双碳约束下高渗透新能源电力系统特性分析、提升路径及多元市场机制设计.pdf

“双碳”约束下的新能源电力系统呈现大规模、高渗透、市场化特征，其出力的大幅波动和不确定性给电力系统安全稳定带来了诸如频率、电压、低惯量、电力电量不平衡、电量消纳困难等多重新型挑战，迫切需要从源-网-荷-储-市场侧构建多元灵活的调节体系和适应高渗透率新能源发展的市场机制来提升系统短期和中长期灵活调节能力。本文分析了高渗透新能源接入现状、稳定性问题与源-网-荷-市场侧特性，通过统筹煤电改造、提升外送能力、扩充需求响应资源、积极配储、新能源制氢等调节措施完成多元灵活性提升路径。最后，构建多维度的市场适应机制，空间上覆盖省间、省内；时间上覆盖中长期、现货；品种上覆盖电能量、辅助服务；数量上覆盖积极入市的海量主体来满足不断增长的全范围、全周期、全品种多元、灵活、有序的市场体系，为科学高效的电力保供市场机制提供参考。关键词：高渗透；调节资源；多元灵活；市场机制中图分类号：TM715文章编号：2 0 9 6-46 3 3(2 0 2 3)0 3-0 0 7 7-12文献标志码：BDO1:10.19317/ki.1008-083x.2023.03.010开放获取高渗透新能源上网形势下的波动出力特性使新能源弃电及供电不足现象常态化，源-网-荷-储侧特性变化显著，电力系统面临着电力电量不平衡、宽频振荡、无转动惯量、电压、频率、电源灵活性不足、系统抗扰动能力差等诸多不稳定因素，呕须挖掘多元灵活的调节资源，满足源荷侧的削峰填谷，实现网侧在更大区域内互联互济，不断扩充荷侧需求响应资源，推进新型储能、低碳化新能源制氢建设，进一步扩大新能源消纳空间，助力能源转型。目前存在着以下问题：省间互济市场化机制暂缺，促进新能源大范围消纳，提升电力系统及市场的灵活性。文献 1对高比例新能源并网后系统调度运行和规划决策分析，从系统消纳率的技术方案、成本与前景等方面，提出中国未来高渗透新能源电力系统演化路径。文献 2 引人频率阶跃的稳态频率误差，根据频率特性的变化提出新能源参与频率控制的2 种方式，通过数字仿真揭示未来系统频率特性的发展趋势。文献3引导源-荷进行跨时间的双向功率协调来支撑清洁能源高效消纳，综述了源-荷双边参与的原理、交易主体、品种、模式和规则，验证双边参与的日前能量与备用联合优化调度模型在促进新能源消纳方面的有效性。由于西北区域两级调峰辅助市场运行机制不足，文献 4 提出区域省间/内两级市场下新能源消纳最大化的有序衔接协调机制。文献 5采取新能源报量不报价方式，并根据浙江电力市场的现货交易机制，解决新能源消纳和收益问题。案例表明确定合理的保障消纳小时数可以提升现货市场的适应性。文献 6-8 归纳了国外成熟市场中容量保障机制机理；根据电力调频、调峰辅助服务间的耦合关系，设计了出清互斥、多时序协调的联合出清模型，提升新能源消纳效果；提高设计容量需求、价格等，解决区域高弃风与弃光率、灵活调节资源不足困局。文献 9 总结季节性储能的关键特征，从长时间尺度、多能源形式与跨空间范围分析其技术性能。文献 10-19 综述多个省份已开展的新能源与火电打捆、发电权置换等方式输送新能源电量，暂缓了弃风、光问题；但时间尺度大、跨度长的中长期交易，无法在空间、时间和价格上解决新能源出力预测偏差较大和整体灵活消纳的问题；现行省间中长期交易机制不能准确实时地反映市场中灵活性资源的需求量和价格。国外市场将交易频率提高到5分钟，实时监测新能源发电、电力价格预测，降低市场总运行成本来适应高渗透新能源发展。本文从三方面进行论述。(1)特性分析目前新能源接入现状及发展态势、传统与新型77功角稳定电力大数据稳定性问题，给电力系统带来短期和中长期向上与明，电网稳定分析更为复杂，如表1所示。向下调节灵活度不足与电力电量不平衡问题。从表1高渗透新能源电力系统稳定性问题与挑战源-网-荷-市场侧分别分析：源侧高渗透新能源占比Table 1Stability problems and challenges of high高、难消纳及不确定性；网侧外送能力受限，抗扰动permeability new energy power system性降低；荷侧峰谷差扩大及双峰特性；市场侧现行稳定性机制。问题(2)技术提升路径电压稳定一是提升源-网-荷-储的短期调节能力，构建“上得去、下得来、爬得快”的调节体系来提升短期调节能力；二是构建新能源制氢的中长期调节能力。