歡迎進入電+! 消息
首頁 國際交流 國際資訊 資訊詳情

深度文章 | 歐洲跨國電力市場的輸電機制與耦合方式

來自: 時間:2020-09-30 10:35:56 5335 未收藏

摘要

中國電力市場改革已經取得初步成效,但發電側市場集中度大、清潔能源消納困難等現實矛盾亟待通過更大范圍的資源優化配置解決,借鑒和參考歐洲跨國電力市場的運行經驗對于中國下一步建設統一電力市場具有重要意義。首先,面向中國推進統一電力市場所面臨的跨省區通道容量如何分配、輸電成本如何回收以及省內外交易如何銜接等問題,針對性地研究了歐洲跨國電力市場的輸電管理機制及市場耦合機制。其次,以歐洲電力交易所EPEX SPOT為例,描述了耦合市場的交易流程和交易銜接方式。最后,結合中國當前電網建設背景及市場運行實際,基于歐洲跨國電力市場運行經驗,提出推進統一電力市場的意見和建議。


(作者:陳啟鑫、張維靜、滕飛、郭鴻業、劉學、姜楠、Goran Strbac)


0 引言

中國新一輪電力體制改革以各省的市場建設為起步,推動構建“中長期交易為主,日前短期交易為補充”的市場體系。2019年9月以來,8個現貨市場試點單位已相繼開展了結算試運行。未來,隨著經營性電量的進一步放開,以省為實體的市場格局,其弊端將逐漸顯現,例如省內供給側市場集中度大、省間市場出現交易壁壘、清潔能源難以在更大范圍消納等[1]。為了充分發揮電力市場的資源優化配置功能,建設的全國統一電力市場將成為未來市場化改革的發展愿景。

目前中國正在加強建設跨省區輸電網,依據“十三五”規劃,國家電網區域即將完成“五縱五橫一環網”建設,預計2025年、2035年將可分別達到跨省區輸電能力3.6億kW與6億kW的規模。如何充分發揮跨省跨區大電網對于電力資源優化配置的支撐作用、合理回收輸電建設成本,也是未來電力市場建設的重要議題。盡管本輪電改已初步完成了省級電網輸配電定價與跨區跨省專項工程的輸電定價工作,但并未從市場融合發展的角度深入探討跨區跨省輸電機制與全國統一電力市場建設的關系,沒有解決影響市場融合的一系列關鍵問題,包括省間輸電通道的容量分配機制、輸電成本回收機制、省間與省內交易的協調機制等關鍵問題。

在電力市場的融合與統一運行方面,國際上已有先例。歐洲跨國電力市場即實現了從多個國家/區域市場到統一運行的發展歷程。市場融合自1986年開始,初期曾因電力交易不協同、輸電容量計算死板等問題受挫[2],為實現輸電容量的公平分配、提升市場運行效率,市場先后發布了3次電力改革法案,并提出了容量分配法規(capacity allocation and congestion management,CACM),確定了市場改革的路徑和辦法[3],截至目前歐洲電力市場已完成日前25個國家、日內14個國家的統一運行[4]。全球學者對歐洲跨國市場已開展了豐富的研究工作,主要側重于關注市場建設的進展與運行結果等表層信息,對支撐統一市場融合的輸電機制與交易耦合等關鍵問題分析較少,尤其沒能從改革路徑及適用情況的角度進行深入探討,難以對中國統一電力市場的機制設計提供參考。文獻[5]結合歐洲跨國市場改革歷程,總結了通過立法引導改革的市場建設思路,但缺少對統一市場組織機制的描述。文獻[6]從宏觀上介紹了歐洲跨國市場統一過程中遇到的問題及解決方式,并基于中國統一電力市場建設的政治背景、技術條件、市場驅動力、組織機構與電網架構的大環境,提出了規范化、市場化的頂層設計原則,但缺乏對于市場建設方案執行落地的闡述。文獻[2]與[7]介紹了截至2019年底歐洲跨國市場的結構框架,主要側重于介紹市場運行機構及職能、市場分布、交易模式等。文獻[8]介紹了歐洲跨國市場在國內與跨國之間的耦合方式,但是沒有對具體交易品種的開展方式進行深入分析。

