謝 開，劉敦楠，李 竹，孫 田，3，龐 博，劉 碩，張 顯

（1.北京電力交易中心有限公司,北京市 100031；2.華北電力大學經(jīng)濟與管理學院,北京市 102206；3.清華大學電機工程與應用電子技術系,北京市 100084）

0 引言

構建新能源占比不斷提升的新型電力系統(tǒng),是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要途徑。在構建新型電力系統(tǒng)過程中,電力市場改革是重要環(huán)節(jié)［1-2］。隨著新能源裝機容量、發(fā)電量快速增長,電力系統(tǒng)的運行機理正發(fā)生深刻變化,傳統(tǒng)的市場理論、市場模式、價格機制亟待創(chuàng)新和重構,電力市場建設面臨新的挑戰(zhàn)［3-6］。

當前,中國電力市場正處于省間、區(qū)域、省內(nèi)多層次耦合,計劃向市場的轉型期、可再生能源快速發(fā)展的關鍵期、新型主體大量入市的變革期“三期疊加”的階段,國內(nèi)外現(xiàn)有的市場理論方法及體系難以滿足中國電力市場建設需求,亟須在政策、機制等方面實現(xiàn)創(chuàng)新性突破［7-8］。因此,本文首先分析了新型電力系統(tǒng)下電力市場發(fā)展趨勢,在此基礎上,構建了適應新型電力系統(tǒng)的目標、價值、時間、空間、主體多維協(xié)同的電力市場體系。其次,在此框架下圍繞安全保供、低碳轉型與經(jīng)濟的多目標協(xié)同,中長期、現(xiàn)貨與實時運行的多時間協(xié)同,多層次全國統(tǒng)一電力市場的多空間協(xié)同,安全-綠色-經(jīng)濟的多價值協(xié)同,新型市場主體快速發(fā)展下的多主體協(xié)同五方面關鍵問題,介紹了多維協(xié)同的市場設計思路和核心機制［9-14］。最后,結合中國電力市場建設現(xiàn)狀及本文所提核心思路,提出了建設全國統(tǒng)一電力市場的三階段實施路徑,并給出了相關建議。

1 新型電力系統(tǒng)下電力市場建設面臨的挑戰(zhàn)

能源轉型背景下,中國電力市場建設正面臨全新的變革和挑戰(zhàn)。

一是電源結構變化,保供應、保消納任務重。電源結構由以可控性強的常規(guī)能源為主,向以隨機性強、可控性弱的新能源為主轉變。系統(tǒng)平衡機理由確定性向隨機性轉變。保障電力可靠供應、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的難度上升,保障新能源高比例消納的壓力增大。

二是電網(wǎng)形態(tài)變化,多層次平衡有待統(tǒng)籌。電網(wǎng)形態(tài)由以單向逐級輸電為主的傳統(tǒng)電網(wǎng),向包括多電壓等級交直流混聯(lián)大電網(wǎng)、微電網(wǎng)、局部直流電網(wǎng)等多種電網(wǎng)形態(tài)的能源互聯(lián)網(wǎng)轉變。系統(tǒng)平衡格局由“分省平衡”向“分省平衡、就地平衡、全網(wǎng)互濟”轉變,適應平衡模式轉變、促進各層次平衡統(tǒng)籌的市場機制有待建立。

三是市場主體變化,協(xié)調互動有待激勵。電能的生產(chǎn)者和消費者以外,大量“產(chǎn)消者”逐步參與系統(tǒng)平衡。在電源側,抽水蓄能、新能源配套建設的儲能等快速發(fā)展；在用戶側,分布式電源、微電網(wǎng)、虛擬電廠、負荷聚合商等終端新型市場主體涌現(xiàn)。系統(tǒng)運行模式由源隨荷動向市場機制引導的源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動轉變。

四是成本構成變化,價格體系有待重構。新能源的邊際發(fā)電成本低、系統(tǒng)消納成本高。系統(tǒng)消納成本包括靈活性電源投資、系統(tǒng)調節(jié)、電網(wǎng)擴展與補強等成本。傳統(tǒng)邊際成本競價形成的價格,難以完全體現(xiàn)為了消納新能源所付出的系統(tǒng)成本。亟須建立適應高比例新能源大規(guī)模接入的價格理論,依托相應的交易品種、市場機制進行成本疏導［15-16］。

針對以上挑戰(zhàn),未來電力市場建設要重點統(tǒng)籌“經(jīng)濟、環(huán)境、安全”三者間的關系,在市場目標、品種、范圍、參與主體、安全運行等方面需要對傳統(tǒng)電力市場進行擴展和重構,使電力市場體系具有更強的兼容性、協(xié)調性、靈活性和可擴展性；需要更加注重多元目標的協(xié)調,更好地發(fā)揮市場與政策作用,更為靈活地兼容傳統(tǒng)和新型市場主體,適應新型電力系統(tǒng)的發(fā)展。傳統(tǒng)電力市場與新型電力市場的區(qū)別如表1 所示。

