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区域电力市场的形成和协调

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早在2017年8月,国家发展改革委、国家能源局印发《关于开展电力现货市场建设试点工作的通知》,选择南方(以广东起步)、蒙西、浙江、山西、山东、福建、四川、甘肃等8个地区作为第一批电力现货市场建设试点。目前,已有多个试点进入了全月结算试运行阶段,然而各省在交易品种,市场模式选择、市场规则等的选择不尽相同,这或许会让市场衔接和统一过程产生制度壁垒。2019年7月,国家发改委、国家能源局在《关于深化电力现货市场建设试点工作的意见》要求统筹协调省间交易和省(区、市)现货市场,并希望通过给出电力现货市场模式和市场组成的备选方案缩小市场设计的选择范围,然而各现货市场试点地区依然存在着多样性,此外,这一意见并未给出具体可操作的区域一体化市场的建设方案和路径设计。

从国际经验来看, 拥有一个单独系统运营商(调度中心)并由一个单独市场交易机构组织的跨多个省的区域市场具有优越性。 此外,保证其他相邻区域市场具有相似的市场设计和运行规则也是非常有益的。缺乏统一的市场设计和运行规则可能导致可再生能源弃电、高成本、而且可能出现经济不足问题――比如, 市场管辖范围内少数寡头企业形成市场力。在其他的文章中,我们已经详细讨论了在更大地理范围内建立多省区市场的益处。在本篇文章中,我们会介绍如何确保相邻市场具有相似的市场设计和运行规则。

从中国现状出发,国家电网和南方电网公司已经在南方、华北、华中、华东、西北、东北区域进行“统一调度和分级管理”的运行方式,拥有比较完善的区域电网网架结构,并在调峰、调频和备用等辅助服务的规则和共享达成一致。这些奠定了中国向多个区域电力市场发展的基础,下一步则是如何建立与区域系统运行相统一的区域现货市场(包括日前电能量市场,实时电能量市场,辅助服务市场)。

南方电网区域是第一个被选作建立统一开放市场的区域。我们在最近的报告中阐述了对于南方电网以及中国其他跨省区域电力市场的建议,认为这些地区理想情况下可以采取类似于美国区域输电组织(RTO)的模式。在这篇文章中,我们主要关注这些未来将要形成的区域市场之间如何有效地进行互动-即区域电力市场之间的协调机制。当然,虽然南方以及其他区域RTO依然处于早期形成阶段– 而区域RTO之间的互动协作(例如,南方区域与相邻华中区域之间的现货交易)在未来几年才会出现。然而,有必要目前就考虑这些问题以便于为今后有效的市场间协调做准备。现在省内现货市场试点做出的市场设计选择会影响到未来区域输电组织之间的协调。在这些方面,美国的经验和教训也许对中国会有启发。

美国区域电力市场的经验和教训

美国在上世纪90年代中期发布了Order 888/889进行电力行业重组,要求电力公司公平开放输电系统,并鼓励形成独立系统运行商(ISO)和区域输电组织。FERC在1999年底进一步出台了Order 2000,这一关键指令旨在继续电力行业改革,通过要求电力公司形成和加入区域输电组织(RTO)提高区域输电网络的技术经济运行效率,更好地无歧视开放电网,增加电网可靠性,完善电力市场。

Order 2000提出了RTO应该具备的特征和界定了RTO的八项功能,对于规范RTO的运行有着必要的作用,为形成透明开放、竞争有序、协调一致的区域电力市场打下了基础。美国的四个RTO(MISO,ISO-NE,PJM,SPP)都有这些基本特征和功能。FERC 在对第八条RTO功能的讨论中强调了RTO之间保持一致的重要性:1)在可靠性方面,例如,可靠性信息共享,潮流管理,输电阻塞的缓解方法,辅助服务标准等,2)在市场边界方面,采取一定程度标准化的跨区域市场标准和操作,包括计算可用输电容量和总输电容量的数据共享,备用资源,机组组合安排方法,以及阻塞管理程序等。当然,这两者相辅相成,可靠性方面的做法会影响到市场如何互相作用,而市场边界的协调也会影响到单个RTO的系统运行。

传统意义上通过完成单个研究课题或者从区域规划层面的轻度协调不足以完成以上两点使命,包括北美电力可靠性协会(NERC)在内的成员认为由于在输电阻塞管理,平行潮流,输电资源的利用,输电成本和规划等问题缺乏一致性,阻碍了向更安全、更高效区域竞争性市场的发展。FERC要求RTO在跨区域甚至在更大的互连网络(interconnections)范围下制定解决方案,各区域市场并不一定需要有完全一样的协调处理方法但是必须在可靠性规则和市场界面的做法上保持兼容性。FERC起初预想在1年内形成有限数量RTO并在之后的两到三年完成其他各项功能的转变和协调,但是进程并不如预期。FERC意识到RTO需要遵守一系列统一的市场设计原则和调度运行规范才能以最小成本促进区域间市场交易。

