基于国内外电力现货市场的建设分析

杨春祥 张烜榕 姚 巽 李毓中 汤 文 张锦松

(1.国网甘肃省电力公司 兰州 730050；
2.福州大学电气工程与自动化学院 福州 350108)

近年来，我国电力交易量持续增长，2018年已突破2 000亿千瓦时，占总用电量的30.2%，但交易主要以中长期合同方式进行。为了解决购电和用电不一致造成的电力偏离问题，同时挖掘电力的商品价值，国家发展和改革委员会于2015年发布了《电力市场运行基本规则》。该文件提出了电力现货市场建设的基本框架，并发布了实施意见[1]。

在一个放松管制的电力市场中，风电、光伏等可再生能源需要与火电等传统能源竞争，可再生能源的不确定性大大增加了市场博弈的难度。在我国，可再生能源发电的快速发展改变了地区供电结构和供需状况，给新能源比重较高的地区市场发展带来了新的问题，同时由于新能源自身特性以及跨区送电的能力不足等问题，导致风电、光伏消耗问题愈发严重。在可再生能源资源丰富的地区，新能源装机容量增长迅速，远远超过当地电力需求的增长，导致电力供应丰富，长期供过于求。根据中国经济和能源的特点，能源资源丰富的地区经济发展水平不高，电力市场化程度低。为了缓解越发严重的新能源丢弃现象，迫切需要组建电力现货市场，落实电力体制的改革，促进可再生能源消纳，充分发挥市场对于资源分配的作用，通过市场中的竞争来发掘可再生能源的消纳程度，促进风电光伏等新能源的充分利用[2-4]。

2017年8月28 日，国务院发展改革委办公厅、国家能源局综合司联合发布《关于试点建设电力现货市场的通知》，明确了8个现货试点领域，大力推进电力现货市场改革。文件要求各市场主体组织开展日前、日内以及实时电能交易，使得调度运行和市场交易有机结合，促进电力系统和电力市场的安全、有效运行[5]。中国正在升级和更新其能源结构，在能源供应结构改革的背景下，清洁能源利用的分散形式迅速发展，现货市场的交易机制也在不断完善，因而许多分布式电源参与电力市场交易已成为必然趋势。此外，2018年，国家能源局南方监管局发布了《南方各省电力现货市场征集规定(从广东开始)》文件，为南方电力现货市场的模拟运行奠定了基础。这个信号也标志着中国电力现货市场建设工作的正式启动[6]。

现货市场的建设复杂程度较高、影响范围和技术性宽泛，本文首先阐述现货市场的特点及电力现货市场的几大组织模式，归纳国内外现货市场的发展现状，并对其进行分析比较。然后，对现货市场的体系架构逐一梳理，提炼出电力现货市场的运行方式。最后，结合电力现货市场的运行经验，提出了我国在建设现货市场过程中面临的挑战，并提出对应的解决方法，并借鉴国内外发展现状对未来电力现货市场的建设提出建议。

2.1 现货市场的特点

由于我国新一轮电力制度改革的展开，试点地区建立了以中长期交易和实时交易互相结合、互相补充的电力市场[7]。中长期交易主要用来规避市场风险，而现货交易则是更充分地体现出电能的商品属性。系统供用电平衡及生产成本都可以通过现货市场交易电价来反映，起到了价格发现的作用；
电力现货交易结果还能体现出电网阻塞情况，可促进发用电的优化分布，减少阻塞情况，起到了资源优化配置和保证电力系统平衡的作用[8]；
同时，现货市场可以扩大新能源的交易规模以及范围，使得新能源被充分利用，减少“三弃”现象。因此，电力现货市场与中长期市场协同互补才能保证电网的安全稳定运行[9]。

电力现货市场目前在学术界还没有统一的定义，在文献[10]中，电力现货交易被定义为买卖双方直接进行的电力商品交易。然而，市场模式的不同将会导致买卖双方的交易方式不同，电力现货市场应该是对电能进行物理交割的适当延长性实时市场。因此电力现货市场可以分为日前、日内、实时三种基本类型，三型市场彼此协作且分工不同[11]。

