考虑可再生能源电力消纳权重的市场交易决策研究
发布时间：2021-11-23
摘要：在“中国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和”目标的驱动下，碳市场和绿证市场正稳步快速发展。伴随着碳市场、绿证市场的推进，将产生碳-绿证-电力市场的交互耦合，形成涵盖多市场多主体的交易体系框架。研究考虑可再生能源电力消纳责任权重，结合发电商、售电商等各市场主体受碳市场、绿证市场的影响，通过多主体成本收益分析，建立以各市场主体利润最大为目标的最优交易决策模型。该模型在满足可再生能源消纳水平考核的同时，实现了各市场主体市场利益均衡。最后通过算例结果分析了可再生能源配额、碳配额的变化对多主体交易电量和利润的影响。
关键词：电力市场;多市场耦合;交易决策模型;可再生能源电力消纳权重
0 引言
为了应对能源紧缺与化石燃料污染问题，国际社会积极开展能源资源优化配置和气候治理措施，制定了一系列碳减排组合机制。电力行业各主体参与碳交易与绿证交易是解决电力生产负外部性的有效市场化手段[1]。美国、澳大利亚、英国等多个国家和 地 区 均 出 台 了 可 再 生 能 源 配 额 制(renewable portfolio standard，RPS)政策、碳配额制政策及相应的配套政策，对推动地区清洁低碳发展发挥了重要作用[2]。2019年5月《关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》的颁布，是我国开始对可再生能源消纳的责任权重进行考核的标志，与之相配套的绿 色 证 书 交 易 机 制(tradable green certification， TGC)[3]为被考核主体完成责任考核提供了有效途径：可通过购买绿证的方式完成消纳权重指标，从而增加消费群体对绿证的交易意愿，使绿证市场和可再生能源消纳量市场两者达到动态平衡状态。此外，自2011年起，我国在北京、天津、上海、重庆、深圳、湖北、广东等7个省市开展碳市场建设的试点工作，2017年全国碳市场建设正式启动，并于2021年7 月实现全国碳排放市场上线交易，地方试点市场与全国碳市场并存[4]。
现阶段对于电力市场的研究以电力市场多主体交易决策和市场优化运行为主，包括容量市场和辅助服务市场机制及市场优化控制等方面[3,5]，对碳配额或可再生能源消纳权重考核政策下的各主体行为策略方面的研究相对较少，主要集中在碳市场、绿证市场及可再生能源配额的引入所带来的市场风险、发电商市场策略以及对电力市场能源结构的影响等方面。文献[6]建立了主导企业竞争边缘模型，通过RPS实施中的市场力问题，分析了可再生能源证书的价格和用户上网电价受不同主导企业市场力影响的程度问题。文献[7]分析了碳市场影响可再生能源发电行业的机制，并以北京、广东和湖北碳市场建设试点为例，量化分析碳价对电价成本的影响。文献[8]在考虑碳成本的基础上，采用发电机组经济性影响模型，定量分析了碳市场不同发展阶段对发电机组发电成本的影响，定量评价不同能源结构投资收益经济性。文献[9]将碳交易和绿色证书交易机制引入到发电权交易模型中，构建了基于区域净利润最大化的发电权交易模型。文献[10]在分析绿色证书市场和电力批发市场的基础上，建立联合均衡模型，但没有考虑到发电厂商策略受现行固定电价制体系约束的影响。
综上分析可知，在综合考虑碳市场、绿证市场和可再生能源消纳权重下，对不同责任主体的交易策略方面的研究还较少。基于此，本文将碳市场、绿证市场和可再生能源消纳责任权重共同引入不同考核主体的决策因素中，以各市场主体利益最优为目标，建立市场均衡模型，研究碳市场、绿证市场引入对各主体利益的影响程度。
1 碳市场、绿证市场和电力市场耦合下多主体交易体系架构
常规火电机组、新能源发电机组和售电商等多主体将共同参与碳市场、绿证市场和电力市场的交易，并在不同市场间形成交互影响，形成多市场多主体的交易体系和架构，如图1所示。
碳市场、绿证市场和电力市场的耦合，重点在于可再生能源消纳责任权重和碳配额。可再生能源消纳责任权重联通了电力市场和绿证市场，在满足消纳责任权重要求的情况下，售电商需要从电力市场购买绿电或者从绿证市场购买绿证，这就要求售电商均衡两个市场优化决策购电量，进而影响新能源机组的市场交易量。碳配额联通了电力市场和碳市场，在满足碳排放要求的情况下，常规火电机组需要衡量市场交易电量和碳市场购售碳排放权的成本效益，影响了常规火电和绿电的市场份额。就电力商品而言，新能源生产的绿电和常规能源发电机组生产的火电属于无差别商品，在电力市场上获取市场份额，需要进行市场竞价，其中常规火电机组的交易电量所占份额将会影响到碳市场碳价，新能源发电机组的交易电量份额将会影响到绿证市场的绿证价格。根据可再生能源消纳考核办法，售电商必须完成可再生能源消纳责任要求。
