從1999年開始電力市場建設至今，德州電源結構發生了根本性變化，由主要是低效不靈活的煤電和燃氣機組，發展到主要是新能源風能、聯合燃氣機組。

過去幾年，德州新能源滲透比不斷創造記錄，2017年10月27日，新能源最高滲透比達到54%，是第一次在有電力市場運行環境下規模比較大的電網達到這么高的可再生能源滲透率。

那么德州電力市場是如何促進新能源消納的?需要怎樣的規則設計?

目前德州大部分電網由德州電力可靠性委員會(ERCOT)調度管理。近期，ERCOT可再生能源并網首席工程師杜鵬偉，出席了由北京能見科技發展有限公司與中國電力科學研究院共同主辦"2018(第二屆)電力市場國際峰會(EM.IS)"，并發表了題為"德州新能源消納和電力市場機制的相互影響和推動"的主旨演講，對上述問題進行了詳盡的闡述。

ERCOT可再生能源并網首席工程師杜鵬偉

ERCOT 管理2400萬德州用戶

美國德州電力可靠性委員會 ERCOT(Electric Reliability Council of Texas)是負責其范圍內電網運行和管理競爭性電力批發市場的獨立系統調度機構ISO(Independent System Operator)。

ERCOT的所轄區域覆蓋了德州75%的面積和90%的負荷，并管理著2400萬德州用戶。德州面積相當于廣東廣西加湖南，比華東五省加上海略大一點。ERCOT管理超過74400公里的高壓輸電線路和550多臺發電機組。ERCOT裝機容量接近9000萬千瓦，夏季高峰可調用裝機容量為7700萬千瓦。

德州75%的負荷擁有零售選擇權

德州電網是一個獨立電網，和外州沒有交流互聯，只通過5條直流聯絡線與美國東部網絡和墨西哥相連。這些孤立性給電力系統帶來很大的挑戰，電力平衡必須在本區域內完成。

從1999年德州立法確定開展電力市場建設到零售、批發市場的相繼建立，德州只用了兩年的時間。目前活躍的零售市場成為了德州市場的一大特色。在德州75%的負荷擁有零售選擇權。據統計，其競爭性零售市場內超過90%的用戶都曾更換過零售商。這種零售商制度的引入極大提高了市場運轉效率，并推動了電能服務的差異化和多樣化。

目前德州電力市場主體主要分為三個，發電方、輸配電運營商、客戶。德州輸配電運營商被嚴格管制，德州公共事業委員會(PUCT)負責審批其新建輸電項目，并根據成本加利潤的原則制定其輸電配電價格。而發電側和用電側則由競爭決定，即引入電力市場來實現資源的最佳配置。

德州的電力批發市場設計分為日前市場、日內市場以及實時市場。在實時市場中，所有的發電機組都要進行報價。市場要根據報價情況并考慮系統的安全性來決定出清價格，即在安全性約束下進行經濟調度，ERCOT每5分鐘出清一次。

可再生資源的市場設計無需特殊處理

德州近幾年新能源尤其是風能接入比較大，對電力市場的建設帶來了巨大挑戰。德州開始重新設計電力系統市場機制時，內部有一些爭議，核心就是如何對待和處理新能源。最后采取的方案是，新能源和市場上其他電源一視同仁，也要參與市場報價，在電力市場受到無差別的對待。盡管政府對新能源有一定補貼，其報價可以較低，但也必須遵守最基本的市場規則。

現貨市場中新能源逐漸替代傳統機組

容量市場或稀缺電價仍鼓勵長期電源投資

當然以德州的經驗而言，新能源的介入對現貨的價格影響很大。目前德州主要以燃氣機組為主，電價必然跟天然氣價格關聯度會比較高。當天然氣價格是4.5美元/MMBTu的時候，煤電就有價格的優勢，它在報價的低端，這個時候系統多數出清機組由煤電機組決定，煤電機組有一定的盈利空間;當天然氣價格下降到2.5美元/MMBTu的時候，報價會發生很大的變化，這時候有可能是燃氣機組決定出清價格，但是這個時候煤電的價格到了中部，損害了煤電的經濟性和有效性，它有可能不會被市場所接受，或者被迫要接受損失。

(不同天然氣價格下的各電源報價)