綜上所述,本文將結合中國建設統一電力市場的愿景,重點研究歐洲跨國市場建設中的輸電機制與交易耦合方式,并以歐洲電力交易中心EPEX SPOT為例詳細論述跨國市場與國內不同交易品種之間的銜接機制;借鑒歐洲跨國市場建設的經驗,總結高效、規范、配套、兼容的市場耦合及輸電機制設計對中國建設統一電力市場的啟示。


1 歐洲跨國電力市場的市場構成

歐洲跨國電力市場是通過跨國輸電網的運營及市場聯合出清將多個國家的電力市場聯結在一起。截至2019年,歐盟電力系統已覆蓋36個國家及43個輸電網運營商(transmission system operator,TSO)[6],基本建成了從年度到實時的跨國市場運行,市場框架如圖1所示,包括跨國中長期市場、日前耦合市場、日內耦合市場以及跨國平衡市場。


微信圖片_20200929085548.jpg

圖1 歐洲跨國電力市場框架


1.1 跨國中長期市場

跨國中長期市場主要形成跨國雙邊合約,由交易雙方自行簽約并依據合約電量購買相應的物理輸電權以保證合約的順利執行。交易成功后,由市場主體申報合約信息至本國交易中心備案。

1.2 日前耦合市場

日前耦合市場是由市場運營機構利用價格耦合機制(price coupling of regions,PCR)[4],將多個國家的市場供需及跨國輸電容量聯合出清,形成次日各國發用電計劃及相應跨國輸電容量的過程。市場耦合將基于全網聯合運行的基礎開展,統籌跨國輸電通道容量;若由于電網結構或技術原因導致部分國家脫離統一市場,則脫離區域將執行本地單獨交易出清,其中北歐區域繼續組織北歐市場的耦合出清,出清結果作為日前耦合市場的結算和執行依據。

1.3 日內耦合市場

日內耦合市場通過連續交易的形式,撮合最高的買入價和最低的賣出價為交易對,并自動匹配交易對所需的輸電容量。市場通過連續交易可隨時調劑各國的市場供需,尤其針對日內市場有供需余缺的國家或地區,通過更大范圍的日內耦合市場可有效地降低當地市場平衡調度費用,降低用電成本。日內耦合市場也稱XBID(the cross-border intraday initiative)計劃,由各國TSO聯合提出并于2018年6月投運,目前先在奧地利等14個國家運行[9]。

1.4 跨國平衡市場

跨國平衡市場由各國TSO組成的輸電網運營商網絡(european network of transmission system operators for electricity,ENTSO-E)組織運營,其核心在于推動各國通過交換平衡能力以降低本地調度成本,提升系統運行的經濟性。目前跨國平衡市場已實現了在德國、荷蘭等國的一次調頻備用容量共享,以及7個跨國試點項目的運行,并在逐步擴展運行范圍,以期達到更大范圍的資源優化配置[10]。


2 歐洲跨國電力市場的輸電機制

2.1 跨國輸電容量分配機制

跨國輸電容量的分配機制是保障跨國市場競爭公平、提升市場運行效率、促進資源優化配置的關鍵內在機制。隨著歐洲跨國電力市場的建設進程,其輸電容量分配方式先后經歷了“先到先得(first come,first serve)”、“顯式拍賣(explicit auctions)”、“隱式拍賣(implicit allocation)”3個階段。

在市場建設初期,采用“先到先得”的機制?!跋鹊较鹊谩笔侵窽SO根據固定價格表出售容量合同,按照市場申報時序依次出清輸電容量的交易機制。該機制的優點是交易明確、操作簡單,在市場建設初期適用性強,但隨著市場耦合范圍逐步擴大,該機制無法激發和反映輸電資源的市場價值,還可能導致市場主體“囤積”容量,引發新的市場問題,因此逐步被“顯式拍賣”所取代。

