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全国统一电力市场宜采用准集中市场模式建设

作者:陈政 来源:南方能源观察 发布时间:2020-06-23 浏览:次
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以习近平总书记提出的“四个革命、一个合作”能源安全新战略为指引,我国新一轮电改历时五年,已在多个领域取得了突破性进展,输配电价改革实现全覆盖,中长期电力市场也已基本成熟,现货市场试点加速推进,深化电力体制改革释放的红利,有力支撑了实体经济稳步发展。与此同时,随着当前电力改革进入深水区,一些深层次矛盾逐步凸显出来,诸如省间壁垒依然存在,清洁能源消纳困局依旧难解等。

在今年两会上国家发改委所作的《关于2019年国民经济和社会发展计划执行情况与2020年国民经济和社会发展计划草案的报告》中,提出建设全国统一电力市场的深化改革目标,这对于当前进一步破除省间壁垒、推动实现全局能源电力资源优化配置具有重要意义。

考虑到我国幅员辽阔、各地资源禀赋差异大,且覆盖范围如此广的统一电力市场在世界范围内都罕见,在当前市场方案顶层设计缺失的情况下,深化对统一电力市场建设内涵、基本规律的认识理解,全面评估和慎重优选市场建设方案尤为重要。

世界典型电力市场建设经验启示

自上世纪80年代美国、英国等地区开启电力市场化改革以来,历经三十余年世界范围内已形成包括美国、英国、欧洲、澳大利亚等地区在内的多个典型电力市场,也积累了丰富的市场建设经验。纵览世界典型电力市场建设发展历程,虽受制于国情区情其市场模式各有差异,但仍存在诸多共性经验值得借鉴。

一是典型成熟电力市场都经历了由小到大、市场范围逐步扩张的过程。美国PJM市场始于宾夕法尼亚州和新泽西州的公共事业公司联营体,后逐渐扩张发展成为覆盖美国中西部、东北部13个州及哥伦比亚特区的区域市场;英国电力市场建设从英格兰、威尔士起步,后再将苏格兰地区纳入形成全国统一市场;北欧电力市场也是从挪威和瑞典电网互联开始,逐步拓展到芬兰、丹麦,以及爱沙尼亚、立陶宛和拉脱维亚。

二是一体化的电力市场必然以密切的电力网络联系为依托基础。从电力网络拓扑结构看,无论是美国PJM、英国市场,还是北欧市场,其市场覆盖范围内的各地区、各州或各国间已建立了密切的电力网络联系;相连各地区间也往往存在很强的资源互补性,比如北欧地区挪威和瑞典水电较为充裕,丹麦风电多,芬兰火电占比高,而这也催生了跨国、跨地区电网互联发展。

三是不同地区间市场的联系衔接方式,大体可分为强耦合、弱耦合两大类。强耦合方式如美国PJM市场内各州之间、英国市场内英格兰、威尔士和苏格兰之间等,其主要特征为区内市场交易一体化运营,且覆盖地区内存在较强的电力网络联系等。强耦合的一体化区域市场可选择集中式或分散式市场模式,两者在适用条件和社会福利影响方面存在差异。弱耦合方式一般应用于衔接两个相对独立市场,比如美国PJM与MISO之间,通过引入中间交易商在两个市场中分别做买卖交易实现市场衔接;对于没有直接电力网络联系的两个地区,事实上通过引入包含两地区价格信号的电力金融衍生品市场,同样可实现价格信号衔接,也可认为是一种弱耦合方式。

强耦合的一体化电力市场不是越大越好

首先,建设电力市场的目的在于服务于电力资源优化配置需要,一体化市场覆盖范围应有对应物理电网进行支撑。广义上的电力市场体系,可以包含电力期货、期权等电力金融衍生品市场,这类金融市场几乎不受物理限制,覆盖范围也几无局限。但是,狭义的电力市场包括中长期市场、现货市场、辅助服务市场等,由于最终都要形成物理的发用电安排,因此必须要有对应物理网络系统支撑。将没有物理网络连接的两个区域纳入一个电能量市场进行统一出清,没有现实意义。电力市场应服务于电力资源优化配置需要,而一体化市场覆盖范围应与输配电网覆盖范围相匹配和相适应。

