適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的多維協(xié)同電力市場體系

謝 開，劉敦楠，李 竹，孫 田，3，龐 博，劉 碩，張 顯

（1.北京電力交易中心有限公司,北京市 100031；2.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院,北京市 102206；3.清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系,北京市 100084）

0 引言

構(gòu)建新能源占比不斷提升的新型電力系統(tǒng),是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要途徑。在構(gòu)建新型電力系統(tǒng)過程中,電力市場改革是重要環(huán)節(jié)［1-2］。隨著新能源裝機(jī)容量、發(fā)電量快速增長,電力系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理正發(fā)生深刻變化,傳統(tǒng)的市場理論、市場模式、價格機(jī)制亟待創(chuàng)新和重構(gòu),電力市場建設(shè)面臨新的挑戰(zhàn)［3-6］。

當(dāng)前,中國電力市場正處于省間、區(qū)域、省內(nèi)多層次耦合,計劃向市場的轉(zhuǎn)型期、可再生能源快速發(fā)展的關(guān)鍵期、新型主體大量入市的變革期“三期疊加”的階段,國內(nèi)外現(xiàn)有的市場理論方法及體系難以滿足中國電力市場建設(shè)需求,亟須在政策、機(jī)制等方面實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新性突破［7-8］。因此,本文首先分析了新型電力系統(tǒng)下電力市場發(fā)展趨勢,在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的目標(biāo)、價值、時間、空間、主體多維協(xié)同的電力市場體系。其次,在此框架下圍繞安全保供、低碳轉(zhuǎn)型與經(jīng)濟(jì)的多目標(biāo)協(xié)同,中長期、現(xiàn)貨與實(shí)時運(yùn)行的多時間協(xié)同,多層次全國統(tǒng)一電力市場的多空間協(xié)同,安全-綠色-經(jīng)濟(jì)的多價值協(xié)同,新型市場主體快速發(fā)展下的多主體協(xié)同五方面關(guān)鍵問題,介紹了多維協(xié)同的市場設(shè)計思路和核心機(jī)制［9-14］。最后,結(jié)合中國電力市場建設(shè)現(xiàn)狀及本文所提核心思路,提出了建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場的三階段實(shí)施路徑,并給出了相關(guān)建議。

1 新型電力系統(tǒng)下電力市場建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)

能源轉(zhuǎn)型背景下,中國電力市場建設(shè)正面臨全新的變革和挑戰(zhàn)。

一是電源結(jié)構(gòu)變化,保供應(yīng)、保消納任務(wù)重。電源結(jié)構(gòu)由以可控性強(qiáng)的常規(guī)能源為主,向以隨機(jī)性強(qiáng)、可控性弱的新能源為主轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)平衡機(jī)理由確定性向隨機(jī)性轉(zhuǎn)變。保障電力可靠供應(yīng)、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的難度上升,保障新能源高比例消納的壓力增大。

二是電網(wǎng)形態(tài)變化,多層次平衡有待統(tǒng)籌。電網(wǎng)形態(tài)由以單向逐級輸電為主的傳統(tǒng)電網(wǎng),向包括多電壓等級交直流混聯(lián)大電網(wǎng)、微電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)等多種電網(wǎng)形態(tài)的能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)變。系統(tǒng)平衡格局由“分省平衡”向“分省平衡、就地平衡、全網(wǎng)互濟(jì)”轉(zhuǎn)變,適應(yīng)平衡模式轉(zhuǎn)變、促進(jìn)各層次平衡統(tǒng)籌的市場機(jī)制有待建立。

三是市場主體變化,協(xié)調(diào)互動有待激勵。電能的生產(chǎn)者和消費(fèi)者以外,大量“產(chǎn)消者”逐步參與系統(tǒng)平衡。在電源側(cè),抽水蓄能、新能源配套建設(shè)的儲能等快速發(fā)展；在用戶側(cè),分布式電源、微電網(wǎng)、虛擬電廠、負(fù)荷聚合商等終端新型市場主體涌現(xiàn)。系統(tǒng)運(yùn)行模式由源隨荷動向市場機(jī)制引導(dǎo)的源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動轉(zhuǎn)變。

四是成本構(gòu)成變化,價格體系有待重構(gòu)。新能源的邊際發(fā)電成本低、系統(tǒng)消納成本高。系統(tǒng)消納成本包括靈活性電源投資、系統(tǒng)調(diào)節(jié)、電網(wǎng)擴(kuò)展與補(bǔ)強(qiáng)等成本。傳統(tǒng)邊際成本競價形成的價格,難以完全體現(xiàn)為了消納新能源所付出的系統(tǒng)成本。亟須建立適應(yīng)高比例新能源大規(guī)模接入的價格理論,依托相應(yīng)的交易品種、市場機(jī)制進(jìn)行成本疏導(dǎo)［15-16］。

針對以上挑戰(zhàn),未來電力市場建設(shè)要重點(diǎn)統(tǒng)籌“經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、安全”三者間的關(guān)系,在市場目標(biāo)、品種、范圍、參與主體、安全運(yùn)行等方面需要對傳統(tǒng)電力市場進(jìn)行擴(kuò)展和重構(gòu),使電力市場體系具有更強(qiáng)的兼容性、協(xié)調(diào)性、靈活性和可擴(kuò)展性；需要更加注重多元目標(biāo)的協(xié)調(diào),更好地發(fā)揮市場與政策作用,更為靈活地兼容傳統(tǒng)和新型市場主體,適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的發(fā)展。傳統(tǒng)電力市場與新型電力市場的區(qū)別如表1 所示。

