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跨国跨区电力市场模式分析与启示

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国电力 发布时间:2020-11-05 浏览:
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中国储能网讯:随着可再生能源比例的不断攀升,跨地区大范围电力交易已经成为国外电力市场的发展趋势。美国各大市场范围不断扩大,欧洲统一电力市场建设取得了阶段性进展,日本也采用了多种措施促进跨区电力交易。本文首先总结跨国跨区电力市场总体模式,在此基础上详细研究对比美国、欧洲、日本三个典型跨地区电力市场,分析各模式特点及建设背景,提出对我国电力市场建设的借鉴意义。

跨国跨区电力市场模式分析与启示

执笔人:曲昊源、杨素

国网能源院企业战略研究所

一、跨国跨区电力市场模式总体概况

根据交易方式不同,现阶段跨国跨区电能交易主要包括两种机制:双边交易和集中交易。双边交易主要指参与交易的两国市场主体通过双方洽谈协商,开展电力交易的机制,以中长期交易为主。集中交易是发电企业、电力用户和售电公司等通过交易机构统一集中开展交易,一般以短期交易为主。双边交易与集中交易对比见表1。

表1  双边交易与集中交易对比

1.双边交易

双边交易中两国市场主体通过双边协商的方式达成跨国购售电协议。从参与主体来看,双边交易可以分为两种交易类型:

一是在两国电力市场开放程度较低的情况下,一般由两国电网公司或垂直一体化的电力公司代理市场主体开展购售电协商,即代理协商。代理模式下的双边交易示意如图1所示。

图1  代理模式下的双边交易示意图

二是由两国发电企业、电力用户、售电公司等市场主体进行直接对接协商,开展电力交易。协议达成后,市场主体应将协议在规定的时间内提交至所在国家或地区的电力调度、交易机构。市场化双边交易示意如图2所示。

图2  市场化双边交易示意图

2.集中交易

集中交易指不同国家的市场主体在交易平台上开展竞价与出清,从而达成跨国电力交易协议的机制。常见的集中交易有两种模式:“联合市场”模式和“统一市场”模式。

一是“联合市场”模式:即两国市场主体分别在各自的电力交易平台进行注册和竞价,通过两国电力市场的联合出清达成跨国交易电量。目前,欧洲主要采用“联合市场”模式开展跨国电力交易,日前市场已基本实现大范围联合出清。联合出清时不考虑各国(价区)内部输电阻塞,仅考虑跨国(价区)之间的输电线路容量限制。此外,欧洲目前正在积极建设日内统一市场,通过搭建统一的信息系统实现订单共享。集中交易“联合市场模式”示意如图3所示。

图3  集中交易“联合市场”模式示意图

二是“统一市场”模式,即将多个电力市场融合为一,形成统一的电力市场,集中开展多种周期的电力交易。例如,美国各州独立性较强,但形成了多个区域统一电力市场,在同一个市场平台开展日前市场、实时平衡市场交易,充分发挥集中优化调度和各类资源互补互济的协同优势。集中交易“统一市场模式”示意如图4所示。

图4  集中交易“统一市场”模式示意图

二、美国区域统一市场机制

近年来,在资源大范围优化配置需求驱动下,美国建立了新英格兰(ISO-NE)、纽约(NYISO)、PJM、西南部(SPP)、得州(ERCOT)、加州(CAISO)和中西部(MISO)等七个有组织的区域电力市场。每个区域电力市场的日前、实时平衡市场由所属市场运营机构考虑电网安全约束集中组织、统一优化,采用节点边际电价机制。各区域市场之间主要开展中长期双边交易。

下面以美国 PJM市场为例进行具体说明:PJM属于“集中式”市场模式,包括电能市场、辅助服务市场、金融输电权市场和容量市场。现货市场由日前电能市场和实时电能市场组成。美国PJM电力市场具有如下特点:    

一是考虑物理约束集中组织、统一优化。在日前市场和实时市场中,PJM均应用基于安全约束的市场出清工具,在满足发用电平衡、电网安全、机组运行和辅助服务需求等多种约束条件下,以生产成本最低为目标,出清各市场成员的中标电量电价。实时市场的出清结果用于发用电调度。

