英美電力市場用戶及調(diào)度成本覆蓋的思考與啟示

肖艷煒，高怡靜，李繼紅，林凱穎，鄭亞先，王蓓蓓

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司，杭州 310000；2.東南大學(xué) 電氣工程學(xué)院，南京 210096.；3.中國電科院南京分院，南京 210008）

1 英美電力市場用戶側(cè)成本覆蓋比較

1.1 用戶側(cè)成本

用電側(cè)在購買電能的同時，會根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度員的指令調(diào)整負(fù)荷需求，負(fù)荷調(diào)整產(chǎn)生的相應(yīng)費(fèi)用可以得到補(bǔ)償［1］。

在英國電力庫時期，需求側(cè)可以向電力庫提交愿意減少負(fù)荷的費(fèi)用，其競價和發(fā)電機(jī)組一樣可以用于設(shè)定系統(tǒng)邊際價格。由于減少負(fù)荷和增加發(fā)電具有同樣的效果，因此需求側(cè)可以看作額外的發(fā)電容量。如果需求側(cè)已經(jīng)被考慮在無約束發(fā)電計(jì)劃內(nèi)，當(dāng)供電商在對負(fù)荷進(jìn)行自主調(diào)度時，需求側(cè)不會得到補(bǔ)償，但是需求側(cè)的競價會影響系統(tǒng)邊際價格和上抬價格。如果需求側(cè)競價沒有被考慮在無約束發(fā)電計(jì)劃中，當(dāng)需求側(cè)競價小于等于系統(tǒng)邊際價格時，降低負(fù)荷可以得到相應(yīng)的容量費(fèi)用（USAV），即在容量費(fèi)用的計(jì)算中用競價代替了失負(fù)荷電價，獲得的補(bǔ)償為失負(fù)荷概率×（失負(fù)荷電價-增量報價）。

英國NETA時期平衡機(jī)制中，系統(tǒng)調(diào)度員根據(jù)費(fèi)用最小的原則，接受一些發(fā)電商或者供應(yīng)商的增量報價（Bid）和減量報價（Offer），調(diào)整其發(fā)電負(fù)荷水平［2］。用戶提交的Offer是按照調(diào)度削減負(fù)荷時希望得到的補(bǔ)償，最終這部分補(bǔ)償以不平衡賣出價（SSP）的形式提供。

對于美國PJM電力市場，用電側(cè)的負(fù)荷需求主要分為2部分：固定需求和價格敏感性需求［3］。相較于出清量不隨價格變化的前者，價格敏感性需求不僅會提供電能需求的數(shù)量，還會提供用戶可接受的價格。當(dāng)日前節(jié)點(diǎn)邊際價格（LMP）高于該價格時，這部分的電量需求將被取消，其實(shí)質(zhì)是一種需求響應(yīng)的方式。同時，除了物理上真實(shí)存在的負(fù)荷需求，日前市場虛擬報價也會在用電側(cè)產(chǎn)生費(fèi)用。市場買賣雙方提供增量報價，當(dāng)日前LMP低于該報價時，響應(yīng)PJM的調(diào)度增加發(fā)電量或者減少負(fù)荷。無論是價格敏感性需求還是減量報價，其最終的結(jié)算價格，還是按照日前市場的LMP。

1.2 用戶側(cè)成本覆蓋總結(jié)

在英國電力庫中，無約束發(fā)電計(jì)劃外的需求側(cè)在減少負(fù)荷后可以得到USAV的補(bǔ)償。NETA通過不平衡量的結(jié)算價格對用戶的自愿調(diào)整進(jìn)行補(bǔ)償，它的增減量報價機(jī)制相較于電力庫時期更加靈活，可以對負(fù)荷進(jìn)行上調(diào)或下調(diào)。PJM中則采用虛擬報價以及依據(jù)價格浮動出清量的需求響應(yīng)進(jìn)行用戶側(cè)的負(fù)荷調(diào)整。由于虛擬報價不需要參與者存在物理上的需求或者發(fā)電能力，用戶還可以從日前實(shí)時的LMP差價中獲利。表1為用電側(cè)成本覆蓋方式。

表1 用電側(cè)成本覆蓋方式

2 英美電力市場調(diào)度成本覆蓋比較

調(diào)度產(chǎn)生的費(fèi)用主要包含日前計(jì)劃與實(shí)際調(diào)度的偏差和輔助服務(wù)。日前計(jì)劃與實(shí)際調(diào)度的偏差是由于需求及發(fā)電量與日前計(jì)劃不同而需要再調(diào)度所產(chǎn)生的費(fèi)用。輔助服務(wù)成本是為保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量需要而提供各種輔助服務(wù)所產(chǎn)生的費(fèi)用。