表1 傳統(tǒng)電力市場與新型電力市場異同Table 1 Differences and similarities between traditional electricity market and new electricity market

2 多維協(xié)同的電力市場體系設(shè)計

結(jié)合中國電力市場建設(shè)現(xiàn)狀,本文提出了政策、價值、時間、空間多維協(xié)同的電力市場體系,如圖1所示。一是目標(biāo)維度,實(shí)現(xiàn)安全保供、低碳轉(zhuǎn)型與經(jīng)濟(jì)的多目標(biāo)協(xié)同；二是時間維度,實(shí)現(xiàn)中長期、現(xiàn)貨與實(shí)時運(yùn)行的多時間協(xié)同；三是空間維度,實(shí)現(xiàn)多層次全國統(tǒng)一電力市場在省內(nèi)、省間交易時序等方面的進(jìn)一步協(xié)同；四是價值維度,實(shí)現(xiàn)安全-綠色-經(jīng)濟(jì)多價值協(xié)同的品種配置；五是主體維度,構(gòu)建多主體同臺競價的批發(fā)-零售市場體系［17］。電力市場設(shè)計應(yīng)該針對以上5 個方面進(jìn)行協(xié)同設(shè)計。

圖1 適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的多維協(xié)同電力市場體系Fig.1 Multi-dimensional collaborative electricity market system for new power system

2.1 新型電力系統(tǒng)下電力市場設(shè)計的多維特征

為適應(yīng)新型電力系統(tǒng)發(fā)展,電力市場設(shè)計應(yīng)考慮以下特征:

一是市場建設(shè)目標(biāo)多元化。當(dāng)前,中國電力行業(yè)正處于“計劃向市場的過渡期”“可再生能源快速發(fā)展期”“新型電力系統(tǒng)構(gòu)建期”三期疊加階段,電力市場設(shè)計需要兼顧“保供應(yīng)、促轉(zhuǎn)型、穩(wěn)價格”的多重目標(biāo)。

二是交易組織精益化。電力交易組織方式需適應(yīng)新型電力系統(tǒng)運(yùn)行特性,為各類市場主體提供全面、靈活的交易渠道。時間上,向更長和更短周期雙向發(fā)展；空間上,精準(zhǔn)反映系統(tǒng)不同位置的電力商品價值差異；品種上,體現(xiàn)不同電力商品、服務(wù)的價值,各品種交易組織需要有機(jī)協(xié)同。

三是市場空間分層化。隨著電網(wǎng)向多層次發(fā)展,新能源集中式與分布式開發(fā)并舉,市場空間向更大范圍的資源配置和更小尺度的就地平衡推進(jìn),交易組織需隨平衡模式的變化分層次開展［18-19］。

四是商品價值多維化。電力商品價值不斷細(xì)化,市場機(jī)制設(shè)計需充分反映不同資源的價值屬性。除電能量價值外,市場交易還需反映保障系統(tǒng)供應(yīng)可靠性、調(diào)節(jié)靈活性的安全價值,以及綠色環(huán)境價值。

五是市場主體多元化。發(fā)電側(cè)風(fēng)、光、水、火、核、抽水蓄能多類型機(jī)組入市,需求側(cè)分布式電源、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、儲能、虛擬電廠、聚合商等新型主體參與市場,電力市場需滿足多元主體的交易需求并體現(xiàn)各類主體的市場價值。

2.2 多維協(xié)同的電力市場體系設(shè)計思路與機(jī)制

針對市場設(shè)計的多維特征,在進(jìn)行市場設(shè)計時應(yīng)做好以下五方面的協(xié)同工作:1）做好多方面的政策協(xié)同；2）做好中長期與現(xiàn)貨市場在時間上的協(xié)同；3）實(shí)現(xiàn)電能-安全-綠色多價值的協(xié)同；4）實(shí)現(xiàn)包括省間（國家）市場與?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）/區(qū)域市場構(gòu)成的批發(fā)市場及零售市場的多空間協(xié)同；5）實(shí)現(xiàn)多主體同臺競價的平臺。

2.2.1 安全保供、低碳轉(zhuǎn)型與經(jīng)濟(jì)的多目標(biāo)協(xié)同

由于電力商品的公共屬性,不同于歐美等國家和地區(qū),經(jīng)濟(jì)性并非中國電力市場建設(shè)追求的唯一目標(biāo),保供應(yīng)同樣是電力市場建設(shè)的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。電力市場的建設(shè)不僅僅是經(jīng)濟(jì)性行為,更多的是社會責(zé)任。

電力系統(tǒng)綠色轉(zhuǎn)型面臨著系統(tǒng)運(yùn)行、政策價值、時間空間等諸多邊界條件。而電力系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律與政策邊界決定了電力市場的模式設(shè)計,市場機(jī)制也依賴于政策驅(qū)動。目前,新能源等優(yōu)先發(fā)電,居民、農(nóng)業(yè)優(yōu)先購電,相關(guān)電量、電價通過政策確定,需做好優(yōu)先計劃與市場的銜接,做好優(yōu)先發(fā)電、優(yōu)先購電與市場化交易在電量（曲線）匹配、損益分?jǐn)偂⑵羁己藱C(jī)制等方面的協(xié)調(diào)。

同時,新能源仍以保障性收購為主,部分采用保量競價參與市場交易。需激勵新能源主動參與市場實(shí)現(xiàn)新能源大規(guī)模、大范圍的消納,確保回收成本、獲得收益,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,并做好新能源配套政策與市場的銜接。

