保供保消納背景下省間電力市場的發(fā)展思考

　　在碳達(dá)峰、碳中和以及構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的目標(biāo)驅(qū)動下，新能源將逐步成為主體電源，由于新能源有效容量較低、可調(diào)節(jié)能力不足，僅靠省內(nèi)裝機(jī)規(guī)模受限的傳統(tǒng)火電機(jī)組，電力系統(tǒng)電力、電量平衡面臨保供電和保消納的雙重挑戰(zhàn)，電力的清潔低碳和安全供應(yīng)目標(biāo)將面臨經(jīng)濟(jì)成本逐步提升直至難以承受的壓力。依托不同省份在不同時(shí)間尺度上保供應(yīng)和保消納需求特性的時(shí)空差異，依托更加靈活的省間電力交易機(jī)制，促進(jìn)省間電力交互功率的主動優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)電力平衡能力在全國范圍的優(yōu)化協(xié)作，可以有效降低電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)成本，是應(yīng)對安全、經(jīng)濟(jì)、綠色這一能源供應(yīng)“不可能三角”的破局之道。

　　新型電力系統(tǒng)下的電力電量平衡模式變化

　　高比例新能源的間歇性、波動性與隨機(jī)性，給電力系統(tǒng)運(yùn)行所需的資源能力帶來三大挑戰(zhàn)。

　　保障供電充裕性所需的可信容量不足

　　目前，我國全社會用電需求還將保持長期持續(xù)增長趨勢，火電受限于裝機(jī)規(guī)模約束，能夠滿足峰值負(fù)荷的可信容量不足，2022~2035年，火電裝機(jī)與最大用電負(fù)荷比值預(yù)計(jì)由1.07下降到0.77左右,火電最大出力與最大用電負(fù)荷比值預(yù)計(jì)由0.84下降到0.66左右，由于風(fēng)電、光伏自身出力的間歇性，目前風(fēng)電、光伏等新能源能夠提供的可信容量較低，僅靠火電將無法滿足系統(tǒng)峰荷供應(yīng)，需要更為有效的機(jī)制激勵(lì)低可信容量的風(fēng)光主體提升可信容量水平。

　　保障供電靈活性所需的調(diào)節(jié)容量不足

　　隨著新能源比例的增長，考慮風(fēng)電、光伏等新能源出力的日凈負(fù)荷曲線峰谷差不斷提高，部分省份日凈負(fù)荷曲線已經(jīng)呈現(xiàn)典型的“峽谷曲線”特征，目前的火電靈活性改造提升了火電機(jī)組的調(diào)節(jié)范圍，但從長期來看，僅靠火電機(jī)組，爬坡速度與調(diào)節(jié)范圍不足以滿足省級電網(wǎng)平衡的調(diào)節(jié)需求。

　　保障供電靈活性所需的備用、調(diào)頻需求大幅增加

　　考慮風(fēng)電、光伏等新能源出力的隨機(jī)性特點(diǎn)，為了省級電網(wǎng)實(shí)時(shí)平衡，需要預(yù)留越來越高的備用與調(diào)頻能力，這一點(diǎn)在我國送端省份和受端省份體現(xiàn)得均比較明顯，送端省更多地表現(xiàn)為集中式新能源預(yù)測偏差，受端省份更多地體現(xiàn)為分布式新能源預(yù)測偏差，省級電網(wǎng)預(yù)留備用面臨越來越高的備用資源緊缺與經(jīng)濟(jì)成本高漲壓力，這一點(diǎn)在英國實(shí)時(shí)平衡市場中體現(xiàn)得也越來越明顯(采購的上調(diào)節(jié)、下調(diào)節(jié)等輔助服務(wù)費(fèi)用快速增長)。

　　在此背景下，電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的平衡模式面臨較大的變化，僅靠傳統(tǒng)的實(shí)時(shí)調(diào)度手段已難以滿足守住電網(wǎng)安全底線的要求，充分利用各省負(fù)荷特性的時(shí)空差異，在中長期、日前、實(shí)時(shí)等不同時(shí)間尺度優(yōu)化省間電力交換，對于保障我國電網(wǎng)的電力供需平衡的安全性與經(jīng)濟(jì)性水平具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

　　高比例新能源帶來的高隨機(jī)性決定了采用確定性平衡方式面臨越來越大的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)，在不同時(shí)間尺度上需要考慮不同概率風(fēng)險(xiǎn)度的平衡策略