2.2 现货市场的组织模式

2.2.1 市场模式

电力现货市场模式的合理选择对构建科学的市场体系起到关键作用，是现货市场组织结构中的首要环节，依照中长期交易和现货交易的配合机制，将市场模式分为集中式市场和分散式市场[12]。

集中式市场采用中长期差价合同管理市场价格波动风险，配合现货交易的全电量集中优化竞价，由市场运营中心按照发用双方报价情况统一安排调度出清计划，中长期差价合同仅用于金融结算，不进行实物交割，因此不会对电网运行产生限制，使得资源配置更加高效[13]。集中式市场以最大化市场福利为优化目标，根据安全约束条件配置机组组合优化和发电计划，紧密联系电网对各类交易进行优化。

分散式市场采用中长期实物合同，发用双方可独立进行数量和价格交易，在日前市场发用双方自行安排发用电计划提交给调度机构，并直接对合同进行实物交割，偏差情况按照实时平衡要求进行调节。分散式市场以最小调度成本为优化目标，交易主体由发用双方完成，加强了电能交易的流动性，简化了市场规则[14]。

集中式市场的规则相比分散式市场更加复杂，市场化监管更加困难，但是对于复杂电网的适应性更强，因此在阻塞情况严重以及可再生能源渗透率高的地区，建议采用集中式市场，而对于阻塞情况不严重且发电侧市场集中度较高的地区，则建议采用分散式市场[15]。

2.2.2 市场组成

按交易内容进行分类时，电力现货市场分为电能市场和辅助服务市场，电能市场即按照电能进行交易的市场，在市场中，交易双方按照不同的合同进行不同的电能量交易，实时反映电能价格和供求关系；
辅助服务市场则是通过调频、调峰、备用等辅助服务来保证电能质量和电网稳定的市场，通过市场化的手段运用辅助服务对市场主体进行经济补偿和维护电网安全稳定运行。

按交易时序进行分类时，电力现货市场可以分为日前市场、日内市场以及实时市场，通常各地区现货市场均有日前市场和实时市场的参与，而日内市场则是根据地区市场运行状况决定其是否加入[16]。

作为现货市场的主要交易平台，日前市场是运行于提前一天24 h内的电能交易市场，市场主体双方自行预测发电量或者用电量，并同市场管控中心协同形成有效可运行的交易计划。

日内市场则是日前市场的补充部分，由于现今新能源发电迅速发展，日前市场内部预测准确度逐步降低，导致交割偏差，因此需要通过日内市场对交易计划进行微调，提高市场效率。

实时市场以小时为单位，市场调度中心监管电网阻塞情况、辅助市场调节手段等影响电网运行的最新边界条件，并对日前(日内)发用电计划进行微调滚动，使得发用电计划同市场实际情况高度吻合，保证电网安全稳定地运行[17]。

2.2.3 电价机制

电力现货市场中电价机制的选择需综合考虑地区因素，包括该地区电网阻塞情况、经济发展情况、地势地貌等，在此基础上确定其价格机制[18]。节点电价机制既能反映电能的重要性，还能突出特定时间、地点下电能的稀缺性，从而有效缓解电网阻塞情况，有利于新能源并网参与现货市场交易[19]。因此，当地区电网阻塞情况较严重、潮流断面较多时，可采用节点边际电价机制；
当几乎不存在电网阻塞情况时，由于节点边际电价差异较小，故宜采用统一电价机制；
当该地区仅有少部分潮流断面时，则考虑采用分区电价机制[20-22]。