表1 傳統(tǒng)電力市場與新型電力市場異同Table 1 Differences and similarities between traditional electricity market and new electricity market

2 多維協(xié)同的電力市場體系設計

結合中國電力市場建設現(xiàn)狀,本文提出了政策、價值、時間、空間多維協(xié)同的電力市場體系,如圖1所示。一是目標維度,實現(xiàn)安全保供、低碳轉型與經(jīng)濟的多目標協(xié)同；二是時間維度,實現(xiàn)中長期、現(xiàn)貨與實時運行的多時間協(xié)同；三是空間維度,實現(xiàn)多層次全國統(tǒng)一電力市場在省內(nèi)、省間交易時序等方面的進一步協(xié)同；四是價值維度,實現(xiàn)安全-綠色-經(jīng)濟多價值協(xié)同的品種配置；五是主體維度,構建多主體同臺競價的批發(fā)-零售市場體系［17］。電力市場設計應該針對以上5 個方面進行協(xié)同設計。

圖1 適應新型電力系統(tǒng)的多維協(xié)同電力市場體系Fig.1 Multi-dimensional collaborative electricity market system for new power system

2.1 新型電力系統(tǒng)下電力市場設計的多維特征

為適應新型電力系統(tǒng)發(fā)展,電力市場設計應考慮以下特征:

一是市場建設目標多元化。當前,中國電力行業(yè)正處于“計劃向市場的過渡期”“可再生能源快速發(fā)展期”“新型電力系統(tǒng)構建期”三期疊加階段,電力市場設計需要兼顧“保供應、促轉型、穩(wěn)價格”的多重目標。

二是交易組織精益化。電力交易組織方式需適應新型電力系統(tǒng)運行特性,為各類市場主體提供全面、靈活的交易渠道。時間上,向更長和更短周期雙向發(fā)展；空間上,精準反映系統(tǒng)不同位置的電力商品價值差異；品種上,體現(xiàn)不同電力商品、服務的價值,各品種交易組織需要有機協(xié)同。

三是市場空間分層化。隨著電網(wǎng)向多層次發(fā)展,新能源集中式與分布式開發(fā)并舉,市場空間向更大范圍的資源配置和更小尺度的就地平衡推進,交易組織需隨平衡模式的變化分層次開展［18-19］。

四是商品價值多維化。電力商品價值不斷細化,市場機制設計需充分反映不同資源的價值屬性。除電能量價值外,市場交易還需反映保障系統(tǒng)供應可靠性、調節(jié)靈活性的安全價值,以及綠色環(huán)境價值。

五是市場主體多元化。發(fā)電側風、光、水、火、核、抽水蓄能多類型機組入市,需求側分布式電源、可調節(jié)負荷、儲能、虛擬電廠、聚合商等新型主體參與市場,電力市場需滿足多元主體的交易需求并體現(xiàn)各類主體的市場價值。

2.2 多維協(xié)同的電力市場體系設計思路與機制

針對市場設計的多維特征,在進行市場設計時應做好以下五方面的協(xié)同工作:1）做好多方面的政策協(xié)同；2）做好中長期與現(xiàn)貨市場在時間上的協(xié)同；3）實現(xiàn)電能-安全-綠色多價值的協(xié)同；4）實現(xiàn)包括省間（國家）市場與?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）/區(qū)域市場構成的批發(fā)市場及零售市場的多空間協(xié)同；5）實現(xiàn)多主體同臺競價的平臺。

2.2.1 安全保供、低碳轉型與經(jīng)濟的多目標協(xié)同

由于電力商品的公共屬性,不同于歐美等國家和地區(qū),經(jīng)濟性并非中國電力市場建設追求的唯一目標,保供應同樣是電力市場建設的責任擔當。電力市場的建設不僅僅是經(jīng)濟性行為,更多的是社會責任。

電力系統(tǒng)綠色轉型面臨著系統(tǒng)運行、政策價值、時間空間等諸多邊界條件。而電力系統(tǒng)運行規(guī)律與政策邊界決定了電力市場的模式設計,市場機制也依賴于政策驅動。目前,新能源等優(yōu)先發(fā)電,居民、農(nóng)業(yè)優(yōu)先購電,相關電量、電價通過政策確定,需做好優(yōu)先計劃與市場的銜接,做好優(yōu)先發(fā)電、優(yōu)先購電與市場化交易在電量（曲線）匹配、損益分攤、偏差考核機制等方面的協(xié)調。

同時,新能源仍以保障性收購為主,部分采用保量競價參與市場交易。需激勵新能源主動參與市場實現(xiàn)新能源大規(guī)模、大范圍的消納,確?；厥粘杀?、獲得收益,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,并做好新能源配套政策與市場的銜接。

