孫啟星，邢 棟，張 超，方魯睿，尤培培，李司陶

（1.國(guó)網(wǎng)能源研究院有限公司財(cái)會(huì)與審計(jì)研究所，北京 102209；2.國(guó)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司輸電網(wǎng)規(guī)劃中心，北京 102211；3.西交利物浦大學(xué)智能工程學(xué)院，蘇州 215123）

容量市場(chǎng)是保證電力系統(tǒng)總體發(fā)電容量充裕度的一種市場(chǎng)化控制方式，已經(jīng)應(yīng)用于美國(guó)[1]、英國(guó)[2]、俄羅斯等國(guó)家。近期，加拿大已陸續(xù)有容量市場(chǎng)規(guī)則出臺(tái)，計(jì)劃于2022 年實(shí)行容量市場(chǎng)交易。容量市場(chǎng)建設(shè)初衷是為了通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)在低成本情況下滿足整個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)電容量充裕度，解決由于電能量市場(chǎng)電價(jià)過(guò)低而導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)的“Missing Money（現(xiàn)金損失）”及“Missing Market（市場(chǎng)效力損失）”等問(wèn)題。

在電力能量市場(chǎng)機(jī)制下，發(fā)電機(jī)組的報(bào)價(jià)曲線與發(fā)電量（利用小時(shí)數(shù)）、固定成本、變動(dòng)成本相關(guān)[3]。鑒于我國(guó)和部分國(guó)家及地區(qū)的現(xiàn)貨市場(chǎng)對(duì)最高價(jià)格有明確限制，使部分利用小時(shí)數(shù)較低的機(jī)組存在不能回收其固定成本的問(wèn)題，而這部分機(jī)組在保障電力系統(tǒng)平衡方面又有著至關(guān)重要的作用，因此，亟待研究如何通過(guò)市場(chǎng)機(jī)制的改變補(bǔ)償這部分成本的損失[4-5]。

容量市場(chǎng)的應(yīng)用可以很好的解決此類問(wèn)題，它即可以保證電網(wǎng)整體發(fā)電容量充裕度[6]，也可以利用容量市場(chǎng)中的價(jià)格信號(hào)提前引導(dǎo)發(fā)電資源投資，保證電力系統(tǒng)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展[7]。容量市場(chǎng)可為發(fā)電企業(yè)提供能量交易之外的額外收益，彌補(bǔ)發(fā)電企業(yè)在能量市場(chǎng)中無(wú)法回收的固定資產(chǎn)投資[8]，減少發(fā)電企業(yè)在電能量市場(chǎng)中的利潤(rùn)壓力，促使發(fā)電企業(yè)在能量市場(chǎng)投標(biāo)中，根據(jù)更接近自身發(fā)電邊際成本進(jìn)行報(bào)價(jià)。

我國(guó)電力調(diào)度情況比較特殊，在“雙軌制”背景下，優(yōu)先發(fā)電電源占比較高[9]，跨省跨區(qū)交易規(guī)模約超全社會(huì)總用電量的20%。兩個(gè)特殊的背景導(dǎo)致國(guó)外在容量市場(chǎng)上的研究實(shí)施經(jīng)驗(yàn)難以直接應(yīng)用并解決我國(guó)的跨省區(qū)大規(guī)模調(diào)度資源優(yōu)化配置問(wèn)題[10]。在容量市場(chǎng)機(jī)制中，需充分考慮目前“雙軌制”和跨省區(qū)交易對(duì)容量市場(chǎng)的影響。

目前，國(guó)內(nèi)研究主要側(cè)重于對(duì)容量市場(chǎng)必要性的討論[11]和對(duì)本地資源進(jìn)行調(diào)配[12-13]，未深入研究跨省區(qū)容量市場(chǎng)的交易機(jī)制及模型。因此亟需研究容量市場(chǎng)中關(guān)于跨省區(qū)交易的市場(chǎng)機(jī)制，并綜合考慮在高比例可再生滲透率情況下對(duì)系統(tǒng)供電安全的要求。

