水電市場化消納分析與體系框架設(shè)計(jì)

高志遠(yuǎn) 徐亮 邵平 徐駿 薛焜元 孫芊 史述紅

摘要：水電的市場化消納是中國電力市場建設(shè)的重要組成部分?；趯χ袊姲l(fā)展政策和市場環(huán)境的梳理，對水電的特點(diǎn)及其市場化過程中面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析，提出了中國水電市場化消納的思路，并設(shè)計(jì)了水電市場化交易體系框架，探討了水電市場化消納實(shí)施中的幾個(gè)關(guān)鍵問題。研究結(jié)果表明：水電進(jìn)入電力市場面臨著成本回收、靈活調(diào)整合同、風(fēng)險(xiǎn)管控、不可抗力違約等多方面的挑戰(zhàn)，需要循序漸進(jìn)，深入結(jié)合市場內(nèi)外部機(jī)制，通過系統(tǒng)化的市場方案予以消納;所提出的水電市場化交易體系框架涵蓋了市場內(nèi)外部協(xié)同、多種市場類型、交易品種、交易規(guī)則和地理范圍等多個(gè)維度，實(shí)施過程中需要特別注意提供系統(tǒng)化的交易品種，并設(shè)計(jì)適合水電的特定規(guī)則。

關(guān) 鍵 詞：水電; 市場化消納; 電力市場; 交易品種; 優(yōu)先替代機(jī)制

中圖法分類號： TM619 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.01.036

0 引 言

水電在中國的電力構(gòu)成中，不論是裝機(jī)量還是發(fā)電量，都占有重要地位。截至2020年底，中國全口徑發(fā)電裝機(jī)容量220 204萬kW，其中水電37 028萬kW，占全部裝機(jī)容量的16.8%;全口徑發(fā)電量76 264億kW·h，其中水電13 553億kW·h，占全部發(fā)電量的17.8%[1]。作為清潔能源，水電的消納對于保障中國能源安全、完成巴黎協(xié)定碳減排的目標(biāo)和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有重要意義[2]。

長期以來，水電基本是通過計(jì)劃體制進(jìn)行“三公調(diào)度”[3-4]。鑒于中國大部分水電資源在西部（特別是西南），就地消納困難，必須大規(guī)模外送，水電的省間交易尤其重要。2019年，中國跨省送電量達(dá)1.4萬億kW·h，其中國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域內(nèi)，水電省間外送電量完成3 157億kW·h，同比增長0.3%[5-6]。隨著電力市場改革的推進(jìn)[7-8]，未來，中國水電走向以“保量競價(jià)”和完全自由競價(jià)方式為主的市場化消納是必然的。這一方面是由國內(nèi)能源體制革命和電力市場發(fā)展的大趨勢所決定的;另一方面，也是由于水電體量巨大，大量保留在計(jì)劃體制內(nèi)必然限制新能源的發(fā)展和用戶側(cè)市場化電量占比的提升。同時(shí)，水電的生產(chǎn)和消費(fèi)涉及到復(fù)雜的協(xié)調(diào)機(jī)制和利益關(guān)系，即使為了更好地促進(jìn)不同地區(qū)、不同能源長期協(xié)調(diào)發(fā)展，也有必要逐步推進(jìn)水電的市場化消納。

從歐美電力市場的實(shí)踐來看[9-10]，水電參與電力市場后，普遍與其他能源一樣遵循相同的市場規(guī)則，特殊性的政策一般在市場外個(gè)別實(shí)施。中國水電市場化消納研究還處于初步階段，相關(guān)研究主要集中于市場化環(huán)境下的梯級水電站調(diào)度[11-13]、水電廠參與市場的策略和風(fēng)險(xiǎn)[14-16]、部分已開展水電市場交易的情況分析[17]等。隨著現(xiàn)貨市場試點(diǎn)工作的開展，水電也在多地（特別是水電大?。╇娏κ袌鲆?guī)則的設(shè)計(jì)中得到重視，相關(guān)規(guī)則還在完善中[18-21]，亟需及時(shí)進(jìn)行相關(guān)總結(jié)和探討。

本文基于中國水電發(fā)展的政策和市場環(huán)境，從水電本身的特點(diǎn)及其市場化需求分析出發(fā)，提出了水電市場化消納的基本思路，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了水電的市場化交易體系，分析了水電的市場化消納實(shí)施要點(diǎn)。