（3）多元市场机制设计从时间、空间多维度设计多元品种协同的市场交易体系来推动中长期、现货、辅助市场向灵活多元化转变，向交易周期更短、频次更多、品种多样的交易模式转变，向适应中长期和现货衔接的交易模式转变。构建省间、省级市场协作衔接机制，考虑绿色证书交易的跨省区电力市场机制，设计需求侧资源互动机制，进一步完善市场交易机制。最后，给出新能源参与电力市场实施新思路：逐步实现省间/内市场融合，统筹配置资源，健全全国统一电力市场体系。1高渗透新能源电力系统特性分析1.1接入现状由图1可知2 0 11年2 0 2 2 年中国风、光发电量总体呈增长态势，且弃风、光率逐步降低。2 0 2 2年我国风电、光伏发电量达到1.19 万亿千瓦时，相当于减少国内碳排放约2 2.6 亿吨，全年全国风电、光伏的利用率分别为9 6.8%、9 8.3%。光伏发电量弃奔风电量风电发电量一弃光电量1200017%41000016%800011%6000400020002011图122011年2 0 2 2 年中国风光发电量及弃风、光率Fig.1 Solar powergeneration,wind discard and lightrate in China from 2011 to20221.2利稳定性问题电力系统呈现“双高”，新能源占比高、电力电子设备比例高。电力系统动态特性改变，演化机理不78第2 6 卷内容需应对的挑战新能源出力波动、脱网、恶化电压稳定电网拓扑、潮流变化，影响传统功角稳定频率稳定多时空尺度、非多扰动源耦合振荡定位新型线性、宽频电磁振荡自适应和协同振荡抑制策略1.2.1传统稳定性问题新能源的高渗透率、接入区域、运行工况、控制参数与策略等均会影响功角、电压与频率三大传统稳定问题。（1)功角稳定：高渗透新能源机组接人后改变原网架结构及潮流分布，区域联网下由发电机诱发的影响功角的暂态稳定，引人新的低频振荡现象（0.2 2.0 Hz)，可能加剧恶化区域电网间的机电振荡。（2)电压稳定：高渗透风、光接入强度较弱电网时，电压-无功响应能力较弱，电压稳定控制难度增大，易引发机组脱网。（3)频率稳定：高比例电力一奔风率电子化导致的系统惯量下降 2 0、新能源出力功率波弃光率17%18%16%10%12%11%10%10%8%6%1%20132015系统惯量减弱，削弱频率稳定鲁棒性宽频振荡量化指标统一动降低系统频率的鲁棒性。1.2.2新型稳定性问题12%电力电子器件大量运用在新型电力系统的发、10%7%8%6%4%2%2%20172019输、配、用电各个环节，引发的新型电磁振荡现象具有宽频、多模态、扰动耦合、自适应、协同特征，总体2%2%2%02021呈现多时空尺度和非线性特性。1.3特性分析1.3.1电力电量不平衡当电力供大于求时，系统“向下调节”减少出力，从而减少电量被弃，尽快恢复供需平衡；当供小于求时，系统“向上调节”增加出力，从而满足负荷需求，避免负荷削减。向上和向下灵活性不足是导致电力第3 期电量不平衡的诱因。如图2 所示，向上灵活性与系统爬坡能力有关，不足时将导致电力短缺；向下灵活性与系统减小常规机组出力的能力有关，不足时将舍弃风、光电量。峰1：向上调节能力不足大风、奔光谷2：向下调节能力不足谷3：向下调节能力不足谷1：向下调节能力不足00:0012:00时间图2电力系统向上和向下调节灵活性不足Fig.2Lack of upward and downward adjustmentflexibilityofthepowersystem据预测，到2 0 6 0 年煤电发电量占比低于5%，由图3 可知新能源装机容量虽大，但可信赖的出力不确定，需平衡新能源为主导的静止发电机与传统旋转发电机共同主导的电源电量，如何维持火、水电等常规电源，以及新能源与负荷实时电量平衡是关键。负荷180000煤电150000120000900006000030000020202025203020352图320202060年电力电量平衡中各类电源电量占比的预测值Fig.3Predicted value of powerproportion of variouspower sources in electric power balance from 2020 to 2060(1)短期调节能力有限总用电负荷扣除新能源出力后的负荷也称净负荷，短期（日内)净负荷呈现“鸭子曲线”特性。