二是调度交易一体,电网独立。PJM市场采用调度交易一体化、电网独立的管理模式。

三是节点边际电价定价。 PJM市场采用节点边际电价(LMP)的电能定价机制。在日前和实时电能市场中,每个母线节点的价格由发电报价、购电报价和输电网络共同决定。

三、欧盟跨国联合市场机制

2006年以来,欧盟已陆续实现多国、多区域市场的联合交易,基于统一市场核心规则、实现联合出清的市场机制正在逐步建立。欧洲统一电力市场建设主要包括四个方面:跨境双边物理合约、日前市场、日内市场、实时平衡市场。欧盟跨国电力市场框架如图5所示。

图5  欧盟跨国电力市场框架

1.跨境双边合约

跨境双边合约主要由市场成员自行签订,一般为中长期物理跨境交易。为保证双边合约能够执行,需要由市场成员向交易涉及国家的输电运营商(TSO)购买物理输电权,并且在规定时间内向电力送出国和受入国的TSO提交跨境输电计划。

2.日前市场耦合

各国的日前市场通过市场耦合的方式实现跨境交易和联合出清。截至2019年12月,欧洲已实现日前市场联合的国家共27个。欧盟日前市场采用跨国联合出清、分区电价模式,基本上一个国家为一个价区。日前市场出清采用同一算法进行联合出清,由各大交易所轮值负责;日内市场、实时平衡市场主要由各成员国调度机构负责。日前市场联合出清忽略各国(价区)内部输电阻塞,仅考虑跨国(价区)之间的输电线路容量限制。若跨国输电系统无阻塞则整个耦合市场形成统一价区;若系统存在阻塞,则分割成不同价区。

3.日内市场

近年来,随着可再生能源在欧洲的快速发展,风能、太阳能的大规模并网给欧洲区域电网的实时功率平衡带来了巨大挑战,为有效平抑可再生能源的不确定性与波动性,欧洲各国进一步加强能源领域合作以破除市场壁垒实现可再生能源的跨区域消纳。在日前市场联合出清的基础上,多家交易所启动了欧洲跨境日内电力市场项目(XBID)来进一步推进欧洲电力市场的一体化建设。目前,XBID项目已成功上线运行,并于2018年6月进行了首次跨境电力交易与电力传输,覆盖了14个欧盟国家。

4.平衡市场

近年来,随着欧洲统一电力市场建设的推进,在ENTSO-E的协调组织下,各国正积极探索建立跨国平衡和辅助服务采购机制。

四、日本跨区交易机制

实施市场化改革之前,日本电力市场是典型的区域垄断市场。发输配售一体化的十大电力公司在各自的经营区域自给自足。跨区的电力联络线薄弱,交易量较少。东日本大地震后,局部地区出现了严重的电力短缺,区域电力的互济变得尤为重要。日本采取了多种方式促进跨区交易。

日本跨区交易模式接近于欧洲跨国日前市场耦合模式。日前市场交易出清仅考虑区域间物理约束,在区域间输电通道无阻塞的情况下,整个市场形成统一的价格;若存在阻塞,则采用“市场分裂”的方式,阻塞区域形成分区电价。

为了实现跨区电力交易,日本采取了一系列措施,主要包括完善过网费机制、建立统一的输电运行协调机构、跨区联络线扩容、完善输电权分配机制等。

1.废除“调拨供电费制度”减少跨区交易成本

2005年4月,日本政府为了促进跨区交易的发展,实现用户可以不受供电服务区域的约束选择供电公司,废除了调拨供电费制度。在原制度下,在A电力公司经营区域的PPS向在C电力公司经营区域的用户供电,要根据调拨供电合同(即过网送电合同)向A、B电力公司支付过网送电费。改革后,向A、B电力公司支付的过网送电费不再由PPS承担,改由C电力公司经营区域内的所有用户分摊。

2.建立广域系统运行协调机构(OCCTO)