在市場建設中期,采用“顯式拍賣”的機制?!帮@式拍賣”單獨對跨國輸電容量進行拍賣,按照市場報價由高到低排序,并以邊際電價出清[11]?!帮@式拍賣”由輸電容量交易機構JAO(joint allocation office)組織,可在年、季、月、日前、日內等不同時序進行拍賣,交易方式靈活,相較于“先到先得”,“顯式拍賣”更能體現輸電容量的市場價值。但是“顯式拍賣”將能量交易與輸電容量交易人為割裂,一是可能出現購買容量與實際傳輸容量需求不匹配或是購買容量方向與實際潮流方向相反的情況,導致交易無法準確執行;二是割裂的交易機制所形成的價格信號,無法及時傳遞給能量市場并反饋修正。因此,隨著跨國市場的耦合,“顯式拍賣”更多被應用于中長期市場,在日前及日內耦合市場中只有部分地區(瑞士邊境和愛爾蘭互聯地區)由于尚未實現耦合,依然采取“顯式拍賣”機制。

隨著市場建設逐漸成熟,當前主要采用了“隱式拍賣”的機制?!半[式拍賣”將跨國輸電通道容量與跨國能量交易進行統一優化出清。在“隱式拍賣”中,各國TSO只需提交跨國通道的可用輸電容量,交易中心依據市場成員的報價與物理參數、電網運行狀態等,以社會福利最大化為目標進行優化出清,同時確定了跨國輸電容量的分配結果。該機制的優點在于將能量交易與輸電容量交易同時優化出清,自動為跨國能量交易匹配了相應的輸電容量,最大程度實現了輸電資源的有效配置,規避了潮流方向相悖等問題,同時出清價格是輸電容量和能量的雙重市場價值體現,為其他市場交易提供了更為準確的價格信號[12]。目前支撐隱式拍賣的模型有基于價格耦合的ATC(available transmission capacity)模型和基于潮流耦合的FB(flow based)模型,前者將各國電網簡化為等值交易模型,不考慮交流線路之間發電功率的耦合關系,可以支持較大數量交易單元的耦合交易;后者則是將實際的電網拓撲模型同步到市場運營機構,相比較FB采用的是準確的網絡模型和電廠運行參數,可實現更精準的資源優化配置。

需要注意的是“隱式拍賣”的執行需要輸電網的物理聯接與交易耦合計算技術的支持,若由于某些特殊原因導致部分國家脫離統一市場,則“隱式拍賣”繼續轉為“顯式拍賣”,由JAO組織跨國輸電容量的分配。

2.2 輸電成本回收機制

跨國輸電通道的建設及運行成本尚未有“標準”的輸電成本回收機制。為保障各國市場主體無差別的參與耦合市場,最大程度實現資源的優化配置,歐洲跨國市場將輸電成本回收分為兩類:一是核算輸電成本,通過容量電費的方式將成本分攤至市場主體,跨國交易間不再收取輸電費或交易輸電權;二是市場依據輸電容量的分配方式回收輸電成本。

2.2.1 基于輸電容量分配機制的輸電成本回收

在“先到先得”的輸電機制中,各國TSO按照固定價格收取相應輸電成本。例如在日內耦合市場中,市場將按照交易對成交順序依次分配輸電容量,此時市場主體將支付相應輸電費給TSO。

在“顯式拍賣”的輸電機制中,各國TSO依據輸電權拍賣的交易回收相應輸電成本。市場主體若想與歐洲范圍內其他國家進行雙邊或多邊交易,則需要通過“顯式拍賣”購買相應通道的輸電權;若市場主體想直接參與歐洲日前耦合市場,則無需支付輸電費,但需要承擔市場不中標及阻塞價格的風險。

在“隱式拍賣”的輸電機制中,市場不設置輸電費。各國TSO輸電成本的回收有兩種方式:一是通過阻塞盈余回收,由于區域價格差異引起的阻塞盈余,在“隱式拍賣”中由擁有輸電容量的TSO直接收取,或按照各國TSO對輸電通道的占有比例收??;二是獲取參與跨境交易所引起的輸電損耗補償,該補償依據各國TSO參與跨國交易產生的額外損耗給予,屬于輸電成本補償ITC(inter-tso compensation for transit)機制的一部分。