1 其他國(guó)家容量市場(chǎng)現(xiàn)狀及經(jīng)驗(yàn)

1.1 國(guó)際容量充裕保障機(jī)制對(duì)比

目前，不同國(guó)家依據(jù)其發(fā)展情況采用不同的容量市場(chǎng)機(jī)制，較成熟的容量市場(chǎng)機(jī)制包括稀缺定價(jià)機(jī)制、戰(zhàn)略備用機(jī)制、容量補(bǔ)償機(jī)制及容量市場(chǎng)機(jī)制。各容量保障機(jī)制優(yōu)缺點(diǎn)及主要應(yīng)用國(guó)家見表1。當(dāng)前容量市場(chǎng)機(jī)制主要有以下兩個(gè)特點(diǎn)。

表1 國(guó)際容量充裕保障機(jī)制比較Tab.1 Comparison among international capacity margin guarantee mechanisms

（1）容量事前調(diào)整是指提前預(yù)估系統(tǒng)容量并對(duì)未來(lái)發(fā)電容量提出需求，引導(dǎo)發(fā)電企業(yè)進(jìn)行電源投資。事前調(diào)整對(duì)容量保障有一定超前性。

（2）容量事后調(diào)整是指市場(chǎng)出現(xiàn)容量短缺的價(jià)格信號(hào)后，發(fā)電企業(yè)自行判斷是否進(jìn)行電源投資。由于電源建設(shè)周期較長(zhǎng)，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生一段時(shí)間的發(fā)電容量不足。因此事后調(diào)整對(duì)容量保障有一定滯后性。

由于我國(guó)電源/負(fù)荷結(jié)構(gòu)變化較快、且電力用戶對(duì)電力價(jià)格波動(dòng)承受力較差等特殊原因，建議我國(guó)未來(lái)可基于已實(shí)行的容量補(bǔ)償機(jī)制，逐步推進(jìn)容量市場(chǎng)機(jī)制的建立。

1.2 國(guó)外容量市場(chǎng)出清方法

1.2.1 電力系統(tǒng)中總需求容量確定

在技術(shù)上，電力系統(tǒng)總?cè)萘啃枨笥? 個(gè)部分共同決定：①系統(tǒng)需求預(yù)測(cè)；②發(fā)電供給側(cè)；③輸電線傳輸限制[14]。其中，系統(tǒng)需求預(yù)測(cè)綜合考慮小時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)、系統(tǒng)保留需求預(yù)測(cè)和負(fù)載預(yù)測(cè)不確定性；發(fā)電供給側(cè)綜合考慮市場(chǎng)參與程度及各發(fā)電設(shè)備發(fā)電容量的確定；輸電傳輸限制需要考慮不同輸電區(qū)間的能量傳輸限制[15]。

1.2.2 容量市場(chǎng)容量需求曲線

容量需求曲線示意如圖1 所示。其中，長(zhǎng)虛線為美國(guó)PJM 容量市場(chǎng)價(jià)格曲線[16]；實(shí)線為New York ISO（NYISO）容量市場(chǎng)價(jià)格曲線[17]；短虛線為New England ISO（ISO-NE）容量市場(chǎng)價(jià)格曲線[18]；P1、P2、P3分別為NYSIO、ISO-NE 和PJM 的理論最高容量出清價(jià)格。

