数字化背景下的欧洲电力市场及商业机遇

数字化背景下的欧洲电力市场及商业机遇让我们集中在宏观的角度看待数字化分散在微观的角度看待电力市场德国廖宇开场白：每一页都可以变成1小时甚至1天的扩展交流中德创新联盟碳中和专委会副主任曾任沃太能源战略副总CSO泰豪集团副总裁&首席技术官贵安配售电公司董事兼副总清华海峡研究院智慧能源研究中心主任德国华人新能源协会主席及创始人曾在德国柏林东德电网公司、苏州供电局、德国西门子公司工作，拥有20多年以上中德电力系统工作经验。主要工作领域为新能源数据分析与可视化、电力交易监管、智能电网及能源互联网系统设计。“能源”“新浪财经”“财新”“南网能源观察”等知名杂志专栏作者，是能源互联网与售电领域知名的推动者和实践者。2016年率海外团队回国加入能源TimeofUse（TOU）TimeofUse的用电资费的电价按时间定价。电价根据历史数据制定，电价可以按照季节变化，周变化，每天的时间变化。CriticalCriticalPeakPricing（CPP）对于动态电价CPP，虽然部分电价价格已经长期制定完毕，但是电价价格对应的精确时间点仍然是未知的。精确的与时间绑定的电价会在比如24小时之前才公布，甚至是实时的。供电公司通过这种动态电价可以设定某个时间点的电价明显高于其他时间点，所谓尖峰电价。CrititalPeakPricingwithRebate（CPR）。与CPP不同，当尖峰电价出现时，CPR不是给予一个高额电价，而是对于降低负载的用户给予一定的补助，激励其减少负荷，从而帮助电网减少拥堵。RealRealTimePricing（RTP）实时电价是最灵活，变化最多的一种电价形式。每时每刻的电价都会随着市场波动而变化。卖电能还是电力？•各种电力市场的交易维度只有•各种电力市场的交易维度只有两个：kwh电度能量，kw电力（包括容量和备用、正向负向电力）•调频市场提供kw电力，属于电力系统的隐性运营成本，新能源比例越大电网的调控维护电网频率稳定的成本越大，因此用市场方式给出最高的报价激励新能源参与的诚意•不管具体的规则如何设计，调频市场对于电池储能可以给出3-5倍利用峰谷价差充放的回报，但是利用次数不确定，所以需要算法策略和适应各国具体条件的硬件软件利相比，储能参与调频有价格和技术领先的双重意义，对于上市公司交流电网的核心是频率和电压，所以消纳新能源的重点、电力市场的设计难点、输配电网运营的分界点都在此二点。欧洲各国电力市场及电价的对比欧洲各国居民电价研究对比欧洲各国电力市场及电价的对比欧洲各国居民电价研究对比欧洲各国电力市场的差异性•2021年，欧洲风能和太阳能发电（•2021年，欧洲风能和太阳能发电（547TWh）的总发电量首次超过天然气（524TWh）•欧洲的可再生电力继续扩张，过去两年平均每年增长44TWh（太瓦时）。自2019年以来，超过一半（52%）的新增可再生能源发电替代了天然气发电，三分之一替代了核能，而只有六分之一替代了煤电。•2021年12月，使用天然生产的电力成本（包括相关的碳价及变化的运营成本）平均为255欧元/兆瓦时。这几乎是2020年同期的七倍。因此，电价随之飙升。TheTheEU’s2030climatetargetof–55percentrequiresacompletecoalphase-outinthepowersystemby2030.德国与欧洲的电力格局:TSOSysteminGERandEU德国德国2011年左右将输电网络从四大能源集团分离开来奠定了如础欧洲国家输电网调度、交易市场独立功能功能FunctionOperatingMarket美国各州，加拿大,Canada各州/区独立调度中心ISO新加坡Singapore新加坡能源市场管理局-电力系统调度组EMA-PSOD能源市场公司国家电网公司NationalGrid阿姆斯特丹电力交易中心APX法国France法国输电调度中心法国电力交易所Powernext欧洲电力现货交易所EPEXSpot德国Germany四大输电网公司各有调度中心FourTSOs欧洲能源交易所(EEX)北欧NorthernEurope(丹麦、瑞典、挪威等)各国输电公司StateTSOs北欧电力池输配分开后的生存模式:BusinessDevelopment管道化运营输配分开与电信网络系统的虚拟运营商开放高度类似Source:BDEWwww.xinnengyuan.deSource：周滢垭，严骆锴，张润，等.