3.1 国外发展现状

目前发展比较成熟的国外电力现货市场包括美国、英国、北欧的现货市场，其市场类型、构成，电价机制及报价方式见表1。

表1 国外电力现货市场的比较

美国PJM 电力市场是全美6个市场区域之一，PJM现货市场由日前市场和实时市场构成，交易内容涵括电能交易和辅助服务。PJM现货市场采用集中式市场模式，即“全电量优化”，发电商向市场中心上报自己的发电计划和报价，由中心将其同全网电能需求进行匹配，计算出出清计划后按照日前边际电价直接结算。而PJM中的实时市场则根据最新运行参数和预测数据对发电计划进行再次优化配置，并将优化后的交易计划同日前作比较，计算出偏差量并对偏差部分进行再结算。日前与实时部分均采取节点边际电价进行结算，辅助服务市场则不区分节点问题，采取统一边际出清电价。在PJM现货市场中，日前市场交易占比98%～99%，实时市场交易仅占1%～2%。

北欧的电力市场是全世界首个跨国交易的分散式模式电力市场，由联合电力交易所成立。北欧现货市场包括日前、日内以及实时市场，交易内容仅为电能交易，不包括辅助服务，且交易模式采用“部分电量优化”，进行中长期交易合同之外的电能交易。在日前市场中，北欧市场发用双方根据自行预测结果在交易所匿名上传发用电计划，最终由交易所统一完成匹配出清。日内市场则是用来弥补日前市场交付后随时可能产生的偏差，在实时调度之前一小时内均可进行，采取先到先得的竞价原则，并且由于新能源并网的增多，日内市场对于北欧电力市场的重要性也愈发显著。实时市场从由交易所组织变为各国电力机构自行组织，通过市场化的手段对日前、日内市场交易计划的偏差进行修正，保证电网运行的实时平衡。

不同于美国和北欧的现货市场，英国电力现货市场由日前电子交易和实时平衡市场构成，采用分散式市场模式在纳斯达克交易所以及阿姆斯特丹电力交易所(Amsterdam stock exchange, APX)中进行交易。日前市场的电子交易由交易所负责，不考虑安全约束条件和机组运行参数，且由于英国电网的结构坚强、阻塞情况较少，故不进行安全校核。实时的平衡市场则需要考虑安全约束和运行机组参数，以此管理阻塞和保证电网的实时供需平衡。在日前电子交易中，两大交易所均采取系统边际价格机制，而在实时平衡市场中，为保证电网的供需平衡，采用按报价支付机制，单独结算所接受的出价和报价。

上述三个地区分别构建了具有不同特点的现货市场，但整体建设思路都围绕着同样的构建理念和体系，在此基础上综合考虑各自的电网基础和资源问题。在美国，发电资源和用电负荷较为分散，且发电资源多置于负荷附近，有较高的集中度，因此美国将电能交易全部放在现货市场中，采取这种全电量优化模式来提高资源配置能力。而北欧和英国发电资源较为充足，且电网阻塞情况均不严重，因此中长期交易更为突出，现货市场多用来进行资源优化调配和保证电网实时平衡[23]。

通过国外成熟电力市场体系建设与运营的经验证明，现货市场是电力市场体系建设的基础，其中以集中式为代表的美国和以分散式为代表的英国等典型国家及地区的相关实践，为我国电力市场建设提供了理论和实践参考。

3.2 国内发展现状

2019年7 月，我国发布了对于电力现货市场建设的工作意见，从多个方面给出了建设要求。2017年至2019年，8个试点地区针对各自区域的不同情况提出了各自的建设体系[24]。各个省份的发电资源、阻塞情况不同导致其现货市场的构成和价格机制也各不相同，对国内各试点地区现货市场的比较见表2。

