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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(dāng)前正處于從中長期電量市場向中長期交易和現(xiàn)貨交易過渡的市場模式,目前采取的是電量交易和偏差考核結(jié)算,系統(tǒng)仍按照計劃調(diào)度方式運行,缺乏促進系統(tǒng)實時平衡的激勵機制,出現(xiàn)了結(jié)算考核費用不能有效覆蓋系統(tǒng)平衡成本等問題,亟需建設(shè)適應(yīng)現(xiàn)貨交易的市場化平衡機制。為此,對國外典型平衡市場的運作模式及其結(jié)算方法展開研究,首先總結(jié)了平衡市場的運行框架,然后選取采用“輔助服務(wù)市場+調(diào)節(jié)電能市場+不平衡結(jié)算”模式的北歐和英國市場及“一體化交易”模式的美國PJM市場,從平衡資源獲取、平衡責(zé)任劃分和不平衡結(jié)算方法三方面對典型平衡市場進行了介紹,分析了不平衡電量結(jié)算和平衡服務(wù)容量成本分攤之間的耦合關(guān)系;隨后對兩類平衡市場模式進行了對比,分析了不同模式的特點和適應(yīng)性;最后結(jié)合我國當(dāng)前偏差考核結(jié)算機制存在的問題及市場化平衡機制的發(fā)展需求,對我國市場過渡期乃至現(xiàn)貨市場開放后的平衡市場建設(shè)提出了相應(yīng)的建議。

作者：賀宜恒1, 周明1, 武昭原1, 龍?zhí)K巖2, 徐駿2

1．新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室(華北電力大學(xué)),北京市 昌平區(qū) 102206

2．中國電力科學(xué)研究院(南京),江蘇省 南京市 210003

0 引言

保持發(fā)用電實時平衡是電力系統(tǒng)運行的基本要任。為了提高系統(tǒng)實時運行經(jīng)濟性,反映系統(tǒng)實時供需情況和平衡成本,電力市場環(huán)境下有代表性的北歐、英國和美國PJM市場均引入了市場化的平衡管理機制,即基于實時調(diào)度的平衡市場,并取得了成功的運行經(jīng)驗[1-2]。平衡市場是維持電力供需平衡的制度安排,通常由調(diào)度機構(gòu)負責(zé)運行,調(diào)度通過調(diào)用平衡輔助服務(wù)、調(diào)節(jié)機組出力等方式,實現(xiàn)系統(tǒng)有功平衡[3-7]。盡管平衡市場的總交易電量較少,但它能為電能交易和輔助服務(wù)提供價格信號,為不平衡電量結(jié)算和系統(tǒng)平衡成本分攤提供依據(jù)[8],是現(xiàn)貨市場重要的組成。

目前我國電力市場以中長期電量交易為主,由交易中心提前將中長期電量分解到調(diào)度日。為保證系統(tǒng)運行的實時供需平衡,調(diào)度部門仍按照傳統(tǒng)調(diào)度模式調(diào)整機組出力。由于尚未建立現(xiàn)貨市場和有效的市場化平衡機制,缺乏實時價格信號,帶來了實際運行功率與長期合同分解量出現(xiàn)偏差時偏差電量結(jié)算難題,偏差考核缺乏依據(jù),偏差結(jié)算缺乏公平性,且無法有效覆蓋系統(tǒng)運行成本等問題。隨著交易規(guī)模的增大,以及大規(guī)模波動性可再生能源跨區(qū)交易的增加,提高了系統(tǒng)實時平衡的難度和重要性,需要現(xiàn)貨市場提供短期價格信號,以充分發(fā)揮市場資源優(yōu)化配置的能力,而作為現(xiàn)貨市場的重要組成之一的市場化平衡管理機制尤為重要[9]。

鑒于國外典型平衡市場的成功經(jīng)驗和中國對市場化平衡機制的需求,有必要對國外典型電力平衡市場的運作和交易結(jié)算模式進行研究,為我國建立現(xiàn)貨市場、平衡市場提供參考。為此,本文對3個國外典型電力平衡市場的運作模式及其交易結(jié)算方法展開對比研究,首先總結(jié)了平衡市場的運行框架,然后從平衡資源獲取、平衡責(zé)任劃分和不平衡結(jié)算3個方面詳細介紹了采用“輔助服務(wù)市場+調(diào)節(jié)電能市場+不平衡結(jié)算”模式的北歐和英國市場及采用“一體化交易”模式的美國PJM市場,分析了不平衡電量結(jié)算和容量成本分攤之間的耦合關(guān)系。隨后對2類平衡市場模式進行對比,分析了不同模式的特點和適應(yīng)性。最后梳理了我國當(dāng)前系統(tǒng)平衡和偏差考核結(jié)算機制的現(xiàn)狀和平衡市場發(fā)展需求,進而對我國電力市場過渡期乃至現(xiàn)貨市場開放后的平衡市場設(shè)計提出了相應(yīng)的建議。

