1.1 美国绿电交易
美国在鼓励清洁能源消纳的实践中已探索了二十余年，电力市场建设兴起于20 世纪 90 年代，通过各州政府的推动及各类市场主体的积极参与，形成了强制市场与自愿交易并存、采购方式灵活多样的清洁能源消纳格局。
1.1.1 市场分类与参与方式
可再生能源参与的市场主要有强制的配额制（Renewable Portfolio Standard, RPS）市场和自愿交易市场。RPS 是各州政府依据配额制相关法律法规建立的，目的是帮助承担配额义务的责任主体实现可再生能源配额目标，是一种基于电量的激励措施。
政府对能源生产实行强制性的具有法律效力的数量规定，要求电力供应企业在规定日期之前按照不低于电力供给的某一比例提供可再生能源电量，该电量可来自自我生产，但更多的是来自市场购买，因而为可再生能源的出让配额构造了一个卖方市场。配额制体系常包括绿色证书（Renewable Energy Certificates，RECs）交易环节，因此也被称为绿色证书制。
目前美国已有 29 个州、华盛顿哥伦比亚特区和 3 个领地实施了配额制，责任主体的数量占美国全部电力零售商的 56%；另有 8 个州和 1 个领地提出了非强制的可再生能源目标。自愿市场为有意愿采购绿电的消费者提供灵活多样的采购渠道，帮助企业履行可持续发展的社会责任，实现绿色发展的目标。
在管制市场，绿电采购方主要通过公用事业绿色定价(utility green pricing)和公用事业绿色电费(utility green tariffs)两种途径采购绿电；在半管制市场，绿电采购方主要通过竞价市场采购绿电；在放松管制市场，长期自愿购电协议(PPA)是最常用的一种绿电采购方式。PPA 有两种基本形式：一种是实体自愿购电协议（physical PPA）。
发电商与采购方签订绿电（包括绿证）购电协议，合同期限通常长达十至二十年；合同对项目开始的时间、电力输送时间计划、输电不足的罚款、支付方式，以及合作终止期等条款作了明确的规定。
发电商与采购方必须在同一个绿电市场，以便实现实体电力输送。另一种自愿购电协议是虚拟自愿购电协议（Virtual PPA），类似于差价合约。该协议下，发电商向批发市场出售电力，用户仍从原电力或电网企业购买电力并支付电费。当批发市场的电价低于虚拟协议中约定的价格时，购电方需要向发电商支付差价。
反之，当批发市场的电价高于虚拟协议中约定的价格时，发电商需要向购电方支付差价。这种方式可以有效避免市场价格的波动，而且由于不涉及实体电力的输送，采购方不需要与发电商位于同一个绿电市场。
总体来说，可再生能源可通过两种方式参与电力市场：一是由售电公司与可再生能源场站签订长期 PPA，代理可再生能源发电参与电力市场。在可再生能源配额制的要求下，作为配额承担主体的售电公司有签订长期 PPA 的积极性，打捆购买可再生能源电量连同对应的绿证；在电力批发市场 中，同样由售电公司竞价出售可再生能源发电。二是可再生能源直接参与电力市场，并通过签订金融合约等方式规避市场风险。
德州于 2012 年就达到了其 2025 的可再生能源配额制目标，而后清洁能源依然呈快速发展态势，部分清洁能源项目很难找到售电公司与其签订长期购电协议， 只得直接参与电力市场售电。此外，近年来 PPA 价格的连续下降是可再生能源直接参与电力市场的主要考虑因素之一。直接参与电力市场的情况下，可再生能源为规避现货市场风险，往往采用与金融类公司签订中长期金融协议或者与金融公司、大型科技企业等非售电公司签订虚拟购电协议方式规避市场风电。
即通过长期协议约定清洁能源电量价格，根据电力市场价格情况“多退少补”，即当市场价格高于合约价格时，可再生能源企业将多得的收入返还给与其签订合约的金融公司或非售电公司；反之，由金融公司或其他公司弥补市场价格与合约价格之差。两种方式下，可再生能源发电商以及与可再生能源签订 PPA 的售电公司不能直接在日前和实时市场报价，必须通过授权计划实体（QSEs）上报发电量和竞价价格，由 QSEs 代表参与竞价、交易、结算。