表2 国内电力现货市场的比较

在8个试点省份中，甘肃、四川、山东、山西、浙江以及广东6省采取了集中式市场模式，而蒙西和福建则采取了分散式市场模式。由于各试点地区的发电机构组成不同，因此市场发电侧参与现货市场的方式也不同，火电方面，四川仅在非弃水期参与现货，广东则是只采用B类机组(获得广东电能市场化交易资格的发电机组)参与现货市场，其他省份则均参与；
水电方面，浙江仅由省统调水电参与，四川仅弃水期参与，甘肃则是作为价格接受者参与且优先出清，其他省份均不参与，采取优先消纳方式；
新能源方面较为复杂，仅有广东、四川、浙江完全不参与现货市场且优先消纳，山西则是优先消纳预测部分，偏差部分仍采用现货报价方式，山东与山西类似，仅消纳受限时参与市场，甘肃由于政策问题，特殊或扶贫机组作为价格接受者优先出清，剩余新能源机组再参与现货市场报价，蒙西则靠次日预测发电曲线参与市场。

广东、山东、蒙西和福建四省的现货市场中不包含省间交易，浙江收受电量占到了用电总量的1/3，山西、四川以及甘肃则是在省内交易预出清的情况下再参与省间交易。

现货市场的建设体系虽然有着统一的规律，但是我国的能源情况、电网发展、市场化结构等在各个地区都有一定差别，同时还要考虑到政府政策、供需侧意见、电网安全稳定运行等具体情况，最终完善出具有自身特色的地区电力现货市场体系[25]。

4.1 现货市场总体架构

如图1所示，电力现货市场的总体框架结构，架构自下而上由基础平台层、网络服务层、市场应用层共同构成，且每一层都包含了相应的子模块[26]。

图1 现货市场的体系架构

其中，基础平台层由软件平台、硬件平台以及数据平台构成，为上层提供相关功能服务与运行组件。网络服务层向市场应用层提供数据模型和安全计划，包含市场管理、数据运算以及安全校核。市场应用层接收网络服务层上传数据并对市场运行进行操作管理[27]。

安全校核是电力调度机构根据检修计划、负荷预测等，分析评估电网运行计划是否符合国家产业政策、电网安全和供电平衡要求的实施过程，是保障电网安全稳定运行的重点环节，需要同现货交易中其他部分相互联合，实现更加完善的现货市场体系[28-29]。安全校核的具体内容包括电网潮流分析、静态稳定分析、暂态故障分析以及灵敏可靠性等四个部分[30-32]。在现货交易进行之前，市场调度中心接收现货交易数据后进行在线安全分析，并将安全校核结果即辅助服务策略上传给交易中心，完成安全校核过程[33-35]。

市场应用层依照网络服务层得出的核心算法、校核结果等实现现货市场的主要应用，包括中长期交易管理、市场运行、辅助服务、市场结算以及市场模拟仿真运行等功能。其中，合约协调机制即进行电力市场中长期交易和现货交易的联合运行，为了保证这种联合运行的稳定性，需要建立发电曲线分解方法，将中长期合约通过物理或者金融手段执行，对于现货交易同中长期交易合同产生的偏差量，则按照现货市场模式进行结算[36]。