2.2.2 中長期、現(xiàn)貨與實(shí)時運(yùn)行的多時間協(xié)同

由于電力商品實(shí)時平衡的供給特性,需要通過不同時間尺度交易品種的相互協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)電力資源的最優(yōu)化配置。通過中長期交易夯實(shí)電力供需平衡整體格局,優(yōu)化資源配置,穩(wěn)定長期價格水平；通過現(xiàn)貨市場組織日前、日內(nèi)、實(shí)時市場,體現(xiàn)短期供需變化及價格。

中長期與現(xiàn)貨市場需要在交易曲線、組織周期、交易價格、參與方式、安全約束、偏差處理等方面強(qiáng)化銜接。交易曲線方面,中長期交易時段劃分將更加精細(xì),如圖2 所示,以年度、月度為主的中長期交易實(shí)現(xiàn)長期價格信號引導(dǎo),以月內(nèi)連續(xù)運(yùn)營實(shí)現(xiàn)中長期曲線的靈活性調(diào)整,滿足新能源主體“短周期、高頻次”偏差調(diào)整需求,以日前、日內(nèi)現(xiàn)貨交易實(shí)現(xiàn)電量的實(shí)時平衡；交易價格方面,中長期連續(xù)交易價格逐步向現(xiàn)貨出清價格收斂；參與方式方面,電力用戶參與度不斷上升,由發(fā)電側(cè)單邊競價向發(fā)用雙邊競價發(fā)展；安全約束方面,中長期交易出清充分考慮系統(tǒng)運(yùn)行約束,通過安全校核、出清算法等多重手段,確保成交結(jié)果的可執(zhí)行性；偏差處理方面,市場主體可通過各時間周期的交易調(diào)整所持合同的偏差,主動承擔(dān)偏差管理責(zé)任。

圖2 多時間尺度的電能量市場體系Fig.2 Electric energy market system with multiple time scales

2.2.3 全國統(tǒng)一電力市場的多空間協(xié)同

國外電力市場建設(shè)層次相對單一,美國PJM（Pennsylvania-New Jersey-Maryland）市場的交易模式是一種類似省級電網(wǎng)的交易模式,著重開展區(qū)域內(nèi)的電力資源優(yōu)化配置。歐洲針對各個國家資源分配不均衡的問題,通過建設(shè)歐洲統(tǒng)一電力市場,開展跨區(qū)交易,實(shí)現(xiàn)資源整體的優(yōu)化配置。而與歐美相比,中國地域更為遼闊,資源和負(fù)荷的空間分布情況更為復(fù)雜。因此,不能照搬國外市場建設(shè)經(jīng)驗(yàn),中國需要建立多層次全國統(tǒng)一電力市場,實(shí)現(xiàn)省間、區(qū)域、省級市場的多層耦合,通過省間實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置、區(qū)域落實(shí)余缺調(diào)劑/備用共享、省級支撐電力電量平衡,進(jìn)而從空間維度實(shí)現(xiàn)資源大范圍優(yōu)化配置［20］。

全國統(tǒng)一電力市場總體包括省間（國家）市場與?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）/區(qū)域市場構(gòu)成的批發(fā)市場及零售市場,如圖3 所示。省間市場定位于保障國家能源戰(zhàn)略實(shí)施,實(shí)現(xiàn)大范圍資源優(yōu)化配置,促進(jìn)可再生能源消納,建立資源配置型市場；省內(nèi)市場定位于通過優(yōu)化省內(nèi)資源配置,保障電力電量供需平衡和安全供電秩序,建立平衡型市場。

圖3 全國統(tǒng)一電力市場的多空間協(xié)同F(xiàn)ig.3 Multi-spatial collaboration of national unified electricity market

省間、省內(nèi)市場的銜接需要遵循以下3 個原則:1）既能保證電力系統(tǒng)統(tǒng)籌資源、保障全網(wǎng)電力電量平衡,又能滿足用戶直接參與省間市場的愿望；2）既能保持省內(nèi)平衡責(zé)任主體的格局,又能打破省間壁壘；3）既能促進(jìn)資源大范圍優(yōu)化配置,又能防止推高經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)用電價格。

2.2.4 安全-綠色-經(jīng)濟(jì)多價值協(xié)同的交易品種配置

新型電力系統(tǒng)建設(shè)下,新能源裝機(jī)容量大幅度增長,將成為電能量市場的供給主體。一方面,高隨機(jī)性、低可控性的新能源并網(wǎng)會帶來系統(tǒng)安全的外部性,產(chǎn)生額外的系統(tǒng)調(diào)節(jié)和備用成本；另一方面,常規(guī)電源發(fā)電會帶來環(huán)境外部性,產(chǎn)生環(huán)境成本。

新型電力系統(tǒng)具有隨機(jī)性高的特征,需用概率和隨機(jī)過程來描述電力系統(tǒng)平衡問題。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度和市場交易,旨在解決基于負(fù)荷預(yù)測、源隨荷動的確定性系統(tǒng)優(yōu)化問題；中長期和現(xiàn)貨電能量交易,可基本實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的成本回報和利益分配。而新型電力系統(tǒng)是一個概率平衡系統(tǒng)。市場設(shè)計中需將復(fù)雜隨機(jī)優(yōu)化問題,解耦成確定性部分（電能量交易）和不確定性部分（爬坡/備用服務(wù)）,并針對一定置信度下的預(yù)測負(fù)荷和新能源預(yù)測出力,基于期望值開展電能量平衡交易；對于新能源出力預(yù)測不準(zhǔn)帶來的置信區(qū)間內(nèi)的不平衡部分,需要購買爬坡、備用服務(wù),并將有關(guān)成本分?jǐn)偨o責(zé)任主體。