　　電力平衡從中長期電量平衡、日前確定性電力平衡、實(shí)時(shí)偏差調(diào)節(jié)控制的模式，朝著計(jì)及不同概率風(fēng)險(xiǎn)水平的年度、月度、日前、實(shí)時(shí)的電力滾動平衡模式發(fā)展。這對于省間市場運(yùn)營提出了更高的要求，需要提供一個(gè)從年度、月度到日前、實(shí)時(shí)時(shí)間尺度，梯次優(yōu)化利用省間通道輸送能力，統(tǒng)一價(jià)格邏輯的省間市場運(yùn)營機(jī)制。

　　高比例的新能源帶來越來越高的備用、調(diào)頻需求，對于省間備用共享機(jī)制提出了新的需求

　　與省級電網(wǎng)分別獨(dú)自留取備用、調(diào)頻等輔助服務(wù)相比，在更大范圍的市場中，依托不同地域的電力時(shí)空互補(bǔ)特性，可以有效降低備用、調(diào)頻等輔助服務(wù)需求的預(yù)留成本，歐洲統(tǒng)一電力市場正在嘗試建立的歐洲統(tǒng)一實(shí)時(shí)平衡市場也是以此為基礎(chǔ)在考慮，通過建立標(biāo)準(zhǔn)化的輔助服務(wù)品種，在歐洲實(shí)現(xiàn)各類型備用的統(tǒng)一招標(biāo)、采購。

　　需要提供一種激勵(lì)長期容量充裕性的容量市場機(jī)制

　　目前，我國還沒有建立電力容量市場，一些針對電力容量市場的研究很多也是針對省級電力市場來開展。當(dāng)然這是基于我國以省為平衡責(zé)任主體的格局和客觀現(xiàn)狀，考慮到我國省間市場依托交直流混聯(lián)電網(wǎng)開展，省間功率交換水平與各省運(yùn)行存在較強(qiáng)關(guān)聯(lián)，省間功率交互水平對于省級電網(wǎng)容量充裕性水平評估影響較大，嘗試探索構(gòu)建省間容量市場機(jī)制具有一定的實(shí)踐意義。不過由于涉及省間輸電通道輸電權(quán)、輸電功率可靠執(zhí)行協(xié)調(diào)，以及容量費(fèi)用跨省分?jǐn)偟入y點(diǎn)問題，還需要進(jìn)行深入評估。

　　省間市場現(xiàn)狀及未來發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

　　從商品品種來看，目前我國省間市場品種只有電能商品，初步構(gòu)建了考慮省間輸電通道輸電能力、多買方、多賣方經(jīng)多路徑交易的省間電力市場，省間電力市場規(guī)模與資源優(yōu)化配置效率大幅提升，對于全國范圍內(nèi)的保供、保消納發(fā)揮了重要支撐作用。但是，受制于我國省間輸電通道的輸電費(fèi)按通道定價(jià)回收的政策約束，省間市場中，位于不同省份的買賣主體，經(jīng)過不同輸電路徑成交會面臨不同的輸電費(fèi)。因此目前的省間市場中，還是采用基于買方主體和賣方主體的報(bào)價(jià)匹配，形成交易對的方式確定中標(biāo)結(jié)果，隨之帶來的問題是，出清價(jià)格與交易對手方以及輸電路徑有關(guān)，一次市場交易會形成若干組不同的市場價(jià)格，以此為基礎(chǔ)形成各省的邊際價(jià)格，隨之帶來了一些挑戰(zhàn)：

　　市場價(jià)格與省級市場價(jià)格耦合程度有待提升

　　考慮到第一、二批試點(diǎn)省份已經(jīng)初步建立了電力現(xiàn)貨市場，隨著省級現(xiàn)貨市場逐步投入實(shí)際運(yùn)營，省級現(xiàn)貨市場的價(jià)格信號將成為電力供需競爭的重要價(jià)格指針，不同時(shí)間尺度的省間市場競爭形成的出清結(jié)果，對于參與競爭的發(fā)電側(cè)主體，可以看作省級現(xiàn)貨市場全量出清結(jié)果的差價(jià)合約，市場主體會參考省級現(xiàn)貨市場價(jià)格，進(jìn)行省間市場競價(jià)，逐步實(shí)現(xiàn)省間、省級市場的價(jià)格耦合。但是目前的交易對的成交方式，不同的交易對對應(yīng)不同的成交價(jià)格，價(jià)格信號與省級現(xiàn)貨市場的表征意義存在一定區(qū)別，省間市場與省級市場價(jià)格耦合程度有待提升。