1 平衡市場的運行框架

典型電力市場通過引入市場化的平衡管理機制,有效銜接了開放分散的市場運營與系統(tǒng)化的集中調(diào)度,保證了市場環(huán)境下系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性,同時起到發(fā)現(xiàn)實時價格的功能[1]。歐洲大陸將基于市場的平衡管理機制稱之為平衡市場,英國稱為平衡機制(balancing mechanism,BM),美國則稱之為實時平衡市場[7,10-11]。為方便敘述,除特別說明外,本文將其統(tǒng)稱為平衡市場。平衡市場由調(diào)度組織運行,調(diào)度通過調(diào)用提前獲取的平衡資源,組織實時電能交易來進行功率平衡和阻塞管理[2]。

市場環(huán)境下,調(diào)度職能歸屬系統(tǒng)運營商(system operator,SO)。除SO外,參與平衡市場運行和結(jié)算的市場成員包括平衡資源提供方(balance service provider,BSP)、平衡責(zé)任方(balance responsibility party,BRP)和結(jié)算機構(gòu)等。其中,BSP是提供平衡資源的市場成員,在實際運行中根據(jù)系統(tǒng)頻率變化或調(diào)度指令改變自身出力或負荷,以幫助系統(tǒng)恢復(fù)平衡。BRP是承擔(dān)平衡責(zé)任并參與不平衡結(jié)算的市場成員或其代理,它既可以是某個市場成員的一部分,如一個發(fā)電廠的某一個機組,又可以是多個市場成員的組合。結(jié)算機構(gòu)負責(zé)平衡資源補償和不平衡電能結(jié)算。

平衡市場的運行框架如圖1所示。在實時運行前,SO需通過市場機制獲取平衡資源。平衡資源包括平衡輔助服務(wù)(簡稱平衡服務(wù))和平衡電能兩類,前者指維持系統(tǒng)有功和頻率穩(wěn)定的輔助服務(wù),通常包括頻率響應(yīng)、調(diào)頻和備用3類。SO作為單一買方,負責(zé)組織輔助服務(wù)市場,并按照系統(tǒng)運行準則購買一定容量的平衡服務(wù)。平衡服務(wù)按“容量可用性”為標的進行交易,報價被出清的BSP需要在實時運行中保留相應(yīng)的容量供SO調(diào)度,即使不被調(diào)用也可獲得報酬,被調(diào)用后產(chǎn)生的電量也可在電能市場結(jié)算,因此可以說平衡服務(wù)具有容量和電量2個屬性[3,12-13]。而平衡電能又稱為調(diào)節(jié)電能或上下調(diào)電能,由SO作為單一買方在調(diào)節(jié)電能市場中購買,通常在日前市場結(jié)束后開啟交易,至實時運行前結(jié)束。平衡電能以電量為交易標的,按運行中實際被調(diào)用的電量進行結(jié)算,不進行容量補償,類似于無容量支付的備用,僅具有電量屬性。

圖1 平衡市場的運行框架圖

在實時運行期間,SO通過頻率響應(yīng)、調(diào)頻等進行快速平衡,維持頻率穩(wěn)定,當(dāng)通過超短期負荷預(yù)測發(fā)現(xiàn)潛在的能量不平衡時,SO則會主動調(diào)整上下調(diào)電能報價或是備用機組的出力。市場成員實際發(fā)用電量與交易計劃有差異的部分,被視為與SO間的實時電能交易,在事后進行不平衡電量結(jié)算。

在運行結(jié)束后,結(jié)算機構(gòu)從交易機構(gòu)獲取交易信息,從SO獲取計量信息和平衡資源的調(diào)用信息,對產(chǎn)生不平衡的BRP開展不平衡結(jié)算,并向提供平衡服務(wù)和上下調(diào)電能的BSP進行支付。

2 典型電力平衡市場的運行和結(jié)算模式

2.1 北歐平衡市場的運行和結(jié)算模式

北歐電力市場依據(jù)歐洲輸電系統(tǒng)運營商聯(lián)盟ENTSO-E的標準,將平衡資源分為頻率控制備用(frequency containment reserve,FCR)、頻率恢復(fù)備用(frequency restoration reserve,FRR)兩大類,后者又分為自動FRR(automatic FRR,aFRR)和手動FRR(manual FRR,mFRR)[14]。FCR屬于一次調(diào)頻,能保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在額定頻率的±0.1 Hz內(nèi),能在1 min內(nèi)響應(yīng);aFRR主要通過AGC實現(xiàn),可在5 min內(nèi)響應(yīng);mFRR是可在15 min內(nèi)響應(yīng)的備用服務(wù)。SO可在輔助服務(wù)市場中與BSP簽訂合約獲取上述資源,合約以容量為標的物,交易模式以日前自愿投標為主[3,15-17]。