由圖1 可知，價(jià)格曲線在裝機(jī)容量不能滿足整個(gè)電力系統(tǒng)容量需求時(shí)，發(fā)電設(shè)備獲得的單位容量費(fèi)用有價(jià)格上限；在系統(tǒng)總裝機(jī)容量滿足電力系統(tǒng)部分可靠性要求時(shí)，單位容量費(fèi)用價(jià)格下降。不同曲線表達(dá)不同的市場(chǎng)信號(hào)，PJM對(duì)電力系統(tǒng)裝機(jī)容量有明確的期待即需求曲線拐點(diǎn)的位置；ISO-NE對(duì)于過(guò)多的發(fā)電裝機(jī)容量給予的容量費(fèi)用較少，可以達(dá)到降低發(fā)電企業(yè)過(guò)分投資發(fā)電容量的熱情，優(yōu)化資源配置；NYISO的容量需求曲線使過(guò)多的發(fā)電機(jī)組不給予容量費(fèi)用，NYISO在容量稀缺時(shí)單位容量電價(jià)較高，并希望更多地發(fā)電容量參與容量市場(chǎng)保證地區(qū)電網(wǎng)安全。

圖1 不同ISO 的容量市場(chǎng)需求曲線Fig.1 Capacity market demand curves of different ISOs

1.2.3 容量市場(chǎng)出清方式

容量市場(chǎng)結(jié)算以不同發(fā)電設(shè)備報(bào)價(jià)按高低順序排列與容量需求曲線相交獲得，按邊際價(jià)格出清。容量市場(chǎng)出清方式如圖2所示，由圖2可知，以2組（S1和S2）報(bào)價(jià)為例，S1與S2分別有4個(gè)機(jī)組參與市場(chǎng)競(jìng)拍。在S1的情況中，4個(gè)機(jī)組組合的報(bào)價(jià)情況與容量需求曲線相交于e點(diǎn)，則第4 個(gè)機(jī)組成為容量邊際機(jī)組，此點(diǎn)的單位容量?jī)r(jià)格高于b點(diǎn)對(duì)應(yīng)價(jià)格，體現(xiàn)容量市場(chǎng)中發(fā)電容量充裕度不夠，釋放鼓勵(lì)發(fā)電企業(yè)增加電力系統(tǒng)發(fā)電容量建設(shè)信號(hào)；在S2的情況中，4個(gè)發(fā)電機(jī)組報(bào)價(jià)組成的報(bào)價(jià)曲線與容量需求曲線相交于f點(diǎn)，此點(diǎn)對(duì)應(yīng)單位容量?jī)r(jià)格低于b點(diǎn)對(duì)應(yīng)價(jià)格，則說(shuō)明市場(chǎng)容量資源相對(duì)富裕，釋放發(fā)電投資要謹(jǐn)慎的市場(chǎng)信號(hào)。

圖2 容量市場(chǎng)出清方式Fig.2 Clearing method for capacity market

1.2.4 美國(guó)PJM 容量市場(chǎng)跨區(qū)域交易機(jī)制

由于輸電能力限制，對(duì)容量市場(chǎng)交付區(qū)域會(huì)進(jìn)行交付能力分析，依據(jù)節(jié)點(diǎn)阻塞情況將區(qū)域內(nèi)劃分為不同的子區(qū)域，子區(qū)域在容量市場(chǎng)中被稱為節(jié)點(diǎn)交付區(qū)域LDA（locational deliverability area）。

容量可交付性測(cè)試分為2個(gè)步驟。

步驟1確定在滿足可靠性要求情況下，各LDA根據(jù)所需的目標(biāo)進(jìn)口輸電容量。該需求稱作容量緊急輸送目標(biāo)CETO（capacity emergency transfer objective），其值為有效容量，單位為MW。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電可靠性評(píng)估模型確定CETO。

步驟2利用輸電分析模型確定各LDA 實(shí)際的進(jìn)口輸電容量極限。該上限值稱作容量緊急輸送極限CETL（capacity emergency transfer limit），其值為有效容量。

PJM 將滿足要求的LDA 定義為受限節(jié)點(diǎn)交付區(qū)域。PJM 需要在該交付年基本拍賣市場(chǎng)開市之前，將該交付年建模的受限LDA 及其可靠性要求、可變資源需求VRR（variable resource requirement）曲線公布在網(wǎng)站上，并確保以下條件成立：

