得以风电和光伏为主的间歇性可再生能源在世界範围内受到广泛关注并迅速发展。截至2015 年底,全球风电与光伏的累计装机容量分别到达432 GW和169 GW,中国风电与光伏装机容量均居世界第一。目前我国风电与光伏装机容量占全国总装机的11. 46% ,并且将在未来继续高速增长,逐渐成为主要的能源供给形式。我国可再生能源产业的飞速发展得益于固定上网电价补贴政策的扶持,然而,非市场化的消纳方式随着装机容量的快速增长而受到了严峻的挑战,集中体现在大量弃风、弃光等现象的发生。

当前我国新一轮电力体制改革进展如火如荼,力图构建一个“公平、开放、有序、竞争”的电力市场体系,深化电力资源最佳化配置,促进可再生能源消纳,实现政府调控市场、市场引导企业的重大转变。如何通过科学的、系统性的、严谨的电力市场机制设计，把间歇性可再生能源纳入电力市场之中，用市场机制促进其高效消纳，无疑是当前电力市场机制设计所面临的新挑战，也是国际学术界、产业界的关注焦点。回顾总结国内的发展现状，分析与借鉴国外的先进经验，形成适用于中国国情的可再生能源发展政策，是我国促进可再生能源消纳的电力体制改革的关键环节。

1、我国可再生能源的发展现状

近年来,我国的风电、太阳能等可再生能源发展迅猛。截至2015 年,全国风电併网装机容量达147. 6 GW,占全部装机的8.6% ,占世界风电装机1 /4 以上;而光伏累计装机容量43.18 GW,占全部装机的2. 84% ,装机容量居全球之首。根据我国未来能源战略规划,风电和光伏发电将逐渐成为电力系统的支柱性技术与能源供应来源。

然而,受风电与光伏自身特性以及我国电网运行方式的制约,我国的可再生能源消纳问题形势严峻。2015 年全年平均弃风率约为15% ,全年弃风电量33. 9 TWh,甘肃、新疆、吉林三省份弃风率均超过30% 。2015 年全年弃光率预计达到10% ,甘肃等地弃光率达到28% 。全年弃风与弃光折合经济损失超过170 亿元,造成了能源的极大浪费。

2、我国可再生能源政策总结中国推动可再生能源发展的主要政策包括：特许权招标项目、固定上网电价、价格补贴和国家示範项目等。可再生能源发电电价政策总结见表。

我国当前的可再生能源价格机制为固定上网电价，电网公司与可再生能源电站按当地脱硫火电机组的标桿电价结算，剩余部分由国家可再生能源发展基金支付。以风电为例，一方面，对风电全额保障性收购，风电的售电价格和销售量都有保证，无需面对远期市场价格波动的风险；另一方面，风电无需承担平衡辅助服务的义务，其出力波动性和间歇性带来的平衡问题均由电网公司负责，成本最终由用户分摊。

当前我国可再生能源採用固定电价与固定补贴机制，一定程度上为可再生能源接纳带来了一定的阻碍。一方面，可再生能源相比火电而言没有价格优势，电力富余时无法与调节灵活的火电相竞争，电网公司接纳可再生能源没有激励相容的机制；另一方面，可再生能源无法对给予其辅助服务的其他机组进行补偿，使其他机组缺乏动力为可再生能源进行调峰、调频及预留备。

近年来,为了可再生能源产业的健康和持续发展,不少国家探索与制定了可再生能源价格补贴政策与相适应的市场交易机制,以下从两方面分别进行分析。

1、 可再生能源补贴与价格机制

从国外的实践看,支持可再生能源发展的市场交易价格机制主要分为两类:基于电量的激励政策和基于价格的激励政策。

基于电量的激励政策的主要形式为可再生能源配额制(renewable portfolio standard,RPS),代表性国家包括英国、美国(大部分州)和北欧国家。其主要方式是指政府对列入可再生能源名单的能源生产实行强制性的具有法律效力的数量规定,要求电力供应商在指定日期之前按照不低于电力产出的某一比例提供可再生能源电量。在政策设计与实施中,引入了绿色证书(green certificate,GC)交易制度。绿色证书是电力企业通过生产绿色电量获取的证书,电力企业每隔一段时间需要将规定数量的绿色证书上交监管机构。绿色证书可以在市场上出售或购买,因而具有市场价值。

基于价格机制的激励政策主要包括固定电价、溢价机制、认购价格、差价契约等形式。固定上网电价由政府直接确定各类可再生能源发电的入网价格,电网企业根据这个价格收购可再生能源发电电量,代表国家是德国[5];溢价机制是指可再生能源的收购价格为随时浮动的市场价格加上固定的政府补贴电价,代表国家是西班牙,可再生能源厂商可自由选择固定上网电价或直接参与市场的溢价机制;认购价格是指政府提出可再生能源发电产品的价格,由消费者按规定价格自愿认购,代表国家是荷兰;差价契约是英国计画于2017 年全面取代可再生能源配额制的可再生能源价格结算机制,是指政府部门与发电厂之间签订双向长期契约,确保发电厂以固定的契约价格进行结算,规避市场价格波动的风险,本质上等同于固定上网电价机制。

