随着中国政府提出的低碳、零碳观念的深入，电力行业首当其冲需要加速扩大清洁电力的渗透率。在各地区探索电力市场设计，逐步完善电力交易规则的新形势下，如何让以光伏发电，风能发电为代表的可再生能源以及新兴的储能资源参与市场是业界关心的话题。
我们前几篇政策短文就电力区域市场建设，区域市场之间的协调进行了讨论，在这一篇和下一篇短文中，我们会基于国际经验分别介绍可再生能源和储能参与电力市场的途径和步骤。
光伏发电和风能发电参与电力市场的三种模式
在之前的文章中，我们提出区域RTO是提供低成本灵活性的良好途径，从而更好地应对波动性可再生能源出力的不确定性。可再生能源在不同时间尺度更好地参与电力市场有利于电力系统稳定高效运行，支持低成本零碳转型。在美国RTO/ISO地区，可再生能源在过去的十多年一直积极参与电力市场，为形成风能和太阳能发电的“参与模式”积累了宝贵的经验。美国可再生能源主要参与三类市场竞争：远期市场（中长期市场）、电能量市场、辅助服务市场。
一、远期市场（中长期市场）
在美国，可再生能源参与中长期市场主要有三种方法：1）传统购售电合同，2）“虚拟” (synthetic) 购售电合同，3）纯商业模式 (merchant)
1） 传统购售电合同（Power Purchase Agreement）
这是最常见的可再生能源双边合同形式，由可再生能源发电商和电力公司或者负荷服务实体签署，合同规定了固定价格，年购电量，以及交付节点（用于分配节点价格风险）。典型PPA中购电方（配电公司、售电公司, 或者其他负荷服务实体）有足够的信誉担保，可以与可再生能源发电商签署15-25年的合同。在一些PPA合同情况下，购电方按合同规定享有在特定节点上一定量的可再生能源发电的所有权，因此，由购电方同时作为买家和卖家在电力现货批发市场中竞标，根据波动的节点价格结算。或者，一些PPA为差价合同，发电商和购电商各自参与电力现货批发市场。
2） 虚拟购售电合同 (Synthetic PPA)
这种购售电合同类似于传统PPA，而在交付电量、交付地点和其他要求方面更为宽松。合同的购买方主要是非电力公司（例如，大型终端用户），他们希望通过这种合同来平抑价格风险，同时也有助于满足企业可再生能源目标。相应的可再生能源证书（RECs）可以在自愿市场上出售给需要满足可再生能源配额制的负荷服务实体。
3） 纯商业模式（Merchant Model）
可再生能源发电商没有购售电合同，但可以通过金融机构(例如，银行)签订金融合同，来规避波动的批发市场价格带来的风险，以便于在项目初期获得融资，而金融机构期待从浮动的市场价格和支付给可再生能源的固定价格之间的差价获利。因为没有长期购售电合同，这种商业模式具有一定的风险，一般需要复杂而富有创意的方法来规避风险。但是，相比购售电合同模式，可再生能源发电商可能在电力市场上获得更高的收益。
图一显示出美国风电装机容量按不同远期市场类型所占的百分比，受可再生能源配额制的影响，传统PPA历史上一直占有主导地位，直到最近几年，随着可再生能源逐渐成为低成本资源，新的远期市场参与形式（例如纯商业化模式和虚拟购售电合同）才开始出现并不断增长，而且内容条款也针对不同的需求表现得更个性化。
图 1. 美国风电装机容量按传统PPA和商业化模式所占的百分比
图片来源：Jay Bartlett. Reducing Risk in Merchant Wind and Solar Projects through Financial Hedges. RFF working paper 19-06. February 2019, page 15. https://media.rff.org/documents/WP_19-06_Bartlett.pdf . Licensed under Creative Commons: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
二、电能量市场
从本世纪初开始，光伏和风能发电普遍参与美国ISO/RTO现货市场。从美国的经验来看，有利于可再生能源并网（减少弃风弃光），有助于增加系统运行效率，完善价格信号降低成本，并为更好的可再生能源选址和输电资源利用提供激励。
与传统能源相比，可再生能源参与电能量现货市场，并充分融入系统运行有以下几个步骤：
- 首先，需要有可再生能源的预测，预测可以由ISO付费提供，也可以由可再生能源发电商自行提供但需要获得ISO 的认证。