　　不同省份的市場成員競爭存在較為明顯的差異

　　由于出清結(jié)果是買賣對手方的交易對成交方式，成交結(jié)果受到輸電路徑的可用輸電能力約束，同樣作為電力的購買方，位于不同位置，對于同一個(gè)電力外送方，可能面臨不同的輸電路徑，由此帶來不同的輸電價(jià)格?？紤]到市場申報(bào)價(jià)格上限，在購買報(bào)價(jià)相同情況下，輸電價(jià)格高的購買方成交排序天然處于弱勢，在供需寬松場景下，問題不太明顯;但在供需極端緊張場景下，即使外送方外送需求充足，購電方采取上限價(jià)格報(bào)價(jià)，由于輸電通道存在輸電能力約束，也可能難以競爭獲得中標(biāo)電力。

　　可以有效兼顧不同省份承受能力差異和市場競爭公平性的市場限價(jià)原則確定較為困難

　　考慮到市場主體承受能力以及可能存在的市場力，市場運(yùn)營中通常會設(shè)定市場限價(jià)(價(jià)格帽)，由于不同輸電路徑的輸電費(fèi)用差異，采用統(tǒng)一價(jià)格帽，可能導(dǎo)致不同位置的市場主體存在先天的競爭優(yōu)劣勢差異，失去公平競爭機(jī)會，是否需要考慮不同的申報(bào)限價(jià)，以及統(tǒng)一的出清限價(jià)模式，這是一個(gè)復(fù)雜而又亟待研究的問題。

　　隨著省間市場交易規(guī)模的進(jìn)一步放量增長，基于預(yù)期交易路徑的出清方式與實(shí)際潮流偏差逐步增大，交易結(jié)果可能難以滿足實(shí)際輸電能力約束。

　　考慮到按通道收取輸電費(fèi)的現(xiàn)行價(jià)格政策，交易對手方需要考慮所要?dú)v經(jīng)的輸電路徑，因此省間市場交易中需要預(yù)先設(shè)定省間主體跨省買賣所經(jīng)過的輸電路徑，但在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，交流網(wǎng)絡(luò)的潮流不會按照預(yù)先設(shè)定的輸電路徑輸送。隨著全國統(tǒng)一電力市場建設(shè)的逐步深化，省間市場承載的目標(biāo)定位可能逐步從少量的余缺互濟(jì)到清潔能源大范圍優(yōu)化配置，省間交易規(guī)模將進(jìn)一步放量增長。基于預(yù)計(jì)交易路徑的出清優(yōu)化安排結(jié)果，交易預(yù)期潮流與實(shí)際物理潮流的偏差將逐步增大，省間交易中交易路徑和潮流路徑不匹配程度將越來越大。在針對直流單通道開展交易時(shí)，不會產(chǎn)生太大問題，而對于交直流混聯(lián)的多通道開展放量交易，困難程度直線上升。當(dāng)然，這不是我國獨(dú)有的問題，歐洲統(tǒng)一電力市場也面臨同樣的挑戰(zhàn)，目前，歐洲已經(jīng)在朝著基于直流潮流出清的模式前進(jìn)。

　　未來省間電力市場的發(fā)展趨勢

　　改革現(xiàn)有的按通道收取輸電費(fèi)方式，建立省間交易的統(tǒng)一輸電費(fèi)收取機(jī)制，提高省間市場流動性，進(jìn)一步提升全國統(tǒng)一電力市場的資源優(yōu)化配置能力

　　在現(xiàn)行的按通道收取輸電費(fèi)方式下，由于需要考慮交易對手方所處位置以及途經(jīng)輸電路徑差異帶來的輸電費(fèi)差異，出清方式采用了基于路徑組合的購售雙方交易對匹配成交方式，較之前采用的單通道交易，對于全國統(tǒng)一電力市場的優(yōu)化效率有了較大的提升?？紤]到未來省間交易規(guī)模放量增長的需要，有必要進(jìn)一步改革現(xiàn)有的按通道收取輸電費(fèi)方式，建立省間交易的統(tǒng)一輸電費(fèi)收取機(jī)制，提升市場主體的競爭公平性，以及出清結(jié)果的可執(zhí)行性，提升省間市場的流動性水平，從而更為有效地發(fā)揮全國統(tǒng)一電力市場的優(yōu)化配置能力。