mFRR作為北歐地區(qū)最主要的平衡資源,為保證其充分有效供應(yīng),除了通過輔助服務(wù)市場鎖定一定的容量外,還需要調(diào)節(jié)電能市場(regulating power market,RPM)作為支撐。RPM在日前市場結(jié)束后開啟,在實時運行前關(guān)閉,具有額外調(diào)節(jié)能力的市場成員可以提交上下調(diào)能量報價,該報價可視為無容量補償?shù)膍FRR。此外,已經(jīng)簽訂中長期mFRR服務(wù)合同的市場成員可以參與RPM的能量報價。當(dāng)系統(tǒng)備用容量不足時,SO還會開設(shè)額外的備用市場,如峰荷備用市場等,簽訂了備用合約的BSP被強制要求能量報價[18]。為了消除中小用戶面臨的提供平衡服務(wù)的屏障,北歐在現(xiàn)有平衡市場的基礎(chǔ)上,建立了試點性的Ecogrid EU市場,該市場是一個無報價的實時市場,小容量分布式電源和終端用戶可根據(jù)接收到的實時電價做出提供平衡資源的響應(yīng)[19]。此外,北歐地區(qū)的平衡資源的跨國交易也取得了成功的運行經(jīng)驗[13]。

在平衡資源的調(diào)用策略上,北歐SO按平行調(diào)用法調(diào)用aFRR,按排隊法依次調(diào)用mFRR。當(dāng)價區(qū)之間出現(xiàn)阻塞時,啟動特殊調(diào)節(jié)機制,并由2個價區(qū)的SO共同決定是否將原有的報價隊列分開。

表1 北歐平衡服務(wù)的容量補償結(jié)算方式

eSett作為專門結(jié)算機構(gòu)負責(zé)瑞典、挪威和芬蘭的不平衡結(jié)算,而在丹麥仍由Energine.dk負責(zé)。北歐平衡市場的運行時段長度為1h,出清的上下調(diào)電價為該時段被調(diào)用的邊際mFRR能量報價。不平衡電量根據(jù)上下調(diào)電價和日前電價對不平衡電量進行結(jié)算,其中,發(fā)電不平衡量采用兩價法結(jié)算,用電不平衡量采用一價法結(jié)算,文獻[20]對該結(jié)算方法進行了整理。eSett還根據(jù)BRP的實際發(fā)用電量收取結(jié)算手續(xù)費,以支付部分平衡容量成本[22]。

2.2 英國平衡機制的運行和結(jié)算模式

英國的系統(tǒng)平衡管理包括平衡機制和平衡服務(wù)調(diào)節(jié)(balancing services adjustment data,BSAD)兩部分,由英國電網(wǎng)公司的調(diào)度中心(National Grid Electricity Transmission,NGET)負責(zé)。BSAD是指通過平衡服務(wù)進行的平衡操作。

英國采用的平衡服務(wù)包括頻率響應(yīng)、備用兩類,主要的平衡服務(wù)產(chǎn)品類別及其響應(yīng)特性如圖2所示[23]。SO可通過招標和簽訂雙邊合同等方式從發(fā)電機、負荷和抽水蓄能機組獲取平衡輔助服務(wù)[10,24-25]。

圖2 英國平衡服務(wù)的主要品種及與平衡機制的關(guān)系

平衡機制是系統(tǒng)平衡的主要方式,運作方式與北歐的調(diào)節(jié)電能市場相近,在此做簡單描述。市場成員于日前市場結(jié)束后(11點)在平衡機制中申報基于自身發(fā)用電曲線的上下調(diào)能量報價組合,報價包括上調(diào)報價(offer)、下調(diào)報價(bid)、報價對應(yīng)的運行時段和調(diào)節(jié)量等信息。短期運行備用(short-time operating reserve,STOR)服務(wù)也可在窗口期內(nèi)被激活為BM-STOR,參與平衡機制運行。

Elexon是負責(zé)不平衡結(jié)算的機構(gòu)。在每30min的運行時段內(nèi),SO根據(jù)價格排序?qū)ζ胶鈾C制中的電能報價進行調(diào)用,平衡機制中被調(diào)用的申報量稱為BOA(bid offer acceptances)。在運行時段結(jié)束后,SO把資源調(diào)用信息發(fā)送給Elexon,后者對各種平衡手段進行更為詳細的分類、標記、以及重新定價,以消除阻塞等原因?qū)Σ黄胶鈨r格的影響[10]。英國不對發(fā)電側(cè)和用電側(cè)的平衡責(zé)任進行區(qū)分,市場成員的不平衡電量計算公式為