在此背景下,電力系統(tǒng)將從傳統(tǒng)確定性平衡轉(zhuǎn)換為高不確定性的概率平衡,系統(tǒng)所需安全外部成本大幅度提高。同時,綠色價值方面,當(dāng)前競爭性為主的電能量市場難以體現(xiàn)新能源的綠色價值。因此,需要建立“電能-安全-綠色”多價值協(xié)同體系,如圖4 所示,通過連續(xù)運(yùn)營及分時段交易體現(xiàn)電能量價值；通過容量以及輔助服務(wù)市場實(shí)現(xiàn)安全價值；通過綠電與綠證交易、電-碳市場的協(xié)同體現(xiàn)綠色價值。圖4 中:D和H分別表示當(dāng)日和當(dāng)前時段。

2.2.5 多主體同臺競價的批發(fā)-零售市場

當(dāng)前,中國儲能、虛擬電廠、負(fù)荷聚合商等新型市場主體快速發(fā)展,“產(chǎn)消者”大量涌現(xiàn),市場雙向互動特征明顯。目前,中國新型儲能累計裝機(jī)規(guī)模達(dá)到23.5 GW,預(yù)計2027 年可超過100 GW；預(yù)計到2025 年,中國虛擬電廠市場規(guī)模達(dá)10.2 GW,江蘇、冀北、上海、浙江、天津、深圳等地結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)開展了虛擬電廠的試點(diǎn)應(yīng)用。其中,江蘇虛擬電廠可提供快速可中斷的負(fù)荷控制服務(wù)；上海虛擬電廠建設(shè)以聚合商場、樓宇等需求響應(yīng)為主,積極推進(jìn)負(fù)荷集成商為主體運(yùn)營的商業(yè)運(yùn)營模式；冀北虛擬電廠提出了“云管邊端”技術(shù)架構(gòu),并將虛擬電廠納入電力輔助服務(wù)范圍；深圳成立了中國首個城市級虛擬電廠管理中心,以負(fù)荷型、儲能型資源聚合為主。

當(dāng)前,新型主體入市機(jī)制不健全,缺乏統(tǒng)一入市標(biāo)準(zhǔn),參與市場交易的商業(yè)模式尚未成熟,難以發(fā)揮其靈活調(diào)節(jié)的價值,進(jìn)而難以獲得預(yù)期收益,影響新型主體參與市場的積極性。為此,需要進(jìn)一步推進(jìn)零售市場建設(shè),強(qiáng)化零售市場與批發(fā)市場的銜接,建立N+X的零售市場體系,以及新能源、儲能“長期分時引導(dǎo)+短期需求波動響應(yīng)+實(shí)時多層次供需平衡”體系,滿足分散式海量市場主體交易需求。

3 建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場的實(shí)施路徑

為構(gòu)建適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的電力市場體系,全國統(tǒng)一電力市場建設(shè)可劃分為3 個階段。

1）近期（2022—2025 年）（見圖5）:考慮到中國資源大范圍配置需求和省為主體的行政財稅管理體系,全國統(tǒng)一電力市場在近期應(yīng)以省間、省內(nèi)市場“兩級運(yùn)作”起步,采取“兩級申報、兩級出清”模式,通過?。▍^(qū)域）市場各自優(yōu)化,以及省間交易結(jié)果作為省內(nèi)市場邊界的“協(xié)調(diào)函數(shù)”配置,實(shí)現(xiàn)大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)優(yōu)化。區(qū)域市場主要開展輔助服務(wù)交易,著力解決區(qū)域內(nèi)備用、調(diào)節(jié)等資源共享需求。

圖5 全國統(tǒng)一電力市場的近期形態(tài)Fig.5 Recent form of national unified electricity market

2）中期（2026—2030 年）（見圖6）:隨著電價交叉補(bǔ)貼妥善解決、省間交易壁壘逐步打開,省間和省內(nèi)交易逐步融合,具備條件的省份實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一申報、兩級出清”,即將各省總體購、售電需求及價格統(tǒng)一在省間平臺申報,省間開展考慮主要斷面、輸電通道的優(yōu)化出清,省內(nèi)根據(jù)出清結(jié)果,再組織省內(nèi)交易。部分地區(qū)可探索構(gòu)建區(qū)域一體化市場,并整體作為交易單元參與全國統(tǒng)一電力市場［21］。

圖6 全國統(tǒng)一電力市場的中期形態(tài)Fig.6 Medium-term form of national unified electricity market

3）遠(yuǎn)期（2030 年以后）（見圖7）:按“統(tǒng)一申報、統(tǒng)一出清”實(shí)現(xiàn)全局資源優(yōu)化配置,省間與省內(nèi)市場完成融合；在全國范圍內(nèi)形成市場主體公平競爭、自主選擇,電力資源暢通流動、優(yōu)化配置的市場環(huán)境；市場體系完備、交易品種豐富、市場交易活躍,電能量、輔助服務(wù)、容量市場、金融衍生品等協(xié)調(diào)運(yùn)行；構(gòu)建與新型電力系統(tǒng)相適應(yīng)的電力市場體系。

圖7 全國統(tǒng)一電力市場的遠(yuǎn)期形態(tài)Fig.7 Forward form of national unified electricity market