早上，光伏发电，净负荷下降（鸭尾巴）；中午净负荷达到最低点（鸭的腹部），傍晚净负荷迅速上升（鸭脖子)；夜间用电负荷需求逐渐下降，净负荷也开始下降（鸭头）。高比例光伏接入后，短期电力电量平衡调节难度增大，鸭肚子向下趋势加深，鸭脖子向上趋势加郁海彬，等：双碳约束下高渗透新能源电力系统特性分析、提升路径及多元市场机制设计峰2：向上调节能力不足2012（实际）23000021000190001700015000130001100012 34567891011121311415161718192021图4CAISO预测的鸭子曲线发展趋势24:00FIG.4Development trend of duck curvepredicted byCAISO结合图3 可知：目前，煤电在电源结构中仍占主导地位，承担了最主要调节任务。午间，光伏大量发电，煤电需降低出力，可能出现调节不足。晚间，光伏出力快速下降，煤电出力需快速爬坡增长，对燃煤机组短期灵活调节能力要求较高。(2)中长期调节能力有限新能源季节性出力属性显著，给中长期（周、月、年)电力电量平衡带来新挑战。图5为典型中长期光伏风电生物质能水电燃气核电20402045205020552060年份长。加州独立系统运营商（CAISO)预测的鸭子曲线发展趋势如图4所示，向上爬坡难度更大，带来了更大的机组爬坡压力，供需平衡挑战增大。350003300031000290002700025000MJN/时间尺度风、光出力电量，在极冷、极热、无光、无风极端天气下，持续出力不足时间较长，可能造成长时光伏发电间尺度的新能源部分供电缺口。电量预测24208042风电发电电量预测20132014201520162018201720202向下趋势一光伏发电电量风电发电电量10864123图5典型中长期时间尺度风、光发电出力Fig.5Typical wind and photopower generationoutput onmedium-and long-term time scales1.3.2源侧特性分析（1）占比高、消纳力不足以典型高渗透新能源区甘肃为例，发电资源丰富，截至2 0 2 2 年10 月，全省发电装机容量达6 515万千瓦，其中新能源装机超过50%，为省内第一大电源，而受制于新能源间歇性因素，年发电量总和远79向上爬坡难度加大222018(4MY,01)/喜申X1624210864456789月份1011122电力大数据低于传统电源，消纳力不足导致高弃风、光率。1.3.3网侧特性分析(2)不确定性(1)新能源外送能力受限图6 为典型自然日风、光发电出力。可知光伏中东部地区作为负荷中心，西北部作为资源中出力随日出日落变化，风电出力在晚间远高于白天，心，两者逆向分布，给发、输电带来了极大挑战：能源有明显的反调峰特性；不同自然日下的风、光出力差外送通道缺乏、外送通道容量不足，光伏和风电的分异显著。布态势不稳定性、波动性的双重特性导致新能源远6月2 0 日光伏功率一6 月2 0 日风电功率距离输送更加困难、存在交流通道卡脖子和网络阻一7 月2 0 日光伏功率一7 月2 0 日风电功率10000r一9 月2 0 日光伏功率一9 月2 0 日风电功率900080007000MN/(甲600050004000300020001000000第2 6 卷塞等外送问题。(2)抗扰动能力下降以华北沽源风电场为例，由于远距离风电外送发生了多起次同步谐振。风电场电网结构为：双回500kV线路，容量1.2 5MW、电压6 9 0 V的双馈风电系统，场内变0.6 9/3 5kV经3 5/2 2 0 kV、2 2 0/50 0 k V等线路变压器升压加人线路串联电容补偿后并网，向负荷的中心供电。系统极易出现次同步振荡的现象。时刻图6 几种典型自然日风、光发电出力Fig.6Output of several typical natural daily wind andphotovoltaic powergeneration(3)清洁能源与负荷中心逆向分布我国的经济和负荷中心分布在东南沿海，三北、西南地区能源资源丰富，二者逆向分布。清洁能源通过大容量、高电压的互联主干通道输送到负荷中心，实现能源供给清洁低碳化、配置广域化和消费电气化。（4)电源灵活性不足传统煤电灵活调峰响应能力不及抽水蓄能、新型储能及常规水电、气电等。新能源高渗透下系统调峰压力日益增大，具体表现有两方面。