世界各國都在大力鼓勵可再生能源的發(fā)展，紛紛制定了各種各樣的鼓勵再生能源發(fā)展的政策，如優(yōu)先入網(wǎng)、優(yōu)先調(diào)度、電價補貼、固定上網(wǎng)電價、綠證制度，碳稅政策等。

發(fā)展可再生能源的初衷是減小排放，創(chuàng)造綠色、可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境。但是，這些政策是否能達到預期的目標還取決于很多因素。

歐洲是可再生能源發(fā)展比較好的地區(qū)，各國制定了很多鼓勵可再生能源的政策，但是，一些專家指出，歐洲的一些鼓勵可再生能源的政策，非但沒有起到減小排放的結果，可能反而增加了能源系統(tǒng)整體的排放。

電力市場的設計中必須考慮可再生能源的影響。傳統(tǒng)電力市場的設計沒有考慮高比例間歇性可再生能源的情況，因此導致了一些價格信號的扭曲、市場主體之間的不公平競爭等問題。

本系列文章對電力市場中應對間歇性可再生能源的方法進行討論。

電力市場各個環(huán)節(jié)的設計，都需要首先考慮改革的目標，或者說終極目標，也就是我們的“初心”。在改革中，相關的方案、措施要隨著外部、內(nèi)部環(huán)境的變化而變化，評判的基準是是否與“終極目標”或“初心”一致。

對可再生能源、低碳等政策來說，終極目標是降低碳排放。但實際上，一些可再生能源政策的初心可能并不是低碳排放，或者至少不僅僅是低碳排放，同時還夾雜了其他方面的一些目標。

對風能、太陽能等可再生能源的高額補貼降低了其發(fā)電成本，但間歇性發(fā)電對系統(tǒng)安全的挑戰(zhàn)和造成的系統(tǒng)成本的增加目前的電力市場中沒有充分考慮。

全球的風電裝機在快速增長，中美兩國的風電裝機已經(jīng)占到全球風電裝機容量的一半以上。

間歇性電源影響電力系統(tǒng)運營的兩個特征為：出力的無規(guī)律性及不可預測性。出力的無規(guī)律性加上用電需求的變化，導致電力系統(tǒng)需要有更多的爬坡能力以應對波動;不可預測性要求系統(tǒng)儲備額外的爬坡能力以備不時之需。大多數(shù)時候，這些額外的爬坡能力并不會被調(diào)度，這就產(chǎn)生了額外的電網(wǎng)運行成本。

以加拿大安大略省一個月的小時風力發(fā)電量數(shù)據(jù)為例，可以看到風力發(fā)電小時曲線呈現(xiàn)無規(guī)律狀態(tài)。這意味著，在進行預測時，無法利用歷史數(shù)據(jù)。

風電預測受到了廣大學者的關注，研究了很多新的預測方法。但是，目前為止，到一個小時前的預測誤差沒有根本性的改善。

5分鐘前的風電出力預測可以比較準確，但時間太短，調(diào)度員沒有足夠的時間和手段應對緊急情況。

因此，需要更多的靈活性資源來保證電網(wǎng)的安全運行。

在間歇性電源大規(guī)模接入的情況下，電網(wǎng)需要有更多的靈活性以保障安全：必須要用其他快速反應電源來平衡間歇性電源的波動;必須保證足夠的爬坡度來抵消間歇性電源預測的誤差(包括上調(diào)和下調(diào));電網(wǎng)的阻塞管理更加困難。

對間歇性電源的補貼制造了與傳統(tǒng)電源之間的不公平競爭：

在競爭性電力市場中，傳統(tǒng)電源通常不享受政府補貼(導致不公平競爭);

傳統(tǒng)電力市場的定價機制沒有考慮到有補貼的電源的大量加入(導致一些經(jīng)濟信號的扭曲);

提供靈活性的傳統(tǒng)電源沒有得到合理補貼(缺乏對提供服務的市場主體的激勵——提供服務)，而間歇性電源又可以不負補貼責任(將相關成本社會化，不區(qū)分責任主體，缺乏對使用服務的市場主體的激勵——減小需求);

制造了不必要的巨大現(xiàn)貨市場價格波動;