4 實(shí)現(xiàn)中長期、現(xiàn)貨與實(shí)時運(yùn)行多時間協(xié)同的關(guān)鍵措施

4.1 堅(jiān)持發(fā)揮中長期交易“壓艙石”作用

中國中長期市場發(fā)展迅速,2022 年完成市場交易電量5 250 TW·h,占全社會用電量的60.8%,市場交易電量持續(xù)增長。同時,隨著新能源滲透率的不斷增加,受新能源零邊際成本特性影響,新能源參與以邊際價格出清的現(xiàn)貨市場,造成“有價無量、有量無價”的困境。在新能源高滲透率的背景下,電力市場中長期交易不僅是規(guī)避現(xiàn)貨價格波動風(fēng)險的工具,更將成為確保各類型電源投資合理回收的重要渠道。中長期交易為大部分電能量定價；現(xiàn)貨交易形成顆粒度更精細(xì)的時間價格信號和因線路阻塞產(chǎn)生的位置價格信號,并為中長期交易提供更精確的偏差電量定價手段和價格引導(dǎo)。

4.2 持續(xù)改進(jìn)現(xiàn)貨市場模式

一方面,要加快建設(shè)雙邊模式的現(xiàn)貨市場。推動所有市場化用戶“報量報價”參與現(xiàn)貨交易。將用戶側(cè)申報信息納入現(xiàn)貨市場出清優(yōu)化和實(shí)際結(jié)算,使現(xiàn)貨市場價格能夠充分反映發(fā)用兩側(cè)交易需求和供需情況。

另一方面,要進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)貨市場競價模式。發(fā)電側(cè)節(jié)點(diǎn)電價、用戶側(cè)統(tǒng)一電價的模式,將導(dǎo)致現(xiàn)貨市場難以形成反映用戶位置信號的價格信號。應(yīng)因地制宜研究節(jié)點(diǎn)電價、分區(qū)電價機(jī)制,通過現(xiàn)貨市場價格信號引導(dǎo)發(fā)電和負(fù)荷分布、緩解電網(wǎng)阻塞。同時,推動新能源報量報價參與現(xiàn)貨市場,因報價原因未中標(biāo)的電量不納入棄風(fēng)棄光電量考核。

4.3 進(jìn)一步推動中長期與現(xiàn)貨市場機(jī)制的統(tǒng)籌銜接

中長期市場實(shí)現(xiàn)每日24 時段的分時交易,交易曲線將與更細(xì)顆粒度的現(xiàn)貨交易更加貼合。組織周期方面,中長期市場連續(xù)運(yùn)營關(guān)閘時間已從月前推進(jìn)至周以及D-2 日,未來將持續(xù)向更短周期延伸。

推動中長期市場向靈活化、精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)變。建立靈活的中長期交易調(diào)整機(jī)制,縮短交易周期、提高交易頻次,以年度、月度、多日的24 時段交易為周期,開展“中長期+連續(xù)運(yùn)營”的全時間尺度運(yùn)營體系,為市場主體提供豐富的市場化靈活調(diào)整手段,在中長期關(guān)閘前形成更貼近系統(tǒng)運(yùn)行、體現(xiàn)實(shí)際發(fā)用電意愿的曲線,具體如圖8 所示。

圖8 中長期連續(xù)運(yùn)營交易機(jī)制Fig.8 Trading mechanism for medium- and long-term continuous operation

截至2023 年底,國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營區(qū)已有10 余省份實(shí)現(xiàn)D-2/D-3 日滾動交易。以中國甘肅為例,自2022 年8 月開展D-3 日連續(xù)滾動運(yùn)營以來,現(xiàn)貨市場中零報價和最高報價的比例大幅減少,極大地發(fā)揮了中長期交易規(guī)避短期價格波動風(fēng)險的作用。

4.4 實(shí)現(xiàn)基于帶時標(biāo)能量塊的標(biāo)準(zhǔn)化市場設(shè)計

中長期交易的標(biāo)準(zhǔn)化是增強(qiáng)市場流動性和深化連續(xù)運(yùn)營的關(guān)鍵,中國中長期電力市場發(fā)展實(shí)踐為標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展打下了良好基礎(chǔ),也是中國電力市場建設(shè)的優(yōu)勢。

如圖9 所示,通過引入分時段標(biāo)準(zhǔn)化（帶時標(biāo)能量塊）交易概念,對交易周期、交易流程等交易組織關(guān)鍵要素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。針對當(dāng)前不同省在時段劃分、價格形成、曲線分解方面的差異,建立統(tǒng)一的中長期交易合約模型,將不同時段劃分、不同買賣主體、不同交易品種的交易合約,統(tǒng)一為分時段標(biāo)準(zhǔn)化交易,適應(yīng)多元主體的差異化交易需求,并設(shè)計供需雙側(cè)分時段標(biāo)準(zhǔn)化交易方式。建立分時塊（小時為單位申報）、持續(xù)塊（多小時組合申報）、曲線塊（按定制曲線申報）、可變塊（總量申報、靈活調(diào)用）等多種申報模式,以適應(yīng)多元主體差異化和便捷化交易要求。設(shè)計中長期連續(xù)開市、多品種融合、標(biāo)準(zhǔn)化合約買賣的連續(xù)運(yùn)營機(jī)制。