1 中國水電發(fā)展政策和市場環(huán)境

根據(jù)國家發(fā)展戰(zhàn)略要求，中國的水電發(fā)展經(jīng)歷了從計(jì)劃到市場的逐步轉(zhuǎn)變，其政策發(fā)展脈絡(luò)如圖1所示。當(dāng)前，在“保護(hù)生態(tài)基礎(chǔ)上有序開發(fā)水電”“加快解決風(fēng)、光、水電消納問題”的總體要求下[22]，水電作為二類優(yōu)先發(fā)電能源，主要采用“保量保價(jià)”和“保量競價(jià)”2種方式處理，并且鼓勵水電更多以“保量競價(jià)”的方式進(jìn)入市場[23]。近年來開始實(shí)施的可再生能源消納保障機(jī)制[24]，把水電消納作為責(zé)任權(quán)重分配到各省。

目前，水電的省間中長期交易主要基于政府間協(xié)議和國家指令性計(jì)劃，以掛牌方式的省間外送交易和雙邊協(xié)商的發(fā)電權(quán)交易為主，根據(jù)汛期需要，也包含部分應(yīng)急水電交易。

省內(nèi)中長期交易，按照年度、月度和月內(nèi)周期在省內(nèi)交易平臺開展，典型交易方式包括：集中撮合交易、掛牌交易、直接交易等多種形式。各省根據(jù)具體情況，水電交易各有特點(diǎn)。四川、云南等水電大省的水電市場化交易量較大，其他各受端省水電一般作為優(yōu)先發(fā)電資源保量保價(jià)消納，只在來水豐沛、難以及時(shí)消納時(shí)，通過“減棄增發(fā)”類應(yīng)急交易消納富余水電。

現(xiàn)貨交易則開展了省間富余可再生能源現(xiàn)貨交易和四川等地的現(xiàn)貨市場試點(diǎn)建設(shè)。

2 水電特點(diǎn)及其市場化挑戰(zhàn)

相比于火電和其他能源，水電有自己的特點(diǎn)，這是水電市場化消納研究的基礎(chǔ)。從對電力市場的影響程度出發(fā)，梳理了水電的主要特點(diǎn)，如表1所列。

據(jù)此分析認(rèn)為，水電進(jìn)入市場后，將面臨以下關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

（1） 水電的消納保障。由于成本和交易策略的差異，水電參與交易并不能保證一定獲得出清，因此，在推進(jìn)水電市場化的同時(shí)，需要保障水電作為清潔能源得到消納。

（2） 與調(diào)度機(jī)制的協(xié)調(diào)。政府間協(xié)議、國家指令性計(jì)劃、優(yōu)先發(fā)電實(shí)施等對水電市場化有重要影響，需要平穩(wěn)推進(jìn);同時(shí)需要妥善協(xié)調(diào)電力市場基于報(bào)價(jià)公平出清與梯級水電站群優(yōu)化調(diào)度之間的矛盾。

（3） 成本回收機(jī)制。雖然電能本身無差異，但不同水電廠的發(fā)電成本、上網(wǎng)電價(jià)不同，需要市場提供合理的成本回收機(jī)制，這也是保障長期發(fā)電充裕的必要措施。特別是水電廠進(jìn)入電力市場初期，可能面臨巨大的利潤下滑風(fēng)險(xiǎn)。

（4） 履約偏差處理。由于來水預(yù)測困難、上下游出力耦合以及其他社會公共職能的影響，水電進(jìn)入市場存在多方面的履約困難，包括許多“不可抗力”造成的偏差，需要電力市場系統(tǒng)化地提供合同調(diào)整機(jī)制、偏差處理機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對工具。

（5） 非獨(dú)立的市場主體關(guān)系。上下游水電廠的相關(guān)性是其他能源所沒有的特點(diǎn)，特別是當(dāng)上下游水電廠分屬于不同市場主體時(shí)。上游水電廠的出清、放水情況，直接影響部分缺少調(diào)節(jié)能力的下游水電廠出力，在以市場出清結(jié)果替代統(tǒng)一調(diào)度計(jì)劃時(shí)，需要妥善處理。

（6） 豐枯季節(jié)性差異。水電在豐枯季節(jié)的特征差異較大，其市場行為和需求也截然不同，需要在電力市場設(shè)計(jì)中予以充分顧及。

3 水電市場化消納思路和體系框架

為克服以上水電市場化的阻礙，基于當(dāng)前中國水電發(fā)展的政策和市場環(huán)境，提出以下基本原則和思路。

（1） 循序漸進(jìn)。根據(jù)市場容量、相關(guān)政策和經(jīng)濟(jì)環(huán)境，逐步安排水電進(jìn)入市場。

（2） 系統(tǒng)性。相關(guān)市場化機(jī)制需要相互協(xié)調(diào)、配套。

（3） 保障市場公平。水電的公益價(jià)值應(yīng)該盡可能在市場外予以考慮，市場內(nèi)主要基于其價(jià)值開展公平競爭。

（4） 與調(diào)度和計(jì)劃機(jī)制協(xié)調(diào)。在雙軌制長期存在的背景下，水電市場化消納需要與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)制協(xié)調(diào)，保障水電的高效、可靠消納。