2.2.2 中長期、現(xiàn)貨與實時運行的多時間協(xié)同

由于電力商品實時平衡的供給特性,需要通過不同時間尺度交易品種的相互協(xié)調,實現(xiàn)電力資源的最優(yōu)化配置。通過中長期交易夯實電力供需平衡整體格局,優(yōu)化資源配置,穩(wěn)定長期價格水平；通過現(xiàn)貨市場組織日前、日內(nèi)、實時市場,體現(xiàn)短期供需變化及價格。

中長期與現(xiàn)貨市場需要在交易曲線、組織周期、交易價格、參與方式、安全約束、偏差處理等方面強化銜接。交易曲線方面,中長期交易時段劃分將更加精細,如圖2 所示,以年度、月度為主的中長期交易實現(xiàn)長期價格信號引導,以月內(nèi)連續(xù)運營實現(xiàn)中長期曲線的靈活性調整,滿足新能源主體“短周期、高頻次”偏差調整需求,以日前、日內(nèi)現(xiàn)貨交易實現(xiàn)電量的實時平衡；交易價格方面,中長期連續(xù)交易價格逐步向現(xiàn)貨出清價格收斂；參與方式方面,電力用戶參與度不斷上升,由發(fā)電側單邊競價向發(fā)用雙邊競價發(fā)展；安全約束方面,中長期交易出清充分考慮系統(tǒng)運行約束,通過安全校核、出清算法等多重手段,確保成交結果的可執(zhí)行性；偏差處理方面,市場主體可通過各時間周期的交易調整所持合同的偏差,主動承擔偏差管理責任。

圖2 多時間尺度的電能量市場體系Fig.2 Electric energy market system with multiple time scales

2.2.3 全國統(tǒng)一電力市場的多空間協(xié)同

國外電力市場建設層次相對單一,美國PJM（Pennsylvania-New Jersey-Maryland）市場的交易模式是一種類似省級電網(wǎng)的交易模式,著重開展區(qū)域內(nèi)的電力資源優(yōu)化配置。歐洲針對各個國家資源分配不均衡的問題,通過建設歐洲統(tǒng)一電力市場,開展跨區(qū)交易,實現(xiàn)資源整體的優(yōu)化配置。而與歐美相比,中國地域更為遼闊,資源和負荷的空間分布情況更為復雜。因此,不能照搬國外市場建設經(jīng)驗,中國需要建立多層次全國統(tǒng)一電力市場,實現(xiàn)省間、區(qū)域、省級市場的多層耦合,通過省間實現(xiàn)資源優(yōu)化配置、區(qū)域落實余缺調劑/備用共享、省級支撐電力電量平衡,進而從空間維度實現(xiàn)資源大范圍優(yōu)化配置［20］。

全國統(tǒng)一電力市場總體包括省間（國家）市場與?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）/區(qū)域市場構成的批發(fā)市場及零售市場,如圖3 所示。省間市場定位于保障國家能源戰(zhàn)略實施,實現(xiàn)大范圍資源優(yōu)化配置,促進可再生能源消納,建立資源配置型市場；省內(nèi)市場定位于通過優(yōu)化省內(nèi)資源配置,保障電力電量供需平衡和安全供電秩序,建立平衡型市場。

圖3 全國統(tǒng)一電力市場的多空間協(xié)同F(xiàn)ig.3 Multi-spatial collaboration of national unified electricity market

省間、省內(nèi)市場的銜接需要遵循以下3 個原則:1）既能保證電力系統(tǒng)統(tǒng)籌資源、保障全網(wǎng)電力電量平衡,又能滿足用戶直接參與省間市場的愿望；2）既能保持省內(nèi)平衡責任主體的格局,又能打破省間壁壘；3）既能促進資源大范圍優(yōu)化配置,又能防止推高經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)用電價格。

2.2.4 安全-綠色-經(jīng)濟多價值協(xié)同的交易品種配置

新型電力系統(tǒng)建設下,新能源裝機容量大幅度增長,將成為電能量市場的供給主體。一方面,高隨機性、低可控性的新能源并網(wǎng)會帶來系統(tǒng)安全的外部性,產(chǎn)生額外的系統(tǒng)調節(jié)和備用成本；另一方面,常規(guī)電源發(fā)電會帶來環(huán)境外部性,產(chǎn)生環(huán)境成本。