圖9 中長期標(biāo)準(zhǔn)化交易模式Fig.9 Medium- and long-term standardized trading mode

5 實(shí)現(xiàn)全國統(tǒng)一電力市場多空間協(xié)同的關(guān)鍵措施

5.1 建立基于大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)的多層次統(tǒng)一電力市場

全國統(tǒng)一電力市場作為大系統(tǒng),通過建立省間、省內(nèi)市場的統(tǒng)一運(yùn)作規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),逐層實(shí)現(xiàn)省間與省內(nèi)的協(xié)同,最終實(shí)現(xiàn)全國范圍的整體協(xié)同。需要基于大系統(tǒng)分解原理和協(xié)調(diào)控制的基本思路,將集中決策與分散化決策相結(jié)合,構(gòu)建一個多級協(xié)調(diào)和最優(yōu)控制的電力交易機(jī)制。

在全國統(tǒng)一電力市場這一“大系統(tǒng)”中,省間市場和各個省市場/區(qū)域市場是“子系統(tǒng)”。省間市場與省內(nèi)市場的銜接機(jī)制,是各個子系統(tǒng)之間的“協(xié)調(diào)函數(shù)”。如圖10 所示,以市場內(nèi)發(fā)電成本最小化作為子系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù),以各市場間整體的發(fā)電成本最小化作為大系統(tǒng)的目標(biāo)函數(shù),實(shí)現(xiàn)全國統(tǒng)一電力市場的整體效益最優(yōu)。

圖10 多層次市場協(xié)同F(xiàn)ig.10 Multi-layer market collaboration

5.2 實(shí)現(xiàn)多級市場協(xié)同優(yōu)化與聯(lián)合出清

探索“統(tǒng)一報價、聯(lián)合出清”的交易組織模式,需建立三級調(diào)度與兩級市場協(xié)同的組織流程,并實(shí)現(xiàn)基于“統(tǒng)一申報、兩級出清”的市場出清。如圖11 所示,省內(nèi)市場主體統(tǒng)一進(jìn)行一次報價,開展省內(nèi)市場預(yù)出清；分省整合省內(nèi)市場剩余報價結(jié)果,形成凈受入或凈送出曲線；匯總各省凈受入/凈送出曲線,進(jìn)行多通道集中優(yōu)化,形成省間市場出清結(jié)果；省間市場出清結(jié)果作為省內(nèi)市場邊界,組織省內(nèi)市場出清。在時序銜接上,省間中長期交易早于省內(nèi)中長期交易開展。現(xiàn)貨交易中,首先形成省內(nèi)開機(jī)方式和發(fā)電預(yù)計劃,再組織富余發(fā)電容量或購電需求參與省間現(xiàn)貨交易,省間現(xiàn)貨交易結(jié)果作為省內(nèi)現(xiàn)貨交易出清邊界。

圖11 多級市場交易耦合組織與聯(lián)合出清Fig.11 Coupling organization and joint clearing of tradings in multi-level markets

5.3 推動建設(shè)統(tǒng)一的輸電價格體系與輸電權(quán)市場

在當(dāng)前單一制跨區(qū)跨省輸配電價的模式下,省間市場交易成交的前提之一是購售電雙方申報價差大于輸電環(huán)節(jié)價格,這在一定程度上限制了省間市場成交規(guī)模。未來,應(yīng)推動專項(xiàng)輸電工程輸電價格向兩部制、容量定價方式轉(zhuǎn)變,推進(jìn)全國統(tǒng)一電力市場輸電價格體系建設(shè)。同時,應(yīng)建立省間輸電權(quán)交易機(jī)制,做好與省間電能量交易的銜接協(xié)同,促進(jìn)通道的合理、高效利用。

6 實(shí)現(xiàn)安全-綠色-經(jīng)濟(jì)多價值協(xié)同的關(guān)鍵措施

6.1 建立考慮高比例新能源接入的容量價值體系

6.1.1 建立保障長期平衡的可靠性容量交易機(jī)制

常見的容量保障機(jī)制包括稀缺電價、容量補(bǔ)償、容量市場等。稀缺電價可能形成極端的尖峰價格,影響電力市場價格穩(wěn)定,在中國國情、網(wǎng)情下適應(yīng)性欠佳；容量市場能夠通過市場機(jī)制形成容量價格,但對市場體系的完善程度、監(jiān)管能力和市場外部環(huán)境有較高要求；容量補(bǔ)償模式的價格形成機(jī)制較為簡單清晰,適用于中國起步階段。近期,宜以火電作為主要補(bǔ)償對象,容量補(bǔ)償資金建議來源于市場化用戶,可按度電/容量收取。未來,探索中長期可靠性容量機(jī)制,包括容量補(bǔ)償、容量市場、中長期備用等方式,保障電源固定成本回收和長期電力供應(yīng)安全。

6.1.2 建立保障短期平衡的靈活性輔助服務(wù)交易機(jī)制

目前,中國輔助服務(wù)市場的交易費(fèi)用占全部電費(fèi)比例較小,僅約1.5%～3%,遠(yuǎn)低于國際水平。在新型電力系統(tǒng)下,需推動建設(shè)保障短期平衡的靈活性輔助服務(wù)市場。

一是創(chuàng)新品種。當(dāng)前,輔助服務(wù)交易品種以省內(nèi)調(diào)頻、區(qū)域調(diào)峰為主。未來,考慮新能源發(fā)電特性、電力系統(tǒng)運(yùn)行需要,對省內(nèi)爬坡服務(wù)、省間備用服務(wù)的需求將明顯增加,需要逐步建立相關(guān)品種。此外,還需推動輔助服務(wù)市場與電能量市場協(xié)調(diào)運(yùn)作。

二是健全成本分?jǐn)倷C(jī)制。按照“誰提供、誰獲利,誰受益、誰承擔(dān)”的原則,分步有序推動輔助服務(wù)成本向用戶側(cè)的傳導(dǎo)與分?jǐn)偂?/p>