2.3 美國PJM實時平衡市場運行和結(jié)算模式

與北歐、英國電力市場不同,PJM具有組織現(xiàn)貨市場運行和調(diào)度的雙重職能,通過基于發(fā)電成本的實時經(jīng)濟調(diào)度和調(diào)用平衡服務(wù)來管理系統(tǒng)平衡。平衡服務(wù)分為頻率響應(yīng)、調(diào)頻和運行備用3類。頻率響應(yīng)由市場成員義務(wù)提供,不提供補償;調(diào)頻服務(wù)通過發(fā)電機組AGC等方式實現(xiàn),成員可申報的最小容量為0.1MW,響應(yīng)速度在5min;運行備用根據(jù)響應(yīng)速率分為一次備用和二次備用,前者又包括同步備用和非同步備用。各種備用服務(wù)及其響應(yīng)速率的如圖3所示[26-27]。

圖3 PJM電力市場的備用輔助服務(wù)響應(yīng)速率

PJM的實時平衡市場運行前的準備工作及其與其他市場的相互關(guān)系如圖4所示。在日前,PJM要求提供調(diào)頻、備用的成員申報報價及性能參數(shù),并通過通過電能和備用的聯(lián)合優(yōu)化出清,確定次日的調(diào)度計劃;實時運行65min之前,市場成員可以調(diào)整和補充報價信息[6,11,28]。由于沒有調(diào)節(jié)電能市場,市場成員不能通過上下調(diào)能量報價來提供平衡電能資源,但PJM可以對所有在線機組的出力進行調(diào)節(jié),經(jīng)濟調(diào)度的電量調(diào)整優(yōu)先選用T1類同步備用機組。在實時運行中,PJM通過實時經(jīng)濟調(diào)度(RT-SCED)進行實時平衡管理和出清價計算,調(diào)頻、同步備用和非同步備用價格和電能價格每5min出清一次,并按小時結(jié)算。

圖4 PJM實時平衡市場與其他市場的相互關(guān)系

調(diào)頻市場共出清3個價格。其中,調(diào)頻市場出清價格(regulation market clearing price,RMCP)

對于平衡服務(wù)的補償結(jié)算,PJM對自行承擔(dān)平衡義務(wù)和在市場中提供平衡輔助服務(wù)的市場成員進行補償,補償方式如表2所示。對于同步備用,T1類機組的備用容量為其經(jīng)濟調(diào)度區(qū)間,PJM僅對T1類機組提供電量補償,而不進行容量補償,即如果不被調(diào)用則不支付補償,補償額根據(jù)其增發(fā)電量確定。對于平衡服務(wù)成本的分攤,PJM按照負荷服務(wù)實體(load service entity,LSE)的負荷比率來分配其必須承擔(dān)的平衡服務(wù)義務(wù),后者可以通過自行承擔(dān)、雙邊交易或是從相應(yīng)的輔助服務(wù)市場中購買3種方式滿足義務(wù)要求[11]。LSE從市場購買輔助服務(wù)的本質(zhì)是分攤系統(tǒng)平衡服務(wù)的成本,分攤比例通常由實時運行中的負荷比例確定。輔助服務(wù)市場的最終結(jié)算結(jié)果是零和的。文獻[29]給出了補償費用和費用分攤的詳細計算方法。

表2 PJM市場服務(wù)交易和補償結(jié)算模式

對于成員i的運行備用補償結(jié)算,當(dāng)其提供運行備用的總報價額Oi(包括啟動和空載成本)高于在特定運行時段內(nèi)總的市場價值Vi(包括額外備用的補貼額),則將差額部分Ri補償給成員i。一種情形是機組根據(jù)調(diào)度指令在日前計劃之外的時段繼續(xù)發(fā)電,如果實時LMP低于機組的實時報價,那么PJM將會補償其中的差額。運行備用的結(jié)算包括日前運行備用結(jié)算和平衡運行備用結(jié)算2部分。

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(zé)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(zé)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(zé)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(zé)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(zé),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(zé)任劃分也有區(qū)別,歐洲對市場成員所應(yīng)承擔(dān)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(dāng)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(dāng)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(dān),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(dān);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(xué)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(dāng)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(dāng)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?？紤]到當(dāng)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(dāng)?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(fēng)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(dāng)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(fēng)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?。③電網(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?。④借鑒美國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(dāng)?shù)卦春商匦浴?/p>

在建設(shè)平衡市場的過程中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?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(dān)其平衡責(zé)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(dān)其平衡責(zé)任將顯著提高運行成本,應(yīng)設(shè)計適當(dāng)?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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