　　建立功能定位明晰的省間市場新商品品種

　　省間長期合約、長期交易為各省份的容量充裕性提供基礎(chǔ)保障。各省份受“雙碳”目標(biāo)約束，火電等能提供可信容量供應(yīng)的傳統(tǒng)機(jī)組裝機(jī)規(guī)模逐步受限，風(fēng)光等新能源主體能夠提供的可信容量較低，滿足峰值負(fù)荷供應(yīng)所需的可信容量不足，各省通過配置儲能容量、負(fù)荷側(cè)資源響應(yīng)等多種手段，以提升高峰負(fù)荷保障供應(yīng)能力，均面臨較高的經(jīng)濟(jì)成本。如果能構(gòu)建交易結(jié)果具有剛性執(zhí)行效力的省間電力容量市場，一定程度上可以利用各省凈負(fù)荷的峰值時(shí)間差異，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)能力在空間和時(shí)間上的優(yōu)化安排。

　　中短期的備用共享交易解決各省份預(yù)留備用的經(jīng)濟(jì)性問題。省間共享備用市場不同于省內(nèi)的備用市場，因?yàn)槠鋵?shí)質(zhì)是利用省間聯(lián)絡(luò)線功率交換調(diào)整來提供備用能力，參與的主體更多應(yīng)該是省級電力公司代理，考慮到跨省備用能力預(yù)留需要占用省間通道的可用傳輸能力，需要將可用傳輸能力納入統(tǒng)一管理和動態(tài)更新。

　　建立更高效的省間市場與省級市場銜接機(jī)制

　　市場間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性應(yīng)該是通過市場成員在不同市場間參與方式、收益方式的關(guān)聯(lián)性來體現(xiàn)，通過市場成員的競價(jià)決策來實(shí)現(xiàn)不同市場價(jià)格水平的有效銜接。

　　提升省間市場與省級市場的價(jià)格銜接。在省間市場與省級市場定價(jià)機(jī)制逐步銜接之后，考慮通過省間、省級市場報(bào)價(jià)方式的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)省間市場與省級市場價(jià)格的有效銜接，市場成員可以以省級現(xiàn)貨市場價(jià)格，在省間市場與省級市場中綜合決策，通過報(bào)價(jià)逐步實(shí)現(xiàn)市場間的價(jià)格耦合。此外，與之配套的是省間市場與省級市場的市場限價(jià)有效銜接，省間市場的市場限價(jià)需要充分考慮各省級現(xiàn)貨市場的市場限價(jià)、一次能源價(jià)格、失負(fù)荷價(jià)格等，綜合平衡省間市場價(jià)格帽高低對于購電省份的平衡風(fēng)險(xiǎn)緩解的激勵(lì)效果、省內(nèi)平衡成本以及經(jīng)濟(jì)承受能力。

　　弱化省間省內(nèi)的強(qiáng)時(shí)序銜接。在省間市場形成的輸電計(jì)劃執(zhí)行方面，在省級現(xiàn)貨市場出清時(shí)序之前，可以把基于不同時(shí)序的省間市場累計(jì)交易結(jié)果確定的省間輸送功率計(jì)劃作為省級現(xiàn)貨市場的出清邊界，而在出清時(shí)序之后的省間市場交易結(jié)果，可滾動更新形成新的省間輸送功率計(jì)劃，作為后續(xù)時(shí)段省間現(xiàn)貨市場的出清邊界。

　　在省間市場形成的市場成員中標(biāo)結(jié)果執(zhí)行方面，一定程度上可以解耦，即市場成員實(shí)際啟停安排以省內(nèi)日前市場(可靠性機(jī)組組合)為基準(zhǔn)，實(shí)際出力安排以省內(nèi)實(shí)時(shí)市場為基準(zhǔn)，省間市場交易中市場成員的中標(biāo)結(jié)果可以看作在省內(nèi)現(xiàn)貨市場之外，該成員在省間市場購買的一份合約(可以是中長期、日前、日內(nèi)等不同時(shí)間尺度購買)。

　　本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2023年07期，作者單位：中國電科院電力自動化所