風(fēng)電能源的調(diào)度與運(yùn)行范文

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摘要：風(fēng)能作為最有前途的可再生能源之一，近年來在世界范圍內(nèi)得到了廣泛重視。針對(duì)大量風(fēng)電能源引入對(duì)傳統(tǒng)能源架構(gòu)設(shè)計(jì)的電力市場(chǎng)帶來的變化，本文對(duì)電力市場(chǎng)的通用設(shè)計(jì)原則和北美電力市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單的回顧，重點(diǎn)介紹了風(fēng)電能源在北美（美國、加拿大）電力市場(chǎng)環(huán)境下的運(yùn)行方法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)大量可再生能源的引入對(duì)電力市場(chǎng)長期發(fā)展的影響進(jìn)行了分析，對(duì)于中國正在建立和完善的電力市場(chǎng)機(jī)制具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電力市場(chǎng)；風(fēng)力發(fā)電；系統(tǒng)可靠性；發(fā)電計(jì)劃；市場(chǎng)定價(jià)

0引言

20世紀(jì)下半葉以來，世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展在帶來空前物質(zhì)繁榮的同時(shí)，也對(duì)人類的生存環(huán)境造成了嚴(yán)重影響。造成大量溫室氣體排放的傳統(tǒng)發(fā)電模式成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)，基于清潔可再生能源的發(fā)電方式得到了日益廣泛的重視，其中風(fēng)能發(fā)電近年來得到了迅猛的發(fā)展。根據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會(huì)（GWEC）的報(bào)告,截至2015年底，世界風(fēng)電總裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到433GW。在北美，美國2015年全年新增風(fēng)電裝機(jī)容量8.6GW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過年初的預(yù)期，全年風(fēng)電發(fā)電量超過190TWh，占其全年總發(fā)電量的4.7%；加拿大全年新增風(fēng)電裝機(jī)容量1.5GW，累計(jì)總裝機(jī)容量達(dá)到11.2GW，風(fēng)電發(fā)電量占其全年總發(fā)電量的5%；墨西哥的風(fēng)電累計(jì)總裝機(jī)容量也達(dá)到了3GW。2015年12月12日，195個(gè)國家在聯(lián)合國氣候峰會(huì)中所通過的《巴黎協(xié)定》為清潔能源的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了良好的政治環(huán)境。

到目前為止，已經(jīng)有包括美國、加拿大和墨西哥在內(nèi)的173個(gè)國家正式批準(zhǔn)了《巴黎協(xié)定》。另一方面，眾所周知，美國近年來風(fēng)電發(fā)展在很大程度上受聯(lián)邦《可再生能源發(fā)電減稅》（PTC）和《可再生能源發(fā)電投資減稅》（ITC）法案的驅(qū)動(dòng)。2015年12月通過的《綜合撥款法案2016》（CAA2016）更將這一減稅措施的有效期延長至2019年底。預(yù)計(jì)這一法案所涉及的減稅額可達(dá)數(shù)十億美元，但帶來的投資卻可能高達(dá)上千億美元。加拿大政府也準(zhǔn)備在近期推出相似的減稅政策以推動(dòng)可再生能源發(fā)電的投資與建設(shè)。預(yù)計(jì)至2020年，北美將有60GW的風(fēng)電容量增長。眾所周知，美國和加拿大的現(xiàn)行電網(wǎng)在很大程度上是在電力市場(chǎng)的框架下運(yùn)行的。從1996年美國聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FREC）頒布888法案[3]開始，經(jīng)過20年的發(fā)展，在北美范圍內(nèi)已經(jīng)建立了10個(gè)ISO/RTO，逐漸形成了包括容量市場(chǎng)、能量市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)以及輸電權(quán)市場(chǎng)的一套完整的市場(chǎng)架構(gòu)。