2.2.2 ITC機制

ITC機制是由歐洲跨國市場在互聯TSO之間建立的跨境補償協議,包括TSO基建成本補償及輸電損耗補償兩部分。

如圖2所示,ITC機制的收入來自各國依據跨境交易電量占比繳納的費用,以及未參與ITC協議的第三國所支付的系統輸電費[13],用以補償所有國家TSO輸電損耗成本,以及ITC協議國的輸電基建成本。


微信圖片_20200929085629.jpg

圖2 ITC補償機制的收入與支出

Fig.2 Income and expenses of the ITC compensation mechanism


1)ITC機制的收入。

構成TSO間補償機制的基礎是ITC基金,主要來源于兩個方面:一是每個ITC協議國向ITC基金繳費,繳費金額基于其跨境凈交易量占所有ITC協議國跨境凈交易總量的份額計算;二是未簽訂ITC協議的第三方國家向ITC基金繳納輸電系統使用費,使用費基于其計劃跨境交易電量計算。其中,第三方國家的輸電費通常以年度雙邊合同確定跨境交易量,因此輸電價格每年由ENTSO-E計算并批準,2019年周邊國家/地區的輸電價格為0.7€/MWh[14]。

2)基建成本補償。

雖然ITC規定跨國輸電服務的相關電網設備成本采用遠期長期平均增量法(forward-looking long-run average incremental cost)來核定,但各國并沒有達成共識,所以ENTSO-E暫時規定基建成本補償金為1億歐元。依據各國跨境交易情況對ITC協議國TSO進行分配。具體分配方式為:


微信圖片_20200929085650.jpg


式中:ki表示i國的基建成本補償費比例;Ti表示i國的跨境凈輸電流量,由i國跨境進口輸電量INi、出口輸電量IOi的最小值確定;Li表示i國的用電負荷,是指由跨國輸電系統相連接的配電系統及終端用戶用電負荷;F表示年度跨境輸電基礎設施補償金1億歐元;Ci表示i國的基建成本補償費。


微信圖片_20200929085708.jpg


3)輸電損耗補償。

ITC基金減去基建成本費用即為輸電損耗補償總費用,由輸電協會TSO-E計算對比各國TSO有、無跨境交易時的系統損耗,按照各國損耗占比來分配。舉例來講,區域A向區域B購買電力LBA,實際功率由區域B經過區域C、D到達區域A,如圖3所示,此時區域C及區域D由于區域A、B之間的跨境交易,可能導致自身輸電網絡阻塞。對比無跨境交易的網損情況,區域C、區域D內TSO將得到相應輸電損耗的補償。


微信圖片_20200929085728.jpg

圖3 跨境交易實際功率方向

Fig.3 Actual power direction of cross-border transactions


據TSO-E發布的輸電損耗核算報告,2018年ITC基金總額為2.565億歐元,輸電損耗成本為1.565億歐元,補償了歐洲35個國家共計3.9 TWh的輸電損耗。綜合各國TSO在ITC基金中支付、補償的費用,瑞士得到的ITC補償最多,共獲得2075.2萬歐元的凈收益;意大利支出的補償最多,支付了2584.9萬歐元[15]。


3 歐洲跨國市場的耦合方式

市場交易品種的設計及耦合運行是歐洲跨國電力市場實現資源有效配置的外在核心機制,其重點在于通過“隱式拍賣”實現了日前各國電力市場的集中競價交易,并在日內通過連續交易的形式實現對各國市場供需的進一步平衡調整??紤]歐洲各國市場交易機制不同,為不失普遍性,本文以EPEX SPOT為例,研究其負責的中西歐、英國及北歐共12個國家的市場耦合方式,包括交易時序與組織流程等方面[16]。

3.1 日前耦合市場

歐洲日前耦合市場于運行日前一日9:30開始,匯總各國所有市場主體申報信息及跨國通道可用傳輸容量,以社會福利最大為優化目標進行集中競價出清,并于當日14:00時發布各國市場主體的中標發用電曲線、跨國通道容量分配情況等。市場整體的交易流程如圖4所示。