(1)电源顶峰能力不足。电力日负荷呈现午高峰、晚高峰的“双峰”特点。(2)电源结构不合理。如西北区域,其电源结构受水、火电等季节性出力特性影响，不能满足全年大规模外送。水电大发期间电量严重富裕；晚高峰期间严重紧缺，需外省支援；在冬季水电小发期间，部分时段（无风、光或晚高峰时段)电力缺口较大。东部负荷中心上海电网为典型新能源高渗透受端大电网：区外直流高比例接入，区内新能源高比例渗透，形成交直流电网强耦合形态。受端电网正在向高比例电力电子化系统形态转变，惯量电源占比低，极易诱发新能源脱网事件。80西北电网“2 24”甘肃酒泉风电事故如表2 所示，大规模风电基地因风电场3 5千伏馈线电缆头三相短路故障，导致59 8 台风电机组脱网，主网频率降至 49.8 5Hz。表2 西北电网“2.2 4 甘肃酒泉风电事故Tab.2Northwest Power Grid2.24Jiuquanwindpoweraccident机组数量总出力状态/台故障前状态1226低电压切机262故障切机12高电压切机300其他原因24脱网合计5981.3.4荷侧特性分析负荷特性变化提高了电力安全稳定供应的难度，电力日负荷特性呈现以下新特点。（1）日负荷峰谷差拉大第三产业和居民生活用电特性较其他产业受生活消费习惯影响显著，体现为峰谷差不断拉大现象。(2)负荷冬夏季双峰特征明显受极端天气、电气化水平和居民生活水平提高等多因素影响，夏季空调制冷和冬季供暖需求不断脱网率/MW/%1544359184243684054第3 期拉高用电负荷峰值，年负荷曲线呈现“双高峰”或“三高峰”特性。1.3.4市场侧特性分析参与市场类型有电、绿电、绿证、碳市场等 2 1。参与市场的交易方式有：新能源占比低的区域以“保量保价”收购为主；占比高的区域以“保障性消纳+市场化交易”结合方式消纳。参与市场的形式与品种有省间及省内的中长期、现货、辅助服务 2 2 等。交易品种有电力直接交易、发电权交易、合同转让交易、绿电交易等。从参与市场深度看，2 0 2 1年度新能源参与市场总量占比约3 0%，各省参与上网电量比例约在 15%6 5%。2技术提升路径为实现双碳约束目标，降低高渗透新能源接入带来的不稳定、不平衡、不确定等因素的影响，本文根据新能源出力特性分析源-网-荷-储的短期调节能力和新能源制氢的中长期调节能力两种技术路径。2.1提高短期调节能力构建多元灵活调节体系。源侧进行煤电灵活性改造；网侧通过电网互联互济实现灵活性资源在更大时空范围内的调配；荷侧通过需求响应、电动汽车等协同方式；储侧建设抽水蓄能、新型储能、储氢等灵活性资源。2.1.1源侧煤电机组存量高、服役年限短，便于开展灵活性提升改造，降低机组最小出力限制，对机组深度调峰能力、快速爬坡和启停能力进行优化提升。本文引人碳捕集机组在低碳、调峰、备用等优势。(1)净零排放根据不同碳捕集技术（常规碳捕集、利用与封存、生物质能结合碳捕获与封存等)降低自身的碳排放，为净零排放提供技术储备。（2）提供惯量支撑通过提供惯量来支撑灵活调节净出力，提高二次调频的响应速度。（3）提供并网支撑构筑坚强电网，解决渗透新能源并网所带来的电力系统灵活性资源稀缺问题。(4)削峰填谷碳捕集机组净输出功率运行区间较传统燃煤电厂更大，具备更大的调峰深度 2 3 。负荷高峰时，跟郁海彬，等：双碳约束下高渗透新能源电力系统特性分析、提升路径及多元市场机制设计竞争适当规模的超过一定阅煤电新能源提升系统灵活性图7 火煤电规模与系统灵活性的关系Fig.7 Relationshipbetween coal powerscale and system flexibility2.1.22网侧实现灵活性资源在更广域范围内调配和互联互济，逐步解决新能源发电中心与负荷中心距离较远、跨省跨区输电容量有限等问题。在网侧推进电网资源配置与互济，加快更多跨省输电通道建设，如锡盟至泰州、酒泉至湖南、山西至江苏、扎鲁特至山东、准东至华东等多条外送通道，实现跨区/省联合消纳。充分发挥沿海区位优势，开展大规模新能源柔性接人、柔性低频输电、多电压等级直流技术，提升中远距离规模化海上风电开发及送出能力，目前台州开展世界首个柔性低频输电示范工程，可助力实现8 0公里18 5公里区域内风电外送。2.1.3荷侧不断扩充需求响应资源，通过可中断负荷、虚拟电厂、负荷聚合商等辅助服务，积极参与“源荷互动”。