電力市場(chǎng)建立的初衷是消除競(jìng)爭壁壘，吸引更多的投資進(jìn)入電力行業(yè)。所以這個(gè)市場(chǎng)的設(shè)計(jì)必須以足夠的收益來吸引投資者，保證資金在投入市場(chǎng)后有可靠的回報(bào)。同時(shí)，在這個(gè)市場(chǎng)框架下運(yùn)行的系統(tǒng)必須滿足可靠性的基本要求。在很長一段時(shí)間內(nèi)，電力市場(chǎng)的設(shè)計(jì)基于傳統(tǒng)的發(fā)電能源結(jié)構(gòu)，即以核電、燃煤、燃油和水電機(jī)組為基礎(chǔ)，加之以燃?xì)廨啓C(jī)為代表的快速機(jī)組。在風(fēng)電等可再生能源發(fā)電大量進(jìn)入市場(chǎng)之前，這個(gè)市場(chǎng)已經(jīng)近于成熟。以風(fēng)電為代表的可間斷能源的大量進(jìn)入對(duì)傳統(tǒng)的電力市場(chǎng)帶來了新的問題和挑戰(zhàn)。風(fēng)電能源的特點(diǎn)是具有較低的生產(chǎn)成本，但其發(fā)電量卻具有相當(dāng)程度的不確定性，同時(shí)風(fēng)電能源可以從國家的減稅政策中獲得進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。近年來，盡管各ISO/RTO針對(duì)風(fēng)電能源的大量引入制定了一系列針對(duì)性規(guī)則，但風(fēng)電能源帶來的市場(chǎng)出清價(jià)格的日益下降卻日趨明顯。

在這種情況下，電力市場(chǎng)是否能繼續(xù)保持對(duì)新投資的吸引力就成為必須考慮的問題。從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，風(fēng)電以及其他可再生能源的進(jìn)一步發(fā)展有可能造成日益增多的負(fù)荷被就地平衡，從而造成主網(wǎng)傳輸能量的降低。針對(duì)現(xiàn)有輸電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的電力市場(chǎng)是否能適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)，也將成為目前應(yīng)該關(guān)注和研究的課題。本文將首先從經(jīng)濟(jì)角度對(duì)電力市場(chǎng)的設(shè)計(jì)原則和北美現(xiàn)行電力市場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單回顧，在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹北美（美國、加拿大）電力市場(chǎng)對(duì)風(fēng)電大量引入所制定的針對(duì)性規(guī)則，同時(shí)對(duì)大量可再生能源的引入對(duì)電力市場(chǎng)的影響以及電力市場(chǎng)的長期發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

1北美電力市場(chǎng)簡介

1.1電力市場(chǎng)的設(shè)計(jì)原則

電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)的核心問題是如何在受收益驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)機(jī)制和受可靠性制約的系統(tǒng)運(yùn)行之間達(dá)到平衡。具體來說，市場(chǎng)運(yùn)行的近期目標(biāo)應(yīng)該是在滿足系統(tǒng)運(yùn)行安全約束的前提下盡可能降低系統(tǒng)的運(yùn)行成本；而長遠(yuǎn)目標(biāo)則應(yīng)該是通過產(chǎn)生有效的價(jià)格信號(hào)以吸引系統(tǒng)所需的投資。近年來，相關(guān)研究及論文不計(jì)其數(shù)。文獻(xiàn)[5-7]即是其中的幾例。這里要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是價(jià)格信號(hào)在電力市場(chǎng)運(yùn)作過程中的核心地位，因?yàn)樗c本文下面要討論的問題密切相關(guān)。如前所述，一個(gè)成功的電力市場(chǎng)需要通過適當(dāng)?shù)膬r(jià)格信號(hào)吸引所需的資源或投資進(jìn)入市場(chǎng)。從市場(chǎng)的角度看，價(jià)格信號(hào)必須對(duì)市場(chǎng)希望獲得的資源和投資有足夠的吸引作用；同時(shí)價(jià)格信號(hào)也必須對(duì)市場(chǎng)不希望擁有的資源和投資有足夠的排斥作用。從市場(chǎng)參與者的角度看，加入一個(gè)市場(chǎng)的前提是可能獲得比同樣的資源或投資轉(zhuǎn)投他處更多的收益。所以一個(gè)不能產(chǎn)生足夠收益的市場(chǎng)是沒有吸引力的。發(fā)電資源的擁有者可能選擇加入其他市場(chǎng)。投資者則可能轉(zhuǎn)投其他行業(yè)。

1.2傳統(tǒng)能源框架下的美國電力市場(chǎng)

在北美現(xiàn)有電力市場(chǎng)體系中，多數(shù)市場(chǎng)不同程度地受到大量風(fēng)電能源引入的影響。下面主要介紹受風(fēng)電能源加入影響較大的幾個(gè)市場(chǎng)在傳統(tǒng)能源模式下的運(yùn)作方法和內(nèi)容。