LDA間的容量交易按照容量市場(chǎng)規(guī)則進(jìn)行，不對(duì)電源有特殊要求。我國(guó)國(guó)家政策和電力市場(chǎng)均要盡量保障可再生能源優(yōu)先消納，因此需對(duì)實(shí)際容量交付情況進(jìn)行約束，對(duì)不同電源在電力系統(tǒng)中的需求進(jìn)行劃分。

2 我國(guó)跨省區(qū)容量市場(chǎng)設(shè)計(jì)的背景與原則

2.1 國(guó)內(nèi)電力資源現(xiàn)狀

隨著碳中和目標(biāo)的提出，可再生能源新增裝機(jī)容量將會(huì)快速上漲，截止2019 年，我國(guó)可再生能源裝機(jī)容量為7.94×108kW，可再生能源年發(fā)電量為2.04×1012kW·h[19]。但可再生能源出力不穩(wěn)定，需要穩(wěn)定電源為其提供支撐保障。國(guó)外經(jīng)驗(yàn)一般是使用啟?？焖俚娜?xì)鈾C(jī)組在可再生能源出力下降時(shí)發(fā)電，保證電能質(zhì)量；我國(guó)燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)約占5%，難以使用燃?xì)鈾C(jī)組保證大范圍的電力安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此，未來(lái)一段時(shí)間燃煤機(jī)組和儲(chǔ)能將配合燃?xì)鈾C(jī)組為可再生能源進(jìn)行調(diào)峰，在電力市場(chǎng)電源結(jié)構(gòu)中需要統(tǒng)籌安排[20]。

據(jù)國(guó)家電網(wǎng)能源院測(cè)算，2030 年前后，電力系統(tǒng)仍需新增火電裝機(jī)，存量火電裝機(jī)不宜過(guò)早過(guò)快退出市場(chǎng)，目前，仍需保證火電穩(wěn)定運(yùn)行，保障火電合理收益。另一方面，我國(guó)資源與負(fù)荷成逆向分布，負(fù)荷聚集區(qū)資源相對(duì)貧乏，資源富集區(qū)負(fù)荷不足，而國(guó)外能源電力行業(yè)資源與負(fù)荷分布相對(duì)均勻，因此，我國(guó)的容量市場(chǎng)設(shè)計(jì)不能照搬照抄國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，需充分考慮跨區(qū)送電等相關(guān)情況

此外，隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，新能源機(jī)組在未來(lái)將會(huì)快速增長(zhǎng)，擱淺成本成為在電力市場(chǎng)環(huán)境下制約發(fā)電機(jī)組低碳化發(fā)展的重要因素[21]。由于政策導(dǎo)向轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的擱淺成本制約了發(fā)電企業(yè)的發(fā)展，無(wú)法回收的擱淺成本將成為發(fā)電企業(yè)的負(fù)擔(dān)并影響發(fā)電企業(yè)維持現(xiàn)有經(jīng)營(yíng)狀況和再發(fā)展，從而影響整個(gè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定。在電能量市場(chǎng)中，發(fā)電企業(yè)長(zhǎng)期以發(fā)電邊際成本報(bào)價(jià)，無(wú)法回收投入的固定成本[22]。

2.2 我國(guó)容量市場(chǎng)中容量需求曲線設(shè)計(jì)原則

容量市場(chǎng)不應(yīng)只簡(jiǎn)單考慮電力結(jié)構(gòu)與電力可靠性問(wèn)題，也要考慮如何解決發(fā)電容量穩(wěn)定、優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)、保證不適合新時(shí)代電力發(fā)展的電源有序退出和擱淺成本逐步回收問(wèn)題，以及遠(yuǎn)期模式和現(xiàn)有國(guó)內(nèi)的電力情況銜接等問(wèn)題。容量市場(chǎng)容量需求設(shè)計(jì)是為了保證電力系統(tǒng)長(zhǎng)期發(fā)電容量充裕，目前，我國(guó)電力市場(chǎng)正逐漸由計(jì)劃管制轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)化，需建立適當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)機(jī)制保證未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)電容量充裕度和電力系統(tǒng)中發(fā)電結(jié)構(gòu)的合理。

