9659澳门新葡萄娱乐场app观察室|电力市场如何运行(上)
2022.04.19

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一、为什么要有电力市场?

电力系统的运行牵扯到很多问题和决策,比如明天哪些机组能发电赚钱、价格是多少,比如2小时后电不够用了哪些用户能用电、价格是多少,比如五年后新建的电厂要建在哪里……这些问题目前都是由政府来集中决策,电力市场则试图用经济学原理让每个参与者来分散决策。我们日常见到的商品市场和服务市场都是分散决策的,相比集中定价和集中决策,分散决策可以提高运行效率和整体社会福利。

不同于商品,电力系统具有实时平衡、传输阻塞、安全要求高等特点,无法像商品市场一样集中存储、分散买卖,因此电力市场需要特别设计。

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二、是否存在一个完美的电力市场?

美国联邦能源管理会(FERC)在2001年提出了标准电力市场设计(Standard Market Design, SMD)供北美各个电力系统采用,我个人感觉还是比较完备的。

1、SMD要解决的第一个问题:电价应该是多少?

SMD认为,每个用户都应该申报每个时间需要的电能以及能接受的最高价,每个机组都应该申报每个时间的期望发电量和成本价即最低价,之后由市场出清电能单价,凡是出价高于该单价的用户都能用电,凡是出价低于该单价的机组都能发电,而出清的目标就是社会福利最大。

【经济学家认为:单个用户福利=(用户能接受的价格-出清价格)*电量;单个机组福利=(出清价格-机组能接受的最低价)*电量;社会福利=每个用户的福利之和+每个机组的福利之和。】

围绕这个理念,SMD设计了实时电能市场,从而决定每个用户和机组在每个时刻的电量和电价。

2、SMD要解决的第二个问题:实时电能市场中电价波动太频繁。

为此SMD设计了中长期电能市场和日前电能市场,方便机组和用户进行双边协商或者集中招投标。如果用户在日前市场买的电不够,那他也可以在实时市场按照实时电价购买差值,承担价格波动的风险。

3、SMD要解决的第三个问题:如果机组和用户已经达成了买卖意向,但电网输送能力不够怎么办?

为此SMD引入了节点电价,让越限支路的受端价格比送端价格高,以鼓励受端的机组多发一点电、用户再少用一点电。

同时为了让用户对冲支路越限时被迫接受高价买电的风险,SMD设计了金融输电权供用户投标购买,一旦中标且支路越限了,那用户就可以获得节点电价的差值补偿(即用户实际支付的是出清价格+金融输电权拍卖价格,而不是节点电价)。

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4、SMD要解决的第四个问题:电网实时安全。

SMD建议实时电能市场在1小时前关闭,比如4:00后无法修改5:00的报价(如果5:00时某用户实际消耗了比计划更多的电,则按5:00的实时价格来支付这部分差额电量)。

实时电能市场一旦关闭,电力系统的决策权就从市场转移到了调度,调度可以通过招投标的方式来采购/调用各类辅助服务来保证电网实时安全,比如调频服务(电网频率必须保持在50Hz,如果频率低了那就让机组调整出力)、调压服务(电网电压必须保持在一个范围内,如果超过了那就要机组进行无功调节)、调峰服务(用户实际比计划多用电了,那就让机组临时多发电;比较精妙的是,SMD把调峰设计成了电能市场中的机组经济运行区间参数而不是单独的辅助服务)等。

5、SMD要解决的第五个问题:电网远期安全。

显然在电能市场中,机组越多价格越低,这就造成没有发电企业愿意新建机组,因此SMD设计了容量市场。只要一台机组承诺未来会在线(不管是新建机组还是已有机组),就能在容量市场获得回报,从而保证在未来有足够的机组;甚至是线路也能参与容量市场获利(理论基础是:线路增加了区域互联,从而降低了安全需求)。

当然SMD还有很多内容,比如调度机构独立、市场机构独立、输电网垄断、配电网分区域垄断、利用节点电价差额鼓励盈利线路等等。但是很可惜由于政治原因,2004年SMD被迫取消(各个州担心联邦机构权力过大)。

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三、世界各国电力市场为什么不完美?

FERC制订SMD,其实是想把美国最大电力平衡区域PJM的成功经验推广出去,所以SMD是否完美就看PJM实际运行情况就好了。事实有点打脸:

1、SMD试图挖掘电力的商品属性,系统缺电时就用高电价来吸引用户少用电,或者去阻塞少、节点电价低的区域用电。实践证明,美国电价太低了,所以绝大部分用户都基本没有需求弹性,不会根据电价波动来调整用电行为。少有的极端情况下(比如2014年美国极地涡旋),超高的实时电价最后也由于政治原因被分摊给了所有用户而不是实时市场用户。

2、同理SMD试图用缺电时的高电价来吸引机组投资,但一来缺电机会太少了,二来缺电时报高价很有可能会招来新闻报道(以及后续的滥用市场力调查和政治压力,毕竟用电更像一个公共服务而不仅仅是商品服务),三来市场参与者的负荷预测能力远远低于电力市场之前的一体化电力公司,因此机组裕度反而下降了。

3、前面说的市场机制其实都是批发市场的机制,参与者包括大机组、大工业用户、售电公司,而小用户则无法参与。一方面,小用户都没有经验和余力,也雇不起专业人士来参与电力市场的复杂预测和报价,更承担不起实时电价的波动风险;另一方面,小用户的电量太少没有议价能力,电力市场的优化出清引擎显然也无法容纳这么多用户。因此工商业和居民等小用户只能通过售电公司进入市场,而且签订的也大都是固定分时电价合同(和电力市场前差不多),售电公司同质化竞争非常严重,规划中的差异化竞争、技术创新、模式创新一直没有到来。

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世界其他几个主要电力市场也都有各自的问题:

1、欧洲的电力市场:由于担心节点电价过于复杂且预期阻塞不多,因此欧洲电力市场采用统一出清电价。一旦出现阻塞则由调度员手工调整,这种非市场行为让很多机组都会刻意制造阻塞然后等待手工调整赚钱,这反过来倒逼调度员预留更多备用,降低了系统效率。欧洲也没有引入实时电能市场,而只是引入了了日内电能市场(精度更低波动更小,且只限于各国内部),但绝大部分电量都在欧洲整体联动的中长期和日前电能市场都交易完了,因此价格发现能力有限。

2、英国、澳洲的电力市场:均未引入节点电价,机组报量报价,用户仅作为价格接受者。显然这种机制下的非市场行为更多了。

总体看来,电力市场的确没有那么神奇,毕竟电能兼具公共服务和商品的属性,很难完全交给市场决定,电力系统和电力市场的运行往往都能看到行政大手的参与。即便是电力市场最先进的美国,51个洲都只有23个有电力市场,而且很多都没有SMD那么完善,另外28个洲均还是发输配一体化电力系统。

虽然电力市场有很多初衷(提高效率、避免浪费、保障安全、引入竞争、鼓励创新),但实际运行下来真正的好处只有两个:一是发电公司自负盈亏了,所以他们会小心翼翼地避免故障且减少检修;二是政府终于可以避免制订电价这种吃力不讨好的事情了。

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四、中国电力市场目前处在哪一阶段?

下期预告:中国电力系统的市场化其实比欧美更困难。

 

五、新能源来了!

下期预告:新能源存在波动性、随机性问题,使得电力市场很多规则不适用。可是一个电力系统如果以新能源为主,那电力市场一定是必选项。

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