微信圖片_20200929085747.jpg

圖4 日前耦合市場的交易時序

Fig.4 Order of transactions in the day-ahead coupled market


市場申報階段:各國所有市場主體先申報信息至本國交易中心,包括市場主體各自的發電信息、用電信息、中長期合約信息,及TSO申報的輸電通道可用傳輸容量信息等,再由本國交易中心提交至輪值交易中心。

市場出清階段:12:42時刻市場會發布一次出清結果,若市場出清價格超過各國市場價格閾值,此時市場就地開放10 min,在市場超過價格閾值時段允許市場主體調整申報信息;市場于12:55時刻發布二次出清結果至各國交易中心及TSO予以確認。

市場發布階段:各國交易中心于14:00時發布日前耦合市場交易結果,包括各國市場主體發用電曲線、交易價格、跨國輸電容量等信息。

3.2 日內連續交易市場

目前EPEX SPOT交易所內共計7個國家參與日內連續交易市場,分別是德國、法國、奧地利、瑞士、荷蘭、比利時和英國。日內連續交易市場針對各國交易體系的特點共設置了60 min連續交易、30 min連續交易及15 min連續交易三個交易產品,所有產品于運行日前一日15:00時開始,連續交易直至運行日各國市場交割前。

連續交易過程中,各國可依據自身市場需求,適時參與日內連續交易市場,具體各國參與日內連續交易的時序如表1所示??梢?,瑞士、德國和英國交易產品最為全面,奧地利只有60 min連續交易,大部分國家于15:00時參與日內連續交易市場,英國是在運行日0:00時開啟日內所有交易產品的連續交易。

此外,各國日內連續交易市場的截止時間也各不相同,奧地利、比利時、德國、荷蘭4個國家日內連續交易至市場交割前5 min終止;英國日內連續交易至交割前15~30 min終止;法國、瑞士日內連續交易至交割前30 min終止;所有日內連續交易中的跨境交易于交割前60 min終止交易。


表1 日內連續交易市場中的交易時序

Table 1 Order of transactions in the intraday continuous trading market

微信圖片_20200929085804.jpg


3.3 耦合市場中的特殊設置

大部分歐洲國家都依據日前耦合市場及日內連續交易市場的組織流程安排本國交易,以法國為代表,在日前耦合市場申報中,會依據不同市場需求申報不同交易產品的量價信息,包括單小時報價、關聯報價或互斥報價等;待市場出清后,以日前耦合市場出清結果作為運行日交易執行依據;在日內連續交易市場,依據自身交易需求適時參與到不同的日內連續交易產品中,直至交割前30 min終止。

個別國家在融入跨國耦合市場時,依然保留了本國市場交易的特殊性。例如英國在日前耦合市場結束后,單獨設置了英國與愛爾蘭的30 min耦合拍賣,分別于運行日前一日17:00時及運行日8:00時開始交易,并于拍賣開始30 min后發布交易結果。同時,英國本地還設置了半小時拍賣,在運行日前一日15:30開始,并于當日16:00時出清,允許部分市場主體進一步調整發用電曲線,以獲得更好的經濟收益。英國在日前耦合市場及日內連續交易市場中不同交易產品的時序安排如圖5所示,其中交割時間以運行日24:00時為例。


0

圖5 英國日前及日內交易產品的交易時序

Fig.5 Order of transactions of day ahead and intraday trading products in the UK


與英國類似,瑞士和意大利也設置了兩國日內60 min耦合拍賣,分別于運行日前一日16:30拍賣及運行日11:15開展,拍賣15 min后發布拍賣結果。除上述國家外,德國為促進新能源消納設置了15 min拍賣,該交易提前45天開放申報,于運行日前一日15:00終止申報,15:10發布交易結果,所有合約均為15 min合約。北歐設置了高峰負荷容量,用以滿足高峰電力負荷,該交易在日前耦合市場中由日前耦合市場出清電價自動觸發,若市場出清價格超過北歐市場的電價閾值,則啟動高峰負荷容量,日前耦合市場重新出清。


4 對中國統一電力市場的啟示

中國以省為行政單位,各省資源稟賦、市場建設進度不同,這樣的社會和經濟環境與歐洲及其一些國家的情況十分相似。借鑒歐洲跨國市場疏通跨國輸電通道、兼容各國市場差異形成的耦合市場經驗,對中國進一步建設國家層面的統一電力市場有如下3方面的啟示。

