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計進行了研究,歸納總結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;平衡責任劃分規定了不同的市場成員對系統平衡所負有的責任;不平衡結算包括不平衡電量定價機制、結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實時運行密切相關,因此普遍采用了SO負責的集中式市場模式,但不同市場在設計和規則上仍存在較大差別。

 

首先,對于平衡服務的交易,以北歐和英國為代表的歐洲平衡市場采用了“輔助服務市場+物理調節電能市場”的平衡資源獲取模式,輔助服務市場獨立于電能市場,每一種輔助服務都由SO單獨組織交易和出清;市場成員還可以在調節電能市場中進行上下調報價,提供備用服務的成員也可以進行報價。但北歐的平衡服務品種較少,合同周期較短,主要的平衡資源通過調節電能市場獲得,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,實際成交結果需要在實時運行中調整,因此英國的平衡機制設計較為復雜,平衡服務種類較多,針對不同的響應速度、容量和響應時間等指標設置了多種頻率響應和備用服務。以PJM為代表的美國電力市場目前均采用“一體化交易”模式,根據市場成員的報價和成本對電能、調頻和備用聯合出清,雖然平衡服務品種較少,但其采取的交易方式和出清算法更為復雜。值得注意的是,歐洲也在嘗試向聯合優化的模式發展[33]。各市場平衡服務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節;而在美國PJM市場,由于市場組織及實時調度都由SO負責,其可以調整所有在線機組的基準功率運行點(優先調整T1類機組),使機組偏離日前計劃出力,不需要額外的報價環節[6]。

 

2類市場的平衡責任劃分也有區別,歐洲對市場成員所應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市場購買,以滿足自身的平衡義務。

 

對于平衡資源的補償和不平衡電能結算,3個市場的結算模式對比如表3所示,其中北歐以瑞典為代表。歐洲平衡市場根據調用的上下調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算;而PJM電力市場則根據實時發電成本確定的LMP進行結算,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,可能產生一定的套利空間。而美國模式采用的一體化交易聯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,但出清算法復雜;對于提供多種服務的同一機組,在結算過程中需要考慮不同品種間的耦合關系,各種服務的補償結算相互耦合,在分攤服務成本時,也需要綜合考慮成員自主提供和雙邊合約的服務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+現貨交易”的過渡期,這一階段的市場運營和交易結算模式存在其特殊性,主要表現在：

 

1）市場初期為保證系統運行的可靠性,系統實時平衡仍按照傳統調度模式運行。部分省區嘗試采取了基于預掛牌平衡機制,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,按月結算,其本質考核的是電量而非是電力,難以約束主體保持實時平衡。

 

3）輔助服務市場處于探索階段,交易品種以調頻、調峰為主,交易品種總體較少,備用仍按義務方式提供。

 

由上述分析可知,我國現行的結算方法雖然有其合理性,但也存在一些問題。比如,預掛牌平衡機制在實踐中與偏差考核機制不相適應,出現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,結算周期長,與系統電力實時平衡不對應,平衡機組的上下調電量與市場成員的偏差電量不對應,最終導致了結算的收支不平衡,出現了考核費用無法覆蓋平衡成本的問題,差額最終由電網公司承擔,給實際結算帶來了一定的阻力。而對于未開展預掛牌平衡機制的地區采取的是偏差分攤結算或定價結算。分攤結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確定。這兩種方法雖然簡單易行,不存在預掛牌機制下平衡成本無法覆蓋的問題,但缺乏經濟學依據,缺乏對市場成員提供平衡資源的激勵,也不適應現貨市場的交易結算需求。

 

針對上述問題,同時結合國內市場的發展需求和國外典型市場的運行經驗,本文提出如下建議：

 

1）平衡市場的建設應逐步平穩開展,選擇的模式應與當前市場建設模式相適應。

 

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

 

2）實時平衡市場應與其他市場運行保持協調。

 

首先應考慮平衡市場與日前、日內市場的協調關系。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,在設計時應充分考慮其與日前、日內市場的協調關系。協調關系應重點從市場模式和時序關系兩方面考慮。對于市場模式,平衡市場的模式應與日前市場的運行模式相適應,如果日前能量單獨出清,實時市場也不宜采用聯合優化的模式。對于各市場間的時序關系,比較典型的影響因素是日內市場的關閘時間,關閘時間越靠近實時,市場成員的負荷預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市場的協調關系。平衡服務在系統實時運行中被調用,使得平衡市場與輔助服務市場在運行和結算上也存在耦合關系,平衡市場的結算費用應能覆蓋系統平衡服務的成本。考慮到當前我國輔助服務市場的交易品種有限,可在現貨市場開啟前考慮引入備用等服務,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濟性指標相互對立,響應速度快、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,有必要根據平衡資源的容量和響應速率設計不同的品種,在運行中根據不平衡的大小選擇適當的品種,以降低系統平衡成本。各種資源中,運行備用作為系統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算結果影響也最大,應盡快引入備用輔助服務的交易結算機制,補償備用機組的機會成本,提高其提供備用服務的積極性。

 

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。長周期的平衡服務合約可以減少平衡服務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,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的能量報價,當被調用時支付能量補償。對于需求波動性小的平衡服務,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,以提高系統靈活性和市場競爭性,降低平衡成本。需求側成員可以通過需求響應參與平衡資源供給,提供可中斷負荷服務等,儲能和電動汽車、風電機組可通過技術升級提供調頻等服務。

 

4）逐步縮短結算周期,建立合理的平衡容量成本分攤機制和不平衡電能結算機制。

 

隨著現貨市場的臨近,電能市場考核結算應逐漸由電量考核轉變為電力考核,縮短現行偏差考核周期,典型市場的結算周期通常為15min至1h。此外,還應建立合理的結算補償機制,使凈結算費用有效覆蓋能量和容量在內的平衡成本,充分補償因提供平衡服務而損失的機會成本。對于平衡服務的容量成本分攤,在開展平衡服務交易的情況下,可以采取以下幾種方式：①在偏差結算中采用兩價法,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”的偏差電量結算模式,由產生偏差的市場成員分攤容量成本。③電網公司將容量成本計算在過網費中,通過過網費分攤容量成本。④借鑒美國PJM市場的模式,將系統的調頻、備用容量作為義務分攤給市場成員,通過市場成員購買相應輔助服務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。不同結算方法對成員的市場行為會產生影響,進而影響市場效率,后續有必要結合我國市場的實際模式對成員的市場行為進行建模分析,以確定合適的結算方法。

 

5）平衡市場的設計應因地制宜,充分考慮當地源荷特性。

 

在建設平衡市場的過程中應根據當地源荷特點,如新能源滲透率等因素。例如,在新能源滲透率較低的地區,為有效促進新能源發展,可以擴大新能源機組的免考核范圍,或由電網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,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機組的電能收益,此時由系統承擔其平衡責任將顯著提高運行成本,應設計適當的機制由新能源機組分攤平衡成本,并補貼給提供平衡服務的火電機組,保證傳統機組的合理收益和平衡資源有效供應[34]。

 

5 結論

 

本文針對國內電力平衡缺乏有效市場模式的現狀及現行偏差結算中存在的難題,結合我國電力市場的發展需求,通過分析北歐、英國和美國PJM平衡市場的運行和交易結算模式,總結了典型平衡市場高效運行的經驗和特點,為我國平衡市場的建設運行提出了相關建議,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