其次,电网互联受联网经济性等客观条件约束,存在最优经济配置范围,相应强耦合的一体化电力市场也存在最优覆盖范围。不同地区电网间是否应该互联,既取决于能否产生错峰、减少备用等效益,也取决于供需平衡、联网经济性评估等客观约束,不能为了主观意愿而强行互联。国内外研究实践也清晰表明,相互密切联系的电网规模不是越大越好,更不是无限大,而是存在基于现实资源条件约束的最优经济配置范围。因此,以密切互联电网为依托基础的强耦合一体化电力市场,同样也存在最优覆盖范围,不是越大越好。

再次,不同地区间有充分电力交互需要且网络联系紧密,才适宜建设强耦合的一体化市场,否则应以弱耦合方式衔接。强耦合方式可实现区域内供需资源整体优化,有利于充分挖掘和释放相连地区发用电资源潜力,实现社会福利最大化,适用于有充分电力交互需要且电力网络联系紧密的区域内不同地区市场的融合衔接。弱耦合方式则更少受到物理网络条件约束,保留了各地区市场的相对独立性其灵活性也更高,不要求交易、调度等一体化运行,相应市场联系衔接成本也更低,适用于电力网络联系较弱、电力交互需求不大的地区市场间。

全国统一电力市场主要建设模式

从世界范围来看,电力市场化改革先行国家和地区虽然在市场规则等细节层面千差万别,但从市场组织角度大体可概括为分散市场和集中市场两大类,其中分散市场典型代表是英国电力市场,集中市场典型代表是美国PJM电力市场等。相邻国家或地区电力市场相互衔接融合,形成覆盖范围更大的联合市场在世界范围内不多见,较为典型的是欧洲市场和美国市场。

参考欧洲和美国等地区电力市场建设经验,考虑到由于面临优化计算维数灾问题以及全国一体化调度体系难以实现等现实条件制约,覆盖全国的完全集中市场模式不具备可行性,因此我国统一电力市场建设可选主要模式为两大类:分散市场模式和准集中市场模式。

分散市场模式与目前欧洲电力市场基本相似,其主要特征是中长期、日前、日内和平衡市场均以物理合约形式为主,通过合约叠加逐步修正拟合实际运行需求曲线。由于各市场均主要为物理合约,相互关联耦合较弱,不同时序市场相对独立运作便于实现,对市场范围内系统调度控制一体化也无要求。该模式较好地契合了欧洲各国希望保留自主调度控制权,又有现实电力交互需求的情况,目前欧洲日前市场由独立电力交易中心运营,而实时平衡市场仍由各国独立自主运营。

准集中市场模式与目前美国电力市场具有一定相似性。覆盖全国的完全集中市场既不可行也无必要,可基于地区间紧密电力网络联系和强电力交互需要,因地制宜建设若干覆盖多省区的区域一体化集中市场,再相互弱耦合形成准集中式的全国统一电力市场。该模式下区域一体化集中市场具备典型集中市场特征,中长期市场主要以金融性合约为主,现货市场包括日前、日内和实时市场都进行全电量优化出清,区域市场覆盖范围内系统调度控制一体化运营。区域电力市场之间则可采用中间交易商等灵活方式进行衔接耦合,既可以保留集中市场的全电量优化优势,还兼顾了灵活性和现实可行性。

准集中统一市场模式更有利于社会福利最大化

同等条件下,集中市场模式下日前、日内和实时市场都全电量优化出清,其挖掘社会福利潜力优于分散市场模式。当市场范围扩大到全国时,准集中市场模式在各区域电力市场内实现了全电量优化,区域内社会福利影响优于分散市场模式;在区域市场间优化方面,准集中市场模式优化效率可能略低,但由于区域市场间的弱电力网络联系属性制约了市场优化空间,其福利影响差异也几可忽略。综合来看,准集中市场模式相对分散市场模式明显能产生更多社会福利。

集中市场模式的复杂系统优化决策效率更高。分散市场模式下,中长期市场的大量物理合约主要通过双边协商确定,难免因为信息不对称等产生决策偏差,而日前、日内市场无安全约束的集中撮合或滚动出清,也增加了系统安全约束调节成本。比较而言,集中市场模式基于现货市场的带安全约束全电量优化出清方式,减少了过早决策带来的偏差影响,在输电网络阻塞多发、可再生能源占比高、系统平衡变化波动大等情况下,具备更好的集中优化决策优势。

集中市场模式阻塞解决效率更高。与集中市场不同,分散市场中发电商已通过中长期市场物理合约锁定绝大部分发电量和相关收益,导致其在日前、日内和平衡市场中进行增量或减量投标(上调或下调报价)时,除回收变更成本还会有额外变更投机收益期望。这一差异导致在出现网络阻塞或需求波动时,两种市场模式支付代价存在差异。集中市场的阻塞问题在按节点进行边际价格出清过程中已自然解决,而分散市场中阻塞主要通过反向调度来解决,阻塞两端都将增加调节成本。

