可再生能源中的收益分配与定价机制：经济视角

《Renewable Energy》：Benefit Allocation and Pricing Mechanisms in Renewable Energy :An Economic Perspective

　　

胡媛|郝梅

湖南农业大学经济学院，中国湖南省长沙市410128

摘要

中国向可再生能源的快速转型对高效的利益分配和定价机制提出了日益增长的需求，这些机制需要平衡经济增长、能源安全、环境可持续性和利益相关者的盈利能力。将可再生能源整合到电网中会因输出的可变性而带来运营挑战。本研究开发了一个合作博弈论框架，用于协调可再生能源和热电生产商，以优化能源利用、提高电网稳定性并公平分配利益。该框架采用Shapley值方法进行联盟剩余分配，并结合了高峰期、平价期和低谷期的分时定价。通过数学建模，考虑了偏差成本评估、爬坡约束和时间容量合同，模拟了联盟成员之间的市场交易。结果表明，合作策略使可再生能源消费增加了1.35兆瓦时（22.32%），偏差评估成本减少了51.33元人民币/天，为可再生能源生产商带来了547.12元人民币/天的额外收入，为热电生产商带来了696.34元人民币/天的额外收入。联盟总收益达到1,192.13元人民币/天，证实了这种整合方法的经济可行性。在不确定性下的情景分析（包括可再生能源发电的可变性（CV = 25%）、需求冲击（±15%）和电价波动（±20%）表明，该框架具有稳定性，在超过96%的蒙特卡洛模拟中，合作安排保持了正的联盟剩余。该框架通过提高可再生能源利用和减少碳排放，促进了联合国可持续发展目标7和13的实现。这些发现为政策制定者提供了实际指导，以加速中国到2030年实现能源峰值和2060年实现碳中和的目标。

引言

中国承诺到2030年实现能源峰值，到2060年实现碳中和，这需要可变可再生能源发电和可调热电厂的协调运行[1]。截至2025年8月，中国的可再生能源装机容量已超过1,600吉瓦，首次超过了化石燃料的装机容量。然而，间歇性风能和太阳能发电的电网整合仍然是一个根本性挑战，预计从2022年到2030年，短期灵活性需求将增加两倍，迫切需要制度创新[1]。

热电厂提供了补充可再生能源间歇性的爬坡能力。燃煤机组仍占中国发电能力的40%以上，经过灵活性改造后，其爬坡率为每分钟额定容量的1.5%至5.5%。然而，热电生产商和可再生能源生产商之间的竞争性框架导致了激励不一致，导致可再生能源被削减、热电运行效率低下以及市场结果不佳。当热电厂为了最大化自身利润而运行时，它们会保持基本负荷水平，在风能或太阳能充足期间排挤可再生能源发电，使得某些西北省份的削减率超过10%。以往关于可再生能源与热电协调的研究存在关键局限性。技术分析假设了最优调度，但没有考虑决定参与者是否提供灵活性的经济激励。合作博弈论模型展示了联盟形成的价值，Shapley值成为标准的分配方法，但这些模型通常在抽象的设定中运行，忽略了实际约束，如爬坡限制、最小稳定负荷和偏差惩罚。大多数合作框架仅关注生产商之间的互动，没有结合分时定价机制，忽略了现代电力市场中价值创造的关键维度。

本研究通过开发一个综合的合作博弈论框架来解决这些问题，该框架同时优化了可再生能源与热电的协调，使用改进的Shapley值方法实现公平的利益分配，并结合了中国电力市场的定价机制。该框架建立了联盟剩余计算的数学模型，考虑了偏差成本评估、爬坡约束和可再生能源与热电生产商之间的时间容量合同。

本研究做出了四项贡献。首先，它开发了一个统一的分析模型，整合了可再生能源整合、合作博弈论和公用事业定价。其次，它引入了一个修正因子（ηthermal = 0.56, ηrenewable = 0.44）的改进Shapley值，以反映提供灵活性与清洁能源的联盟成员之间的不对称贡献。第三，它提供了定量证据，表明合作协调使可再生能源消费增加了22.32%，偏差成本减少了68.7%，联盟总收益达到1,192.13元人民币/天。第四，该框架根据“电力市场运营基本规则”（2024年7月生效）调整，为市场运营商和监管机构提供了可操作的政策建议[2]。本文的其余部分组织如下：第2节回顾了文献，第3节介绍了方法论，第4节报告了结果，第5节讨论了发现，第6节总结了政策含义。

章节摘录

可再生能源的间歇性和热电的灵活性

风能和太阳能发电的固有可变性要求灵活的资源能够快速调整输出，以维持供需平衡。风能发电量在一个小时内可能波动高达80%，而太阳能发电量则会因云层覆盖而波动30%至50%。中国从2022年到2030年的短期灵活性需求将增加两倍，从大约150吉瓦增加到超过450吉瓦。自2021年以来，中国已完成超过300吉瓦燃煤产能的灵活性改造。

研究框架概述

所提出的框架采用合作博弈论来模拟中国不断发展的电力市场中可再生能源生产商和热电发电厂之间的战略互动。与竞争模型中生产商独立最大化自身利润不同，合作方法允许形成联盟，使参与者能够共同优化集体利益并公平分配剩余收益。该框架解决了三个相互关联的目标：

联盟绩效和经济可行性

模拟结果证实，合作框架为两种类型的生产商都创造了显著的经济价值。联盟总收益达到每天1,192.13元人民币，证实了超加性条件：联盟价值超过了个体价值之和，为持续合作提供了经济基础[13]。表5展示了按生产商类型和成本类别分解的全面结果。

合作通过两种机制创造价值。首先，

讨论

本研究展示的联盟收益超过了相关文献中的实证基准，包括多载体集成能源系统中的成本降低8%至12%，以及共享储能联盟中的改进12%至15%。这种优异的表现源于利用了可再生能源与热电的互补性，其中可变发电与可调容量之间的时间不匹配创造了协调价值，这是时间差异较小的系统无法完全捕捉到的。

结论

本研究开发并验证了一个用于中国电力市场中可再生能源与热电联盟利益分配和定价机制的合作博弈论框架。通过将合作博弈论与分时定价和带有不对称修正因子的改进Shapley值方法相结合，该框架解决了现有文献中的关键问题，并为联盟参与者提供了公平、稳定和高效的结果。

实证

CRediT作者贡献声明

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