通过引导用户优化用电方式、调动荷侧响应资源来平抑用电负荷的波动及减小负荷峰谷差，促进新能源消纳，荷侧灵活性资源包括需求响应(demandresponse,DR)和电动汽车等。(1)DR通过管理可中断负荷和一定时间内的价格信号或激励机制，改变需求侧负荷原定的用电方式，实现削峰填谷。基于价格的DR对零售电价的变化进行响应并调整用电需求，用户通过经济决策后自愿将用电从高峰时段调整至低谷时段减少电费支出，典型DR前后电负荷曲线如图8 所示。81:踪负荷提高净输出功率，碳排放量较大，捕集CO2降低机组净输出功率；负荷低谷时，跟踪负荷降低净输出功率，富液存储单元释放CO，增大碳捕集系统损耗，减小净输出功率，实现削峰填谷 2 42 5。基于我国的网架结构和技术限制，未来一段时间高渗透新能源电力系统的安全运行仍需煤电支撑，适当的煤电规模和新能源之间可形成协作关系，若超过一定阈值，两者会成为竞争关系，如图7 所示。协作值的煤电降低系统灵活性电力大数据2.0000+DR前电负荷18000一DR后电负荷1400016000福12 0 0 051000080006000400020000246810.12 14 16 18 20时间/h图8 典型DR前后电负荷曲线Fig.8Electrical load curve before and after typical DR(2)电动汽车考虑充、放电策略，优化向上和向下双向调节能力，由调度对电动汽车的充、放电时间、充放电策略进行统一调度，利于供需平衡。2.1.4储侧积极发挥源荷双向、响应迅速、爬坡率高优质电力辅助资源特性，适应高渗透新能源场景下调峰需求，典型储能性能参数与技术方向如表3 所示。表3 典型储能性能参数与技术方向Tab.3Typical energy storage performanceparameters and technical direction储能类型响应时间额定功率15秒 151500飞轮分钟1040抽水蓄能分钟620压缩空气小时超级电容1分钟千瓦150000铅酸电池1分钟千瓦101000UPS/电能质量调节/超导15分钟千瓦110000锂电池1分钟千瓦2.2提高中长期调节能力若新能源发电盈余时通过制氢进行消纳，若长时间新能源发电不足时，再通过氢能等异质能源转换为电能保证电力供应，将电-氢协同的运行方式作.82第2 6 卷为中长期电力保供策略。2.2.1新能源制氢化石能源、工业副产制氢与碳排放政策违背，选取光伏、风电等作为电力供应来源可实现电解水制氢的低碳化。目前我国新能源电解水制氢技术尚处起步阶段，在双碳目标约束下，新能源制氢符合政策与技术目标。从制取原理看，新能源电解水制氢发122.24技术方向调峰/频率控制/千瓦UPS/电能质量调节10500日负荷调节/频率万千瓦控制/系统备用1030调峰电厂/系统备用万千瓦110展趋势如图9 所示。新能源电解水制氢生物制氢等100%90%80%70%60%S50%40%30%20%10%0%Fig.9Development trend of new energy electrolytic新能源制氢总体架构如图10 所示，在消纳新能源多余电量时，同时获取电储能和出售氢气，促进能源绿色低碳转型 2 6-3 2 1，其主要优势有四个方面。(1)成本优势在风电过剩或电网容量有限时充分消纳弃风、光电力，有效降低制氢成本。(2)快速响应利用电解制氢装置的快速响应特性或结合燃料电池、氢燃气轮机发电提高风电供电质量和可靠性，电能质量调节/柔增加风电的渗透率。性输配电技术结合(3)减少CO2排放电能质量调节/系通过制取绿氢，能够减少CO2排放。统电源备用/黑启(4)提高调峰能力动/UPS在用电低谷时，制氢储能，用电高峰时，利用燃氢燃气轮机发电提高出力。输配电系统稳定性平滑负荷/备用电源工业副产制氢化石能源制氢20202030年份图9 新能源电解水制氢发展趋势waterhydrogenproduction20402050第3 期郁海彬，等：双碳约束下高渗透新能源电力系统特性分析、提升路径及多元市场机制设计多元品种协同的市场交易体系短期储能电储能长期储能新能源发电电力电解水制氢（风电和光伏）图10新能源制氢总体架构Fig.10Overall architecture of hydrogen productionfrom new energy sources3多元市场机制设计多元、灵活、有序的市场机制可以提升高渗透新能源适应性。