以现货市场为支点 支撑“双碳”目标和能源保供

2021年以来，随着山西、广东等多个省份的电力现货市场逐步迈入长周期运行，省间电力现货市场开展季度试运行，以及南方区域电力现货市场启动试点运行，电力现货市场不再是纸面蓝图，而是第一次在电力系统实际运行中真正进行了落地实践，并发挥了极其重要的作用。目前行业内部与学界对“无现货、不市场”基本达成共识，但建设现货市场的意义与目的又是什么？传统上的认识是通过电力市场实现资源配置，从而降低用户用电成本。然而在当前能源结构深度调整与构建新型电力系统背景下，推动现货市场往往伴随电力价格的上升，因此很多人觉得把市场搞得这么“复杂”没有必要，还是传统中长期交易或者干脆不要市场来得好。

之所以存在以上观点和声音，本质上还是没有理解电力现货市场在新型电力系统中的作用与价值，尤其是其在促进新能源消纳和保障电力供应这两个非常重要的目标方面的不可替代性，从而导致电力现货市场建设与运营目标不清晰、立场不坚定、规则不合理、监管不及时，既浪费了很多时间，又走了很多不必要的弯路。要理解现货市场，首先要立足于行业当前实际情况，理解新型电力系统中的供需变化新趋势，理解现货市场与供需形势的关联；然后才能形成正确的认知，并以之为指引，建成合理有效的现货市场，支持能源转型大目标的实现。

能源转型是我国电力产业发展面临的宏观大背景

落实“双碳”目标需要积极发展新能源

习主席在第75届联合国大会上宣布，我国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和的“双碳”目标。2030年，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。到2050年，我国风电和光伏发电累计装机将超过50亿千瓦，另外电动汽车保有量届时将超过四亿辆，为新能源产业发展创造了巨大需求。能源活动是我国二氧化碳的主要排放源，接近总排放量的90%。截至2021年底，风电、太阳能发电总装机容量为6.4亿千瓦，在未来很长的一段时间内将保持高速增长态势。

保障国家能源安全更需要大力发展新能源

我国电气化发展水平总体呈现稳步提升趋势，电能占终端能源消费的比重从1985年的7%升至2020年的27%左右。新型电力系统下，电能占终端能源消费的比重势必大幅提升。2021年底，我国全社会用电量为8.3万亿千瓦时，同期美国的用电量为3.8万亿千瓦时，欧盟的用电量为3.5万亿千瓦时。随着“双碳”目标的推进，终端电气化水平的持续提升与电动汽车的大规模发展，预计到2030年和2060年，我国全社会用电量需求分别约为11万亿千瓦时、16万亿千瓦时。

我国的能源格局是富煤、贫油、少气。目前全国仅山西、陕西、内蒙古和新疆等少数省（区）的煤炭可开采储量较大，火电增量难以为继；天然气发电受气源制约，也无法大规模生产；随着西南多个电站的投运，水资源开发所剩不多；而核电受多种因素的影响，无法大规模发展。因此要满足未来巨大的电量增长需求，保障国家的能源安全，近期主要电量来源只能是风电与太阳能发电。

新能源全周期波动给电力系统运行带来巨大挑战

风电与太阳能发电受天气影响大，间歇性与波动性特征明显，且可控性差，属于传统意义上的“垃圾电”，给新型电力系统的安全可靠运行带来了巨大的挑战。下面以山西为例，可以发现新能源在月、日、时三种时间尺度上均存在大幅波动。

新能源存在不规律的分月发电波动

下面的表1展示的是新能源发电量占直调负荷用电量的比例，表2展示的是新能源自身的月均负荷率。可以看到，新能源发电存在明显的月度不均衡，从负荷率来说，风电在2021年4、5、11、12月以及2022年3月发电较多，远超其他月份；光伏发电在2021年4、5、6、7、8月比较多，不同月份的相对量变化也非常大。

如果以发电偏少的月份作为参考发展新能源，那么在发电多的月份可能就无法完成消纳，形成弃风弃光；如果以发电偏多的月份为新能源发展参考，那么在发电少的月份就存在缺电风险，需要通过其他手段来进行保供。

新能源存在不规律的分日发电波动

表3展示的是风电发电量占直调负荷用电量比例的各旬变化情况，下面的表4展示的是光伏发电量占直调负荷用电量比例的各旬变化。由于大风与光照经常受气象过程的影响，在气象事件前后，新能源发电存在明显的变化。可以看到，新能源发电存在明显的各旬不均衡性，以2021年4月为例，风电发电量中旬是上旬的2倍、下旬是上旬的近3倍，跳动明显；2021年10月，光伏下旬发电量也比上旬翻了一番。

图1展示了山西新能源在2022年5月各日的发电曲线，可以看出，1~7日平均发电量较多，8~12日平均发电明显偏少，13~17日有所恢复，然后除了月底3天之外，剩下来的天数新能源发电都很少。

新能源存在不规律的分时发电波动

受光照与风力变化影响，日内不同时刻的新能源发电波动更为明显，这也是经常为大家所注意到的重点。图2展示了山西新能源在2022年5月13~17日的发电曲线，可以看出，一天的24小时之内，出力多的与出力低的时刻相比，在5月15日，差额值达5倍之多。因此在很多的日子里，新能源发电高峰的几个小时，可能会导致电力系统出现消纳困难；而新能源发电不足的晚高峰或者晚间时段，则存在如何通过多种手段保障供电可靠性的问题。