新型電力系統(tǒng)具有隨機性高的特征,需用概率和隨機過程來描述電力系統(tǒng)平衡問題。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)優(yōu)化調度和市場交易,旨在解決基于負荷預測、源隨荷動的確定性系統(tǒng)優(yōu)化問題；中長期和現(xiàn)貨電能量交易,可基本實現(xiàn)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的成本回報和利益分配。而新型電力系統(tǒng)是一個概率平衡系統(tǒng)。市場設計中需將復雜隨機優(yōu)化問題,解耦成確定性部分（電能量交易）和不確定性部分（爬坡/備用服務）,并針對一定置信度下的預測負荷和新能源預測出力,基于期望值開展電能量平衡交易；對于新能源出力預測不準帶來的置信區(qū)間內(nèi)的不平衡部分,需要購買爬坡、備用服務,并將有關成本分攤給責任主體。

在此背景下,電力系統(tǒng)將從傳統(tǒng)確定性平衡轉換為高不確定性的概率平衡,系統(tǒng)所需安全外部成本大幅度提高。同時,綠色價值方面,當前競爭性為主的電能量市場難以體現(xiàn)新能源的綠色價值。因此,需要建立“電能-安全-綠色”多價值協(xié)同體系,如圖4 所示,通過連續(xù)運營及分時段交易體現(xiàn)電能量價值；通過容量以及輔助服務市場實現(xiàn)安全價值；通過綠電與綠證交易、電-碳市場的協(xié)同體現(xiàn)綠色價值。圖4 中:D和H分別表示當日和當前時段。

2.2.5 多主體同臺競價的批發(fā)-零售市場

當前,中國儲能、虛擬電廠、負荷聚合商等新型市場主體快速發(fā)展,“產(chǎn)消者”大量涌現(xiàn),市場雙向互動特征明顯。目前,中國新型儲能累計裝機規(guī)模達到23.5 GW,預計2027 年可超過100 GW；預計到2025 年,中國虛擬電廠市場規(guī)模達10.2 GW,江蘇、冀北、上海、浙江、天津、深圳等地結合區(qū)域特點開展了虛擬電廠的試點應用。其中,江蘇虛擬電廠可提供快速可中斷的負荷控制服務；上海虛擬電廠建設以聚合商場、樓宇等需求響應為主,積極推進負荷集成商為主體運營的商業(yè)運營模式；冀北虛擬電廠提出了“云管邊端”技術架構,并將虛擬電廠納入電力輔助服務范圍；深圳成立了中國首個城市級虛擬電廠管理中心,以負荷型、儲能型資源聚合為主。

當前,新型主體入市機制不健全,缺乏統(tǒng)一入市標準,參與市場交易的商業(yè)模式尚未成熟,難以發(fā)揮其靈活調節(jié)的價值,進而難以獲得預期收益,影響新型主體參與市場的積極性。為此,需要進一步推進零售市場建設,強化零售市場與批發(fā)市場的銜接,建立N+X的零售市場體系,以及新能源、儲能“長期分時引導+短期需求波動響應+實時多層次供需平衡”體系,滿足分散式海量市場主體交易需求。

3 建設全國統(tǒng)一電力市場的實施路徑

為構建適應新型電力系統(tǒng)的電力市場體系,全國統(tǒng)一電力市場建設可劃分為3 個階段。

1）近期（2022—2025 年）（見圖5）:考慮到中國資源大范圍配置需求和省為主體的行政財稅管理體系,全國統(tǒng)一電力市場在近期應以省間、省內(nèi)市場“兩級運作”起步,采取“兩級申報、兩級出清”模式,通過?。▍^(qū)域）市場各自優(yōu)化,以及省間交易結果作為省內(nèi)市場邊界的“協(xié)調函數(shù)”配置,實現(xiàn)大系統(tǒng)分解協(xié)調優(yōu)化。區(qū)域市場主要開展輔助服務交易,著力解決區(qū)域內(nèi)備用、調節(jié)等資源共享需求。

圖5 全國統(tǒng)一電力市場的近期形態(tài)Fig.5 Recent form of national unified electricity market

2）中期（2026—2030 年）（見圖6）:隨著電價交叉補貼妥善解決、省間交易壁壘逐步打開,省間和省內(nèi)交易逐步融合,具備條件的省份實現(xiàn)“統(tǒng)一申報、兩級出清”,即將各省總體購、售電需求及價格統(tǒng)一在省間平臺申報,省間開展考慮主要斷面、輸電通道的優(yōu)化出清,省內(nèi)根據(jù)出清結果,再組織省內(nèi)交易。部分地區(qū)可探索構建區(qū)域一體化市場,并整體作為交易單元參與全國統(tǒng)一電力市場［21］。

圖6 全國統(tǒng)一電力市場的中期形態(tài)Fig.6 Medium-term form of national unified electricity market