1.2.1容量市場(chǎng)

容量市場(chǎng)是以發(fā)電資源的容量作為競(jìng)標(biāo)和結(jié)算對(duì)象的市場(chǎng)。容量市場(chǎng)建立的初衷是保證系統(tǒng)擁有足夠的容量以滿足未來若干年內(nèi)可預(yù)測(cè)的負(fù)荷增長。一個(gè)理想的容量市場(chǎng)在保證現(xiàn)有機(jī)組容量得以正常維護(hù)和運(yùn)行的基礎(chǔ)上，應(yīng)該對(duì)新機(jī)組容量的投資具有足夠的吸引力。盡管各ISO/RTO在容量市場(chǎng)的具體運(yùn)作方式和細(xì)節(jié)上不盡相同，但典型的方法是利用可變能源需求曲線確定出清價(jià)格，并通過多輪競(jìng)標(biāo)以適應(yīng)不斷變化的容量需求。在容量市場(chǎng)中標(biāo)的發(fā)電資源必須加入能量市場(chǎng)。這樣在獲得電量收益的同時(shí)，該資源還可以按容量市場(chǎng)的出清價(jià)格獲得一定數(shù)量的容量收益。這在一定程度上解決了某些發(fā)電資源僅通過能量市場(chǎng)不能獲得足夠收益的問題。容量市場(chǎng)存在的必要性一直是一個(gè)存在爭議的問題。隨著大量新能源發(fā)電設(shè)備進(jìn)入市場(chǎng)以及燃料價(jià)格的持續(xù)降低，容量市場(chǎng)出清價(jià)格呈現(xiàn)日益下降的趨勢(shì)。過低的出清價(jià)格將損傷市場(chǎng)對(duì)新機(jī)組容量投資的吸引力。另外，系統(tǒng)應(yīng)該保證以較低的價(jià)格無條件滿足各種情況下所有負(fù)荷的需求，還是可以容忍每年幾十小時(shí)的高電價(jià)（scarcityprice）或者一定量的負(fù)荷切除，也是一個(gè)可以討論并作出選擇的問題。

1.2.2能量市場(chǎng)

能量市場(chǎng)是以發(fā)電資源的發(fā)電量作為競(jìng)標(biāo)和結(jié)算對(duì)象的市場(chǎng)。能量市場(chǎng)始終是電力市場(chǎng)的核心。目前北美能量市場(chǎng)主要分日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)。在傳統(tǒng)的發(fā)電能源結(jié)構(gòu)下，日前市場(chǎng)主要針對(duì)傳統(tǒng)的核電、燃煤、燃油等非快速機(jī)組。這類機(jī)組往往具有較長的啟動(dòng)時(shí)間、較大的最短連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和最短停機(jī)時(shí)間（從市場(chǎng)角度看，將其稱為非靈活機(jī)組更為合適）。在日前市場(chǎng)上，來自發(fā)電方和需求方的投標(biāo)在最小運(yùn)行成本的目標(biāo)下進(jìn)行匹配以產(chǎn)生日前發(fā)電計(jì)劃（包括啟停機(jī)方案和調(diào)度方案）以及日前出清價(jià)格。在日前市場(chǎng)出清的資源理論上按日前出清價(jià)格結(jié)算。沒有在日前市場(chǎng)中標(biāo)的資源可以選擇加入實(shí)時(shí)市場(chǎng)。實(shí)時(shí)市場(chǎng)以日前市場(chǎng)的機(jī)組啟停機(jī)方案為基礎(chǔ)，對(duì)來自發(fā)電方的投標(biāo)在最小運(yùn)行成本的目標(biāo)下與系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)進(jìn)行匹配以產(chǎn)生實(shí)時(shí)調(diào)度方案和實(shí)時(shí)出清價(jià)格。雖然在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中也可以對(duì)機(jī)組的啟停狀態(tài)進(jìn)行改變，但這些改變?cè)瓌t上只限于以燃?xì)廨啓C(jī)為代表的快速機(jī)組。這類機(jī)組往往具有極短的啟動(dòng)時(shí)間、較小的最短連續(xù)運(yùn)行時(shí)間和最短停機(jī)時(shí)間（事實(shí)上一旦進(jìn)入實(shí)時(shí)市場(chǎng)，改變非快速機(jī)組的啟停狀態(tài)從技術(shù)上已經(jīng)不可行）。機(jī)組實(shí)時(shí)調(diào)度方案與其在日前發(fā)電計(jì)劃中的差異按實(shí)時(shí)出清價(jià)格結(jié)算。能量市場(chǎng)的基本設(shè)計(jì)理念是在日前市場(chǎng)中確定系統(tǒng)中絕大部分機(jī)組（主要是非快速機(jī)組）的發(fā)電計(jì)劃。而在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中利用系統(tǒng)再調(diào)度以及快速機(jī)組以平衡不斷改變的負(fù)荷需求。很明顯，這樣的市場(chǎng)架構(gòu)要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定有效的運(yùn)行，保持兩個(gè)市場(chǎng)之間的均衡至關(guān)重要。很多ISO/RTO都通過引入一些經(jīng)濟(jì)手段，如虛擬投標(biāo)，來維持兩個(gè)市場(chǎng)間的平衡。