2.3 跨省跨區(qū)容量市場(chǎng)整體性設(shè)計(jì)

跨省跨區(qū)容量市場(chǎng)可采用“全國(guó)統(tǒng)一報(bào)價(jià)，省內(nèi)預(yù)出清+協(xié)調(diào)出清”的方式，即，全國(guó)電源統(tǒng)一向容量市場(chǎng)上報(bào)報(bào)價(jià)情況，省內(nèi)、區(qū)域按照系統(tǒng)最低安全發(fā)電容量和調(diào)峰容量，保證優(yōu)先發(fā)電資源（可再生發(fā)電）進(jìn)行預(yù)出清；預(yù)出清結(jié)束后再結(jié)合省間通道和跨省電源資源進(jìn)行協(xié)調(diào)出清。

3 我國(guó)跨省區(qū)容量市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)

3.1 不同地區(qū)的發(fā)電容量需求

由于我國(guó)資源分布不均，在容量市場(chǎng)出清中需首先考慮當(dāng)?shù)氐淖畹桶踩l(fā)電容量需求，包括系統(tǒng)對(duì)調(diào)峰的要求等因素。在保證最低安全發(fā)電容量需求后，對(duì)輸電容量及可再生能源發(fā)電等所需優(yōu)先消納的跨省區(qū)發(fā)電容量，進(jìn)行跨省跨區(qū)協(xié)調(diào)形成全國(guó)容量市場(chǎng)出清。容量市場(chǎng)出清流程如圖3所示。

圖3 容量市場(chǎng)出清流程Fig.3 Clearing process of capacity market

3.2 省內(nèi)靈活性電源容量與安全發(fā)電容量

由于各省負(fù)荷曲線不同、可再生能源滲透率不同，需對(duì)本省靈活性電源進(jìn)行單獨(dú)考量。通過(guò)規(guī)定靈活性電源（燃?xì)鈾C(jī)組、可深度調(diào)峰機(jī)組、儲(chǔ)能等）調(diào)峰參數(shù)確定靈活性電源要求，對(duì)符合要求的靈活性電源優(yōu)先單獨(dú)出清，并將出清的靈活性電源容量在省內(nèi)容量需求中扣減。以靈活性電源要求為依據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行情況需求設(shè)定固定值，使靈活性電源單獨(dú)出清的容量需求曲線為一條豎直折線；剩余滿足靈活性電源條件但未在容量市場(chǎng)靈活性電源考量中出清的發(fā)電容量進(jìn)入省內(nèi)出清。

考慮本地發(fā)電安全問(wèn)題，各省可依據(jù)實(shí)際情況設(shè)置本省的安全發(fā)電容量（黑啟動(dòng)能力的發(fā)電容量）。其出清規(guī)則同靈活性電源發(fā)電容量出清規(guī)則相同，為單獨(dú)出清，出清后的發(fā)電容量在總?cè)萘啃枨笾锌蹨p。

考慮到靈活性電源容量與安全發(fā)電容量分別對(duì)應(yīng)不同的發(fā)電需求，靈活性電源容量出清需滿足以下條件：①當(dāng)同一機(jī)組不能在靈活性電源考量和安全發(fā)電容量考量中同時(shí)出清時(shí)，優(yōu)先考慮安全發(fā)電容量出清；②當(dāng)同一機(jī)組可以在靈活性電源考量和安全發(fā)電容量考量中同時(shí)出清時(shí)，按價(jià)格較高的容量費(fèi)用結(jié)算。