FERC在2002年7月发布了《关于标准市场设计(SMD)规则制定的提议》,希望在全国范围内通过标准化电力批发现货市场的设计和运行,发挥竞争性电力市场更有效发挥资源配置的功能,形成公平合理的电价。SMD中包含了电力现货市场体系、输电价格、输电规划和扩张、市场监测管理以及长期资源充足性的要求。然而,FERC的SMD规则最终未能实施。这其中的原因有很多是政治性的而不是市场设计本身的问题,例如州政府不想失去对资源充足性、电网规划和电价制定(包括输电成本分摊和堵塞费用)的控制,担心更大范围的电力市场会损害本地消费者利益将其暴露于市场风险,特别是2000-2001年加州电力危机爆发后,一些州的电力市场改革受到影响。另外,国会当时并没有赋予FERC足够的权力来监管SMD相关的内容,无法保证SMD规则的执行。

后来,美国总共形成了四个RTOs(MISO,ISO-NE,PJM,SPP)和三个以州为主的ISOs(CAISO,ERCOT,NYISO),西北和东南的电力公司未加入RTO。从FERC的原本SMD愿景来判断,有七个ISOs/RTOs是一个不尽如人意的结果。而且在2000年代,各个ISO/RTO采取了“自扫门前雪”的态度,把注意力集中在解决自己市场内部的问题,市场之间的协调不足。加上FERC在电力市场之间的协调上缺乏强有力的顶层指导,各方难以达成一致,因此遗留了很多市场“接缝”(seams)问题,也就是由于电力公司、 州或者ISO/RTO市场边界导致的人为电力交易障碍。在2010年代各相邻区域RTO通过签订运行协议和市场交易规范[1],接缝问题有所缓解,但由于美国遗留的问题,电力市场之间的协调依然存在障碍。

尽管如此,FERC原来的RTO提议和SMD中的大部分设想现已广为接受。随着区域电力市场的成熟,可再生能源比例的提高,电网技术的更新,越来越多电力公司加入了RTO,美国西部大部分的电力公司已加入CAISO为系统运营商的电力平衡市场(西部EIM),东南区的电力公司也正在探索形成一个东南EIM。美国不同电力市场的设计也在逐渐规范和融合。这些进程证实了通过区域电力市场的形成和市场和市场之间的连接,能够为消费者带来更大的经济和环境收益。

对中国的启示

中国发改委和能源局在年初印发《关于推进电力交易机构独立规范运行的实施意见》的通知,提出了建立区域电力市场和全国统一电力交易组织体系的总体目标,明确了交易机构、市场管理委员会和调度机构的职能定位。为了更好地支持电力体制改革,完成零碳清洁的电力市场转型,需要在形成区域电力市场过程中考虑实施规范化的电力市场设计,避免中国在区域市场一体化的进程中遇到类似于美国的市场协调问题,中央的政策制定者需要在市场规范设计方面给予更多的指导,地方政府可以在各利益相关方(例如,市场主体以及电网公司和交易机构)的参与下完成具体电力区域市场形成和组织协调方案。

基于国际经验,我们在最近的报告中提出了区域RTO应该具备的基本特征和功能:

  • 统一和有效的区域输电成本分摊方法,制定一套单一的区域规则,在区域内各省分配现有和新建输电基础设施的成本;
  • 统一区域输电规划过程,确定可靠、经济和满足政策目标所需的输电投资;

一个单一的区域系统运营商和市场运营商,监管统一区域现货(电能、辅助服务)市场。

在此前提下,各区域电力市场之间应该有可参考的市场设计标准,特别是关注:

  • 电力系统运行和电力市场管理的协调,包括区域市场之间对于日前机组安排,机组组合,备用设置,实时调度和市场结算的具体流程和规范。
    • 市场组织程序–各区域市场应该有基本一致的市场组织程序,包括日前机组安排和备用采购,日内可靠性机组组合,实时市场、调度和最后的调频。
    • 市场时间顺序—确定统一的时间点,包括日前市场开停,备用采购(运行备用,调频),日内机组组合流程,实时市场开停,发布调度信号,结算。
  • 阻塞管理—区域市场之间在确定输电节点/区位边际价格节点的规范化,以确保节点价格在市场边界上保持一致性,方便阻塞费用的分配。
  • 资源充足性机制—如果相邻区域市场存在不同的市场模式则需要更多在满足长期资源充足性要求方面加强协调,例如,最近加州的电力紧缺就出现了类似“资源共享”的问题。
  • 市场监测和市场力缓解—协调市场监测,制定规范的市场报价限制和市场力缓解措施,避免产生不经济的后果。例如,如果一个市场有更严格的价格上限,发电商可能就会拒绝参与本地市场而转向参与省外市场。
  • 输电成本分配和输电规划—确保各区域RTO进行合理的输电规划,在跨区域输电的建造和成本分摊上面达成一致。按月或年(而不是在每度电交易的基础上)向各区域RTO分摊这些跨区域输电成本。
  • 其他交易支出和费用—各区域市场应该在其他交易支出和费用上相协调(例如,电力交易机构额外收取的费用等),从而不人为制造市场交易障碍。

国际经验表明,在已具备运作模式的市场之间建立协调机制的困难重重。中国可以综合以上几点考虑,把握机遇,在区域市场建设初期将市场间协调问题提上日程,为全国统一电力市场的建设打下基础。

[1] 例如,PJM和相邻市场签订了运行协议和市场交易规范,见https://www.pjm.com/markets-and-operations/energy/market-to-market.aspx