以长、中、短时间尺度分别构建容量、现货、辅助三层市场结构，提升电力市场的灵活性如图11所示，用来保障长期充裕度、释放中时间和短时间尺度的灵活性。长时间尺度：跨年、季度、年、周适时开展建设、满足缓慢增加的大规模向上出力需求中时间尺度：跨日、小时市场机制灵活、交易时间尺度缩短短时间尺度：分钟、秒级设计功能匹配的辅助服务产品图11提升电力市场灵活性示意图Fig.11Improving the flexibility of the electricity market3.1多元品种协同的市场交易体系从交易的时间、品种、标的和对象展开分析，设计适应中长期和现货衔接的交易模式，如图12 所示，逐步缩短中长期市场的交易周期、提升交易频次、丰富交易品种、明确交易标的和对象，进一步优化交易组织方式及流程，做好与现货市场的协同衔接，提升中长期市场连续运营的稳定性。交易周期绿电交易一双边协商年度交易保量保价新能源一双边协商Y)3、火电-双边协商氢气电网代理购电-挂牌交易传统氢气使用领域氢气出售新兴领域容量市场保障长期充裕度电力现货释放中时间尺度市场灵活性潜力辅助服务释放短时间尺度市场灵活性潜力交易品种1、绿电交易一双边协商保量保价新能源自上审提电册月度交易3、火电一集中交易电网代理购电一挂牌交易（与火电为一个交易序列、绿电交易一挂弹交易保量保价新能谢一挂牌交易日滚动交易3、融合交易一滚动摄合交易(Y）人、电网代理购电-挂牌交易（与融合交易为一个交易序列5无现货交易阶段-分时段上下调预挂牌交易图12适应中长期和现货衔接的交易模式Fig.12Adapt to medium-and long-term andspot exchange mode3.2省间电力市场建设加快完善全国、区域、省级市场衔接，坚持区域和省级市场并重与协调，挖掘适应新能源发电和电网负荷需求动态变化机制，促进能源大范围消纳及配置。支持符合准条件的各省所有市场主体开展跨省跨区电力现货交易，进一步提升资源配置范围缓解区域清洁能源消纳压力，促进全网电力互联互济，国内全网省间交易范围如图13 所示。新疆宁夏甘青海陕西西藏四川重庆发电资源丰富区域电力电量平衡困难区域一图13国内省间电力现货交易示意图Fig.13Schematic diagram of interprovincialelectricity spottrading开展省间余缺互济机制来满足高渗透新能源大范围消纳，考虑省间/内中长期交易、现货交易、辅助服务等，设计省间/内衔接机制，整体构建思路如图14所示，采用年度双边+月度集中+电力现货+日滚动交易方式，相比现行中长期交易以年、月及月内周期体系，不同之处有：（1）中长期市场交易颗粒度更小，在年、月内的基础上开展日电量2 4小时段连续交易；(2)例如某省长期市场运营的周期不断缩短，将原每月12 0 号的工作日连续逐步转变为每83交易标的年度电量次月电量灵活申报剩余日保量保价新能源一电网公司24时段电量：上调，下调机组发电企业（电网代购）一发电企日调用顺序业（电网代购）发电企业-发电企业售电公司一大用户发电企业单边报价蒙西蒙东黑龙江山西北京天津河北山东湖北河南湖南江西+跨区/省间交易区域内省间交易交易对象绿电交易-售电公司（大客户）保量保价新能源一电网公司火电企业一售电公司（大客户）绿电交易一售电公司（大客户）保量保价新能源一电网公司火电企业一售电公司（大客户）绿电交易-一售电公司（大客户）辽宁吉林江苏安徽上海浙江福建电力大数据个工作日；（3)不断推出中长期的交易品种，由现阶3.4“证电合一”的绿色电力交易段的电能量交易到后期适时的输电权和容量市场交“证电合一”交易由电力交易机构组织，电力用易；（4)新能源保障性收购向存量保障性收购增量市户与发电企业可直接在平台完成电能量与绿证的交场转变；（5)中长期交易整体签约比例扩大。易，有助于完善绿色电力消费认证、建立统一的流通在交易时序方面，省间中长期交易先于省内交和定价体系，模式为绿电+绿证同步交易，电力用户易开展；优先开展省内现货市场预出清、预平衡，再在结算绿电交易结算时获得相应绿色电力电量绿开展省间日前现货，交易时序衔接从电量交易到月证，主要机制如表4所示。未来绿电+绿证交易机电量分时段交易再到“D-3”日2 4时段交易，将单一制引导用户按需选取绿电或绿证交易市场来满足自的中长期交易向“中长期+现货+辅助服务”协同市身环境价值需求。场推进。