3）遠期（2030 年以后）（見圖7）:按“統(tǒng)一申報、統(tǒng)一出清”實現(xiàn)全局資源優(yōu)化配置,省間與省內(nèi)市場完成融合；在全國范圍內(nèi)形成市場主體公平競爭、自主選擇,電力資源暢通流動、優(yōu)化配置的市場環(huán)境；市場體系完備、交易品種豐富、市場交易活躍,電能量、輔助服務、容量市場、金融衍生品等協(xié)調運行；構建與新型電力系統(tǒng)相適應的電力市場體系。

圖7 全國統(tǒng)一電力市場的遠期形態(tài)Fig.7 Forward form of national unified electricity market

4 實現(xiàn)中長期、現(xiàn)貨與實時運行多時間協(xié)同的關鍵措施

4.1 堅持發(fā)揮中長期交易“壓艙石”作用

中國中長期市場發(fā)展迅速,2022 年完成市場交易電量5 250 TW·h,占全社會用電量的60.8%,市場交易電量持續(xù)增長。同時,隨著新能源滲透率的不斷增加,受新能源零邊際成本特性影響,新能源參與以邊際價格出清的現(xiàn)貨市場,造成“有價無量、有量無價”的困境。在新能源高滲透率的背景下,電力市場中長期交易不僅是規(guī)避現(xiàn)貨價格波動風險的工具,更將成為確保各類型電源投資合理回收的重要渠道。中長期交易為大部分電能量定價；現(xiàn)貨交易形成顆粒度更精細的時間價格信號和因線路阻塞產(chǎn)生的位置價格信號,并為中長期交易提供更精確的偏差電量定價手段和價格引導。

4.2 持續(xù)改進現(xiàn)貨市場模式

一方面,要加快建設雙邊模式的現(xiàn)貨市場。推動所有市場化用戶“報量報價”參與現(xiàn)貨交易。將用戶側申報信息納入現(xiàn)貨市場出清優(yōu)化和實際結算,使現(xiàn)貨市場價格能夠充分反映發(fā)用兩側交易需求和供需情況。

另一方面,要進一步優(yōu)化現(xiàn)貨市場競價模式。發(fā)電側節(jié)點電價、用戶側統(tǒng)一電價的模式,將導致現(xiàn)貨市場難以形成反映用戶位置信號的價格信號。應因地制宜研究節(jié)點電價、分區(qū)電價機制,通過現(xiàn)貨市場價格信號引導發(fā)電和負荷分布、緩解電網(wǎng)阻塞。同時,推動新能源報量報價參與現(xiàn)貨市場,因報價原因未中標的電量不納入棄風棄光電量考核。

4.3 進一步推動中長期與現(xiàn)貨市場機制的統(tǒng)籌銜接

中長期市場實現(xiàn)每日24 時段的分時交易,交易曲線將與更細顆粒度的現(xiàn)貨交易更加貼合。組織周期方面,中長期市場連續(xù)運營關閘時間已從月前推進至周以及D-2 日,未來將持續(xù)向更短周期延伸。

推動中長期市場向靈活化、精細化、標準化轉變。建立靈活的中長期交易調整機制,縮短交易周期、提高交易頻次,以年度、月度、多日的24 時段交易為周期,開展“中長期+連續(xù)運營”的全時間尺度運營體系,為市場主體提供豐富的市場化靈活調整手段,在中長期關閘前形成更貼近系統(tǒng)運行、體現(xiàn)實際發(fā)用電意愿的曲線,具體如圖8 所示。

圖8 中長期連續(xù)運營交易機制Fig.8 Trading mechanism for medium- and long-term continuous operation

截至2023 年底,國家電網(wǎng)有限公司經(jīng)營區(qū)已有10 余省份實現(xiàn)D-2/D-3 日滾動交易。以中國甘肅為例,自2022 年8 月開展D-3 日連續(xù)滾動運營以來,現(xiàn)貨市場中零報價和最高報價的比例大幅減少,極大地發(fā)揮了中長期交易規(guī)避短期價格波動風險的作用。

4.4 實現(xiàn)基于帶時標能量塊的標準化市場設計

中長期交易的標準化是增強市場流動性和深化連續(xù)運營的關鍵,中國中長期電力市場發(fā)展實踐為標準化發(fā)展打下了良好基礎,也是中國電力市場建設的優(yōu)勢。

如圖9 所示,通過引入分時段標準化（帶時標能量塊）交易概念,對交易周期、交易流程等交易組織關鍵要素進行標準化設計。針對當前不同省在時段劃分、價格形成、曲線分解方面的差異,建立統(tǒng)一的中長期交易合約模型,將不同時段劃分、不同買賣主體、不同交易品種的交易合約,統(tǒng)一為分時段標準化交易,適應多元主體的差異化交易需求,并設計供需雙側分時段標準化交易方式。建立分時塊（小時為單位申報）、持續(xù)塊（多小時組合申報）、曲線塊（按定制曲線申報）、可變塊（總量申報、靈活調用）等多種申報模式,以適應多元主體差異化和便捷化交易要求。設計中長期連續(xù)開市、多品種融合、標準化合約買賣的連續(xù)運營機制。

