刘学：电力市场的原理、变革与关键问题

电力市场的原理、变革与关键问题清华大学能源互联网研究院刘学内容有羊大学计划模式下的电量计划分解计划的预测全网计划的预测全网新能源发电量新能源发电量计划模式下，电网公司负责电能统购统销，预测全网年度用能需求，扣减预测的新能源发电量后，再基于政府拟定的规则，大致平均分配给所调度的各个电厂，得到各电厂的年度利用小时数34计划模式存在的问题计划约束公开性不足决策有随意性高效机组的经济性与节能性难以发挥，牺牲了社会福利，增加了全社会生产成本均衡分配本质上是一种“大锅饭”式的平均主义，严重影响电力系统的运行、投资效率计划模式存在的问题影响新能源消纳发电空间锁定有第大学公开性不足决策有随意性公开性不足决策有随意性6计划约束出力稳定高效运行频繁调整开停时间公开性不足决策有随意性7分配电量市场模式的变革与改进分配电量中长期交易促进竞争现货市场优化系统运行市场流程公开透明价格火电价格高成本火电高成本中成本中成本火电低成本低成本出力火电出力开展竞争量合约，打破“平均主义”,从整体上降低系统的发电成本，创造并向用户让渡红利有革大尝市场模式的变革与改进中长期交易促进竞争优先轨行中长期交易促进竞争发电计解社会福利最大化优化系统运行市场流程公开透明优化系统运行市场流程公开透明以在最大程度上挖掘系统消纳清洁能源、降低发电成本的潜力，消羊大学市场模式的变革与改进中长期交易促进竞争优化系统运行市场流程公开透明1w-Nmin·市场模式下，电能生产与交易结果是基于每个机组和用交的申报信息，基于“公开”的优化规则计算生成的，最大程度降低了人为因素的影响，保证了公开性平台，定期公开市场运行信息，使得生产交易过程可追溯、可监管，确保了透明性内容02电力现货市场原理03适应新型电力系统的电力市场电力现货市场与中长期市场的差异清第大学组织，包括：年度、月度和周，交易标的物主要是电量·主要功能是：大致匹配市场供需、锁定电能价格、纾解价格波动风险等·电力现货市场是在“日”以内的时间尺度上，即：日前、日内和实时，实现电能量与辅助服务交易的市场，交易标的物具有电力属性，本质上是每个小时的平均发/用电功率的价格信号、促进新能源消纳、提升运行经济性等电力现货市场以“一日”为交易周期消年大学电网调度提前一日计划下发机组可据此适度的提前量·电力系统的生产运行以“一日”为周期进行安排·电力调度机构通常需要提前一天完成调度计划安排，并通知给各个机组·考虑到电力机组的实际运行特性，启动与停机通常需要以天为尺度·电力系统运行的边界条件(负荷、新能源出力)等信息，在提前一天时已经可以获得相对较高精度的预测值中长期合约需分解后参与电力现货市场分解方式1分解方式2时间有第大学·电力现货市场一天中包含多个交易时段，每个交易时段具有相同的时长，而每个交易时段的出清电价有所不同·由于中长期合约通常以电量为标的，若以原始合约形式，无法明确每个时段对应的电量·为了确保交易的正常进行，需要在现货市场运行之前，将中长期合约的电量分解至每个时段，即电力合约曲线有第大学中长期合约在现货市场的分解模式需要双方一致分解方式1:协商分解分解方式2:统一分解发电发电企业事后大用户电量合约大用户交易中心电量合约交易中心电力·中长期合约的分解模式需要供需双方达成一致，通常采用以下分解方法·协商分解：双方内部协商一个统一的电力分解曲线，规定交割点，提交给交易中心·统一分解：双方不自行协商分解，而是将电量合约交由交易中心，由交易中心根据系统标准负荷曲线进行分解，供需双方基于分解结果执行结算消第大学电力现货市场中不同的中长期合约处理模式·物理合约：电力合约曲线在现货市场中需实际执行，现货市场优化的是增量空间·差价合约：电力合约曲线在现货市场中无需实际执行，现货市场优化的是全电量空间·由于物理合约限制了优化空间，可能造成系统供需比扭有第大学电力现货市场的报价投标形式市场成员投标发电侧提交的分段出力-价格曲线用电侧发电侧提交的分段出力-价格曲线用电侧提交的刚性需求分段用电-价格曲线线作为自身的投标，向交易中心提交求，包括：申报分段用电-价格曲线、刚性的用电需求等国际市场的实际数据澳大利亚市场，某燃煤机组在2017年11月21日的报价电力现货市场的市场出清过程(无约束)发电厂。用电侧报价单调递减，堆叠可得系统需求曲线电力现货市场的市场出清过程(无约束)时间时间时间电力现货市场的市场出清过程(无约束)有第大学hahmtnmm·因此，日前市场与实时市场的出清结果(电价、电量)通常会存在一些偏差消羊大学电力现货市场的结算价格·机组在日前市场将形成中标曲线，本质上是在中长期电力曲线之上的偏差(可正可负),均按照日电力现货市场的市场出清过程(有约束)消菲大学·事实上，在电力市场实际运行中，需要考虑电力系统运行的特殊物理性质·电力系统中各条线路具有传输功率上限约束，如果达到上限，则称为“阻塞”·由于阻塞的存在，难以根据无约束出清结果运行系统，需要在考虑物理特性的基础上进行优化，出清电价和出清容量都会发生一定的变化成本出力电力现货市场中的节点电价需求需求成本200元成本200元B出力B出力出力出