3.3 省內(nèi)、跨省區(qū)優(yōu)先消納發(fā)電容量

由于碳中和的目標(biāo)，我國(guó)對(duì)可再生能源發(fā)電量占比有更高的期待。因此可再生能源等優(yōu)先發(fā)電電源不能在本地消納的容量部分將傳導(dǎo)到其他區(qū)域/省份進(jìn)行消納，產(chǎn)生了“跨省區(qū)優(yōu)先消納的發(fā)電容量”及“省內(nèi)優(yōu)先消納的發(fā)電容量”部分。該部分電源將考慮跨省區(qū)輸電通道并將其容量可靠性百分比后折算成跨區(qū)容量市場(chǎng)的容量，這一部分容量不報(bào)價(jià)，作為價(jià)格接受者進(jìn)入容量市場(chǎng)。

3.4 容量需求曲線確定

由于我國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)處于初期階段，對(duì)價(jià)格和供需關(guān)系的了解不明確，因此復(fù)雜曲線不適宜在容量市場(chǎng)建設(shè)初期建立。容量市場(chǎng)需求曲線的設(shè)定體現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)必要容量之外的富裕容量的考量，我國(guó)目前發(fā)電容量相對(duì)充足，容量市場(chǎng)中應(yīng)將富裕發(fā)電容量納入容量市場(chǎng)范圍，既保證發(fā)電企業(yè)穩(wěn)定經(jīng)營(yíng)又有利于市場(chǎng)充分競(jìng)爭(zhēng)。

容量市場(chǎng)需求曲線如圖4所示，其中，Pp_max為最大出清價(jià)格；C1、C2、C3、C4分別為a、b、c、d出清曲線的理論最大出清容量。在圖4中曲線a的豎直折線容量需求曲線不適宜我國(guó)現(xiàn)行電力市場(chǎng)；曲線b與曲線c的區(qū)別在于曲線c明確了容量市場(chǎng)期望容量和單位容量的期望價(jià)格，有利于引導(dǎo)發(fā)電企業(yè)投資；曲線c則對(duì)需求容量充裕程度進(jìn)行差異性考量。

但是曲線c的容量市場(chǎng)曲線設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，曲線b的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容量需求與容量?jī)r(jià)格關(guān)系明確，適合在容量市場(chǎng)建設(shè)初期使用。

在未來(lái)容量市場(chǎng)實(shí)施之后逐步研究容量和價(jià)格之間的關(guān)系，明確期望容量?jī)r(jià)格和容量市場(chǎng)需求曲線最大需求界限。因此，容量需求曲線設(shè)計(jì)應(yīng)先是圖4 中曲線b的簡(jiǎn)單折線；在容量市場(chǎng)實(shí)施之后根據(jù)容量與價(jià)格的關(guān)系逐步確定圖2 的容量需求曲線；最終的容量需求曲線為圖4的曲線d的形式。

圖4 容量市場(chǎng)需求曲線Fig.4 Demand curves in capacity market

3.5 總體容量確定與發(fā)電企業(yè)擱淺成本考量

在國(guó)際經(jīng)驗(yàn)中，容量市場(chǎng)總?cè)萘啃枨蟮扔谀觐A(yù)計(jì)最大負(fù)荷乘以發(fā)電充裕度系數(shù)（美國(guó)PJM為15%左右），但隨著國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)化逐步推進(jìn)，大量可再生能源并網(wǎng)及用電增長(zhǎng)速度趨緩等問(wèn)題的出現(xiàn)，部分發(fā)電機(jī)組利用小時(shí)極度下降。而在現(xiàn)行的電力市場(chǎng)機(jī)制中，發(fā)電利用小時(shí)數(shù)直接決定發(fā)電設(shè)備收益，部分利用小時(shí)數(shù)低的發(fā)電設(shè)備會(huì)帶來(lái)成本無(wú)法回收的問(wèn)題，這部分無(wú)法回收的成本稱為擱淺成本。我國(guó)可通過(guò)合理化建設(shè)容量市場(chǎng)的方式解決擱淺成本，即通過(guò)修訂容量市場(chǎng)需求曲線來(lái)達(dá)到彌補(bǔ)發(fā)電企業(yè)部分?jǐn)R淺成本的目的。在容量市場(chǎng)建設(shè)初期可以將全系統(tǒng)容量需求充裕度適當(dāng)調(diào)大（高于國(guó)際經(jīng)驗(yàn)中15%充裕度），然后逐步縮小系統(tǒng)發(fā)電容量總需求到適當(dāng)值，此方法可以引導(dǎo)非可再生能源發(fā)電容量有序退出，并補(bǔ)償發(fā)電設(shè)備部分?jǐn)R淺成本，保證發(fā)電企業(yè)有足夠資金參與可再生能源發(fā)電投資。