圖9 中長期標準化交易模式Fig.9 Medium- and long-term standardized trading mode

5 實現(xiàn)全國統(tǒng)一電力市場多空間協(xié)同的關鍵措施

5.1 建立基于大系統(tǒng)分解協(xié)調的多層次統(tǒng)一電力市場

全國統(tǒng)一電力市場作為大系統(tǒng),通過建立省間、省內(nèi)市場的統(tǒng)一運作規(guī)范和技術標準,逐層實現(xiàn)省間與省內(nèi)的協(xié)同,最終實現(xiàn)全國范圍的整體協(xié)同。需要基于大系統(tǒng)分解原理和協(xié)調控制的基本思路,將集中決策與分散化決策相結合,構建一個多級協(xié)調和最優(yōu)控制的電力交易機制。

在全國統(tǒng)一電力市場這一“大系統(tǒng)”中,省間市場和各個省市場/區(qū)域市場是“子系統(tǒng)”。省間市場與省內(nèi)市場的銜接機制,是各個子系統(tǒng)之間的“協(xié)調函數(shù)”。如圖10 所示,以市場內(nèi)發(fā)電成本最小化作為子系統(tǒng)的目標函數(shù),以各市場間整體的發(fā)電成本最小化作為大系統(tǒng)的目標函數(shù),實現(xiàn)全國統(tǒng)一電力市場的整體效益最優(yōu)。

圖10 多層次市場協(xié)同F(xiàn)ig.10 Multi-layer market collaboration

5.2 實現(xiàn)多級市場協(xié)同優(yōu)化與聯(lián)合出清

探索“統(tǒng)一報價、聯(lián)合出清”的交易組織模式,需建立三級調度與兩級市場協(xié)同的組織流程,并實現(xiàn)基于“統(tǒng)一申報、兩級出清”的市場出清。如圖11 所示,省內(nèi)市場主體統(tǒng)一進行一次報價,開展省內(nèi)市場預出清；分省整合省內(nèi)市場剩余報價結果,形成凈受入或凈送出曲線；匯總各省凈受入/凈送出曲線,進行多通道集中優(yōu)化,形成省間市場出清結果；省間市場出清結果作為省內(nèi)市場邊界,組織省內(nèi)市場出清。在時序銜接上,省間中長期交易早于省內(nèi)中長期交易開展?，F(xiàn)貨交易中,首先形成省內(nèi)開機方式和發(fā)電預計劃,再組織富余發(fā)電容量或購電需求參與省間現(xiàn)貨交易,省間現(xiàn)貨交易結果作為省內(nèi)現(xiàn)貨交易出清邊界。

圖11 多級市場交易耦合組織與聯(lián)合出清Fig.11 Coupling organization and joint clearing of tradings in multi-level markets

5.3 推動建設統(tǒng)一的輸電價格體系與輸電權市場

在當前單一制跨區(qū)跨省輸配電價的模式下,省間市場交易成交的前提之一是購售電雙方申報價差大于輸電環(huán)節(jié)價格,這在一定程度上限制了省間市場成交規(guī)模。未來,應推動專項輸電工程輸電價格向兩部制、容量定價方式轉變,推進全國統(tǒng)一電力市場輸電價格體系建設。同時,應建立省間輸電權交易機制,做好與省間電能量交易的銜接協(xié)同,促進通道的合理、高效利用。

6 實現(xiàn)安全-綠色-經(jīng)濟多價值協(xié)同的關鍵措施

6.1 建立考慮高比例新能源接入的容量價值體系

6.1.1 建立保障長期平衡的可靠性容量交易機制

常見的容量保障機制包括稀缺電價、容量補償、容量市場等。稀缺電價可能形成極端的尖峰價格,影響電力市場價格穩(wěn)定,在中國國情、網(wǎng)情下適應性欠佳；容量市場能夠通過市場機制形成容量價格,但對市場體系的完善程度、監(jiān)管能力和市場外部環(huán)境有較高要求；容量補償模式的價格形成機制較為簡單清晰,適用于中國起步階段。近期,宜以火電作為主要補償對象,容量補償資金建議來源于市場化用戶,可按度電/容量收取。未來,探索中長期可靠性容量機制,包括容量補償、容量市場、中長期備用等方式,保障電源固定成本回收和長期電力供應安全。

6.1.2 建立保障短期平衡的靈活性輔助服務交易機制

目前,中國輔助服務市場的交易費用占全部電費比例較小,僅約1.5%～3%,遠低于國際水平。在新型電力系統(tǒng)下,需推動建設保障短期平衡的靈活性輔助服務市場。