1.2.3輔助服務(wù)市場(chǎng)

輔助服務(wù)市場(chǎng)用于出清系統(tǒng)運(yùn)行可靠性所需的調(diào)頻和各類備用容量。盡管各ISO/RTO在系統(tǒng)備用的分類上有一些細(xì)微差距并采用不同的術(shù)語，但基本上不外乎同步（旋轉(zhuǎn)）備用、10min非同步備用和30min非同步備用幾類。在電力市場(chǎng)發(fā)展的初期，輔助服務(wù)市場(chǎng)是單獨(dú)運(yùn)作的。在輔助服務(wù)市場(chǎng)中出清的調(diào)頻和各類備用容量在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中得以實(shí)施，而實(shí)時(shí)市場(chǎng)不會(huì)對(duì)調(diào)頻和各類備用容量的分配進(jìn)行調(diào)整。目前大多數(shù)電力市場(chǎng)都已經(jīng)采用將能量/調(diào)頻/備用聯(lián)合優(yōu)化的方法來達(dá)到運(yùn)行成本的最小化以及可用資源的最優(yōu)分配。

2電力市場(chǎng)環(huán)境下風(fēng)電能源的調(diào)度與運(yùn)行

如前所述，風(fēng)電能源的特點(diǎn)是具有較低的生產(chǎn)成本，但其發(fā)電量卻有相當(dāng)程度的不確定性。如果風(fēng)電容量占整個(gè)系統(tǒng)發(fā)電總?cè)萘康谋壤龢O小，則簡單地將風(fēng)電納入到現(xiàn)有的電力市場(chǎng)運(yùn)行架構(gòu)中應(yīng)該不會(huì)產(chǎn)生明顯的問題。但如果系統(tǒng)中存在著相當(dāng)數(shù)量的風(fēng)電能源，則沿用現(xiàn)有的市場(chǎng)運(yùn)行模式將有可能帶來許多潛在的問題。為此，各ISO/RTO均針對(duì)風(fēng)電能源的特點(diǎn)，對(duì)市場(chǎng)環(huán)境下風(fēng)電能源的引入制定了一系列特定規(guī)則。這些規(guī)則雖然涉及到整個(gè)市場(chǎng)架構(gòu)的各個(gè)方面，但其影響最大的是能量市場(chǎng)。

2.1容量市場(chǎng)中的風(fēng)電能源

風(fēng)電能源雖然具有較低的生產(chǎn)成本，但其投運(yùn)初期也會(huì)具有較高的折舊成本，加入容量市場(chǎng)會(huì)因此得到一定程度的補(bǔ)償。與常規(guī)機(jī)組的不同之處在于，作為一種可間斷性發(fā)電資源，風(fēng)電機(jī)組對(duì)滿足未來負(fù)荷需求的能力不能簡單地依據(jù)其銘牌容量來計(jì)算。目前風(fēng)電機(jī)組一般利用其所謂的“有效設(shè)備容量”參與容量市場(chǎng)。雖然目前北美各ISO/RTO容量市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)有較大差異。但對(duì)于有效風(fēng)電設(shè)備容量的估算原則卻大同小異。基本上在設(shè)備投運(yùn)之前按銘牌容量的某個(gè)固定百分?jǐn)?shù)進(jìn)行估算，投運(yùn)后按連續(xù)數(shù)年機(jī)組在特定時(shí)段的平均容量系數(shù)進(jìn)行估算。如PJM，在設(shè)備投運(yùn)之前或具有完整的運(yùn)行數(shù)據(jù)前按銘牌容量的13%進(jìn)行估算，一旦具備機(jī)組完整的運(yùn)行數(shù)據(jù)，則按先前連續(xù)3年中6—8月每天下午2:00—6:00的平均容量系數(shù)計(jì)算。