4.2 现货市场运行方式

电力现货市场的主要业务流程如图2所示，其运行流程如下所示。

图2 现货市场的运行流程

(1) 市场注册：具有现货市场参与资格的成员完成市场成员的注册，经过审核后方可入市，同时还可进行信息变更、注销行为。

(2) 外部数据接入：接入中长期市场等外部系统的数据，用于进行出清工作的前提准备。

(3) 中长期计划分解：按照中长期交易合同并以交易分解原则形成次日发电计划曲线。

(4) 长期机组优化：决策未来多天因安全约束的必开停机组组合计划[37]。

(5) 日前市场信息发布：向市场主体发布日前计划安排、负荷预测等信息[38]。

(6) 日前市场报价：发电方与购电方日前申报售电与购电的报价信息。

(7) 日前市场出清：基于次日电能与辅助服务市场报价，按照市场出清规则形成次日电能与辅助服务出清结果。

(8) 日前市场结果发布：向市场主体发布日前市场的出清结果信息。

(9) 实时市场报价：日前未中标市场主体申报实时市场报价信息。

(10) 日内计划滚动：根据日内负荷预测及当前电网运行状态，滚动计算未来数个小时的机组组合与辅助服务出清结果[39]。

(11) 日内市场结果发布：向市场主体发布日内市场的出清结果信息。

(12) 实时市场出清：根据超短期负荷预测及当前电网运行状态，滚动计算未来2 h发用电计划曲线与辅助服务出清结果[40]。

(13) 实时市场结果发布：向市场主体发布实时市场的出清结果信息。

(14) 辅助市场调控：通过调频、调峰、备用等辅助服务操控现货市场和电网运行的实时平衡。

(15) 现货市场结算：基于市场交易结果以及实际计量数据，按照结算规则进行结算费用计算，最终形成结算单。

针对各个试点地区现货市场的试运行过程中所面临的问题，本文提出如下解决方案。

面对部分群众由于生态保护意识不高而对森林所造成的危害现象，我们应该多多进行宣传，让人民了解到保护森林的重要性与好处。在日常生活中注意对于森林的保护，减少滥砍滥伐行为。同时还要进行植树造林，对于不同的地区，选择合适的树木品种，提高我国的森林覆盖率，增加我国的森林资源。为新形势下的森林保护工作贡献出力量。

5.1 发用电双方交易问题

在电力现货交易中，发用电双方的问题包括发电方不同机组同台竞价的问题以及用电方交易风险的问题。

(1) 发电方问题。由于现货市场初期试运行时相关价格机制不完善，采用的是系统边际成本定价，对于发电方来说，如果采用的是高成本发电机组，由于市场报价接近于边际成本价格，就可能造成无本买卖甚至亏损运营；
如果采用的是低成本发电机组，则可获得高额收益[41]。

为妥善协调处理不同发电机组的收益问题，需要从多种角度综合考虑进行收益调整。首先对于不同机组的发电成本进行核算[42]，再结合现货交易价格进行收益情况测算；
然后建立高成本发电机组的成本补贴机制，按照测算出的收益情况做出合理补偿[43]；
最后通过对各类型机组设置上下限定价，保证发电方的收入。

(2) 用电方交易风险问题。当市场进行发用电双方直接交易时，发电方自行定价售卖，然后用户购电。在此过程中，如果出现电能供应不足或者价格操纵问题，用户则可能承受较大的市场交易风险[44]。因此，需要加强用户的市场意识，聘请专业的交易代理人来降低交易风险[45]。

5.2 电网收益问题

由于我国经济下行压力较大，因此提出了稳定电价的要求，同时，国家发展和改革委员会于2020年4月19日发布了《关于降低一般工商业电价有关事项的通知》，通知要求降低电价以支持工商业发展，如何权衡政策要求以及现货市场电价反映实时市场供求情况这两个问题，给电网建设现货市场也带来了一定问题。

建设现货市场时，中长期交易计划同现货市场在结算时会产生由于阻塞情况引起的不平衡资金[46]，且现货市场的价格波动较大，这都会给电网公司的收益带来一定的不确定性。由于《关于有序放开发用电计划的实施意见》中要求新能源发电的优先消纳，电网购买新能源的发电价格可能会比以往高[47-49]，且由于政策对于降低电价的要求，使得电网的供销差价逐渐缩小，极大地降低了电网收益情况[50]。

因此，电网需要对中长期交易分解能力进一步优化，尽可能减少中长期交易合同与现货交易产生的偏差量。针对新能源优先消纳问题，可采用发用电双方直接进行交易的方式，电网仅负责监管，以使电网收益不会产生较大影响。