表4“证电合一”绿色电力交易的主要机制Table 4Main trading mechanism of certificate and年度双边+月度集中+日滚动交易时多年、年、季度、月至序衔接D+3或者D-3时段省内中长期交易银电交品年良省内火电之品网间新能味电网代理购电物理执行省间中长期交易省间年度度D-5日交易交易交易图14省间/省内电力市场衔接机制Fig.14 Inter-provincial/intra-provincial powermarket linkage mechanism3.3考虑绿色证书交易的跨省区电力市场机制用户采用消费绿色电力获得绿色认证。省间交易通过2 种方式完成配额义务：（1)捆绑式，即在绿电交易市场中捆绑出售可再生能源电力及相应的绿色证书；（2)非捆绑式，即分别出售常规电力和绿色证书，避免大量新能源电量跨区交易，消除输电阻塞。考虑绿色证书的跨区/省电力交易市场架构如图15所示，零售商作为配额义务承担主体在火电交易市场购买常规电力，在绿电交易市场购买新能源电量及绿色证书，能源主管部门承担核发绿证、监管市场等职责。火电入网火电交易火电发电商市场绿电入网绿电交易绿电发电商市场捆绑式绿证监管图15考虑绿色证书的跨区/省电力交易市场架构Fig.15Cross-regional/provincial electricity tradingmarket structure considering green certificates84第2 6 卷+电力现货日前、日内（省间）实时15分钟级省内现货交易家电文品月度火电交品广网间新能源电网代理购电边界electricity combinedgreen electricity日前项目省间辅助服务与口前现货交易时间同时开闭市）日前实时1进界1省间现货交易日前日内交易交易市场购买电量电力零售商绿证交易电力零售商购买电量能源主管部门主要机制1.电网企业作为购售电主体参与绿色电力交易；调频交易等2.售电公司参与绿色电力交易，与有绿色电力需购电求的零售用户建立明确的代理关系；省间辅助服务主体3.引人分布式电源、储能、电动汽车等参与绿色电省间省间调峰备用需求侧核发绿证力交易。售电符合绿证发放条件的风电、光伏等新能源企业，现主体阶段主要是集中式陆上风电、光伏发电企业。带绿证的风电、光伏等绿色发电企业的上网电量，交易现阶段绿色电力交易的标的主要为电量，暂无合品种同交易。1.电力用户或售电公司直接与发电企业开展直接交易；2.电网企业代理购电的电力用户在绿色电力的供交易应范围内，通过电网企业或代理购电的方式与发方式电企业建立认购关系获得绿色电力的过程。绿色电力认购交易的标的为电网企业保障性收购或代理购电的绿色电力上网电量。1.绿色电力交易计划在电力交易机构按照交易合交易同或结果编制的交易计划单独明确；合同2.绿色电力交易合同优先安排，保证交易结果的优先执行。1.绿色电力直接交易价格根据市场主体绿色电力电能量价格和环境溢价的整体价格申报情况通过市场化方式形成；价格2.绿色电力认购交易价格包括电能量价格和环境机制溢价，前者为电力用户所在省区电网企业代理购电的价格，后者为电力用户所在省区电网企业代理购电水平上的溢价。第3期续表4项目1.电力交易机构及时将交易序列、交易结果、结算依据及实际结算等情况，以绿色电力发电企业、按发电项目汇总，提交到电力交易中心进行登记，办绿证管理理核发、划转等手续；2.国家可再生能源管理中心通过电力交易中心将绿证核发至发电企业，经有关市场主体确认将绿证划转至电力用户。3.5负荷侧资源互动机制设计考虑负荷侧资源在调节意愿、能力、技术等方面的差异，互动机制差异化设计如图16 所示，实现负荷需求侧+供给侧互动特性，激励可调节资源参与市场、为源-网-荷-储提供多时间、空间积极性。市场类型负荷分类价格引导参与现有市场专属交易品种图16 负荷侧资源互动机制差异化设计Fig.16Differentiated design of load-side resourceinteractionmechanism3.6分阶段实施步骤引导全社会消纳和消费绿色电力，建立强制配额制度，完善绿电、绿证制度，理顺电-绿证-碳市场逻辑关系，根据绿色环境价值政策的要求，设计新能源参与电力市场分阶段实施步骤，如表5 所示，提升新能源的绿色价值和市场活力。