德国分布式能源发展及其对电价影响[R].魏玛：德国华人新能源协会，2014.调频市场在各国的复杂定义和作用时间定欧洲已经对原来的一次二次经典调频定义做了重新修订和升级规定欧洲已经对原来的一次二次经典调频定义做了重新修订和升级规基荷调整基荷调整无功服务强制频率一次调频二次调频高频响应短期运行备用事故备用快速备用旋转备用频率响应平衡机制常用辅助服务需求侧频率控制•确定对冲范围、方式•确定交易范围、方式•年、季度、月生产交易支持（现货、期货）•电网中期运行交易•通过对不同场景进行风险评估•市场/销售通道、分配渠道规划•通过对不同场景进行风险评估•周生产交易支持（现货、期货）•现货市场/交易建议•衍生/期权交易（现货市场看涨/看跌期权）的建议与规划•生成竞价/电力交易•辅助服务生成竞价•结合辅助服务/现货市场规划•电网运行短期交易•市场平台透明度报告•再次调度、规划•日内交易（已有订单）•天然气管道传输容量或跨洲电力容量再交易•现货市场交易点建议、规划•储能容量再交易德国有2700多个平衡结算单元，各平衡结德国有2700多个平衡结算单元，各平衡结算单元的平衡责任方（BRP）负责确保平衡结算单元内的电力平衡，一旦产生了不平衡，就要在平衡市场中购买平衡服务虚拟电厂不是调度2.021•集合CVPP、TVPP、发电端和需求侧虚拟电厂的综合体，并最大限度发挥VPP的技术和模式•整合各类中小型的光伏、风能、水利发电、生物质能、热泵和热电联产等分布式设备•结合电热或者电气储能，连接电网、热网和气网的设备实现能源转换，并且引入灵活负荷进行统一的管理•同时也为电网提供辅助系统服务比如通过提供调频支持参与电网运行•已大范围商业化，主要应用场景为通过电力市场的灵活电价，引导电厂管辖内系统优化发用电成本，优化交易收益•已形成了完整的市场生态链和商业模式，并已经历了第一轮市场整合上游下游设备生产商软件生产商系统平台集成虚拟电厂运营上游下游设备生产商软件生产商系统平台集成虚拟电厂运营商新能源发电商负荷集成商别不稳定:从9点45到10点和10点到10点15期间电电力市场对消纳新能源挑战的作用已经获得验证且远大于技术的作用如何如何以最经济方式处理可再生能源发电的不确定性是最大的问题运行问题和时间范围运行问题和时间范围新能源的特点反而给市场带来很多机遇：调调频备用市场需求侧响应…容量市场风电期货碳达峰之后的未来能源形态：风光氢储充一体化一次能源2030年的新一代能源系统是由风光氢能构2030年的新一代能源系统是由风光氢能构成的零碳能源生产体系和绿氢绿氨用电户构成的储充用一体数字化控制优化的消费体系2030年碳达峰以前：数字化帮助建立碳达峰模型，2030年碳达峰以前：数字化帮助建立碳达峰模型，对如何描述、控制碳排放建立起可量化的模型描述，在提前时间达峰和消减峰值总量两个维度进行优化决策，智能化实现能源生产系统的交互。2030年后走向碳中和：人们不再考虑如何处理二氧化碳及其他废弃物，而是将其所有产物均视为可交易的用于创造经济价值的资源，去形成新的合作伙伴关系和市场。 统一数据接入和管理风光资产发电能力评估风光资产发电能力评估气象/功率/价格预测短临预报短期预报中期预报风速/短临预报短期预报中期预报风速/辐照订正超短期预测超短期预测短期预测中期预测统计分析电量价格预测碳市场价格预测效益分析电量价格预测碳市场价格预测效益分析电量交易与碳交易数据共享和服务化FFFFR和DC的价格总体上升英国比利时西班牙德国澳洲期货市场1.主要是中长期双边场外双边（OTC）交易。2.有特定季节期货种类。3.所签订的电力合同约占据90%左右4.交易的电价很大程度上会受燃气电价影响。1.以时间维度来说，以季度合约最为活跃；2.以种类来说以基荷合约最为活跃。3.其电价受日前系统和分区边际电价影响。1.以中长期合约为主，但整体活跃性很高。2.以时间维度来说季度合约更活跃。3.参与期货市场的各个买卖方都是匿名的。4.其电价受日前系统和分区边际电价影响。1.期货交易分场外和场内交易。2.是全欧洲最活跃的期货交易市场。3.交易交割方式主要是以金融交割进行。4.其电价受日前系统和分区边际电价影响。1.期货交易品类没有划分的很细，没有日的期货交易。2.交易交割方式主要是以金融交割进行的。3.交易电价受实时区域结算电价影响现货市场1.