用电主体可同清洁能源企业签订大规模的长期合同，用于大量购买满足业务需求的可再生能源。通过批量购买的方式，直接向与用电主体位于同一电网的开发商购买可再生能源。从合同的角度来看，根据可再生能源行业颁发的可再生能源证书(REC)，记录通过可再生方式生产的每单位能源。发电主体可以使用 REC 来证明自己生产了多少清洁能源，而用电主体则可以购买与自己的用电量相当的此类证书，并根据 REC 跟踪实际能源消耗量。持续构建日前市场和实时市场，并允许发电企业与大用户通过中长期双边交易锁定发电收益。
风电等清洁能源企业与其他常规火电基本采用同样的方式参与市场。在中部电力市场、德州电力市场、加州电力市场、PJM 电力市场以及纽约电力市场中，可再生能源发电企业均直接参与日前和实时市场交易，同时申报发电量与发电价格，并以市场的统一出清价格或所在节点的节点电价结算发电量。对于风电等清洁能源的功率预测误差所造成的不平衡量，设置相应的惩罚机制。
在纽约电力市场中，风电还允许参与年前组织的容量市场，并按照其峰荷时段的平均可用容量获取相应的容量费用。研究表明，风电在负荷峰时段的可用率大致为 10～30%。由于可再生能源并网可能对电网运行的调峰、调频等辅助服务需求造成增量成本，部分区域市场正在探索向清洁能源发电企业分摊全部或部分增加成本的机制。丰富辅助服务交易品种。可再生能源的发展是美国能源安全政策的重要组成部分，可再生能源发电的消纳也是各电力市场努力解决的重要问题之一。
为了支持可再生能源消纳，美国辅助服务市场除了传统的调频、备用等品种以外，还创新引入了爬坡类产品，促进系统灵活性提升。加州 ISO 增加了爬坡能力的市场，保证获取足够的调节能力来应对可再生能源发电的波动；各 ISO/RTO 都采取了调频性能的补偿机制，鼓励调频资源积极跟踪系统控制信号等。
另外，FERC 也制定了支持新的电力技术应用的法令，比如允许分布式电源、储能、需求响应等资源 参与容量市场、调频市场。鼓励新兴市场主体参与市场。美国大力推动储能、需求侧响应等主体参与电力市场，要求各市场完善相关市场规则。
建议我国研究建立需求侧资源、虚拟电厂、储能等新兴主体参与电力市场交易的机制，有效激发市场主体活力，以市场手段促进源网荷储良好互动，保障电网实时供需平衡，提高系统运行的灵活性。构建容量成本回收机制。随着清洁能源的高比例接入，火电在电力系统中的作用由提供电量逐渐转变为提供电力。
容量市场优化是美国近年来电力市场的焦点问题，各市场均对其容量市场交易机制进行了改进，确保传统能源机组与可再生能源机组能够公平竞争；或者可通过抬高能量市场允许竞标价格，确保常规电源利益，德州市场是单一能量市场，为解决大规模清洁能源发电对电量市场价格的影响，其主要做法包括：逐步提高发电报价上限，从而提高系统资源稀缺时段的电量价格，增加提供相应服务的发电盈利。
建议我国研究建立容量成本回收机制，用于激励常规火电投资建设，保障系统发电容量充裕度、调节能力和运行安全，促进清洁能源消纳。美国绿电自愿市场结构明确且灵活多样，多样化的绿电供应和采购渠道进一步扩大了绿电市场，满足了各种消费者的不同需求。
美国企业自愿采购绿电的驱动力既来自其社会责任意识，也来自直接的经济利益。一方面，企业通过采购绿电逐步承担起节能减排和推动社会可持续发展的责任；另一方面，可再生能源成本大幅降低使得企业采购绿电实际支付的成本较采购其他电力增加有限，并且长期购电协议等采购方式有助于企业在一定时期内锁定电力价格。
因此，将绿电自愿采购与企业产品绿色认证、税收优惠等机制逐步挂钩，企业的环境意识和社会责任能得到更有力的体现，企业采购绿电的积极性也一定会得到加强。
本文转自清华三峡气候与低碳中心-陈启鑫-清华大学电机系长聘教授