2.1 日前計(jì)劃與實(shí)際調(diào)度偏差

英國電力庫時期，由于輸電約束、機(jī)組運(yùn)行狀況的改變及負(fù)荷預(yù)測誤差的存在，無約束的日前計(jì)劃會使其與有約束的實(shí)際運(yùn)行之間存在偏差。電力庫以PPP的價格從發(fā)電商處購得電能，加上上抬價格（UPLIFT）得到最終的售電價格［4］。在該部分上抬價格中考慮了電能加價，電能加價是計(jì)及負(fù)荷預(yù)測誤差和機(jī)組可用性變化而要求發(fā)電商提供額外電能的費(fèi)用。因此日前計(jì)劃與實(shí)際調(diào)度偏差部分可以由UPLIFT覆蓋，作為購電電價的一部分，由供電商支付給電力庫。

NETA時期，不平衡電量在實(shí)際運(yùn)營中也是存在的。電力交易商按合同購買電量和賣出電量之間存在差異；發(fā)電商實(shí)際發(fā)電量和計(jì)劃出售電量之間存在差異；終端用戶實(shí)際消費(fèi)電量和供電商為其預(yù)購電量之間存在差異。對于日前計(jì)劃與實(shí)際調(diào)度的偏差，市場采用不平衡結(jié)算來確保簽訂合同量的順利交付。在平衡機(jī)制中，發(fā)電商和供電商自愿地提供平衡服務(wù)，提交各自的增減量報價：Bid和Offer。在該報價水平下，發(fā)電商/供電商愿意按照市場調(diào)度員的指令對發(fā)電量/負(fù)荷量進(jìn)行調(diào)整。在最終的不平衡結(jié)算中以不平衡賣出電價SSP和不平衡買入電價SBP結(jié)算，該部分差異產(chǎn)生的成本由不平衡電量的買入方支付［5］。

美國PJM電力市場中，實(shí)時市場距離實(shí)際運(yùn)行的時間較短，能夠提供更加貼近實(shí)際運(yùn)行的預(yù)測結(jié)果。因此，PJM的日前市場和實(shí)時市場采用雙結(jié)算系統(tǒng)（two settlements）［6］。日前市場出清結(jié)果用于日前計(jì)劃的結(jié)算，實(shí)時計(jì)劃與日前計(jì)劃存在的差異按照實(shí)時LMP進(jìn)行增量結(jié)算。需注意的是：日前市場的出清結(jié)果只用于結(jié)算，實(shí)時市場的出清結(jié)果用于結(jié)算和實(shí)時調(diào)度。由此可知，日前市場交易量與實(shí)時偏差產(chǎn)生的費(fèi)用是由實(shí)時市場的LMP加以覆蓋［7］。

2.2 輔助服務(wù)

英國電力庫時期，輔助服務(wù)主要有4類：頻率控制支持、備用、電壓/無功支持以及黑啟動［8］。這部分的費(fèi)用同樣包含于上抬價格UPLIFT中，因此，產(chǎn)生的輔助服務(wù)偏差費(fèi)用在供電商向電力庫購買電能時已經(jīng)被覆蓋。

NETA時期，平衡機(jī)制下的輔助服務(wù)分為強(qiáng)制性輔助服務(wù)和商業(yè)化輔助服務(wù)。強(qiáng)制性輔助服務(wù)由持有經(jīng)營許可證的發(fā)電商提供，如無功、頻率響應(yīng)等；商業(yè)化輔助服務(wù)由部分發(fā)電商根據(jù)雙邊協(xié)議自愿提供，如黑啟動、快速啟動等。

在美國PJM電力市場中，輔助服務(wù)是在固定的60 Hz頻率下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的供需平衡［9］。輔助服務(wù)的手段主要有2種：調(diào)頻和備用。調(diào)頻用于控制負(fù)載和發(fā)電之間的微小失衡，發(fā)電機(jī)以調(diào)頻出清價格（RMCP）來向負(fù)荷商（LSE）提供相應(yīng)的調(diào)頻服務(wù)；備用則是在大型發(fā)電機(jī)存在發(fā)電損失的情況下，補(bǔ)償系統(tǒng)平衡，彌補(bǔ)發(fā)電缺陷導(dǎo)致的大規(guī)模供電斷層。供電企業(yè)有一定的容量義務(wù)，因此供電企業(yè)會向備用市場購買一定的旋轉(zhuǎn)備用容量，以旋轉(zhuǎn)備用市場清算價格（SMCP）來支付相應(yīng)的服務(wù)［10］。

2.3 調(diào)度成本覆蓋總結(jié)

在英國電力庫時期，實(shí)時有約束的計(jì)劃中，上抬價格綜合考慮了電能加價和USAV 2個因素；在NETA時期，有較完善的不平衡量結(jié)算機(jī)制：自愿參與平衡服務(wù)的雙方報價，最后按一定價格出清不平衡量；在美國PJM雙結(jié)算系統(tǒng)中，用實(shí)時價格出清日前與實(shí)時的偏差部分。