分日前、当日、实时平衡市场（替代实时市场）2.现货市场总体价格呈现下降趋势，且负电价频次较少1.分日前和日内市场2.现货市场的电价总体是下降趋势，而且负电价频次出现的较高3.竞争较少1.分为日前和日内市场，日内再分为日内拍卖和日内连续市场2.现货市场价格呈现微弱的上涨，且负电价较少出现3.竞争较少1.分为日前和日内市场。2.价格常年是欧洲最低的，而且负电价出现的频次极高。1.仅有实时市场，采用节点边际电价出清。2.以基于节点边际电价计算的区域电价作为实时市场结算价格。容量市场独立于电力市场之外，根据及建议容量进行交易。其有二级市场。今年四月刚刚进行测试运行，还未正式投入。拥有容量市场，但该制度正在经受各方的质疑，因为本身产能过剩且不符合欧盟相关规定。没有容量市场。没有容量市场。辅助调频市场41.调频市场比期货和现货市场活跃。主要分三种调频产品：MFR、FRR、和DC。43.现有的调频产品（DC要取代FFR）正处于迭代更新阶段，使得整个调频市场有较好的竞争环境。4.新的调频产品完美适配储能，且市场竞争不激烈。1.分为三级调频（FCR、aFRR、mFRR），FCR和aFRR的价格相对较高（比英国高）。2.FCR和aFRR都向储能开放了端口。3.拥有调频二级市场。4.计划推出类似于英国DC一样的快速响应调频产品。1.分为三级调节（FCR、aFRR、mFRR）和置换储备（RR）。2.在调频方面向上调节的电价要高于向下调节。3.整体辅助调频市场对储能的参与接受度比较高1.分为三级频率控制，分别对应欧盟的FCR、aFRR、mFRR。2.调频价格整体上在欧。洲比较高。3.市场趋于饱和。1.调频分为修正调频和恢复调频，其中恢复调频分四种产品。整体调频又分为向上向下两种，因此调频产品较多。2.调频价格比较可观。3.市场竞争比较激烈。德国VPP示范项目–EnBW分布式区域电厂号配电网调度主动用户区域电力市场–为整个大众集团德国工厂提供综合能源和交易服务（大众、奥迪、保时捷、斯柯达）–总用电量45亿度，自发自用30亿度能源数据管理基于区位生产及需求的负荷预测SCADA过程系统，基于监测与控制的实时负荷管理针对多种能源产品进行优化和市场交易用户：13个解决方案用户（8个用户层5个管理层）RealtimemanagementofpowerdemandandsupplyinnationalbalancinggridLongtermtradingShorttermtrading„Directmarketing“BalancingpowerfortheTSOBalancingbalancegroups(autarkyconcepts)(PV-solutions)(currentlynomarketmodel)-从数据采集到结算Communication-network~300MW~15TWhPage35•德国电力市场与其他国家最大的不同在于对大比例新能源并网的考虑，充分考虑了分布式新能源电站大量出现后的电力市场特色，不仅特别设定了直接上网和间接上网的新能源参与市场交易的特例，也利用平衡结算单元和虚拟电厂等技术经济手段充分考虑了新能源的并网消纳。•德国的调度中心并没有独立成ISO，也没有和交易中心合并，而是单独保留在电网公司内部。德国范围内四大输电网公司拥有共享的调频市场，这是德国电力市场设计最大的特色。•交易中心EEX独立设置在莱比锡，包括天然气与碳交易，是多股东合资公司包括电网公司。•2015年德国决定不设立容量市场，升级到纯电量市场EnergyOnlyMarket2.0，应对火电下降。•调度与交易的机构设置围绕特定的工作内容展开，可灵活设置的前提是董事会授权与监事会监管•平衡结算单元、虚拟电厂、分布式接入比例高，应当是德国电力交易体制最大的三个特点英国市场：虚拟电厂不只是频率响应或调频市场竞价程序ROCOFROCOF变化的变化的变化英国火电少英国火电少，以气电为主，快速震荡越来越多。