維持比較合理的電價是德州電力系統運行追求的一個目標，原因在于，比較合理的低電價可以吸引人口和促進經濟發展，推動整個用電量的上升，最終形成比較合理的電價趨勢。德州是頁巖氣的主要產地，目前來說它的天然氣運行在比較低的價格，一方面天然氣供給充足，另一方面，大量新能源的接入，使得電力市場整體能量價格歷史性降低，從每千度電77.39美元降低到24.77美元，去年平均價格是28.25美元。

與此同時，由于新能源發電的不確定性，以前主要由負荷引起的系統電價波動性相對大幅增加。體現在兩方面，一是負價格的出現，這意味著傳統機組發電不但沒有利潤反而要補貼負荷;二是高價格的出現次數比較多，反映了發電容量在負荷高峰時的稀缺。

在北美其它市場上是通過建設容量市場提供客戶長期穩定補償來保證容量的充足，煤電和核電可以能夠有一定收益性;德州市場是另外一種思路，容量稀缺必然會反映到實時價格上，推動實時價格的上揚，稀缺電價也會對長期的電力投資起到一定促進作用，最終依靠市場的作用來促進用戶需求和裝機的容量的平衡。

(德州電源結構變遷)

電力市場不斷改進設計

2010年12月1日，ERCOT 成功地從區域電力市場轉換為節點電力市場。ERCOT設計節點市場的主要目標是改善價格信號，提高調度效率，直接分配局部擁堵費用。市場交易頻率得到了改進，由以前的每15分鐘出清一次變成了現在的每5分鐘出清一次，使得新能源發力的情況能夠比較準確地被預測，市場就可以更好的應對新能源的波動性。

這個重新設計的綜合性節點市場主要有以下幾個部分：金融輸電權市場 CRR(CongestionRevenue Rights)，能量和輔助服務聯合優化的日前市場 DAM(Day-Ahead Market)，可靠性機組組合 RUC(Reliability Unit Commitment)，以安全約束下的經濟調度 SCED(SecurityConstrainedEconomic Dispatch)為核心的實時市場。

德州電力市場建設遵循從易到難、從無到有的原則，目前輔助市場并沒有跟實時市場進行很好的優化，現在僅僅是在日前市場進行出清，所以它不是最優的解決思路，所有資源配置進行綜合考慮的時候才是最佳的方案。

根據ERCOT最新的評估，在今年發生的一次最高出清價格達到9000美金的事件中，如果在實時市場進行聯合出清，在40分鐘(5次出清)后整個系統可節省5850萬美元，因此，只有不斷進行市場的改革才能達到資源最佳的配置。當然，這種改進需要大量的人力物力財力的相應投資。

(橙色為聯合出清價格，藍色為現有出清價格)

輔助服務和能量市場是解決不同問題的兩個市場，現階段要通過市場力量來保證電力市場可靠運行、實時平衡，輔助市場反而更重要。

隨著新能源占比越來越大，對輔助服務市場設計提出了更高的要求。在德州有三種輔助服務市場，二次調頻、旋轉備用和非旋轉備用。由于大量新能源的接入，旋轉慣量從富余變成稀缺資源。除此之外，對于一次調頻和非旋轉備用能力的需求有很大的提升。如果不改進，那么就只能造成兩個后果，一種是輔助服務市場的價格會有很大的提高。第二，對新能源而言，不得不棄風棄光。

一些能夠提供快速反應的技術，能夠有效的提高系統可靠性，這種新技術主要由負荷反應和儲能來提供。通過建立一個合適的價格機制，可以吸引新技術參與到輔助服務市場中來。

這些電力市場設計及改進，也對新能源的選址、運行和經營能力提高有一定的幫助，從而促進了德州新能源較快的發展。過去的幾年中德州新能源滲透比不斷創造記錄，在2017年10月27日這天，新能源最高滲透比達到了54%，是第一次在有電力市場運行環境下規模比較大的電網達到這么高的可再生能源滲透率。德州新能源未來三年將繼續穩健增長。目前德州光伏裝機容量比較小，預測在2030年左右會超過現有風能的裝機容量。目前ERCOT 也在建一條直流的線路，能夠很大程度提高新能源輸送的能力。