几种不同补贴与价格机制的对比如表所示。

当前，国内外关于可再生能源併网交易的研究工作主要集中于五个方面：对电力系统运行方式的影响、对电力市场博弈均衡与价格的影响、可再生能源发电商竞标策略研究、适应可再生能源併网消纳的交易机制研究、辅助服务市场分析与设计。

1、可再生能源併网交易对电力市场运行的影响

可再生能源与常规能源相比，出力具有不可控性，边际成本远低于常规机组，其参与电力市场将会对电力系统运行产生一系列深远影响。目前的研究成果聚焦于：分析电力市场环境下可再生能源併网交易对于电力系统运行以及传统调度流程的影响，评估可再生能源併网交易带来的经济效益。

2、可再生能源併网交易对电力市场均衡与价格的影响

大规模可再生能源参与市场对以往以可控传统机组为主体的电力市场博弈均衡模式产生了显着的影响。目前的研究成果聚焦于：分析可再生能源併网交易对电力市场电价的影响，分析不同市场主体的出清份额与收益变化

3、可再生能源发电商竞标策略研究

可再生能源发电商参与市场条件下，其获利方式、收益前景、市场风险等方面均将发生显着变化。目前的研究成果聚焦于：考虑市场价格与可再生能源出力的不确定性，研究可再生能源发电商的竞价博弈策略与行为，最大化期望收益同时降低金融风险。

4、适应可再生能源消纳的交易机制研究

可再生能源的不确定性与波动性导致其不具备类似常规可控能源参与市场的竞争力，需要建立相适应的交易机制。目前的研究成果聚焦于：综合评估可再生能源的经济效益与社会效益，研究激励可再生能源削弱不确定性的方法，以及合理的不平衡结算机制。

5、可再生能源併网交易对辅助服务市场的影响

大规模可再生能源併网条件下，电力系统需要常规能源提供足够的灵活性以应对可再生能源出力的不确定性，因此需要建立完善的辅助服务市场，激励市场主体提供灵活性的辅助服务的积极性。目前的研究成果聚焦于：分析可再生能源併网交易对辅助服务的需求，同时挖掘可再生能源自身提供辅助服务的可能性。

儘管国内外已经广泛开展了关于可再生能源参与市场的各种研究工作,然而现有的研究工作大多还是沿用国外现有的市场框架,聚焦于某类市场主体的市场行为研究或某个具体的灵活性服务的机制设计,缺乏全面考虑市场均衡的基础理论研究与适应间歇性可再生能源交易的市场机制研究。可再生能源参与电力市场的核心技术问题包括如下几个方面。

1)不确定环境下电力市场均衡研究。

针对大规模可再生能源併网所引入的不确定性,如何分析并对电力市场中信息不完全、结构不对称、竞争不充分、收益不确定等特有条件进行建模,如何平衡市场主体的收益与风险,进而分析市场成员(尤其是可再生能源厂商)的竞价行为与电力市场的纳什均衡点,是可再生能源参与市场研究的理论基础。

2)适应可再生能源併网交易的电力市场机制设计。

由于各国的可再生能源发展程度不同,国外已有的可再生能源参与市场机制不能直接套用。未来的研究方向包括深入分析影响间歇性可再生能源併网消纳的关键技术问题;详细分析与设计大规模间歇性可再生能源参与交易的準入机制、竞价周期、出清机制、定价方法、结算机制、偏差惩罚、价格补贴等具体的市场规则,以及建立相适应的辅助服务市场,实现各种机制要素在中长期、日前、实时等多时序上的紧密协调,有效激励各方市场主体的积极性,以确保机制设计的有效性与最优性。

3)面向可再生能源参与市场的源网荷互动机制研究。

实现大规模的可再生能源发电併网,保障可再生能源行业的合理有序发展,离不开与电源、电网和负荷的互动。对于电源而言,需要设计高效的互动机制激励电源的灵活性,对电源的灵活性进行合理定价,以分摊可再生能源的不确定性带来的调节成本;对于电网而言,需要制定合理的输电成本分摊方法,依据市场引导电网的未来投资建设;对于负荷而言,需要设计高效的负荷互动机制,引导电力用户参与可再生能源消纳。