一是統一市場運作的核心是日前耦合。歐洲跨國市場歷經17年,截至目前達成市場統一運作的核心在于日前市場耦合機制的建設,通過跨國交易平臺的統一優化、集中出清,實現了多個國家、更大范圍的資源優化配置。借鑒歐洲市場的經驗,中國建設全國統一電力市場,應重點推動跨區跨省日前交易,從局部地區起步探索基于價格耦合的多省市場耦合與一體化交易出清,實現多輸電通道互聯的全市場統一優化。同時,構建規范的跨區跨省中長期交易規則,明確中長期交易與跨區跨省現貨交易的銜接機制;推動各省電力市場建設,明確各省融入跨區跨省交易的規范;在具備條件的地區可先行探索建立適應區域經濟一體化要求的區域電力市場,實現多省在日前基于潮流耦合的市場出清。

二是規范配套的輸配電價很重要。為保障輸電通道投資主體的收益,促進跨國市場的可持續發展,歐洲跨國市場設置了3種輸電成本回收機制,分別是通過容量電費回收、通過輸電權交易回收以及通過輸電成本補償機制回收,后兩者對應于不同輸電容量分配機制,依據“責權對等”原則形成了對容量分配機制的價格補充。結合中國統一電力市場的建設目標及輸配電價交易現狀,首先市場應結合統一電力市場交易機制建設規范、配套的輸配電價,確保輸電通道收益的回收和市場的可持續發展;其次針對輸電網功能定位和服務對象的劃分界定不清晰、區域輸電價及網損率的執行范圍不明確等問題,應基于“責權對等”的原則,從實際承擔電網功能角度,梳理各區域輸電通道的功能,劃分電網功能邊界并單獨測算輸電電價;最后以“誰受益、誰承擔”原則為指導,制定輸電成本及網損分攤機制,形成合理的輸配電價回收體系,為統一電力市場的推進提供穩定可靠的輸電經濟支撐。

三是要有高效兼容的市場耦合機制。雖然歐洲各國有著不同的市場需求和交易產品,但歐洲跨國市場依然通過市場耦合機制合理保障了各國的共性和個性需求,并通過無差異的公平競爭實現了市場的高效運作??梢娊y一電力市場不是一味地求“同”,而是在整體市場降本增效的建設目標下,兼容各省的市場差異逐步發展。這就要求首先市場應保障公平,鼓勵多樣化市場主體公平、無歧視地參與跨區跨省交易與省內交易;其次,市場應針對不同交易產品的市場需求,合理設置和改善省內與跨區跨省交易之間的交易流程與耦合方式,提高交易組織效率;最后,市場應激勵各省積極提升相關資質、業務能力和技術條件,為更加高效地參與統一電力市場作好準備。


5 結論

更大范圍的市場競爭是優化資源配置、降低用電成本、提升市場運行效率的關鍵。目前中國省級電力市場的建設已經取得了初步的成果,在推動市場進一步協調優化的方向上,應盡快設計統一電力市場的交易模式和建設路徑。本文針對中國推進市場統一運行面臨的關鍵問題,對應研究了歐洲跨國市場的輸電機制及市場耦合機制。通過歐洲市場運行經驗的反饋,結合中國電力市場運行及電網結構現狀,本文提出了統一市場運作需要從日前耦合這一核心要素出發,建設規范配套的輸配電價及高效兼容的市場耦合機制的建議,為下一步電力市場的統一深化發展提供參考。





文章來源:全球能源互聯網期刊

原標題:歐洲跨國電力市場的輸電機制與耦合方式

歡迎投稿電力相關原創文章,和我們分享您的觀點&見解。

投稿郵箱:support@ieforever.com 

電+微信公眾號


aaa


京ICP備10054994號-6

京公網安備 11010102001882號

欧美ⅴA亚洲VA在线,丁香宗和激情五月,欧美国产在观线免费观看,亚洲.国产.中文慕字在线|japanese12未成熟mature|网曝自偷自拍视频-99re8热视频这在线视频