三是引導(dǎo)多元主體積極參與。通過合理的商業(yè)模式,引導(dǎo)儲能、分布式電源、虛擬電廠等新型主體提供調(diào)節(jié)資源［22］。

6.2 建立適應(yīng)新能源大規(guī)模接入的電能-安全價值體系

6.2.1 完善新能源定價機(jī)理

現(xiàn)階段,經(jīng)測算新能源側(cè)折合分?jǐn)偠入姲踩杀緸?.022～0.036 元/（kW·h）,新能源安全外部成本占全成本的5.9%～9.7%。隨著新能源大規(guī)模接入,新型電力系統(tǒng)的安全成本將大幅增長。預(yù)計未來新能源安全外部成本占比將達(dá)到30%。針對新型電力系統(tǒng)下新能源定價問題,需要在考慮電能量成本的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考慮新能源的安全外部成本,建立全成本定價模型。

6.2.2 實(shí)現(xiàn)新能源可信容量及安全成本測算

依據(jù)新能源的出力特性進(jìn)行偏差概率分析,可得到不同時間尺度下的可信出力區(qū)間。在考慮新能源出力特性及可信出力的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步測算新能源接入所產(chǎn)生的安全外部成本對應(yīng)的包括調(diào)峰、調(diào)頻、備用等安全調(diào)節(jié)服務(wù)的需求量。

6.2.3 建立外部成本內(nèi)部化的聯(lián)合競價模型

針對新能源高安全外部成本特性,如圖12 所示,提出外部成本內(nèi)部化的定價方法,將傳統(tǒng)基于電能量成本的定價模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛诎踩獠砍杀緝?nèi)部化的定價模式；用戶同時申報電量及所需平衡服務(wù),并進(jìn)行統(tǒng)一出清。

圖12 安全外部成本占比Fig.12 Proportion of external security costs

6.3 建立反映新能源綠色價值的交易體系

6.3.1 完善綠電交易機(jī)制和擴(kuò)大綠電交易規(guī)模

推動新能源項(xiàng)目全面參與市場交易,市場主體進(jìn)一步拓展到帶補(bǔ)貼新能源,逐步涵蓋分布式能源、水電等可再生能源；完善綠電交易機(jī)制,著重向更長時間尺度拓展,加強(qiáng)綠色電力交易與其他交易品種的協(xié)同和融合；加快完善綠色電力交易與可再生能源消納責(zé)任權(quán)重、碳排放權(quán)、用能權(quán)、能耗雙控等配套制度的銜接。加強(qiáng)綠電與綠證交易的協(xié)同,保障平價和低價上網(wǎng)項(xiàng)目可通過綠證交易獲得合理收益補(bǔ)償。擴(kuò)大參與主體范圍,引導(dǎo)帶補(bǔ)貼新能源參與綠電交易,由綠色溢價部分抵消對應(yīng)補(bǔ)貼,以市場化手段減輕國家財政補(bǔ)貼負(fù)擔(dān)。

通過綠色電力市場反映綠色電力的電能價值和環(huán)境價值,有效擴(kuò)大綠電、綠證市場供給,滿足用電企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的“剛需”,推動整個能源生產(chǎn)消費(fèi)方式的變革。

6.3.2 建立電-碳市場協(xié)同運(yùn)作機(jī)制

目前,全國碳市場主體主要為發(fā)電企業(yè)。未來,隨著碳市場主體范圍不斷擴(kuò)大,可通過核算用戶購買電力等帶來的間接碳排放,引導(dǎo)用戶提升綠色消費(fèi)意識。同時,也需考慮與碳交易、中國核證減排量（China Certified Emission Reduction,CCER）等機(jī)制的有效銜接,合理反映不同發(fā)電類型碳排放成本,增強(qiáng)綠電的競爭優(yōu)勢,并防止碳減排量的重復(fù)計量。

經(jīng)測算,近期,在碳配額較為寬松環(huán)境下,火電平均發(fā)電成本將增加約2.08 元/（MW·h）；遠(yuǎn)期,若碳價上升至90～160 元/t,火電平均發(fā)電成本將增加約3.7～6.7 元/（MW·h）。隨著碳市場價格增加,火電中標(biāo)電量將由高碳機(jī)組向低碳機(jī)組轉(zhuǎn)移。

6.3.3 積極探索綠電、電-碳的國際標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)

推動建立全國統(tǒng)一綠證核算與交易體系,將綠證作為可再生能源環(huán)境價值的唯一憑證,進(jìn)而與全國碳市場實(shí)現(xiàn)互認(rèn)互換。同時,積極參與綠電認(rèn)證國際標(biāo)準(zhǔn)制定,實(shí)現(xiàn)綠證與國際綠證、國際碳稅的互認(rèn)、抵扣,提升中國在全球環(huán)境治理和能源管理上的話語權(quán)［23］。

7 實(shí)現(xiàn)多主體協(xié)同的關(guān)鍵措施

7.1 建立新能源參與市場的交易機(jī)制

統(tǒng)籌考慮優(yōu)先發(fā)電與優(yōu)先購電的匹配、新能源入市后的收益變化,建立新能源補(bǔ)貼與交易價格的聯(lián)動機(jī)制,有序推進(jìn)新能源入市交易。初期宜以自愿參與市場為主,應(yīng)鼓勵新能源企業(yè)與用戶開展多年直接交易合同,以長期合約價格信號引導(dǎo)能源投資；適時建立以政府授權(quán)差價合約、簽訂長期購電協(xié)議（power purchase agreement,PPA）等方式［24］推動新能源參與市場。