（5） 市場內(nèi)、外機(jī)制結(jié)合。與市場外的補(bǔ)貼、稅收、貸款、配額制、政府指令性計(jì)劃等機(jī)制協(xié)調(diào)。

本文設(shè)計(jì)了水電市場交易體系框架（見圖2），框架主要包括以下維度。

（1） 市場外政策機(jī)制。① 可再生能源消納保障機(jī)制。通過類似配額制的政策[24]，配合超額消納量交易，對市場內(nèi)的水電交易有重要影響。② 水能綜合利用的指令性計(jì)劃和政府間協(xié)議。相關(guān)計(jì)劃體制機(jī)制，仍然是當(dāng)前水電跨省跨區(qū)輸送的基礎(chǔ)支撐。③ 優(yōu)先發(fā)電制度。把水電作為“二類優(yōu)先”發(fā)電資源，納入計(jì)劃和市場協(xié)同消納的范圍[23]，是當(dāng)前水電發(fā)電計(jì)劃編制的基本政策依據(jù)。④ 其他政策機(jī)制。包括各地差異化的稅收、貸款、補(bǔ)貼等政策。

（2） 電網(wǎng)調(diào)度機(jī)制。① 安全校核。在市場交易出清過程中，需要做好相關(guān)水電交易的安全校核。② 計(jì)劃編制。根據(jù)優(yōu)先發(fā)電政策，目前大部分水電仍然作為“保量保價(jià)”電量進(jìn)行發(fā)電計(jì)劃編制，并進(jìn)行集中優(yōu)化。③ 調(diào)度執(zhí)行。實(shí)際執(zhí)行時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)平衡需要，調(diào)度部門可能直接或通過市場化方式調(diào)整相關(guān)發(fā)電計(jì)劃。

（3） 水電市場交易內(nèi)部維度。① 水電市場類型。具體包括中長期電能量和輔助服務(wù)市場、現(xiàn)貨電能量市場、容量市場（成本回收機(jī)制）、電力金融市場（風(fēng)險(xiǎn)控制）、憑證交易等。② 水電交易品種。指不同類型市場中的具體交易品種，例如現(xiàn)貨電能量市場可能包括日前交易、日內(nèi)交易、實(shí)時(shí)平衡交易，輔助服務(wù)市場可能包括調(diào)頻、備用交易等，典型水電市場交易品種框架如圖3所示。③ 水電省間和省內(nèi)交易。水電的市場化消納涉及到省間交易和省內(nèi)市場交易，以及二者間的協(xié)調(diào)配合。④ 水電交易規(guī)則。在電力市場規(guī)則設(shè)計(jì)中，針對水電特殊性質(zhì)所做的規(guī)定，例如有關(guān)振動區(qū)的豁免規(guī)則，適當(dāng)放開偏差考核處理等。⑤ 與政策機(jī)制的協(xié)調(diào)。市場內(nèi)的有關(guān)品種、規(guī)則設(shè)計(jì)需要與可再生能源消納保障機(jī)制、優(yōu)先發(fā)電有關(guān)政策協(xié)調(diào)配合。⑥ 與調(diào)度機(jī)制的協(xié)調(diào)。市場交易過程和實(shí)施，需要電網(wǎng)調(diào)度的深入介入，例如安全校核、日前市場運(yùn)行等，同時(shí)市場規(guī)則的設(shè)計(jì)也需要與多級調(diào)度機(jī)制協(xié)調(diào)配合。

4 水電市場化消納實(shí)施要點(diǎn)

水電的市場化消納，其要點(diǎn)就在于通過水電市場交易體系框架的系統(tǒng)化落實(shí)，適應(yīng)不同時(shí)空的水電特點(diǎn)，妥善解決其所面對的市場化挑戰(zhàn)。

