結語

4.1 火力發(fā)電向提供可靠電力、調峰調頻能力的保障性電源轉變

在電力體制改革和“雙碳”的背景下，火電企業(yè)面臨巨大的挑戰(zhàn)的同時，也迎來了不一樣的發(fā)展機遇。火力發(fā)電商應在支持國家政策走向的同時，從政策、市場、技術幾方面著手，主動轉變現有的觀念，改變經營模式和提升技術水平，積極進行靈活性改造，參與輔助服務市場、發(fā)電權交易、多能互補項目等，實現在新型電力系統(tǒng)中維持良性運轉的目標。

4.2 新能源發(fā)電商自建或購買調峰能力，積極參與各類電力市場

隨著我國電力現貨市場、輔助服務市場等市場機制建設不斷完善、新型電力系統(tǒng)建設持續(xù)深入，新能源發(fā)電商有了更為堅實的消納保障及更為豐富的交易模式選擇。對于保障性收購部分，新能源發(fā)電商依舊可以通過省內、省間中長期交易來實現綠色電力的消納。市場化交易部分，新能源發(fā)電商可以通過自建或購買調峰能力來增加并網規(guī)模，參與綠色電力交易試點、電力現貨市場、聯合虛擬電廠完成低谷棄電交易等方式消納自身電量。

4.3 需求側新興市場主體可結合自身用能特點促進綠色電力消納

需求側資源參與電力市場是未來的發(fā)展方向之一，需求側市場主體（如儲能、電動汽車、數據中心以及虛擬電廠等）應充分考慮方案實施的環(huán)境，嚴密分析其技術和政策成熟度，進而選擇合適的需求側市場參與模式（如儲能與電動汽車參與輔助服務及需求響應、數據中心參與綠色電力或綠證交易等）并積極推進其市場交易。