促进新能源消纳的综合能源系统日前市场出清优化

综合能源系统日前市场可以反映短期的供需平衡关系和生产成本，为短期源荷不平衡量提供竞争市场，多能互补的市场效率高。在综合能源系统日前市场中存在3方面的运营主体，包括能源供应商、综合能源系统运营商和用户。

1研究背景

一直以来，我国对可再生能源行业高度关注，可再生能源并网运行情况逐步改善，然而弃风弃光问题依然存在。从并网运行角度来看，弃风弃光问题原因有：新能源规划较为集中，电网调峰能力不足；外送通道建设与电源建设规模不匹配，电网送出能力限；电网存在薄弱环节，部分区域受网架约束影响等。从市场机制角度来看，弃风弃光问题原因有：全国统一市场机制不健全，新能源电力跨省消纳容量小；需求侧资源参与提供电力辅助服务的机制处于试点阶段，影响了新能源的消纳。

2论文所解决的问题及意义

解决新能源消纳问题的途径之一是实现综合能源系统日前市场出清优化。本文对以下几个方面的工程问题进行重点分析：

（1）北方地区热电联产机组冬季供暖导致的风电弃风问题。热电联产机组在供暖阶段运行在以热定电的模式下，发电调峰能力不足，可调节能力不足。

（2）当前日前市场出清政策机制不能体现新能源发电的优势。ISO出清模型以社会福利最大化为目标确定成交电力，不能体现新能源与化石能源相比的低碳优势。

（3）我国新能源资源与负荷分布不平衡，新能源资源丰富地区负荷较小。然而，我国外送通道送出能力有限，阻碍了新能源的外送。

（4）需求侧市场尚未开发，用户侧无法灵活匹配新能源出力特征。用户以竞价的形式主动参与日前市场竞争，可以获得经济利益，并促进新能源的就地消纳。

3论文重点内容

本文建立了综合能源系统日前市场出清模型，设计了两种社会效益最大的多类型能源市场交易机制。综合能源系统日前市场指的是日前能量市场，即电量、热量商品在日前这个时间尺度上进行交易。综合能源系统日前市场可以反映短期的供需平衡关系和生产成本，为短期源荷不平衡量提供竞争市场，多能互补的市场效率高。在综合能源系统日前市场中存在3方面的运营主体，包括能源供应商、综合能源系统运营商和用户。在日前市场，能源供应商申报售电电量、售热热量、电价、热价，用户申报购电电量、购热热量、电价、热价，综合能源系统运营商根据综合能源日前出清模型确定出清电量、热量及出清价格。日前市场平衡绝大多数电力、热力供需，偏差电量和热量在实时市场进行现货交易。综合能源系统能源侧包括光伏发电、风电、热电联产系统、燃气锅炉等，如图1所示。

图 1 综合能源系统模型


本文从社会福利最大化角度出发，站在综合能源系统运营人员的视角，建立促进新能源消纳的综合能源系统日前市场出清模型，可为综合能源服务市场的报价报量策略建模提供依据。在仿真中，本文采用确定的报价报量数据，对日前市场的出清功率和价格进行仿真分析。算例参考南方电网现货市场现状，仿真中每15min形成一个交易价格，用户申报价格仿真数据设置参考了南方电网现货交易价格，光伏和风电的申报电价参考了阿布扎比光伏项目的竞价数据。

2019年5月南方电网公司电力现货市场开始试点运行，每15min形成一个交易价格，一天有96个价格，首次交易结算已完成，交易结果可以用来评估本文仿真结果的有效性。本文仿真结果为96个出清价格，不同通道容量下的出清电价如图2所示，出清电价的统计结果如表1所示。通过与南方电网公司电力现货市场的实际平均电价相比，本文计算出的出清电价与实际相符，表明了算例报价报量数据设置的合理性。

图2 不同通道容量下的出清电价


表1出清电价的统计结果


在输送通道容量为200 kW时，风光消纳容量占成交总负荷的61.69%，弃风弃光率为6.77%。在输送通道容量为800kW，风光消纳容量占成交总负荷的61.94%，弃风弃光率为0%。从仿真结果可知，外送通道建设对于促进新能源消纳具有重要工程意义。

4研究结论

本文建立了促进新能源消纳的综合能源系统日前市场出清模型，并基于实际工程中阻碍新能源消纳的问题进行了仿真分析。基于本文的仿真模型，可以分析送通道建设、申报电价、需求响应市场等因素对日前市场出清得影响，研究结果对于我国北方地区消纳风光新能源具有理论指导意义，推广应用前景广阔。

周琳, 付学谦, 刘硕, 等. 促进新能源消纳的综合能源系统日前市场出清优化[J]. 中国电力, 2019, 52(11): 9-18.

ZHOU Lin, FU Xueqian, LIU Shuo, et al. Day-ahead market clearing model of integrated energy system for promoting renewable energy consumption[J]. Electric Power, 2019, 52(11): 9-18.