4.1 保障水電的消納

發(fā)展清潔能源是國家戰(zhàn)略。在競價(jià)博弈的市場交易中，保障水電消納，需要通過協(xié)調(diào)市場交易體系中各維度機(jī)制實(shí)現(xiàn)。其中幾類關(guān)鍵機(jī)制包括：① 交易品種方面，需要加強(qiáng)短期臨時(shí)性交易（例如目前在各水電大省大量開展的“減棄增發(fā)”類交易、省內(nèi)外的各類發(fā)電權(quán)替換交易等），發(fā)展現(xiàn)貨交易。② 交易規(guī)則方面，在保障安全的前提下，充分考慮水電的環(huán)境價(jià)值，可通過一定規(guī)則促進(jìn)水電優(yōu)先替代傳統(tǒng)火電。具體措施包括：在市場出清優(yōu)化目標(biāo)中增加棄水懲罰項(xiàng)[18]，預(yù)留一定負(fù)荷量和輸電通道開展水電專場交易，鼓勵部分水電以報(bào)量不報(bào)價(jià)方式參與交易，允許水電調(diào)整報(bào)價(jià)并進(jìn)行市場2次出清等。③ 與政策協(xié)調(diào)方面，科學(xué)實(shí)施可再生能源消納保障機(jī)制，通過綠電、可再生能源消納憑證、碳排放、水權(quán)交易等，把電力市場與其他市場、市場外政策機(jī)制等聯(lián)系為一個(gè)整體，系統(tǒng)化促進(jìn)水電消納。④ 省間市場方面，促進(jìn)全國統(tǒng)一電力市場和省間現(xiàn)貨市場建設(shè)，協(xié)調(diào)省間和省內(nèi)市場，促進(jìn)水電的跨區(qū)跨省消納。

4.2 與調(diào)度機(jī)制協(xié)調(diào)

隨著發(fā)用電計(jì)劃放開的幅度越來越大，水電的發(fā)電計(jì)劃最終將主要由市場交易的結(jié)果決定，但需要特別注意與調(diào)度機(jī)制的協(xié)調(diào)：① 優(yōu)先發(fā)電政策的科學(xué)實(shí)施，需要根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌龌l(fā)展情況（例如用電側(cè)的放開幅度）以及市場主體的承受能力，逐步調(diào)整“保量保價(jià)”和“保量競價(jià)”水電的比例，持續(xù)、科學(xué)調(diào)整水電的“計(jì)劃性”電力電量。② 保障電網(wǎng)安全，在市場出清結(jié)果的安全校核、現(xiàn)貨市場的運(yùn)營規(guī)則等方面，與電網(wǎng)調(diào)度充分協(xié)調(diào)。有關(guān)水電機(jī)組振動區(qū)的處理就是一個(gè)例子。③ 加強(qiáng)技術(shù)和管理機(jī)制協(xié)調(diào)，在電力市場競價(jià)出清的過程中，盡可能實(shí)現(xiàn)水力資源的充分利用。例如梯級水電站群作為市場主體報(bào)價(jià)時(shí)，為了充分利用水資源，希望上下游相關(guān)水電廠在相關(guān)時(shí)段內(nèi)同時(shí)出清，否則都不出清;市場出清時(shí)需要增加上下游水電廠在出清電量和時(shí)間段方面的匹配約束等。

4.3 成本回收

保障不同類型水電廠能夠回收成本，需要：① 市場交易品種方面，通過容量市場商品、輔助服務(wù)市場商品等，為水電廠提供多種市場化回收成本的渠道，同時(shí)充分利用水電本身良好的調(diào)節(jié)性能（有庫容調(diào)節(jié)能力的情況下）。② 與政策機(jī)制協(xié)調(diào)方面，通過可再生能源消納保障機(jī)制、優(yōu)先發(fā)電、稅收、貸款、容量補(bǔ)貼等政策，保障水電能夠平穩(wěn)進(jìn)入市場。

4.4 履約偏差

在市場交易品種方面：① 通過現(xiàn)貨交易，以及其他多種類型和周期的電能量交易，為水電廠提供豐富的合同調(diào)整手段，以適應(yīng)水電可預(yù)測性差、影響合同履約因素多的特點(diǎn)。② 通過差價(jià)合約、期權(quán)、期貨等電力金融商品，配合多類型的交易品種，為面臨多重風(fēng)險(xiǎn)的水電企業(yè)提供分?jǐn)偤鸵?guī)避風(fēng)險(xiǎn)的市場化工具。

在市場交易規(guī)則方面，可予以一定的免考核和豁免（但應(yīng)逐步減少）：① 免考核偏差范圍適度放大?？紤]到水電生產(chǎn)及技術(shù)特點(diǎn)，給予水電比傳統(tǒng)火電更大的免考核偏差范圍。② 振動區(qū)限制豁免。在出清算法和安全校核中，規(guī)避水電機(jī)組振動區(qū);在調(diào)頻輔助服務(wù)中，因振動區(qū)限制可免于相關(guān)AGC（Automatic Generation Control）考核;③ 水頭限制豁免。水電機(jī)組因水頭受限等原因，可免于相關(guān)AGC考核。④ 建立特定的免考核規(guī)則。例如，當(dāng)水電由于防洪、灌溉、政府指令性計(jì)劃等原因，而造成已成交合同（可帶曲線）執(zhí)行偏差時(shí)，給予免考核。這里的關(guān)鍵問題是，這些偏差所造成的損失怎樣處理?？蛇x的思路包括：政府兜底、所有市場主體分?jǐn)偟取?/p>