對間歇性電源的補貼成為一種“傳染病”，導致部分傳統(tǒng)電源也需要補貼才能生存。

傳統(tǒng)上應對間歇性電源的一些方法包括：調(diào)度員人為要求靈活性機組提前啟動或停機(非完全市場的行為);購買更多的自動發(fā)電控制;人為調(diào)低對間歇性電源的預測或增加對需求的預測。

這些傳統(tǒng)的方法可以解決系統(tǒng)安全的問題，但是不是經(jīng)濟有效的方法。尤其是當間歇性電源的比例大幅增加時，會帶來很多經(jīng)濟上的問題。

成本過高。調(diào)度員執(zhí)行的非經(jīng)濟調(diào)度或自動發(fā)電控制都是成本較高的調(diào)度方式。

在選擇靈活性機組時有很大的隨意性，容易產(chǎn)生腐敗問題。

價格信號不透明或被扭曲，靈活性機組沒有得到適當補償。

對間歇性電源，可以采用由調(diào)度機構統(tǒng)一預測的方式以提高預測精度。多個電力市場采用這種方法。預測成本可以由市場通過一定方式分攤出去。

傳統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度中僅考慮單一時段的優(yōu)化問題。可以采用前瞻性優(yōu)化調(diào)度，同時考慮幾十分鐘或幾個小時的較長一段時間的系統(tǒng)狀態(tài)。

沒有前瞻性優(yōu)化的情況下，在9:05，電廠A出力為180MW，電廠B出力為零。到9:10，A可以增加出力20MW到200MW，B可以增加出力10MW，總共增加30MW，但負荷在9:05到9:10之間增加了40MW，一些負荷無法滿足，所以啟動了市場最高限價——天花板價10000￥/MW。

如果有前瞻性優(yōu)化，在9:05時把電廠A的出力降到170MW，電廠B出力10MW，這樣雖然9:05的發(fā)電成本稍微高了一些，但在9:10所有負荷都能夠被滿足，系統(tǒng)出清價為電廠B的報價300￥/MW。

對間歇性電源的高額補貼會扭曲市場價格進而對社會福利造成損害。加拿大安大略省電力市場中對間歇性電源設置地板報價限制的做法可以參考。避免或減小了價格信號的扭曲。

間歇性可再生能源并不是完全不可控制。可以采用棄風/棄光的方式實現(xiàn)對其的調(diào)度。

對受補貼的可再生能源參與市場的報價的控制起到很大的作用。如果沒有限制，可再生能源在現(xiàn)貨市場會申報接近其補貼值的負的價格。比如，如果補貼是0.5￥/kWh，其原意申報-0.45￥/kWh的價格，這樣仍然有0.05￥/kWh的利潤。這種情況下，其發(fā)電成本排序經(jīng)常在非常靠左的位置，下調(diào)時更可能調(diào)度傳統(tǒng)的機組。如果限制可再生能源的地板價為-0.03￥/kWh，則這些機組可能處在邊際機組的位置，從而被調(diào)度棄風/棄光。

跨區(qū)交易如果確定的過早或周期過長，使得跨區(qū)交易無法即時根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)的變化而調(diào)整。傳統(tǒng)上北美跨區(qū)域交易每個小時交易/調(diào)度一次。一旦成交，這筆交易在一個小時內(nèi)固定不變。從成交到交貨的一個小時內(nèi)，系統(tǒng)/市場的情況可能發(fā)生很大的變化，導致市場出清價與預期的大不一樣。這一方面使得交易商承受價格波動的風險，另一方面也造成了社會福利的損失。

為了應對這個問題，可以采用更頻發(fā)的跨區(qū)交易的方式。北美已經(jīng)由多個市場將區(qū)域之間的交易從每小時一次變?yōu)槭宸昼娨淮危踔猎谔接?分鐘一次(NYISO和魁北克)。

前面提到的前瞻性優(yōu)化調(diào)度可以解決能夠準確預測的爬坡問題。但是，沒法解決不能準確預測帶來的系統(tǒng)可靠性問題。

可以采用增加備用的方式解決。

對不確定性問題，設定一定的置信區(qū)間，據(jù)此來確定需要的備用水平。