- 可再生能源在日前市场竞标是自愿性质的，可以报量报价，也可以只报量作为市场价格的接受者。
- 为满足系统可靠性，ISO需要对负荷和可再生能源发电做出预测，并通过剩余机组组合（RUC）对日前市场出清和ISO预测之间的偏差进行处理，这意味着ISO可以增开机组以保证系统可靠性。
- 可再生能源基于五分钟连续滚动的预测强制参与实时现货市场，可报量报价也可以只报量，ISO进行5分钟为间隔的满足安全约束的经济调度，五分钟之内的偏差由调频（自动发电控制系统AGC）处理。
在一定可接受误差范围内，ISO不会由于预测误差惩罚可再生能源发电商（无论风电或光伏发电是否可调度）。日前和实时双结算系统规定日前和实时现货市场出清的偏差以实时市场价格结算，如果可再生能源没有参与日前市场，则直接以实时市场价格结算。这种基于市场的措施起到了激励可再生能源提高预测精度的作用。
随着电源电网技术的提高，可再生能源越来越多地成为可调度资源，经济最大出力取决于5分钟预测值。在一些情况下，为保证系统安全，可再生能源有可能需要按照调度指令向下调整出力，如果不听从调度指令，可能处以罚款。
目前来看，美国可再生能源可以很好地参与电能量市场而不需要对市场设计和结构做出根本性改变，未来市场是否需要变革以支持高比例可再生能源的电力系统还存在争论，这也是各国向低碳道路转型面临的共同挑战。
三、辅助服务市场
最近研究试点和运行经验证明了可再生能源有能力提供可靠性服务（包括调频、调峰、备用和电压控制等）。有个别的电力公司（如Xcel Colorado, 该公司是一个垂直一体化的电力公司，不参与ISO/RTO市场，是美国第一个宣布要在2050前输送100%零碳发电给消费者的电力公司。参见：https://www.xcelenergy.com/environment/carbon_reduction_plan），通过给风电机组安装AGC，使其提供向下调频。但目前为止ISO/RTO还没有允许光伏和风电参与调频和备用辅助服务市场。是否让光伏和风电参与辅助服务市场，以及如何提供向上调频是美国电力行业正在探索的问题。
对中国的启发
近日，国家财政部发布了《关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见》希望通过鼓励完善市场配置资源和补贴退坡机制进一步促进非水可再生能源平价上网，提出自2021年起实行配额制下的绿色电力证书交易，并以此替代财政补贴。八月份，广东省能源局发布的《关于征求广东省可再生能源电力消纳保障实施方案和可再生能源电力交易实施方案意见的函》为可再生能源参与广东省中长期市场制定了可操作的方案，为日后参与现货交易打下基础。
- 在中国，支持以光伏和风电为代表的可再生能源参与市场和经济调度，可以从以下几点做起：
远期市场 – 利用中长期市场的各种金融机制增强可再生能源发电商管理风险的手段是有益的。正如我们在最近报告中所述，我们建议改革中长期市场，促进发电商签订“金融 ”合同，并增加合同模式的选择和时间跨度。金融机构可以逐步向市场参与者提供服务，帮助他们管理价格波动风险。 - 电能量市场 – 在中国，可再生能源优先发电政策保障优先调度波动性可再生能源，促进了可再生能源的快速发展。以目前的渗透率，由于可再生能源的运行成本接近零，可再生能源参与现货市场的结果会与优先调度类似。随着电力系统向高比例可再生能源的方向发展，应该充分认识到可再生能源为电力系统提供的各项服务并对其进行合理的补偿。因此，有必要逐布完善现货市场规则，从现行的优先调度转变为可再生能源充分参与现货市场模式。现货市场价格会为中长期合同价格提供参考，短期经济调度有助于系统运行效率的提升，减少不合理弃电，并为可再生能源选址和发展提供经济激励。
- 可再生能源需要在预测的基础上参与现货市场，初期，可以由调度中心代替可再生能源对出力进行预测。如果可再生能源发电商自行提供预测，则需要满足ISO要求并确定可接受的预测误差区间，应该利用市场结算规则刺激发电商提高预测精度。另外，预测必须符合电力现货市场的组织和调度时间间隔，例如，15 分钟的实时电能量市场需要每15分钟提交风电/光伏发电预测。未来，可以逐步向每5分钟提交预测、完成市场竞价、调度和结算的方向发展。
- 辅助服务市场 – 探索合适的可再生能源参与辅助服务的机制，对可再生能源为系统提供的辅助服务例如，与弃电相关的调峰、调频等进行补偿。
本文抢先版《可再生能源如何参与电力市场？另一种思路》于10月29日刊登于“南方能源观察”