4.5 市場主體耦合

通過市場規(guī)則設(shè)計(jì)解決市場主體非獨(dú)立的問題。例如：① 在市場注冊方面，不再要求必須以機(jī)組注冊進(jìn)入市場，而允許以水電廠或梯級水電站群為主體進(jìn)入市場（相當(dāng)于下放了一定的自調(diào)度權(quán)力）。② 在市場申報(bào)方面，鼓勵上下游水電廠聯(lián)合參加市場報(bào)價(jià)。③ 在市場出清方面，綜合考慮水資源利用，在出清優(yōu)化目標(biāo)和約束中加入相關(guān)因素。④ 在市場管控方面，妥善處理不同水電廠庫容/機(jī)組調(diào)節(jié)能力的差異，降低上游水電廠對下游水電廠的不當(dāng)影響。

4.6 豐枯季節(jié)性差異

目前解決水電豐枯季節(jié)性差異的首要問題在于：是否區(qū)分豐枯期并分別建立市場規(guī)則。對于那些水電占主要份額的水電大省，豐水期和枯水期電力市場環(huán)境和需求差異巨大，應(yīng)考慮區(qū)分豐水期和枯水期;反之如果水電所占份額不大，豐枯季節(jié)差異的影響有限，則可以通過統(tǒng)一的市場規(guī)則予以兼容。

需要加強(qiáng)水電的豐枯季節(jié)性差異與電網(wǎng)調(diào)度的協(xié)調(diào)，發(fā)展輔助服務(wù)交易，保障電網(wǎng)安全和豐水期的水電消納，同時(shí)適當(dāng)?shù)鼗砻饣蚍艑拰λ姀S的偏差考核。

5 結(jié) 論

水電是一類對國計(jì)民生有重要影響的特殊能源。它在發(fā)電應(yīng)用上具有上下游耦合性、豐枯季節(jié)性、成本差異大等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)給其市場化設(shè)計(jì)造成了很多困難，成為電力市場改革中的一座“技術(shù)堡壘”。水電作為優(yōu)先發(fā)電政策中的“二類優(yōu)先”資源，其市場化發(fā)展研究刻不容緩。

本文通過對水電特點(diǎn)和市場化關(guān)鍵挑戰(zhàn)的分析，提出了一個(gè)多維度的水電市場化消納體系，并針對其關(guān)鍵挑戰(zhàn)提出了具體實(shí)施中的要點(diǎn)，具體包括：水電市場化發(fā)展涉及到的各類市場交易品種和交易規(guī)則的設(shè)計(jì)，省間市場和省內(nèi)市場的設(shè)計(jì)與銜接，以及市場交易體系與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)制的銜接，與市場外各類政策機(jī)制的銜接等;在實(shí)施中，需要注意綜合多個(gè)維度協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)解決相關(guān)問題。

后續(xù)還需加強(qiáng)以下方面研究：① 水電的市場化消納發(fā)展路徑頂層設(shè)計(jì)。特別需要注意保障水電市場化發(fā)展的平穩(wěn)漸進(jìn)，以更好地完成國家戰(zhàn)略。② 加強(qiáng)市場規(guī)則設(shè)計(jì)中的水電“成分”。在當(dāng)前省間和各省市場規(guī)則設(shè)計(jì)中，需要提前加強(qiáng)水電市場化發(fā)展方面的考慮。③ 相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究，包括：電力市場出清與梯級水電站群優(yōu)化的協(xié)調(diào)，水電中長期市場合同的曲線化分解和實(shí)施，水電廠發(fā)電過程的統(tǒng)計(jì)分析及其參與不同市場的策略，不同維度市場機(jī)制間的協(xié)調(diào)配合及其演進(jìn)，水電的市場化設(shè)計(jì)與計(jì)劃體制的協(xié)調(diào)銜接等。

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[23] 國家發(fā)展改革委員會，國家能源局.關(guān)于規(guī)范優(yōu)先發(fā)電優(yōu)先購電計(jì)劃管理的通知（發(fā)改運(yùn)行[2019]144號）[Z].2018.

[24] 國家發(fā)展改革委員會，國家能源局.關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知（發(fā)改能源[2019]807號）[Z].2019.

（編輯：黃文晉）