2.2能量市場(chǎng)中的風(fēng)電資源調(diào)度

傳統(tǒng)的日前市場(chǎng)要提供中標(biāo)機(jī)組的日前發(fā)電計(jì)劃（包括機(jī)組啟停狀態(tài)和出力）以及次日每小時(shí)的日前出清價(jià)格。前者可以歸結(jié)為一個(gè)多時(shí)段帶安全約束的機(jī)組組合問題，而后者則可以通過一系列單時(shí)段的經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題求解。日前市場(chǎng)中每個(gè)調(diào)度時(shí)段的長度一般為1h。而實(shí)時(shí)市場(chǎng)一般通過單時(shí)段的經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型產(chǎn)生對(duì)應(yīng)時(shí)段的市場(chǎng)出清價(jià)格。實(shí)時(shí)市場(chǎng)中每個(gè)調(diào)度時(shí)段的長度一般為5~10min。對(duì)于風(fēng)電這種帶有相當(dāng)不確定性的資源，即使參與日前市場(chǎng)并在日前市場(chǎng)中標(biāo)，其機(jī)組的啟停狀態(tài)也不應(yīng)被簡單地帶入實(shí)時(shí)市場(chǎng)。目前，風(fēng)電機(jī)組在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中的調(diào)度主要依賴狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果，即通過狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果決定風(fēng)電機(jī)組的啟停狀態(tài)和調(diào)度上限。這是風(fēng)電機(jī)組與其他常規(guī)機(jī)組之間一個(gè)很大的差別。如果風(fēng)電機(jī)組本身將自己標(biāo)定為可調(diào)度機(jī)組，則其必須提供相應(yīng)的報(bào)價(jià)曲線。目前多數(shù)ISO/RTO都支持以小時(shí)為基礎(chǔ)的報(bào)價(jià)曲線（如MISO,ISONE,NYISO,CAISO等，PJM的HourlyMarket也將在2017年上線），并且允許風(fēng)電資源的報(bào)價(jià)曲線為負(fù)數(shù)。

經(jīng)濟(jì)調(diào)度程序會(huì)據(jù)此對(duì)其進(jìn)行調(diào)度。風(fēng)電機(jī)組本身運(yùn)行成本低，又可獲得政府的稅收補(bǔ)貼，其報(bào)價(jià)一般較低，甚至出現(xiàn)負(fù)報(bào)價(jià)。因此除非該機(jī)組由于系統(tǒng)運(yùn)行的需要被要求降低出力以控制某些特定的經(jīng)濟(jì)或安全約束，多數(shù)情況下風(fēng)電機(jī)組都會(huì)運(yùn)行于其調(diào)度上限。如果風(fēng)電機(jī)組本身將自己標(biāo)定為不可調(diào)度機(jī)組，則其出力將由狀態(tài)估計(jì)的結(jié)果以及機(jī)組提供的出力計(jì)劃決定。不可調(diào)度機(jī)組不可以在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中報(bào)價(jià)。目前絕大多數(shù)ISO/RTO都允許風(fēng)電資源參與日前市場(chǎng)。與實(shí)時(shí)市場(chǎng)相似，參與日前市場(chǎng)的風(fēng)電資源可以按可調(diào)度機(jī)組投標(biāo)并擁有自己的報(bào)價(jià)曲線。也可以將自己標(biāo)定為不可調(diào)度機(jī)組并提供次日每小時(shí)的計(jì)劃出力。可調(diào)度風(fēng)電機(jī)組可以在日前市場(chǎng)中報(bào)價(jià)。如前所述，目前廣泛采用的兩級(jí)市場(chǎng)架構(gòu)（日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)）要達(dá)到穩(wěn)定有效的運(yùn)行，保持兩個(gè)市場(chǎng)之間的均衡至關(guān)重要。從這個(gè)角度看，風(fēng)電機(jī)組參與日前市場(chǎng)是應(yīng)該得到鼓勵(lì)的，盡管風(fēng)電機(jī)組在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中的啟停狀態(tài)和出力實(shí)際上由狀態(tài)估計(jì)結(jié)果決定。