3.6 考慮電源特性確定容量

在國(guó)際經(jīng)驗(yàn)中，對(duì)不同類型的發(fā)電機(jī)組有不同的懲罰系數(shù)，不考慮電網(wǎng)調(diào)峰和安全特性的需求。我國(guó)目前新能源大量并網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性提出挑戰(zhàn)，而目前儲(chǔ)能發(fā)展較為緩慢，需要一定量出力爬坡速度快的煤電/氣電調(diào)峰機(jī)組彌補(bǔ)可再生能源出力波動(dòng)；另外為保證電網(wǎng)安全，需要部分電源具備黑啟動(dòng)的能力。因此，在容量市場(chǎng)中不僅需要考慮發(fā)電總?cè)萘繂?wèn)題，調(diào)峰能力、黑啟動(dòng)能力也需要考慮。

為適應(yīng)我國(guó)特殊情況，容量市場(chǎng)應(yīng)優(yōu)先出清具有調(diào)峰能力和黑啟動(dòng)能力機(jī)組的容量，其出清價(jià)格在設(shè)計(jì)時(shí)可以高于容量市場(chǎng)價(jià)格，從而保證電網(wǎng)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定。

某地區(qū)發(fā)電容量總需求C可表示為

式中：Cp為調(diào)峰容量；Cb為黑啟動(dòng)容量；Co為其他折算后的穩(wěn)定發(fā)電容量。

由于調(diào)峰機(jī)組發(fā)電容量和黑啟動(dòng)發(fā)電容量是確定的，為保證結(jié)算方式簡(jiǎn)單有序，這兩部分的發(fā)電容量需求曲線為豎直折線。圖5 為該區(qū)域滿足調(diào)峰機(jī)組要求的發(fā)電容量需求曲線，其中，Pp_max為最高限價(jià)，Pp_max不低于容量市場(chǎng)總需求曲線的最高限價(jià)Pmax，即

在圖5中，對(duì)于場(chǎng)景1，為保證系統(tǒng)有足夠的調(diào)峰能力，發(fā)電企業(yè)調(diào)峰容量按照a點(diǎn)價(jià)格出清；對(duì)于場(chǎng)景2，由于部分機(jī)組超出最高報(bào)價(jià)限制，其容量市場(chǎng)出清價(jià)格按照Pp_max出清。

圖5 對(duì)有調(diào)峰能力的機(jī)組容量市場(chǎng)出清方式Fig.5 Clearing method for capacity market including generators with peak regulation capacity

系統(tǒng)最終出清情況如圖6所示，圖6中，Cpr、Ct分別為優(yōu)先出清容量及理論最大出清容量；①為本地優(yōu)先發(fā)電容量；②為靈活調(diào)峰、黑啟動(dòng)容量；③為外省發(fā)電容量；④為本省發(fā)電容量；⑤為本省未出清容量；⑥為跨省區(qū)優(yōu)先發(fā)電容量；虛線為最高容量?jī)r(jià)格帽，即在容量市場(chǎng)中的最高容量?jī)r(jià)格，一般由電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)設(shè)定。

