我國亟需建設(shè)適應(yīng)現(xiàn)貨交易的市場化平衡機制

2019-03-04 10:52:55 電網(wǎng)技術(shù)　點擊量：評論 (0)

摘要為了解決電力系統(tǒng)實時運行的供需平衡問題并提高運行經(jīng)濟性,國外典型電力市場均建立了實時平衡市場,并取得了成功的運行經(jīng)驗。而我國當前

日前運行備用補償額RORDAi為日前報價額ODAEi與日前電能市場價值VDAEi的差,后者的計算公式為

3 典型平衡市場的運行及結(jié)算模式對比

3.1 平衡市場的運行要素

文獻[3,5,13,17,27,30-32]對美國和歐洲平衡市場的設(shè)計進行了研究,歸納總結(jié)了平衡市場的運行要素,文獻[13,31-32]將運行要素分為平衡資源獲取、平衡責任劃分和不平衡結(jié)算3類。平衡資源獲取包括平衡資源的種類、獲取和激活方式等;平衡責任劃分規(guī)定了不同的市場成員對系統(tǒng)平衡所負有的責任;不平衡結(jié)算包括不平衡電量定價機制、結(jié)算方法和成本覆蓋范圍等[31]。本文基于上述文獻的框架,對北歐、英國和PJM平衡市場進行對比分析。

3.2 3個典型平衡市場的對比分析

由于平衡市場與系統(tǒng)實時運行密切相關(guān),因此普遍采用了SO負責的集中式市場模式,但不同市場在設(shè)計和規(guī)則上仍存在較大差別。

首先,對于平衡服務(wù)的交易,以北歐和英國為代表的歐洲平衡市場采用了“輔助服務(wù)市場+物理調(diào)節(jié)電能市場”的平衡資源獲取模式,輔助服務(wù)市場獨立于電能市場,每一種輔助服務(wù)都由SO單獨組織交易和出清;市場成員還可以在調(diào)節(jié)電能市場中進行上下調(diào)報價,提供備用服務(wù)的成員也可以進行報價。但北歐的平衡服務(wù)品種較少,合同周期較短,主要的平衡資源通過調(diào)節(jié)電能市場獲得,基本不采用非同步備用。而英國的日前市場由2個獨立的交易所分別組織,而且出清模型不考慮物理約束,實際成交結(jié)果需要在實時運行中調(diào)整,因此英國的平衡機制設(shè)計較為復(fù)雜,平衡服務(wù)種類較多,針對不同的響應(yīng)速度、容量和響應(yīng)時間等指標設(shè)置了多種頻率響應(yīng)和備用服務(wù)。以PJM為代表的美國電力市場目前均采用“一體化交易”模式,根據(jù)市場成員的報價和成本對電能、調(diào)頻和備用聯(lián)合出清,雖然平衡服務(wù)品種較少,但其采取的交易方式和出清算法更為復(fù)雜。值得注意的是,歐洲也在嘗試向聯(lián)合優(yōu)化的模式發(fā)展[33]。各市場平衡服務(wù)的詳細信息可參考文獻[3, 11, 17, 23, 27-28]。對于平衡電能資源,北歐和英國的SO只能對已報價或者簽訂合約的機組出力和實時電量進行調(diào)節(jié);而在美國PJM市場,由于市場組織及實時調(diào)度都由SO負責,其可以調(diào)整所有在線機組的基準功率運行點(優(yōu)先調(diào)整T1類機組),使機組偏離日前計劃出力,不需要額外的報價環(huán)節(jié)[6]。

2類市場的平衡責任劃分也有區(qū)別,歐洲對市場成員所應(yīng)承擔的備用容量未作要求,BRP只需要在運行前使自身的運行計劃平衡;而PJM將備用容量按成員的負荷容量分攤給了市場成員,市場成員可以通過自身機組、雙邊交易或是從輔助服務(wù)市場購買,以滿足自身的平衡義務(wù)。