如果大量風(fēng)電機(jī)組只參與實(shí)時(shí)市場(chǎng)而不參與日前市場(chǎng)，則日前發(fā)電計(jì)劃中可能包含過多的具有相對(duì)較高報(bào)價(jià)的傳統(tǒng)機(jī)組，這將對(duì)實(shí)時(shí)市場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度帶來困難，同時(shí)也會(huì)使兩級(jí)市場(chǎng)出清價(jià)格產(chǎn)生較大差異。但風(fēng)電機(jī)組參與日前市場(chǎng)需要有穩(wěn)定可靠的風(fēng)力預(yù)測(cè)系統(tǒng)的支持。一般的風(fēng)電設(shè)備擁有者并不一定具備這種能力。目前，許多ISO/RTO在提供短期（10min）風(fēng)力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，也提供長達(dá)48~168h的中長期預(yù)測(cè)。這也是風(fēng)電機(jī)組與其他常規(guī)機(jī)組之間的一個(gè)不同之處。目前各ISO/RTO在處理風(fēng)電在兩級(jí)市場(chǎng)的關(guān)系問題上各有自己的特色。如PJM和MISO，如果某風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)在容量市場(chǎng)中中標(biāo)，則該機(jī)組必須參與日前市場(chǎng)才能獲取容量收益。但如果該風(fēng)電機(jī)組沒有參與容量市場(chǎng)或沒有在容量市場(chǎng)中中標(biāo)，則其可以自行選定是否加入日前市場(chǎng)。而在另一些ISO中，如NYISO，則規(guī)定風(fēng)電機(jī)組必須加入實(shí)時(shí)市場(chǎng)，但不必加入日前市場(chǎng)以獲得容量收益。機(jī)組實(shí)時(shí)調(diào)度方案與其在日前發(fā)電計(jì)劃中的差異按實(shí)時(shí)出清價(jià)格結(jié)算的原則也適用于風(fēng)電機(jī)組。為鼓勵(lì)市場(chǎng)參與者按實(shí)際邊際成本報(bào)價(jià)并積極服從ISO/RTO的調(diào)度指令，很多市場(chǎng)都引入附加的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償以保證發(fā)電資源由于服從調(diào)度指令而被迫在其邊際成本以下運(yùn)行時(shí)不會(huì)受到損失。這種經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償也用于風(fēng)電機(jī)組。也有某些ISO根據(jù)其自身的運(yùn)行特點(diǎn)提出了一些專門針對(duì)風(fēng)電機(jī)組的調(diào)度方案，并已在實(shí)際系統(tǒng)中得以運(yùn)用。如ISONE提出的DNE方案，在現(xiàn)有實(shí)時(shí)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)傳輸能力，計(jì)算每個(gè)風(fēng)電機(jī)組允許的發(fā)電上限。ISO下發(fā)給相應(yīng)廠站的就不再是傳統(tǒng)意義上的AGC基值，而是這個(gè)計(jì)算出的發(fā)電上限。這就給風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行帶來了更大的靈活性。

2.3輔助服務(wù)市場(chǎng)中的風(fēng)電能源

風(fēng)電機(jī)組本身的低運(yùn)行成本導(dǎo)致的低報(bào)價(jià)決定了多數(shù)情況下風(fēng)電機(jī)組都會(huì)運(yùn)行在其調(diào)度上限。實(shí)際系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的情況并不多見。對(duì)于風(fēng)電這類間斷性能源，目前市場(chǎng)并不鼓勵(lì)風(fēng)電機(jī)組大量參與輔助服務(wù)市場(chǎng)（實(shí)際上由于風(fēng)電等間斷性能源的大量引入，系統(tǒng)所需的備用容量水平還可能上升），但多數(shù)市場(chǎng)也并未將風(fēng)能排斥在輔助服務(wù)之外。某些ISO依據(jù)風(fēng)電機(jī)組的特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)電機(jī)組所能參與的輔助服務(wù)進(jìn)行了限制，如SPP，只允許符合條件的風(fēng)電機(jī)組參與向下調(diào)頻的服務(wù)，但不能參與向上調(diào)頻的服務(wù)。如前所述，目前北美大多數(shù)電力市場(chǎng)都已經(jīng)采用將能量/調(diào)頻/備用聯(lián)合優(yōu)化的方法來達(dá)到運(yùn)行成本的最小化以及可用資源的最優(yōu)分配。這樣，風(fēng)電機(jī)組可以同時(shí)參與能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)的競(jìng)標(biāo)，其最終出清結(jié)果由優(yōu)化算法決定。