4)大规模可再生能源併网条件下电力市场高效运行的模拟方法。

为全面分析与评估大规模可再生能源併网条件下电力市场的运行方式与运行风险,需要对各市场主体的市场行为进行分析与建模,研究高效的博弈均衡分析方法,搭建市场运行模拟平台,为高效的市场机制设计、电力企业的运营能力评估等提供完善的理论基础与分析工具。

1、我国可再生能源参与市场的初步实践

以风电为例,国内外实践经验证明:在风电建设初期,採用固定电价政策优势明显,能够从最大程度上降低风电接入成本,促进风电投资。随着风电接入规模的不断扩大,有必要研究新的电价政策和风险管理策略,以充分调动各方积极性。

为解决中国东北弃风率居高不下的困境,2014年9 月,国家能源局下发了《东北电力调峰辅助服务市场监管办法》,东北电力调峰辅助服务市场成立,採取基于机组调峰率的日前报价、日内实时调用、边际出清定价的市场化机制。试运行结果显示常规火电机组的调峰力度增大,大部分火电机组突破了最小运行出力。相比固定上网电价方式,部分火电厂盈利,风电场收益普遍下降,但全系统风电消纳能力显着提高,弃风电量减少。

为了促进可再生能源的消纳,深化电力资源的最佳化配置,2015 年3 月,《中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见》(中发[2015]9号)正式下发,提出了“三放开、一独立、三强化”的改革方向和实施路径,以期构建“公平、开放、有序、竞争”的电力市场体系。

2015 年3 月3 日,国家能源局正式出台《关于建立可再生能源开发利用目标引导制度的指导意见》,标誌着中国即将推行可再生能源发电配额制和绿色证书交易机制。

不同时间与空间上电能价值的变化以及可再生能源的边际发电成本,是导致可再生能源消纳困难、浪费严重的重要原因。因此,下一步电力体制改革的核心在于引导电能的价格向价值回归,不仅需要完善中长期能量市场,也需要构建短期现货市场以反映电力系统供给需求的实时平衡。这对于促进可再生能源消纳具有重要意义。即:当可再生能源大量发电时,市场上供求关係趋缓,系统边际电价逼近零甚至负电价,迫使常规电源关停或降低出力运行,鼓励储能及需求侧回响消纳可再生能源,而此时可再生能源可以以“微利”甚至“负利”发电,并通过政府补贴(按每度电计)等方式从市场外获取收益,而常规机组则因其为可再生能源提供调峰、备用等辅助服务而获益,电网和用户则从低电价中获益;反之,当可再生能源出力较低时,市场上供求关係趋紧,系统边际电价将上升,常规机组发电实现合理盈利。

此外,构建可再生能源参与的科学市场机制,还需要能够利用市场信号促进可再生能源提高其可控性、可预测性,让可再生能源为其预测偏差与出力波动合理“买单”,量化评估由于可再生能源併网所带来的系统辅助服务成本增量,实现辅助服务成本收益的科学分摊。

由此可见,促进可再生能源消纳的市场机制,其关键在于:

1)市场价格能够反映边际发电成本,使边际成本很低的可再生能源被优先调度;

2)为辅助服务定价,实现常规机组为可再生能源进行调节的激励相容;

3)量化评估可再生能源併网所引起的运行成本增量,构建合理的成本分摊机制,鼓励可再生能源改善其可控性、可预测性。

由此,通过全面的市场机制设计,使可再生能源接入的“红利”在电力用户、常规电源、可再生能源以及其他灵活性资源等多个利益方之间合理分配。

1)在电力市场改革推进初期,在可再生能源消纳方面引入激励相容的机制,可实行可再生能源消纳的配额制,引入可再生能源配额交易机制,实现市场引导的资源分配;完善有偿辅助服务机制,考虑我国以煤电为主的能源结构,可建立深度调峰、启停调峰等有偿调峰市场,合理补偿煤电机组有偿调峰引起的额外成本,合理补偿为可再生能源进行调峰等辅助服务的常规机组;扩大可再生能源供暖的试点範围。

2)在电力市场建设完善时期,引入电力现货市场建设,推进可再生能源直接参与市场竞争交易,通过中长期契约锁定发电量与发电收益。引入日前/实时市场,使可再生能源能够与其他类型电源共同竞价,设计合理的不平衡结算机制,要求可再生能源像常规机组一样承担基本的调峰、调频等服务或分摊成本。同时可开放日内市场,为可再生能源提供灵活的交易申报与预测更新机制,实现市场引导的资源最佳化配置。

3)在电力市场发展成熟期,构建适应可再生能源参与的完整电力市场体系,重点建设科学的辅助服务交易机制,包括备用市场、调频市场等,实现辅助服务的现货交易以及与能量交易的联合最佳化、一体化出清,通过竞价确定各类辅助服务价格;针对大规模可再生能源集中开发并外送的方式,可建立跨区电网辅助服务交易机制,实现灵活性资源的跨区最佳化。