電力庫時期的上抬價格中包含輔助服務(wù)部分；NETA時期的輔助服務(wù)部分通過協(xié)議來進(jìn)行；PJM以輔助服務(wù)市場對應(yīng)的競價結(jié)果，出售相應(yīng)的輔助服務(wù)。表2為調(diào)度成本覆蓋方式。

表2 調(diào)度成本覆蓋方式

3 英美電力市場總結(jié)

就電力生產(chǎn)環(huán)節(jié)而言，英國2個時期的電力市場和美國PJM電力市場各有特色。英國電力庫時期，電力庫可以看作是一個“中間商”，其從發(fā)電商處批發(fā)電能，再出售給供電商。其中的購售差價來自于日前無約束發(fā)電計(jì)劃與實(shí)際運(yùn)行的偏差，以及相應(yīng)的輔助服務(wù)。

英國NETA時期最顯著的特點(diǎn)是雙邊合同，如圖1所示，在前期的合同市場，發(fā)電側(cè)和負(fù)荷側(cè)共同參與競爭確定了絕大部分的交易量。通過自愿參與平衡市場的市場成員報價，系統(tǒng)調(diào)度員重新進(jìn)行調(diào)度，并且根據(jù)報價求加權(quán)平均值得到不平衡的結(jié)算電價。

圖1 NETA日前與實(shí)時市場

美國PJM電力市場在日前和實(shí)時市場都采用全電量出清，根據(jù)不同時期的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，得到各自的發(fā)電計(jì)劃和節(jié)點(diǎn)電價。日前市場的節(jié)點(diǎn)電價用以結(jié)算日前的交易量部分，實(shí)時市場的節(jié)點(diǎn)電價用以結(jié)算日前與實(shí)際運(yùn)行偏差部分。其相應(yīng)的交易時序圖如圖2所示。

圖2 PJM日前與實(shí)時市場

就交易和費(fèi)用制度的簡易程度而言，電力庫有明顯的優(yōu)勢，NETA電力市場次之，最復(fù)雜的是PJM電力市場。電力庫中，國家電網(wǎng)公司在日前制定發(fā)電計(jì)劃時不考慮約束，只由最終的上抬價格來調(diào)整日前與實(shí)時有計(jì)劃輸電之間的偏差。NETA的雙邊合同報價較為簡單，但是對于不平衡量的處理，需要經(jīng)過平衡機(jī)制中的自愿參與競價和最終的不平衡結(jié)算，相對而言增加了復(fù)雜度。在輸配電方面，電力庫和NETA時期都是統(tǒng)一收費(fèi)，各部分的費(fèi)用形式也較為明確。美國PJM電力市場的雙結(jié)算系統(tǒng)對日前和實(shí)時偏差量分別以日前和實(shí)時2個節(jié)點(diǎn)電價出清。節(jié)點(diǎn)電價不是單純的電能價格，還包含了阻塞和損耗的價格，增加了交易價格確定的復(fù)雜性。在輸配電環(huán)節(jié)，PJM需要根據(jù)服務(wù)用戶、輸電請求時間的不同收取輸電費(fèi)用。

從市場的組織形式而言，NETA以及PJM電力市場的競爭性以及市場參與度更高。在歷史發(fā)展階段中，電力庫市場存在于電力市場建設(shè)初期，因此其作為單邊的市場，是由市場操作員統(tǒng)一管理的集中性交易，供電側(cè)不直接參與電價的制定。過渡至NETA時期后，負(fù)荷側(cè)對市場的影響力增加，雙邊的市場形式也增加了發(fā)電側(cè)的競爭壓力。美國PJM電力市場也是根據(jù)發(fā)電側(cè)、需求側(cè)的投標(biāo)以及市場成員的雙邊交易計(jì)劃來計(jì)算電價，同樣綜合考慮了供需雙方的影響和競爭。

就價格的穩(wěn)定和導(dǎo)向性而言，美國PJM市場有較為顯著的優(yōu)點(diǎn)。從歷史數(shù)據(jù)來看，實(shí)時市場與日前市場的價格具有一致性，偏差較小。日前市場和實(shí)時調(diào)度采取相同的潮流模型和約束，釋放的經(jīng)濟(jì)激勵信號使2個價格趨于一致，保證了市場的健壯性。同時節(jié)點(diǎn)電價是一個較好的投資引導(dǎo)信號，使資源配置更加優(yōu)化。電力庫時期的日前無約束計(jì)劃和單一化的上抬價格組合模式，使得電價的波動較大，對市場參與者而言存在較大風(fēng)險。而NETA時期合同電量的先期結(jié)算加上少量的不平衡量出清，較電力庫時期，更加有助于維護(hù)市場穩(wěn)定。