5.3 现货市场对省调的影响

伴随着现货市场的发展，现货交易在电力平衡中的作用越来越显著，使得调度服务的重心慢慢过渡；
由于电网的安全稳定性要求基本没有变化，所以即使实施了现货市场模式，检修计划、运行方式等也不会产生大的变化，但是在现货市场可能出现阻塞情况，因此需要对电网的运行方式进行微调；
以往存在现货交易时的安全校核，基本都是离线完成，现今由于现货市场出现的偏差问题，需要进一步强化在线安全校核的形式；
现货市场的出现改变了原来调度工作人员调整发用电曲线保持中长期计划平稳运行的模式，需要工作人员每天组织现货市场出清并保证电网运行的实时平衡，并需要发布更多的公开信息，例如负荷预测、调度计划等；
以往中长期交易中，市场供求由于目录电价等原因，对电价无法产生太大影响，但在现货交易中，市场供求直接影响到电价，且市场博弈行为可对调度计划起决定性作用[52]。

为适应现货交易对省调带来的影响，各省需要制订其特定的规则要求，加强负荷预测、中长期计划精确分解、出清结算等关键技术的能力，部分省市需要考虑省间供用电的问题，协调好省间、省内现货市场的配合问题，并对调度服务进行更深一步的流程优化，有效防止现货市场对调度造成的不当影响。

5.4 辅助服务问题

随着新能源发电的迅猛发展，可再生能源机组的投产导致电网调峰压力越来越大，新能源消纳同辅助调峰之间的矛盾愈发严重，火力发电机组的日内开停用来调峰已经成为常态[53]。因此，如何协调好现货市场同辅助服务市场的关系显得尤为重要。辅助服务市场是通过调频、调峰、备用等辅助服务来保证电能质量和电网稳定的市场，需要通过市场化手段运用辅助服务对市场主体进行经济补偿，维护电网安全稳定运行。对于辅助服务市场中需求相对稳定的服务，按照签订的中长期合同进行约定；
但对于调峰、调频等随时间变化而变化的服务，则应采取实时竞价的方式获取，在此基础上，协调好现货市场同辅助服务市场的联合出清方式，促进资源优化配置[54]。

从国外典型市场以及国内8个试点地区现货市场的建设情况来看，一方面，我国目前已初步确定了电力现货市场的建设方向，现货市场的发展将更加有效地促进新能源有效消纳、以市场形式反映资源价值、实现发电计划和安全校核的闭环协调等，会对电力系统产生重要变革。另一方面，现货市场的建设不可急于求成，也不可完全照搬其他国家或者其他地区的建设模式，应充分考虑地区实际情况来进行构建。针对具体实际问题制定相关解决方案，完善现货市场建设体系，以便更好地应对建设过程中出现的问题。本文从现货市场的概念、发展现状、模式等方面做出了介绍，探讨了现货市场在建设过程中可能会遇到的问题及应对措施，并通过借鉴国内外电力现货市场的建设经验，对我国电力现货市场未来的建设提供了一些建议。

(1) 高渗透率新能源作为电力市场面临的巨大挑战，需要在市场化改革过程中充分考虑新能源发电的特点，例如新能源发电出力预测偏差、能源安全等问题，建立适应新能源发展要求的电力现货市场模式。

(2) 将需求侧响应纳入现货市场建设机制，完善政策体系提高电能优化配置水平，为需求侧资源有效利用提供合理激励措施，增强供需调节能力。

(3) 现货市场改革需要明确政府、市场的边界及定位，实施科学电力监管，实现公平的市场竞争。

猜你喜欢现货电网交易穿越电网数学大王·趣味逻辑(2021年11期)2021-12-03美国大豆现货价格上涨今日农业(2021年16期)2021-11-26豆粕：美豆新高后回落振荡，现货临近春节成交转淡当代水产(2021年2期)2021-03-29电网调控技术在电力系统中的应用电子制作(2019年12期)2019-07-16浙江电力现货启幕能源(2017年12期)2018-01-31备战电力现货能源(2017年12期)2018-01-31大宗交易榜中榜股市动态分析(2016年22期)2016-12-27大宗交易榜中榜股市动态分析(2016年23期)2016-12-27大宗交易股市动态分析(2015年13期)2015-09-10惊人的交易科学启蒙(2014年10期)2014-11-12