圖6 容量市場(chǎng)出清機(jī)制Fig.6 Clearing mechamism for capacity market

對(duì)于一個(gè)省份的容量市場(chǎng)，應(yīng)優(yōu)先本地電源容量（靈活調(diào)峰容量、黑啟動(dòng)容量、可再生發(fā)電容量等）和跨省區(qū)優(yōu)先電源容量（可再生發(fā)電容量等）出清，按照價(jià)格將跨省區(qū)發(fā)電容量和本地發(fā)電容量協(xié)同出清。其中，跨省區(qū)發(fā)電容量為送端省份未出清容量。

4 算例分析

以A、B兩省為例，A省為典型送出省，B省為典型受入??；A、B兩省均有優(yōu)先發(fā)電機(jī)組及輸電通道連接。兩省發(fā)電資源情況見表2。

表2 A、B 兩省發(fā)電資源情況Tab.2 Power generation sources in Provinces A and B 104 kW

A省送出的跨省區(qū)發(fā)電容量不進(jìn)入A省容量市場(chǎng)，不在A省獲得收益。綜合考慮跨省跨區(qū)容量，A省內(nèi)最小發(fā)電容量為7 800×104kW；B 省最高發(fā)電容量為13 200×104kW，均滿足在各省容量需求曲線折線部分。

跨省區(qū)通道輸電容量為跨省區(qū)容量交易上限。A、B 兩省本地優(yōu)先發(fā)電容量及跨省區(qū)優(yōu)先發(fā)電容量以零價(jià)進(jìn)入容量市場(chǎng)，接受市場(chǎng)價(jià)格。

A省的跨省區(qū)優(yōu)先電源容量進(jìn)入B省容量市場(chǎng)出清，不進(jìn)入A省容量市場(chǎng)；A省發(fā)電容量出清后未出清發(fā)電容量在輸電通道允許的輸電容量范圍內(nèi)進(jìn)入B省出清。

跨省區(qū)容量市場(chǎng)出清結(jié)果如圖7 所示，其中，圖例定義與圖6相同。

圖7 跨省區(qū)容量市場(chǎng)出清機(jī)制Fig.7 Trans-provincial clearing mechanism for capacity market

由圖7可以看出，A省未出清的發(fā)電容量在跨省區(qū)輸電通道允許范圍內(nèi)進(jìn)入B省容量市場(chǎng)進(jìn)行出清；兩省安全發(fā)電容量?jī)?yōu)先出清。最終出清結(jié)果見表3。

表3 A、B 兩省容量市場(chǎng)出清情況Tab.3 Capacity market clearing in Provinces A and B 104 kW

相較國(guó)外機(jī)制，本文所提機(jī)制更側(cè)重跨省區(qū)電源結(jié)構(gòu)及電源特性優(yōu)化，對(duì)靈活性電源和可靠性電源進(jìn)行考量，有利于進(jìn)行跨省區(qū)交易及保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

容量市場(chǎng)作為市場(chǎng)機(jī)制下保證系統(tǒng)發(fā)電容量充裕程度的重要手段，越來(lái)越受到各推行電力市場(chǎng)化國(guó)家的重視。我國(guó)發(fā)電資源分布差異及電力需求在地區(qū)上的巨大差異導(dǎo)致容量市場(chǎng)設(shè)計(jì)不能照搬照抄國(guó)外典型經(jīng)驗(yàn)，需在系統(tǒng)安全及跨省區(qū)交易上建立合理可行的市場(chǎng)規(guī)則。

本文提出的適應(yīng)我國(guó)國(guó)情并綜合考慮調(diào)峰、黑啟動(dòng)等實(shí)際運(yùn)行需求，以及跨省跨區(qū)交易和新能源消納的容量市場(chǎng)聯(lián)合出清機(jī)制，有利于容量市場(chǎng)大規(guī)模推行，并為建設(shè)合理可行的市場(chǎng)規(guī)則提供借鑒。