一是創(chuàng)新品種。當前,輔助服務交易品種以省內(nèi)調頻、區(qū)域調峰為主。未來,考慮新能源發(fā)電特性、電力系統(tǒng)運行需要,對省內(nèi)爬坡服務、省間備用服務的需求將明顯增加,需要逐步建立相關品種。此外,還需推動輔助服務市場與電能量市場協(xié)調運作。

二是健全成本分攤機制。按照“誰提供、誰獲利,誰受益、誰承擔”的原則,分步有序推動輔助服務成本向用戶側的傳導與分攤。

三是引導多元主體積極參與。通過合理的商業(yè)模式,引導儲能、分布式電源、虛擬電廠等新型主體提供調節(jié)資源［22］。

6.2 建立適應新能源大規(guī)模接入的電能-安全價值體系

6.2.1 完善新能源定價機理

現(xiàn)階段,經(jīng)測算新能源側折合分攤度電安全成本為0.022～0.036 元/（kW·h）,新能源安全外部成本占全成本的5.9%～9.7%。隨著新能源大規(guī)模接入,新型電力系統(tǒng)的安全成本將大幅增長。預計未來新能源安全外部成本占比將達到30%。針對新型電力系統(tǒng)下新能源定價問題,需要在考慮電能量成本的基礎上,進一步考慮新能源的安全外部成本,建立全成本定價模型。

6.2.2 實現(xiàn)新能源可信容量及安全成本測算

依據(jù)新能源的出力特性進行偏差概率分析,可得到不同時間尺度下的可信出力區(qū)間。在考慮新能源出力特性及可信出力的基礎上,進一步測算新能源接入所產(chǎn)生的安全外部成本對應的包括調峰、調頻、備用等安全調節(jié)服務的需求量。

6.2.3 建立外部成本內(nèi)部化的聯(lián)合競價模型

針對新能源高安全外部成本特性,如圖12 所示,提出外部成本內(nèi)部化的定價方法,將傳統(tǒng)基于電能量成本的定價模式轉變?yōu)榛诎踩獠砍杀緝?nèi)部化的定價模式；用戶同時申報電量及所需平衡服務,并進行統(tǒng)一出清。

圖12 安全外部成本占比Fig.12 Proportion of external security costs

6.3 建立反映新能源綠色價值的交易體系

6.3.1 完善綠電交易機制和擴大綠電交易規(guī)模

推動新能源項目全面參與市場交易,市場主體進一步拓展到帶補貼新能源,逐步涵蓋分布式能源、水電等可再生能源；完善綠電交易機制,著重向更長時間尺度拓展,加強綠色電力交易與其他交易品種的協(xié)同和融合；加快完善綠色電力交易與可再生能源消納責任權重、碳排放權、用能權、能耗雙控等配套制度的銜接。加強綠電與綠證交易的協(xié)同,保障平價和低價上網(wǎng)項目可通過綠證交易獲得合理收益補償。擴大參與主體范圍,引導帶補貼新能源參與綠電交易,由綠色溢價部分抵消對應補貼,以市場化手段減輕國家財政補貼負擔。

通過綠色電力市場反映綠色電力的電能價值和環(huán)境價值,有效擴大綠電、綠證市場供給,滿足用電企業(yè)綠色轉型的“剛需”,推動整個能源生產(chǎn)消費方式的變革。

6.3.2 建立電-碳市場協(xié)同運作機制

目前,全國碳市場主體主要為發(fā)電企業(yè)。未來,隨著碳市場主體范圍不斷擴大,可通過核算用戶購買電力等帶來的間接碳排放,引導用戶提升綠色消費意識。同時,也需考慮與碳交易、中國核證減排量（China Certified Emission Reduction,CCER）等機制的有效銜接,合理反映不同發(fā)電類型碳排放成本,增強綠電的競爭優(yōu)勢,并防止碳減排量的重復計量。

經(jīng)測算,近期,在碳配額較為寬松環(huán)境下,火電平均發(fā)電成本將增加約2.08 元/（MW·h）；遠期,若碳價上升至90～160 元/t,火電平均發(fā)電成本將增加約3.7～6.7 元/（MW·h）。隨著碳市場價格增加,火電中標電量將由高碳機組向低碳機組轉移。

6.3.3 積極探索綠電、電-碳的國際標準建設

推動建立全國統(tǒng)一綠證核算與交易體系,將綠證作為可再生能源環(huán)境價值的唯一憑證,進而與全國碳市場實現(xiàn)互認互換。同時,積極參與綠電認證國際標準制定,實現(xiàn)綠證與國際綠證、國際碳稅的互認、抵扣,提升中國在全球環(huán)境治理和能源管理上的話語權［23］。

