美国无法适应可再生资源大规模接入?以化石能源为基础的电力批发市场急需重建
发布者:lzx | 来源:享能汇 | 0评论 | 736查看 | 2019-07-05 11:51:19    

基于化石能源发电的美国电力市场已经逐渐显露出不适应可再生能源大规模接入的问题。


占据了全美三分之二区域的电力批发市场正处于发展的关键节点上。一方面,经济衰退推动了煤炭发电和核电逐渐退出市场,另一方面国家级清洁能源目标和快速下降的可再生能源价格正在让越来越多的可再生能源发电进入电力市场。


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图:美国的七个批发电力市场


但问题在于,这七个电力批发市场的建立是基于化石能源燃料发电为基础的。如果不及时对市场规则进行改革,那么它们很可能会越来越无法适应可再生能源、分布式发电、储能等新的市场要素。


电网管理者和政策制定者正在考虑如何在快速脱碳的情况下重建美国的电力批发市场,转向一个由低碳、甚至无碳资源为主导,电力生产成本几乎为零的能源系统。


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快速变化的电网


目前电力批发市场的规则是为了更好地管理电力系统:包含了大型燃煤电厂、核电站为基荷机组,天然气发电则作为系统灵活性需求。市场最初的设计出了满足电力供给方的需求外,还要应对需求端变化带来的一系列灵活性要求。


监管、技术和技术壁垒的存在,让储能、智能温控器等设备无法参与到电力批发市场当中去。所以,在电力批发市场中,电网运营上依靠着大型、集中式的中心电站来满足需求端的需求。


但是今时今日的电力系统已经截然不同的。集中式发电站依然存在,但是由于可再生能源技术和经济性的突破,小型、分散式发电元素开始在电网发挥越来越重要的作用。


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仅就价格而言,可再生能源比煤电、核电价格更低,与天然气相比更是有着绝对的价格优势。在美国大部分地区,随着风电、太阳能、储能设施越来越多的开始替代燃煤、燃气电厂(这一趋势会因为国家政策和经济性的变化而持续存在),美国的电力批发市场即将迎来更多的变化。


29个州加上华盛顿特区,目前都制定了有约束力的可再生能源目标。8个州加上华盛顿特区制定了2017年以来100%清洁或可再生能源的目标。美国参议院提出立法规定2035年实现50%的可再生能源目标。


为20世纪技术开发的电网规则,其产品和软件越来越难以应对21世纪的电网形态。电网所接纳的新发电电源和化石能源发电有着如下的不同:


1.这些资源通常具有接近零的生产成本。发电项目一旦建成,后续运行成本非常便宜。由于电力市场调度和价格与生产成本相关,因此这种特性与依赖燃料的发电厂存在显着偏差。


2.可再生能源发电往往单体项目装机容量较小,一般仅几十兆瓦。这意味着单个项目的建设周期更短。


3.发电规律不同影响着电网的调度。例如,太阳能发电输出与天气密切相关。每天耗费大量资源,围绕资源可用性规划对于电网运营商是一个新概念。


4.发电的不可预测性由于储能等技术的发展,正在逐步减少。这使得可再生能源的介入可行性在技术上大大加强。


市场需要改革


技术变革正在触及电网,但市场激励和规则的相应变化却落后了。电力批发市场必须及时进步以支持全新的脱碳能源系统,但电力批发市场的发展方向却是一个尚无定论的问题。


美国能源创新组织的新研究论文系列《快速脱碳的批发电力市场设计》中,提出了两个随时间进行演变的电力市场变革路径。


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美国各州可再生能源目标


在“稳健现货市场”路径中,市场致力于改善现有的服务体系,通过大量的现货交易使得新的发电单元逐步获取交易合约,参与到市场当中来。


在“长短期结合市场”路径中,市场希望能够在短期内给与新的发电单元大量长期合约让新的发电单元融入市场。同时,市场管理者还会制定出一个更加复杂且相对完整的市场规则来应对未来趋势。


这两条途径都有几个重要的市场特征共性:


1.有竞争力的电力批发市场是一件好事:更多的资源组合可以提高可靠性并降低成本-市场越大,效益越大。


2.电力批发市场需要与管理电力系统的外部(州或联邦)政策合作,而不是与之相悖。


3.目前美国的电力市场更关注交易而非运行。这一点应该得到改变。


4.较短的调度间隔和多周期优化可以使市场更有效率。


但这两种途径在重要的市场特征上存在分歧:


1.政治干预市场的风险有多大?


2.“现实世界”的表现与理论所暗示的相差多少?


3.对于公用事业用户或向其供电的公司来说,需要承担多大的价格风险?


4.保持自愿合同是最好的方法,还是集中管理会更有利?


未来的问题


对于电力批发市场来说,问题不止于此。大规模部署低碳能源,减少排放,防止气候变化······这一系列宏大的目标都让电力市场改革变得至关重要。


市场如何在具有大量能源资源且生产成本几乎为零的系统中有效地发现科学合理的价格区间?市场如何保持足够的投资信号,以及随着市场的发展,如何为新的发电电源提供融资?如何为输电线路和能源储存等电网基础设施提供资金和建设?限额与交易或碳定价将如何影响批发电力市场?


这些都是棘手的问题,没有一个“正确”的答案。批发电力市场在不同地区将发生不同变化,但电网管理者必须在电力系统脱碳时考虑到这些问题。

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