從市場運(yùn)行的透明度而言，NETA時期的電力市場加大了監(jiān)管力度，同時也涌現(xiàn)出較多信息服務(wù)機(jī)構(gòu)，與電力庫時期相比，增強(qiáng)了價格的透明度。美國PJM電力市場由于市場的開放競爭性、完善的電力監(jiān)管模式，相較電力庫也有著更高的市場透明度。

4 對我國電力市場的啟示

首先，電力市場的成功運(yùn)營，需要達(dá)到一定的收支平衡。從發(fā)電、運(yùn)輸?shù)脚潆姷母鳝h(huán)節(jié)，需要以不同的費(fèi)用支取方式覆蓋各部分產(chǎn)生的成本，并且考慮該收費(fèi)方式的合理性。鑒于我國市場開放程度不高，可以考慮在市場初級階段參照英國電力市場的模式：在輸配電過程中采用固定、統(tǒng)一的收費(fèi)制度，發(fā)電側(cè)和需求側(cè)開放競爭，采用固定和競爭相結(jié)合的成本收費(fèi)方式。該種方式操作簡單，但可能帶來市場透明度不高、競爭性不強(qiáng)以及交易模式單一等問題，因此隨著市場開放程度的加強(qiáng)，后期可以考慮借鑒美國PJM電力市場的方法：在發(fā)電側(cè)設(shè)立相互獨(dú)立的容量市場和電量市場，進(jìn)一步引入競爭。同時，在輸電側(cè)根據(jù)不同的用戶需求制定相應(yīng)的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)，使費(fèi)用回收更加合理。

其次，電力市場中較為重要的一環(huán)是合理設(shè)置計(jì)劃運(yùn)行和實(shí)際運(yùn)行之間偏差量的出清機(jī)制。計(jì)劃運(yùn)行階段的電量交易用于穩(wěn)定價格，偏差量平衡階段則是使交易更加接近實(shí)時的供需情況。當(dāng)前廣東、江蘇等地基于電量的雙邊/集中交易市場，已從如何考慮調(diào)度日前計(jì)劃的安全校核因素順利過渡到全電量的現(xiàn)貨市場運(yùn)行模式，其中不平衡環(huán)節(jié)的處理是一個非常值得關(guān)注的問題，建議從原有的計(jì)劃電到市場電的過渡持續(xù)時間盡可能長些，給調(diào)度的調(diào)節(jié)裕度盡可能大些，這樣更有助于電力工業(yè)的安全可靠生產(chǎn)，從而在此基礎(chǔ)上平滑過渡到考慮市場因素的資源高效配置。

最后，市場從建立到完善，必須豐富金融工具和交易品種，加強(qiáng)對資源配置的引導(dǎo)。以現(xiàn)貨市場阻塞為例，這是市場交易到物理運(yùn)行的必經(jīng)環(huán)節(jié)，如何為交易雙方提供避險工具，從而降低交易成本是一個非常值得關(guān)注的問題。PJM市場中金融輸電權(quán)的存在，就是規(guī)避阻塞風(fēng)險的一種手段，它可以使所有市場參與者傳輸能量時能得到收費(fèi)的確定性，同時分配阻塞盈余。除此以外，諸如美國PJM市場中虛擬報價形式的設(shè)立，可以使交易參與方免于風(fēng)險，有利于市場的健康發(fā)展，同時也可以實(shí)現(xiàn)日前和實(shí)時市場的套利。建議參照國外模式，引入差價合約、金融輸電權(quán)等多種金融避險工具，允許更多的套利者參與市場交易，從而幫助規(guī)避風(fēng)險。

5 結(jié)論

本文以英國電力庫時期、NETA時期以及美國PJM電力市場為例，從用電和調(diào)度2個角度具體分析了不同市場機(jī)制下成本的覆蓋方式，通過不同環(huán)節(jié)的費(fèi)用產(chǎn)生和收取的分析，對英美兩國電能交易的過程和方式有了深入的了解。在此基礎(chǔ)上，本文從整體和多個角度分析了3個電力市場的特點(diǎn)：電力庫時期是集中性的日前市場；NETA時期引入雙邊合同，并通過平衡制度調(diào)整合約與實(shí)際運(yùn)行的偏差量；美國PJM采用日前市場與實(shí)時市場相結(jié)合的方式進(jìn)行全電量出清。由于市場規(guī)則的設(shè)置，三者在收費(fèi)結(jié)算制度、市場組織形式、價格引導(dǎo)作用以及市場透明度等方面，存在相應(yīng)的優(yōu)劣勢。通過詳細(xì)的比較與分析，英美費(fèi)用收取方式的設(shè)置以及不平衡電量的結(jié)算為我國電力市場的建設(shè)提供了參考作用。D