7 實現(xiàn)多主體協(xié)同的關鍵措施

7.1 建立新能源參與市場的交易機制

統(tǒng)籌考慮優(yōu)先發(fā)電與優(yōu)先購電的匹配、新能源入市后的收益變化,建立新能源補貼與交易價格的聯(lián)動機制,有序推進新能源入市交易。初期宜以自愿參與市場為主,應鼓勵新能源企業(yè)與用戶開展多年直接交易合同,以長期合約價格信號引導能源投資；適時建立以政府授權差價合約、簽訂長期購電協(xié)議（power purchase agreement,PPA）等方式［24］推動新能源參與市場。

以中國新疆為例,經(jīng)仿真測算,按照新能源平均折現(xiàn)率8%、電價分別為0.05、0.10、0.15 元/（kW·h）高、中、低這3 個場景,理論上新疆風電可按2023 年27%、2025 年55%、2030 年80%的比例和節(jié)奏推進新能源入市。

7.2 建立新型主體參與市場的交易機制

7.2.1 建立新型主體入市分類引導機制

可將新型主體分為剛性和類剛性負荷、價格響應型負荷、可控調節(jié)型負荷3 類,如表2 所示。

表2 新型主體劃分及市場機制Table 2 Classification of emerging entities and market mechanisms

調節(jié)可控型負荷可視為“負發(fā)電”,接入調度控制系統(tǒng)接受調控指令；價格響應型負荷可采用報量不報價、自主響應的方式參與市場；剛性及類剛性負荷未來應承擔更多輔助服務費用的分攤。

7.2.2 完善適應新型主體參與的市場交易模式

1）建立靈活多樣的新型主體交易模式

在參與方式方面,新型主體可分為直接或聚合參與；在交易品種方面,新型主體可按自身能力自主選擇參與容量、輔助服務和電能量交易。通過靈活多樣的交易模式,使得電力需求側用戶可在綜合考慮多種市場參與條件與效益的情況下,合理配置資源以獲得最大市場效益。如在中長期市場建立面向需求側主體的容量補償機制；成功競價出清的新型市場主體可作為電網(wǎng)備用資源,保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。同時,探索開展面向應急、保供、保消納的源網(wǎng)荷儲互動交易,針對臨時性的供需不平衡,開展面向低谷新能源大發(fā)、節(jié)假日負荷下降、迎峰度夏等典型場景的源網(wǎng)荷儲互動交易［25］。

2）完善分布式交易模式

考慮分布式電源自發(fā)自用、就近消納的特點,可在同一臺區(qū)內(nèi)開展就近交易。在分布式主體加強自身平衡和調控能力建設的基礎上,根據(jù)分布式主體的隨機波動性及與主網(wǎng)交換曲線的峰谷特性,推動以責權對等的原則實現(xiàn)交叉補貼、電力平衡服務等相關責任的公平承擔,進一步完善市場準入與價格機制。

3）探索平衡責任分攤的有關機制

隨著新能源規(guī)?；尤?電力系統(tǒng)發(fā)電側不確定性顯著增加；新型主體快速發(fā)展,在負荷側引入了越來越多的不確定性。在此背景下,為降低源荷兩側主體為系統(tǒng)平衡帶來的高不確定性,探索新型主體以平衡單元作為市場的基本主體入市以及對應的平衡責任分攤有關機制,具有非常重要的意義。一方面,由具備售電資質、具有靈活調節(jié)資源的聚合商,與發(fā)用電主體建立平衡單元,作為一個整體提供平衡調節(jié)服務并承擔偏差的經(jīng)濟責任,通過平衡單元實現(xiàn)平衡單元內(nèi)部的自平衡,分擔系統(tǒng)平衡責任,極大地降低電網(wǎng)平衡壓力,提高電力系統(tǒng)安全性。另一方面,平衡單元作為交易的基本單元,獨立結算且承擔自身偏差的經(jīng)濟責任,可充分調動市場主體參與需求響應的積極性與規(guī)范性。

8 結語

中國地域遼闊、地區(qū)差異大、能源供需逆向分布、新能源發(fā)展迅猛、電網(wǎng)規(guī)模巨大、復雜性強。同時,中國電力市場建設基礎與歐美國家和地區(qū)有較大差別,國際現(xiàn)有的電力市場理論和模式難以直接應用,亟須探索一條符合中國國情、具有中國特色的電力市場化改革道路。

復雜市場建設環(huán)境使得單一市場機制建設難以從根本上解決上述問題,需要基于頂層設計,從目標、時間、空間等不同維度進行電力市場的協(xié)同設計。因此,本文構建了適應新型電力系統(tǒng)的目標、價值、時間、空間、主體多維協(xié)同的電力市場體系架構。圍繞以上維度,提出多維協(xié)同市場設計思路和核心機制,通過多維協(xié)同的市場機制設計,為建設全國統(tǒng)一電力市場、推動能源轉型與新型電力系統(tǒng)建設提供堅強支撐。