表5 新能源参与电力市场实施步骤Tab.5Implementation steps of new energyparticipation in electricity market阶段实施步骤在市场价上增加溢价补贴，采用“保障有序推动新能源参与市场。第一阶段性消纳+市建立更加有效的消纳权重（当前到场交易”分解机制，将消纳责任从各2025年)模式郁海彬，等：双碳约束下高渗透新能源电力系统特性分析、提升路径及多元市场机制设计主要机制参与市场参与分时段中长期参与需求喇应参与现货市场直接控制参与辅助服务源网荷储互动价格引导型省、区、市细化分解至售电公司和电力用户。续表5阶段第二阶段“强制配额（2 0 2 5 年-国绿色电力消费的唯一凭2030年）制+绿证”证，理顺绿证价格形成机制度制，统筹绿证和绿电交易体系，建立统筹绿证与消纳量的监测核算体系。理顺“电-证-碳”市场关系，电市场负责电力商品交易，绿证市场负责可再生能源的绿色电力属性，碳市场负调节服务形成“市场责约束化石能源的温室气提供月周天小时第三阶段级别能量响应资源+绿证绿电体排放，确保绿色环境权益(2030 年以提供天/小时级别能合一”运转唯一；打通绿电证书与碳市量响应资源后）提供小时/分钟级别能量响应资源提供分钟级功率响应资源能量响应资源、聚合消纳新能源具体内容实施步骤政府分配新能源配额比例给用户，建立考核机制，用户通过购买新能源绿证完全面实施成配额责任；明确绿证是我机制场之间的流通环节，在绿证、绿电、CCER等机制并存下，相关指标的签发、注销等信息应公开、可互相校核，避免环境权益重复出售。4结论在源-网-荷-储侧科学地组合各类灵活性资源。源侧改造煤电为低碳经济的碳捕集机组；网侧实现传输通道互联互济，保障电力供应平衡，扩大新能源消纳区域；荷侧不断扩充需求响应资源，为电网提供优质辅助服务；储侧积极发挥储能响应迅速、爬坡率高的源荷双向特性。积极在源-网-荷配储进行互动，优化电源系统，平抑风光波动、提升短期调节能力。新能源制氢有利于实现能源低碳绿色转型、电-氢多能互补的低碳用能格局，助力中长期调节能力。本文设计的多层次市场多元品种协同体系和统一标准中长期与现货衔接市场规则，在时空维度上对省间/内交易时序、交易出清与结算模式机制给出参考意见；提出了兼容多个省区现货市场的运行机制；提升了高渗透新能源的适应性。并考虑绿色证书交易的跨省区电力市场机制、“证电合一”的绿色电力交易，充分体现出新能源的绿色环境价值。最后为新能源参与电力市场分阶段实施提供建议，从而形成可靠性与效率兼顾的科学的电力保供机制。具体内容85电力大数据参考文献：LIU Ruifeng,WANG Rui,LIU Qing,et al.Research on the1卓振宇，张宁，谢小荣，等.高比例可再生能源电力系统关键技mechanism of peak-regulating capacity market in northwest术及发展挑战 J.电力系统自动化，2 0 2 1，4 5（0 9）：17 1-19 1.china to promote the development of new energy J.PowerZHUO Zhenyu,ZHANG Ning,XIE Xiaorong,et al.KeySystem and Clean Energy,2020,36(09):93-99.technologies and development challenges of power system with9姜海洋，杜尔顺，朱桂萍，等.面向高比例可再生能源电力系统high proportion renewable energyJJ.Automation of Electric的季节性储能综述与展望 J.电力系统自动化，2 0 2 0，4 4（19）：Power Systems,2021,45(09):171-191.194-207.2张剑云，李明节.新能源高渗透的电力系统频率特性分析 .中国电机工程学报，2 0 2 0，4 0 11)：34 9 8-35 0 6，11.ZHANG Jianyun,LI Ming Jie.Analysis of the frequencycharacteristic of the power systems highly penetrated by newenergy generationJJ.Proceedings of the CSEE,2020,40(11):3498-3506,11