2 多市场耦合下各主体的交易决策模型
2.1 多市场耦合下各主体成本收益分析
2.1.1 发电商成本收益分析
3 算例分析
本节就多市场耦合下的两个关键参数：可再生能源消纳责任权重 α 和碳配额系数 β ，开展算例分析，阐释两个参数对市场主体交易决策的影响。
3.1 数据选取及各发电机组参数
设定电力市场存在4家发电机组，全部参与市场竞争，其机组成本系数和容量的基本参数如表1 所示[4]。
其中，1号和2号为常规火电机组，3号和4号为新能源发电机组。在该电力市场的交易价格方面，采用当前市场平均价格475元/MWh 进行计算。其它参数的选取及基准值的确定如表2所示。
本文来源于：《电力需求侧管理》(双月刊)创刊于1999年，由国家电网公司主管、国家电网公司电力需求侧管理指导中心主办、东南大学协办。围绕国际上流行的电力需求侧管理(DSM)技术，宣传国家政策、法规、发布国内外信息，交流学术思想和实践经验，服务新技术、新产品的推广应用，促进政府、电力公司、电力用户、能源中介服务和机构互动，促进经济、能源、环境协调发展。
由图2可以看出，随着新能源配额比例的不断升高，常规火电机组的成交电量不断下降，而新能源发电机组的成交电量不断提升。这是由于新能源配额制及绿证制度的实施，使售电商成为被考核主体。当未完成配额指标时，售电商会受到联合惩罚，为避免其受到惩罚，售电商会购买足够的新能源电量，且购买数量随着配额比例的不断调高而增加，促使新能源电厂的成交电量不断提升。与此同时，售电商会减少常规能源的购电量。这说明新能源配额制的有效实施能够显著增加售电商对于新能源电力的需求，在市场机制下，促进新能源的并网和消纳，推动我国能源清洁化转型。
随着可再生能源配额比例的不断增加，新能源和常规火电机组的成交电量分别呈下降和上升趋势。通过机组交易决策最优模型可知，常规火电机组利润主要取决于成交电量，因此在成交电量不断下降的情况下，利润水平同样随着配额比例的提高而逐步降低;新能源的发电机组利润主要取决于成交电量和成交绿证数量，因此利润的增加包括电量和绿证两部分，且利润增长速度较快。由此可知，可再生能源配额制和绿证制度对新能源的发展产生有效激励。
3.2.2 碳配额对各发电机组交易电量及利润的影响
图3所示为碳配额对各发电机组交易电量及利润的影响。由图3可以看出，随着碳配额系数的减少，新能源机组的交易电量逐渐增加，利润也相应增加，常规火电机组的交易电量逐步减少，相应利润也有所减少，并且排放因子较小的1号常规火电机组的交易电量相对减少较小，而排放因子较大的 2号常规火电机组的交易电量减少较大。这是由于碳排放的限制，当碳排放政策收紧时，碳排放因子较大的机组成本提升，甚至通过碳市场购买碳配额，成本增加导致其交易电量减少，进而压缩了常规火电机组的利润。新能源机组则通过较多的交易电量获得更多利润。
综上，可再生能源配额制、绿证制度和碳配额能够实现对售电商和常规火电机组的有效考核，提高电力市场中的新能源交易占比，提升新能源成交电量，促进新能源的并网消纳。碳配额可以有效激发新能源机组市场活力，抑制高排放常规火电机组的发展。绿证制度能够通过绿证市场降低新能源机组生产成本，减轻政府的补贴压力。
4 结束语
在碳市场、绿证市场和电力市场等多市场耦合环境下，结合可再生能源消纳责任权重要求和碳配额制，针对各主体市场行为开展研究，建立了多市场多主体交易决策模型，通过算例仿真进行验证分析，得到以下结论。
(1) 在可再生能源配额制的前提下，构建了碳市场、绿证市场和电力市场多市场耦合下多主体交易决策模型，研究了各电力市场主体的行为策略随新能源配额、碳配额变化时的变化，可用于分析适用于不同配额比例的新能源发电商、常规能源发电商和售电商的交易策略，对新能源电力消纳权重背景下的市场交易决策提供一定参考价值。
(2) 在碳配额、可再生能源配额制和绿证交易的促进下，售电商对新能源电力的需求得到了有效增长，电力市场中新能源的成交电量增加，促进了新能源消纳。常规火电机组和售电商受利润减少的影响，会逐步向综合化、清洁化转型。——论文作者：李 明1 ，林廷康1 ，旷世芳1 ，贺薪颖2 ，张凯琳2 ，曾 鸣2