集中市场模式电量优化空间更大。集中市场模式采用全电量优化出清方式,由于没有初始物理合约约束(自调度机组作为价格接受者可以实现预安排电量出清,但价格仍需要统一出清形成,仅相当于采用特殊报价策略的竞争主体),系统可根据即时负荷预测、各类电源特性及报价情况进行全电量系统优化。而分散市场模式中中长期市场已产生大量物理合约,日前、日内和平衡市场均为增补调整合约,且以前序市场的存量合约为基础,优化空间仅限于增补调整电量。相较而言,集中市场模式电量优化空间更大,也有利于释放更多社会福利。

集中市场模式近实时优化覆盖范围更大。基于调度控制一体化支撑,集中市场模式在日前、日内和实时市场都可实现整个市场覆盖范围内的集中优化出清。而分散市场模式保留各地区独立调度运行,近实时市场(如平衡市场)优化范围仅局限在各地区独立调控体系覆盖范围内。近年来,随着风、光等可再生能源占比逐步提升,欧洲电力系统随机波动性趋于放大,市场主体更趋向于靠近运行时点去做交易决策,然而分散化的调控体系对近实时的更大范围统一优化形成先天制约。

弱电气联系局限决定了分散市场模式跨控制区优化优势极为有限。在跨控制区(或区域间)优化方面,相对依靠中间交易商衔接撮合的准集中市场模式而言,无集中调控要求的分散市场模式可能具备一定效率优势。然而,受联网经济性等客观条件制约,跨控制区之间往往仅存在较弱的电气联系(如具备建立强电气联系的技术经济条件,相关地区就应合并控制区),而较小的跨控制区联系通道容量,将使得分散市场模式的可能优势发挥受到局限。

宜采用准集中市场模式建设全国统一电力市场

全国统一电力市场建设应兼顾灵活性,不等于简单全国“一体化”。我国各省区资源禀赋条件、发用电情况等差异大,建设全国统一电力市场,既要着眼于全局资源优化配置需要考虑“统一性”,也要充分兼顾各地区省情、区情具备“灵活性”。全国统一电力市场建设既不等于全国“一体化”,也不能简单理解为全国统一电网、统一规则或统一运营。全国统一电力市场建设真正需要“统一”的原则要求应包括:面向所有发用电主体、面向非属地省区主体无歧视公平开放;不同地区或区域市场间,以强耦合或弱耦合方式,能因地制宜实现有效衔接;强化顶层设计引导、加强统筹协调、积极稳妥推进;保障供给安全、充分发挥市场作用、积极促进清洁能源消纳等。

因地制宜建设若干强耦合的集中式区域电力市场,进而相互弱耦合形成全国统一市场是更科学合理的优选方案。基于各地区资源禀赋条件,在全国范围内因地制宜地组建若干强耦合的集中式区域电力市场,进而通过引入中间交易商等灵活方式,将若干区域电力市场弱耦合成全国统一电力市场,更有利于实现社会福利最大化,是符合我国国情的优选目标市场方案。我国幅员辽阔,能源资源与需求不平衡格局导致能源电力大范围流动,跨省区间及省区内网络阻塞情况较为普遍,而准集中市场模式的阻塞解决效率优势将得到充分体现。随着我国持续推进能源转型发展,未来风、光等随机性电源占比将持续大幅提升,系统平衡短时波动性将难免趋于放大,准集中市场模式的电量空间和范围空间优化优势将越发明显。准集中市场模式下由于各区域市场间采用弱耦合方式,既保留了各区域市场灵活性,也能与目前现货市场试点模式(基本都为集中市场)顺畅衔接,具备较好地可实施性。另外,与欧洲各国要求保留独立调度控制权只能选择分散市场模式不同,我国基于区域的多省区协调调度控制体系已非常成熟,具备实施准集中市场模式的先天条件。

全国统一电力市场建设事关深化电力体制改革大局,势必将对我国能源电力行业格局形成深远影响,只有充分借鉴世界各国电力市场建设经验,立足我国现实国情和发展需要,摒弃照搬照抄依猫画虎,勇于自主创新细致全面论证,才能走出具备特色的中国电力市场建设正确道路,推动我国能源电力行业实现高质量发展,在新时期取得能源革命新成效。

(作者供职于南方电网能源发展研究院,本文仅代表作者个人观点)

关键字:电力市场

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