力有第大学成本成本300元·节点边际电价：该点增加1单位的用电，为系统增加的整体运行成本·当系统出现阻塞后，为了应对某节点的功率增加，可能需要多个不同节点的机组联合调整，从而造成为了不同节点不同的边际电价200元出力电力现货市场中的节点电价需求需求成本200元成本BAB出力出力出力消年大学需求需求阻塞成本300元B出力B·需求总支付为(30+10)*200=8000元，发电·需求总支付为10*200+30*300=11000元，发电总收入为40*200=8000元，阻塞盈余为0总收入为40*200=8000元，阻塞盈余为3000元·系统出现阻塞时，市场中出现阻塞盈余，反映了线路容量价值的稀缺性电力现货市场中节点边际电价的意义消第大学实际数据潮流流向价格信号叭间价值价高出20%电力现货市场中的辅助服务消菲大学功率调频容量上备用调频调上备用调频调用曲线系统需求曲线下备用机组最小出力总和服务的市场交易进行联合考虑，提高资源优化配置效率蒙西四川山东浙江山西甘肃广东我国电力现货市场的进展4月多周多周4-5月一4-6月1月起择机>加州>加州ISO于2014年11开始建立EIM市场，先后将西部8个州及加拿大部分地区的平衡资源纳入市场>各个区域实体自愿参与EIM市场，并保有控制权和调度权美国电力现货市场的深化建设进展消第大学·考虑接纳更多元化的资源进入市场·更广泛地寻求资源互济以应对挑战>各ISO需设计储能参与能量、容量、辅储能助服务市场的机制>与周围市场推进市场间交易的线路建设外来电与机制设计>需求侧资源可参与容量、辅助服务、能量、紧急需求响应等多种服务·采用更精细化的市场运营模式提高效率>MISO>MISO在考虑将日前的24时段出清变为96时段出清前看”调度，评估次日的市场运行清尺度“向前看”调度宫空·创新市场交易机制以应对电力系统的变化灵活性爬坡产品灵活性爬坡产品(FRP)市场主体数量剧增、类型更加多元化有第大学储能、充换电站等各类资源，推动“源荷互动”,市场主体数量显著增加、类型丰富。预计到2025年：预计到2025年：预计到2025年：世界每年新增的分布式储能发电量将达到620万千瓦时，较当前水平增长5倍。响应容量7680.66万干瓦应容量4457.71万干瓦市场形态：将形成多层级电力市场体系市场场省市场场市场市场市场市场标的：辅助服务品种极大丰富消羊大学·除了传统的辅助服务之外，随着可再生能源比例的不断提升，其具有的出力间歇性、无惯量等特性，也促使电力市场加入更多新的辅助服务品种，来应对其带来的运行挑战·灵活爬坡(15分钟快速调节处理的能力):为系统在本时段预留出足够的灵活调节的空间，以确保系统可调出·转动惯量(秒级响应频率波动调节能力):要求系统在线机组的总惯量满足系统运行安全需求，以保障系统在频率波动时有较好的响应和恢复能力。英国已在探索相关的市场化机制，在未来新能源比例提升导致系统惯量市场标的：消纳责任权重核定与绿证制度建立uu明确责任主体提出奖惩措施明确责任主体提出奖惩措施2.国家发展改革委国家能源局《关于2021年可再生能源电力消步做好新增可再生能源消费不纳入纳责任权重及有关事项的通知》改能源〔2019〕807号)(发改能源〔2021〕704号)号)(发改运行〔2022〕1258号)·售电企业和电力用户承担消纳责任·确保完成2025年消纳责任权重预期目标·绿色电力交易与消纳责任权重挂钩·做好消纳责任权重实施与电力交易衔接·完善数据对接与核算、加强绿证管理市场标的：绿色电力已成为独立交易品种消革大学项产业区代用户项产业区代用户密密市场化电力用户价值和运营成本绿电电能价值十二■外/吠兄·以眼相藏色直1…用■外/吠兄·以眼相藏色直1…用市场标的：电力市场与碳市场运行耦合消羊大学以气候与能源协同治理为方向，推进电力市场和碳市场的交易产品、管理机构、参与主体、市场机制等要素深度融合，对能源生产使用方式减排降碳，激发全社会消费绿电动力，实现目标、路径、资源的高效协同。欧洲碳排放强度国内碳配额有偿分配标准：燃煤5%、燃气1.5%欧洲：20%、70%(2020年)、100%(2027年)国内碳价：平均50元/吨欧洲碳价：平均20欧元/吨燃煤发电成本增加：4分/kWh燃气发电成本增加：2分/kWh随着碳配额的收紧和有偿分配比例扩大，碳价将持续上涨，推升火电度电成本。消年大学交易量：现货市场交易量不断放大·高比例新能源的新型电力系统中，由于风光等电源具有不确定性和难以提前准确预测的性质，因而难以提前确定发电量以参加中长期交易，其特性更适应于包括日前、日内的现货市场；·现货市场通过分时价格信号反映市场实时供需，其重要性在高比例新能源系统中将不断提升；·美国电力市场(PJM、CAISO等)普遍采用现货市场全电量出清的模式；15国27国7国14国欧洲市场中现货交易占总用电量比例tuaufv交易量：分布式交易比例将进一步放大随着分布式主体的增加，分布式可再生能源和用户将在配电网内直接交易，供需就地平衡。与此同时，分布式资源交易占整体交易比例将明显放大。49.3%的新增光伏(约为5亿干瓦)交易量：辅助服务需求进一步增加有羊大学