對于平衡資源的補償和不平衡電能結(jié)算,3個市場的結(jié)算模式對比如表3所示,其中北歐以瑞典為代表。歐洲平衡市場根據(jù)調(diào)用的上下調(diào)能量報價確定平衡電能出清價格,并按照一價法或兩價法等方式對不平衡電量進行結(jié)算;而PJM電力市場則根據(jù)實時發(fā)電成本確定的LMP進行結(jié)算,但實時運行中的運行備用成本的一部分將按照市場成員的不平衡電量比例進行分攤。

表3 典型市場的平衡資源補償機制和不平衡結(jié)算模式對比

總體而言,兩類模式各有特點。歐洲模式下,各個市場分別交易出清和結(jié)算,組織形式簡單,但不同資源獨立交易的模式可能無法保證運行成本最低,可能產(chǎn)生一定的套利空間。而美國模式采用的一體化交易聯(lián)合出清的方式雖然能使綜合成本更低,減少了市場成員的套利空間,但出清算法復(fù)雜;對于提供多種服務(wù)的同一機組,在結(jié)算過程中需要考慮不同品種間的耦合關(guān)系,各種服務(wù)的補償結(jié)算相互耦合,在分攤服務(wù)成本時,也需要綜合考慮成員自主提供和雙邊合約的服務(wù)量以及自身負荷比例等因素,降低了市場透明度。

4 國外典型平衡市場對中國電力平衡市場建設(shè)的啟示

當前,我國電力市場正處于從中長期合同交易向“中長期合同交易+現(xiàn)貨交易”的過渡期,這一階段的市場運營和交易結(jié)算模式存在其特殊性,主要表現(xiàn)在：

1）市場初期為保證系統(tǒng)運行的可靠性,系統(tǒng)實時平衡仍按照傳統(tǒng)調(diào)度模式運行。部分省區(qū)嘗試采取了基于預(yù)掛牌平衡機制,用市場方式獲取平衡資源。

2）當前采取的偏差考核結(jié)算機制針對的是中長期合約交易。該機制以市場成員的履約情況為考核對象,目的是培育主體履約的市場意識,按月結(jié)算,其本質(zhì)考核的是電量而非是電力,難以約束主體保持實時平衡。

3）輔助服務(wù)市場處于探索階段,交易品種以調(diào)頻、調(diào)峰為主,交易品種總體較少,備用仍按義務(wù)方式提供。

由上述分析可知,我國現(xiàn)行的結(jié)算方法雖然有其合理性,但也存在一些問題。比如,預(yù)掛牌平衡機制在實踐中與偏差考核機制不相適應(yīng),出現(xiàn)了考核費用無法覆蓋平衡機組的補償費用的問題。這主要是由于偏差考核是電量考核機制,結(jié)算周期長,與系統(tǒng)電力實時平衡不對應(yīng),平衡機組的上下調(diào)電量與市場成員的偏差電量不對應(yīng),最終導(dǎo)致了結(jié)算的收支不平衡,出現(xiàn)了考核費用無法覆蓋平衡成本的問題,差額最終由電網(wǎng)公司承擔,給實際結(jié)算帶來了一定的阻力。而對于未開展預(yù)掛牌平衡機制的地區(qū)采取的是偏差分攤結(jié)算或定價結(jié)算。分攤結(jié)算通常是按成員各筆合約的電量比例分攤,或是由某類合約承擔;定價結(jié)算的價格通常以標桿(目錄)電價、合約價格或出清價差為基準,乘以一定的懲罰系數(shù)確定。這兩種方法雖然簡單易行,不存在預(yù)掛牌機制下平衡成本無法覆蓋的問題,但缺乏經(jīng)濟學依據(jù),缺乏對市場成員提供平衡資源的激勵,也不適應(yīng)現(xiàn)貨市場的交易結(jié)算需求。