3風(fēng)電能源對(duì)電力市場(chǎng)的長遠(yuǎn)影響

從前面的論述可以看出，目前北美電力市場(chǎng)的運(yùn)行理念是盡可能地將風(fēng)電能源納入到現(xiàn)行的市場(chǎng)機(jī)制之中，而并未準(zhǔn)備對(duì)現(xiàn)有的市場(chǎng)架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，未來以風(fēng)電為代表的可再生能源發(fā)電設(shè)備的快速增長對(duì)電力市場(chǎng)架構(gòu)帶來的沖擊是不可回避的問題。2015年9月20日午夜美國德克薩斯(ERCORT)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)出清價(jià)格一度達(dá)到-8.52美元/MWh。盡管這一現(xiàn)象的出現(xiàn)有其一定的偶然性，如德克薩斯電網(wǎng)是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，在風(fēng)電過剩的情況下無法將多余的電能有效地向外輸出，而且德克薩斯系統(tǒng)擁有比其他各州更大的風(fēng)電比例，但實(shí)際上負(fù)出清價(jià)格在此之前就已經(jīng)在美國各大系統(tǒng)中多次出現(xiàn)。盡管風(fēng)電能源的引入并不是市場(chǎng)出清價(jià)格日益下降的唯一原因（廉價(jià)的天然氣也對(duì)市場(chǎng)出清價(jià)格的下降有很大影響），但過低的出清價(jià)格勢(shì)必導(dǎo)致投資收益的下降，從而影響電力市場(chǎng)對(duì)新投資的吸引力，這對(duì)電力市場(chǎng)本身乃至整個(gè)電力行業(yè)的發(fā)展都是不利的。

另一方面，從近年來美國風(fēng)電能源的發(fā)展趨勢(shì)來看，聯(lián)邦的減稅政策起到了關(guān)鍵性的作用。每當(dāng)聯(lián)邦出臺(tái)新的減稅政策，風(fēng)電設(shè)備的投資就進(jìn)入明顯的高漲期。而每當(dāng)已有的減稅政策即將過期，風(fēng)電設(shè)備的投資就進(jìn)入明顯的低谷期。未來的能源投資究竟在多大程度上受到國家經(jīng)濟(jì)政策的影響，市場(chǎng)機(jī)制從中能起到多大的作用，都是值得研究的問題。從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看，風(fēng)電以及其他可再生能源的進(jìn)一步發(fā)展有可能造成日益增多的負(fù)荷被就地平衡。是否需要針對(duì)配電系統(tǒng)建立相應(yīng)的市場(chǎng)機(jī)制，輸電網(wǎng)市場(chǎng)的機(jī)制與規(guī)則是否可以被簡單推廣到配電網(wǎng)市場(chǎng)，輸電網(wǎng)市場(chǎng)與配電網(wǎng)市場(chǎng)應(yīng)該如何相互協(xié)調(diào)，也是目前北美學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的課題。

4結(jié)語

本文在對(duì)北美電力市場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單回顧的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了北美電力市場(chǎng)為將風(fēng)電能源納入到現(xiàn)行的市場(chǎng)機(jī)制之中所采取的措施，并對(duì)以風(fēng)電為代表的可再生能源的快速增長對(duì)市場(chǎng)帶來的沖擊進(jìn)行了簡單分析。必須注意到的是，風(fēng)電能源的快速發(fā)展出現(xiàn)在電力市場(chǎng)在北美趨于完善的時(shí)期，因此整個(gè)市場(chǎng)架構(gòu)不可能針對(duì)風(fēng)電能源的出現(xiàn)立即作出根本性的調(diào)整，而只能是盡可能地將風(fēng)電能源吸納到現(xiàn)有的市場(chǎng)體制中。這與中國的情況完全不同。因此照搬北美的電力市場(chǎng)模式并不一定是好的選擇。根據(jù)中國的國情，設(shè)計(jì)符合中國現(xiàn)有能源架構(gòu)和運(yùn)行方式的市場(chǎng)體制，才是正確的發(fā)展方向。

作者：金明1，邱煒1，朱繼忠2 單位：1.通用電氣電網(wǎng)公司，2.南方電網(wǎng)科學(xué)研究院