30S以下甚至1S以下的频率快速英国调频市场–故障前和故障后频率响应区分动态压制动态缓冲MandatoryFrequencyResponse频率改变功率输出动态遏制DynamicContainment：-可以在1s内进行相应-只有当频率移动到运行极限（+/-0.2Hz）之外时才会激活-日后可能会取代其他频率响应产品-暂时只有低频响应（直流）-暂时容量只有500MW-参与者通过考试和审核后接入ESO发布的API就可以参与英国市场–市场规模与用户侧参与DC供应类型：DC供应类型：电池英国调频市场正处在迭代更新阶段，DC将取代FFR，DC完美适配储能参与且目前竞争不激烈英国日前电力市场价格需要一种能够集合和协调各种分布式发电单元、灵活负荷以及储能设备，并能够直接需要一种能够集合和协调各种分布式发电单元、灵活负荷以及储能设备，并能够直接参与电网运营和电力市场交易，优化资源配置和提升经济效益规模的集合单位智能配电售电工程分布式储能电动汽车发电交易输电配电售电工程化石能源发电可再生能源发电智能输电附加服务分布式发电需求侧管理大型储能/多能协同发输配送一体虚拟电厂交易40重点关注：实时在线、双向交互的数字化需求火电工业用电传统电网火电工业用电配电变电输电配电变电输电水电居民用电水电居民用电调度调度火电输电变电水电配电新能源智能调度火电输电变电水电配电新能源智能调度41工业用电工业用电居民用电居民用电风光储风光储能量流—心信息流发挥储能在电力系统中的重要作用，在电源侧实现各类电源的灵活可控，在电网侧维护电网稳定安全，提升电能输送能力，负荷侧进行分布式能源本地消纳、积极响应电网需求互动。电源侧：灵活控制电源侧：灵活控制电网侧：安全稳定负荷侧：智慧互动能量时移和辅助服务是美国主要的储能场景。加州市场主导能量时移、能量时移和辅助服务是美国主要的储能场景。加州市场主导能量时移、工商业与家用储能需求，全美累计装机中65%能量时移、87%工商业以及78%家用储能装机集中在加州。德州、PJM以辅助服务装机为主，全美辅助服务累计装机中占比分别为25%和40%。•澳洲有全世界最复杂最全面的辅助服务市场FrequencyControlAncillaryServices(FCAS)，甚至还有提供无功支持的voltagecontrolancillaryservices(VCAS)，澳洲还有负电价和大量新能源电站，电池储能在这一领域的使用引导全球。•英国的30S以下的快速频率响应的设计迭代很快，价格很好，除了FCR和FRR，还有DC、DM、DR，电池储能目前在英国的发展正当其实。•比利时、德国、日本、西班牙随着新能源比例的提高日益注重频率响应的市场设计和科技示范项目。在没有电力市场、辅助服务市场的国家，电池储能参与调频依然可以作为电网付费的特殊补贴性项目来进行。调频市场在各国的机会与未来•欧洲正在构建一个用于提供快速频率响应以维持电网运行频率的跨境平台，2022开始各国进入倒计时。30秒以下的快速频率响应不再是一个模糊的、牵强的存储收入机会。电池储能调频目前正在比利时、法国、德国、瑞士和许多其他国家开发，“先到先得”依然奏效。英国的调频市场设计最领先、最活跃。+•户用储能需要通过一个云平台联合起来再加上合理的策略并利用EMS管理平台统一监控和控制，这个平台如果要变成统一的全球化AI大数据平台，就必须有全球电力规则库、全球各地气象预测发电预测++•兆瓦级工商业储能参与调频市场多为重点示范项目，可包括电化学储能、氢储能、相变储能、飞轮储能、压缩空气储能、液态空气储能、重力储能等。MW级储能参与调频最成功的就是2021年投产的英国门迪100MW项目参与DC市场，华能投资阳光电源供货•英国的FCR（FRR）市场与澳洲的FCAS市场是目前全世界范围内最有参与价值的快速频率响应市场，市场准入和规则都非常清晰。比利时在英国和欧洲电网之间，西班牙光伏没有补贴几乎只能依靠电力市场给予回报，这两国的调频市场依靠储能的元素也会越来越重，在2022年值得作为这一领域的创新对待。能能氢泵桩能能氢泵桩阳解电太储电热充…市场定义下的新生态圈新市场参与者电力市场新尝试：平台型企业、价值链整合者••传统电厂•可再生能源发电站•虚拟电厂…都参与到电力市场中Source:Tesla决定储能技术前途的不是生产工艺和价格，而是储能服务配套与精准市场定位www.xinnengyuan.de宏观上，车载储能容量与调节风光波动所需容量相当与**1.《新能源汽车产业发展规划（2021―20*按10%车辆在线可互动，电池总量的20%可**依据“基于国家能源电力发展战略目标的电源结构预估模型”微观上，电动汽车是具备时空平移特性的能源载体（即是负荷，又是电源）789789023456电动汽车是移动的，分散的，动态的储能电动汽车是时间不敏感的负荷参与欧洲调频服务市场及电能