針對上述問題,同時結(jié)合國內(nèi)市場的發(fā)展需求和國外典型市場的運行經(jīng)驗,本文提出如下建議：

1）平衡市場的建設(shè)應(yīng)逐步平穩(wěn)開展,選擇的模式應(yīng)與當前市場建設(shè)模式相適應(yīng)。

由國外典型市場的建設(shè)經(jīng)驗可知,其平衡市場的設(shè)計也是由簡至繁,而非一蹴而就,在建設(shè)過程中逐漸完善交易和結(jié)算模式。我國當前部分省區(qū)采用的預(yù)掛牌平衡機制與歐洲的調(diào)節(jié)電能市場更為接近,輔助服務(wù)市場和電能市場的解耦運行也與歐洲模式相同,考慮到其運行和結(jié)算相對簡單的特性,歐洲模式對處于現(xiàn)貨市場探索階段的中國適應(yīng)性更強,有一定參考價值。隨著平衡市場運作經(jīng)驗的積累,可再向“一體化交易”模式發(fā)展,以進一步提高運行經(jīng)濟性。

2）實時平衡市場應(yīng)與其他市場運行保持協(xié)調(diào)。

首先應(yīng)考慮平衡市場與日前、日內(nèi)市場的協(xié)調(diào)關(guān)系。組織實時電能交易是平衡市場的主要職能,由于電能通過多階段市場交易,但只在實時交割,在設(shè)計時應(yīng)充分考慮其與日前、日內(nèi)市場的協(xié)調(diào)關(guān)系。協(xié)調(diào)關(guān)系應(yīng)重點從市場模式和時序關(guān)系兩方面考慮。對于市場模式,平衡市場的模式應(yīng)與日前市場的運行模式相適應(yīng),如果日前能量單獨出清,實時市場也不宜采用聯(lián)合優(yōu)化的模式。對于各市場間的時序關(guān)系,比較典型的影響因素是日內(nèi)市場的關(guān)閘時間,關(guān)閘時間越靠近實時,市場成員的負荷預(yù)測和交易計劃越準確,實時不平衡電量也會越少,但同時對調(diào)度的工作速度要求也越高[31]。

此外,平衡市場也需要考慮與輔助服務(wù)市場的協(xié)調(diào)關(guān)系。平衡服務(wù)在系統(tǒng)實時運行中被調(diào)用,使得平衡市場與輔助服務(wù)市場在運行和結(jié)算上也存在耦合關(guān)系,平衡市場的結(jié)算費用應(yīng)能覆蓋系統(tǒng)平衡服務(wù)的成本。考慮到當前我國輔助服務(wù)市場的交易品種有限,可在現(xiàn)貨市場開啟前考慮引入備用等服務(wù),先開展中長期備用交易,然后再逐步開展短周期的平衡服務(wù)交易。

3）建立多品種、多時間尺度和多類主體參與的平衡資源市場化獲取機制,明確備用等輔助服務(wù)的價值。

①要保證平衡資源種類多樣。平衡資源的可靠性與經(jīng)濟性指標相互對立,響應(yīng)速度快、靈活性強的平衡資源一般容量較小、成本較高,容量較大的一般成本較低、響應(yīng)速度偏慢,單一品種的平衡資源往往難以同時滿足兩項要求,有必要根據(jù)平衡資源的容量和響應(yīng)速率設(shè)計不同的品種,在運行中根據(jù)不平衡的大小選擇適當?shù)钠贩N,以降低系統(tǒng)平衡成本。各種資源中,運行備用作為系統(tǒng)主動平衡的重要資源,其容量最大,對市場成員的收益和市場結(jié)算結(jié)果影響也最大,應(yīng)盡快引入備用輔助服務(wù)的交易結(jié)算機制,補償備用機組的機會成本,提高其提供備用服務(wù)的積極性。