以中國新疆為例,經(jīng)仿真測算,按照新能源平均折現(xiàn)率8%、電價分別為0.05、0.10、0.15 元/（kW·h）高、中、低這3 個場景,理論上新疆風(fēng)電可按2023 年27%、2025 年55%、2030 年80%的比例和節(jié)奏推進(jìn)新能源入市。

7.2 建立新型主體參與市場的交易機(jī)制

7.2.1 建立新型主體入市分類引導(dǎo)機(jī)制

可將新型主體分為剛性和類剛性負(fù)荷、價格響應(yīng)型負(fù)荷、可控調(diào)節(jié)型負(fù)荷3 類,如表2 所示。

表2 新型主體劃分及市場機(jī)制Table 2 Classification of emerging entities and market mechanisms

調(diào)節(jié)可控型負(fù)荷可視為“負(fù)發(fā)電”,接入調(diào)度控制系統(tǒng)接受調(diào)控指令；價格響應(yīng)型負(fù)荷可采用報量不報價、自主響應(yīng)的方式參與市場；剛性及類剛性負(fù)荷未來應(yīng)承擔(dān)更多輔助服務(wù)費(fèi)用的分?jǐn)偂?/p>

7.2.2 完善適應(yīng)新型主體參與的市場交易模式

1）建立靈活多樣的新型主體交易模式

在參與方式方面,新型主體可分為直接或聚合參與；在交易品種方面,新型主體可按自身能力自主選擇參與容量、輔助服務(wù)和電能量交易。通過靈活多樣的交易模式,使得電力需求側(cè)用戶可在綜合考慮多種市場參與條件與效益的情況下,合理配置資源以獲得最大市場效益。如在中長期市場建立面向需求側(cè)主體的容量補(bǔ)償機(jī)制；成功競價出清的新型市場主體可作為電網(wǎng)備用資源,保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時,探索開展面向應(yīng)急、保供、保消納的源網(wǎng)荷儲互動交易,針對臨時性的供需不平衡,開展面向低谷新能源大發(fā)、節(jié)假日負(fù)荷下降、迎峰度夏等典型場景的源網(wǎng)荷儲互動交易［25］。

2）完善分布式交易模式

考慮分布式電源自發(fā)自用、就近消納的特點(diǎn),可在同一臺區(qū)內(nèi)開展就近交易。在分布式主體加強(qiáng)自身平衡和調(diào)控能力建設(shè)的基礎(chǔ)上,根據(jù)分布式主體的隨機(jī)波動性及與主網(wǎng)交換曲線的峰谷特性,推動以責(zé)權(quán)對等的原則實(shí)現(xiàn)交叉補(bǔ)貼、電力平衡服務(wù)等相關(guān)責(zé)任的公平承擔(dān),進(jìn)一步完善市場準(zhǔn)入與價格機(jī)制。

3）探索平衡責(zé)任分?jǐn)偟挠嘘P(guān)機(jī)制

隨著新能源規(guī)?；尤?電力系統(tǒng)發(fā)電側(cè)不確定性顯著增加；新型主體快速發(fā)展,在負(fù)荷側(cè)引入了越來越多的不確定性。在此背景下,為降低源荷兩側(cè)主體為系統(tǒng)平衡帶來的高不確定性,探索新型主體以平衡單元作為市場的基本主體入市以及對應(yīng)的平衡責(zé)任分?jǐn)傆嘘P(guān)機(jī)制,具有非常重要的意義。一方面,由具備售電資質(zhì)、具有靈活調(diào)節(jié)資源的聚合商,與發(fā)用電主體建立平衡單元,作為一個整體提供平衡調(diào)節(jié)服務(wù)并承擔(dān)偏差的經(jīng)濟(jì)責(zé)任,通過平衡單元實(shí)現(xiàn)平衡單元內(nèi)部的自平衡,分擔(dān)系統(tǒng)平衡責(zé)任,極大地降低電網(wǎng)平衡壓力,提高電力系統(tǒng)安全性。另一方面,平衡單元作為交易的基本單元,獨(dú)立結(jié)算且承擔(dān)自身偏差的經(jīng)濟(jì)責(zé)任,可充分調(diào)動市場主體參與需求響應(yīng)的積極性與規(guī)范性。

8 結(jié)語

中國地域遼闊、地區(qū)差異大、能源供需逆向分布、新能源發(fā)展迅猛、電網(wǎng)規(guī)模巨大、復(fù)雜性強(qiáng)。同時,中國電力市場建設(shè)基礎(chǔ)與歐美國家和地區(qū)有較大差別,國際現(xiàn)有的電力市場理論和模式難以直接應(yīng)用,亟須探索一條符合中國國情、具有中國特色的電力市場化改革道路。

復(fù)雜市場建設(shè)環(huán)境使得單一市場機(jī)制建設(shè)難以從根本上解決上述問題,需要基于頂層設(shè)計,從目標(biāo)、時間、空間等不同維度進(jìn)行電力市場的協(xié)同設(shè)計。因此,本文構(gòu)建了適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的目標(biāo)、價值、時間、空間、主體多維協(xié)同的電力市場體系架構(gòu)。圍繞以上維度,提出多維協(xié)同市場設(shè)計思路和核心機(jī)制,通過多維協(xié)同的市場機(jī)制設(shè)計,為建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場、推動能源轉(zhuǎn)型與新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供堅(jiān)強(qiáng)支撐。