现货市场是当前平衡不规律波动的有效手段

随着新能源的持续大规模发展，分月、分日与分时的发电波动将会越来越严重，新型电力系统的稳定运行要求有手段对之进行管理或调控。

储能等无法经济平衡新能源波动

通过表1、2可以看到，如果用储能设施调节新能源月度之间的波动，一年之内只能实现两充两放，很明显没有哪一种技术能够在这种场景下具有经济性。通过图1可以知道，若新能源分日波动通过储能进行调节的话，每月的充放电循环也就是2～3次，折算到全年约为30次上下，不管是化学储能还是抽水蓄能，均无法回本。另外，可能也根本无法提供如此多的储能容量。

即使在分时尺度上，在图2中可以看到，一年内只有大约100天的时间峰谷价差大约为700元/兆瓦时，大于500元/兆瓦时的有163天，但每天只有一充一放的机会。所以日内的调节也无法通过储能进行经济性实现。

传统机制无法敏捷平衡新能源波动

如果采用调价、调度指令、调峰、拉闸限电等传统手段，能否解决问题呢？在新能源发电占比还比较低的时候，调节压力不大，传统手段基本上能保障正常运行。但随着新能源占比越来越高，气候变化也愈来愈剧烈，传统手段的局限就越来越突出地显现出来了。比如电价需要能够反映月、日、时尺度上的电力供需与成本变化，但是由于新能源发电的波动性与长中短期预测的难度，一是很难准确地调价，二是更难每月、每日去调价，因此价格与实际供需经常会冲突，乃至进一步恶化供需。

在缺乏有效价格信号指引的情况下，即使调度工作做得再准，但发用侧的市场主体如果感受不到经济上的刺激，或者像调峰市场一样仅有少量补偿，他们将没有动力积极主动参与调度调整，或者即使参与了反而会带来损失，因此就更加难以为继。而拉闸限电带来的停电损失巨大，无法用作电力系统运行的常规调控手段。

新能源消纳与电力保供是推动现货市场发展的关键动力

相比在所有的路口都设置一个有人值守的交通指挥岗，现有的红绿灯信号系统很明显更加经济、更加有效，所有城市交通得以井然有序。现货市场也是类似于一种交通信号灯的机制，如图3所示，当新能源发电多的时候，现货价格低，此时火电越发预亏，而用户用电成本极低，乃至为0，因此火电会主动少发、用户有动力多用；当新能源发电少的时候，现货价格高，有时超过1000元/兆瓦时，此时火电发电能获得超额回报，而用户用电成本极高，因此火电会主动多发、抢发，用户用电意愿降低。价格信号与新能源发电匹配，发用两侧积极响应价格信号，以此实现发用两侧运行与新能源发电之间的高效协同。

由于气象预测本身的精度有限，新能源发电预测难度大，因此月、旬、周尺度的物理交易与发电调度偏差极大，难以真正有效实施。现货市场在日前进行机组组合、在日内进行调度调整，最大化地实现了调度管理与发电偏差之间的均衡，一方面确保预测偏差尽可能地小，另一方面也给调度管理足够的时间进行应对。

借助现货市场这个支点，在保障新型能源系统安全可靠运行的前提下，整个调度管理工作量将极大地降低，只需要执行传统的发电计划与发电调度程序即可；另外，现货市场也通过经济联系实现电网与发电、用户之间的高效协同，在实现资源优化配置的同时，有效地保障了新能源的消纳与电力保供要求的落实。

现货市场是电力市场建设的核心但不是全部

虽然现货市场在电力系统平衡、价格信号给出方面的作用突出，是保障新能源消纳与电力保供的关键，但是它也只是电力市场的一个组成部分。纵观世界各国的电力市场建设历程，大体都需要花费10年左右的时间，所以我们也不能要求现货市场能够迅速解决电力系统面临的所有问题，欲速则不达。

首先，现货市场上的价格波动剧烈，发、售、用各类市场主体为了控制风险，需要有流动性好的中长期交易与之匹配，通过持续不断的交易发现价格信号，并及时调整交易持仓来控制风险。如果现货市场没有中长期交易进行套保，那么大幅波动的现货价格将令市场主体难以接受，最终形成现货市场抵制。

其次，现货市场提供的仅仅是基于边际成本的电能量补偿，可能无法回收火电容量成本或者新能源的环境价值，因此需要在电能量市场之外设计合理的容量补偿机制、绿证交易机制，以实现此类成本的回收，否则电力系统未来将面临容量不足风险，存在可靠性问题。

第三，针对诸如调频、备用、调压等辅助服务问题，也需要建立专门的机制或市场予以解决。

当然，以上种种配套机制，都是共同以现货市场反映的电能量价值为基准进行补充、调整。因此这又进一步决定了现货市场重要性，它是整个电力市场的基石，只有基石稳固，才能架设上层建筑，否则建成的注定是空中楼阁、海市蜃楼。

现货市场在我国现阶段刚刚完成起步，未来还任重道远，需要行业内的专家与精英共同努力。我们一方面不能停滞不前，必须以能源转型背景下新型电力系统的安全经济运行为核心，持续推进现货市场建设；另一方面，也不能操之过急，在市场运营经验、实际交易经验、技术支持能力和经营管理模式均较弱的情况下，一步完成现货市场建设。

现货市场建设急不得，但也等不得；它仅仅是一个支点，但却可以承载能源转型和“双碳”目标的实现。

本文刊载于《中国电力企业管理》2022年9期，作者系北京兰木达技术有限公司总经理

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