②要建立多時間尺度的平衡資源獲取機制,可采取“長期+短期”的交易模式。長周期的平衡服務(wù)合約可以減少平衡服務(wù)不足時短期購買費用過高的風險,短期合約可作為長期合約的補充,提高市場流動性。對于與能量市場耦合緊密的備用服務(wù),可以短期交易為主,也可采取北歐和英國“長期備用容量合約+日前能量報價”的形式,長期合約鎖定備用容量,并向機組支付容量補償,機組可在日前提交上下調(diào)的能量報價,當被調(diào)用時支付能量補償。對于需求波動性小的平衡服務(wù),采取長期合約的方式可以減少交易成本。

③建立多類主體參與的平衡資源供給機制,以提高系統(tǒng)靈活性和市場競爭性,降低平衡成本。需求側(cè)成員可以通過需求響應(yīng)參與平衡資源供給,提供可中斷負荷服務(wù)等,儲能和電動汽車、風電機組可通過技術(shù)升級提供調(diào)頻等服務(wù)。

4）逐步縮短結(jié)算周期,建立合理的平衡容量成本分攤機制和不平衡電能結(jié)算機制。

隨著現(xiàn)貨市場的臨近,電能市場考核結(jié)算應(yīng)逐漸由電量考核轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏己?縮短現(xiàn)行偏差考核周期,典型市場的結(jié)算周期通常為15min至1h。此外,還應(yīng)建立合理的結(jié)算補償機制,使凈結(jié)算費用有效覆蓋能量和容量在內(nèi)的平衡成本,充分補償因提供平衡服務(wù)而損失的機會成本。對于平衡服務(wù)的容量成本分攤,在開展平衡服務(wù)交易的情況下,可以采取以下幾種方式：①在偏差結(jié)算中采用兩價法,通過正負不平衡價格的價差覆蓋部分容量成本。②采取 “電能價格+容量價格”的偏差電量結(jié)算模式,由產(chǎn)生偏差的市場成員分攤?cè)萘砍杀尽＂垭娋W(wǎng)公司將容量成本計算在過網(wǎng)費中,通過過網(wǎng)費分攤?cè)萘砍杀尽＂芙梃b美國PJM市場的模式,將系統(tǒng)的調(diào)頻、備用容量作為義務(wù)分攤給市場成員,通過市場成員購買相應(yīng)輔助服務(wù)的模式分攤平衡成本。⑤通過收取固定的市場交易費用覆蓋容量成本。不同結(jié)算方法對成員的市場行為會產(chǎn)生影響,進而影響市場效率,后續(xù)有必要結(jié)合我國市場的實際模式對成員的市場行為進行建模分析,以確定合適的結(jié)算方法。

5）平衡市場的設(shè)計應(yīng)因地制宜,充分考慮當?shù)卦春商匦浴?/div>

在建設(shè)平衡市場的過程中應(yīng)根據(jù)當?shù)卦春商攸c,如新能源滲透率等因素。例如,在新能源滲透率較低的地區(qū),為有效促進新能源發(fā)展,可以擴大新能源機組的免考核范圍,或由電網(wǎng)公司承擔其平衡責任,以保證新能源機組的有效收益。而對于新能源滲透率較高的地區(qū),由于新能源波動性和隨機性帶來了較高的平衡成本,同時低邊際成本擠壓了傳統(tǒng)機組的電能收益,此時由系統(tǒng)承擔其平衡責任將顯著提高運行成本,應(yīng)設(shè)計適當?shù)臋C制由新能源機組分攤平衡成本,并補貼給提供平衡服務(wù)的火電機組,保證傳統(tǒng)機組的合理收益和平衡資源有效供應(yīng)[34]。

5 結(jié)論

本文針對國內(nèi)電力平衡缺乏有效市場模式的現(xiàn)狀及現(xiàn)行偏差結(jié)算中存在的難題,結(jié)合我國電力市場的發(fā)展需求,通過分析北歐、英國和美國PJM平衡市場的運行和交易結(jié)算模式,總結(jié)了典型平衡市場高效運行的經(jīng)驗和特點,為我國平衡市場的建設(shè)運行提出了相關(guān)建議,希望能為政策制定提供參考和幫助。

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原標題:國外典型電力平衡市場的運作模式及其對中國的啟示