2015年4月,日本改革的第一阶段开始,正式挂牌成立了广域系统运行协调机构,负责协调全国各个电力公司调度机构运营。设立广域系统运行协调机构的目的是负责协调各个电力公司的调度运营,强化日常和紧急情况下的电力稳定供应能力,以及全国范围内的电力供需平衡能力。该机构除了接管电力系统利用协会(ESCJ)的职责外,还赋予其在全国范围的电力供需平衡与调整、跨区域电力线路的建设规划、运营等方面的职能,并且加强了其在灾害期间电力调配的权限。在现货市场交易中,也负责跨区联络线阻塞情况的校核。

3.区域联络线扩容

电改后,日本一直持续增强跨区电力输送能力,如表10-2所示。到2018年底,连接北海道地区和东北地区北本联络线已从原来的600 MW增加到900 MW,连接东京地区和中部地区的东西联络线从1200 MW增加到2100 MW。此外,日本政府还考虑将长野地区的直流互联将功率提高到2100 MW。

五、对我国的启示

一是加强电力市场顶层设计。欧盟在2011年明确提出建设欧盟内部统一能源市场的目标,要求各成员国加快电网互联,实现能源在欧盟范围内的自由输送和供应,并为推进能源市场立法、统一运行规则和技术标准等各项工作列出完成时间表。我国电力市场建设经历了较长的实践探索过程,当前中长期市场、现货市场、辅助服务市场等已具雏形,下一步应深化全国电力市场顶层设计研究,明确提出全国电力市场建设路径,加强各市场、各地区间的统筹协调。

二是扩大市场优化范围。从美国、欧洲跨国跨区市场经验来看,不断扩大市场范围,实现资源在更大范围内的优化配置是国外电力市场的发展趋势。欧盟正在致力于扩大日内联合市场覆盖范围,美国西南电力库等区域统一市场不断有新成员加入。我国已经初步形成全国联网的格局,跨省跨区资源优化配置需求显著,市场建设应以大范围资源优化配置为主要目标之一。

三是研究探索跨省跨区输电权交易机制。从国外经验来看,为了促进电力资源的大范围优化配置,各国根据国情和市场模式均采用了输电权交易的方式进行跨境输电通道容量分配。建议研究探索适应全国电力市场建设的省间输电权交易机制,充分挖掘省间输电通道资源利用空间,有利于省间交易开展。

专家介绍

曲昊源,国网能源院企业战略研究所改革与市场研究室研究员。主要从事电力市场、辅助服务市场、电力体制改革等领域的研究,熟悉欧洲、美国等国外电力市场设计。连续三年主笔《国内外电力市场化改革分析报告》。曾主持、参与多项政府有关部门的委托项目以及国家电网有限公司重大科技项目、重大战略课题、管理咨询项目等的研究与管理工作,多次获得国家电网有限公司软科学成果奖。

杨素,博士,毕业于清华大学电机系,师从卢强院士。国网能源院企业战略研究所改革与市场研究室专家。长期从事电力市场、电力体制改革、电力行业节能减排等领域研究。曾作为负责人承担了50多项国家电网公司重大科技项目、重大战略课题、管理咨询项目等的研究与管理工作,项目内容涉及售电侧改革、大用户直接交易、增量配电业务放开、现货市场等领域,具有丰富的理论、技术和实践经验。

团队简介:企业战略研究所(以下简称战略所)成立于2009年,原名为企业战略与管理咨询研究所,2010年12月单独设立企业战略研究所,是国网能源院核心研究所之一。经过多年实践和积累,在企业发展战略与规划、体制改革与电力市场、企业国际化发展等领域已形成显著优势,培养造就了一支专业素质高、研究能力强的研究咨询队伍。战略所内设企业战略规划研究室、改革与市场研究室、国际化发展研究室,共有32名员工,平均年龄32岁,其中博士27人,硕士5人,具有高级职称12人,国家电网公司优秀专家人才后备3人,是一只充满活力、善于思考、凝聚力强的团队。曾获得“2010年度国家电网公司先进党支部”、“2011-2012年度国家电网公司科技工作先进集体”、“2018年度国家电网有限公司先进班组”、国网能源院“2011-2017年度先进集体”以及“课题攻关党员先锋团队”等称号。2016年,设立“马莉劳模创新工作室”。

关键字:电力市场

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