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        國外典型電力市場抽水蓄能電價機制及主要啟示
        2021/7/1 16:54:42    新聞來源:中國電力企業管理

        在“碳達峰,碳中和”目標要求下,“十四五”時期,構建以新能源為主體的新型電力系統已成為行業發展的必然選擇。為了平抑風電、光伏等不確定性電源對電力系統運行的影響,作為現階段最為成熟的靈活性調節技術,抽水蓄能將是未來高比例可再生能源供給體系的重要組成部分。

        (來源:微信公眾號“中國電力企業管理” ID:zgdlqygl 作者:王睿等)

        在這一背景下,為了促進抽水蓄能產業的健康發展,破解現有電價機制存在的與市場發展銜接不夠、激勵約束機制不夠健全等問題,4月30日,國家發展改革委出臺《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》,對當前市場建設階段抽水蓄能電站的電價機制進行了總體性的制度安排,為兼顧抽水蓄能產業發展與參與市場競爭之間的協調關系提供了必要的制度保障。

        他山之石,可以攻玉。隨著電力市場改革的繼續深化,可以預期,未來抽水蓄能電站的電價機制也將伴隨電力市場建設的向前推進而逐步完善。為此,本文對英國、美國、歐盟等典型電力市場化國家或地區的抽水蓄能電站電價機制開展研究工作,以期通過對上述國家或地區抽水蓄能電價機制發展實踐的歸納和總結,前瞻性地得出有助于下一階段我國抽水蓄能電價機制進一步完善的經驗和啟示。

        典型電力市場抽水蓄能電價機制

        從國外實踐經驗來看,在競爭性電力市場國家或地區,由于電力市場模式的差異,抽水蓄能電站的運營模式體現出明顯的差異化特征:在以英國為代表的分散式市場,抽水蓄能電站主要通過簽訂場外中長期合約的方式實現其成本回收;而在集中式特征較為明顯的電力市場中,抽水蓄能電站根據其提供的功能,參與電能量市場及輔助服務市場競爭獲得相應收入。其中,調峰填谷功能通過參與電能量市場競爭、峰谷價差套利的方式實現價值體現;輔助服務功能則通過參與輔助服務市場的方式獲得相應收入。

        英國

        英國是分散式電力市場的典型國家,電力交易以發電商與用戶的雙邊交易形式為主,雙邊交易電量在總交易電量中的占比超過90%。為了便于雙邊交易的物理交割,所有的雙邊交易合同須在關閘前(目前為一個小時)向市場運營機構提交該交易時段的出力(用電)計劃。

        由于負荷預測偏差、局部輸電阻塞等因素,實際調度時段的電力平衡總會與出力(用電)計劃存在一定偏差,此時需要平衡機制和輔助服務市場作為市場的必要補充,以解決電量不平衡問題。在英國電力市場中,平衡機制和輔助服務由英國國家電網(National Grid)統一負責采購。其中,平衡機制的交易電量約占3%~5%。在平衡機制中,發電商申報Bid/Offer。其中,Offer表示機組增出力的報價,Bid表示機組降低出力的報價。英國電網調度機構根據系統運行需要,以購電成本最低為目標進行平衡市場的服務采購。

        這一市場模式中,由于雙邊交易合同量的絕對性占比,可實現系統內的傳統電源與用戶對未來收入/用能成本的穩定預期。但對于以提供靈活性調節資源為主的電源類型抽水蓄能電站而言,由于平衡機制市場規模的不穩定性(不同交易日之間平衡市場規模存在明顯波動性)以及價格波動性(價格取決于平衡市場的需求方向,通常Bid價格高于Offer價格),使得抽水蓄能電站難以在這一市場模式中產生穩定的收益預期。

        因此,為保障抽水蓄能電站的合理收益,英國電力市場專門制定抽水蓄能機組的電價機制,明確抽水蓄能電站收入包括固定收入(固定部分)與平衡機制收入(變動部分)兩部分。

        固定部分:固定部分又稱容量補償,以抽水蓄能電站與英國國家電網簽訂的年度合約形式固化。主要補償抽水蓄能電站在系統中的兩個方面的效益:

        一是對承擔電網輔助服務效益,即快速響應、調頻調相、黑啟動以及備用等作用的補償,該補償按輔助服務機制計算得出,按年一次性支付;

        二是對于抽水蓄能機組根據調度要求,參與調峰填谷,保障了基荷機組的平穩運行、提高了基荷機組的經濟效益等所作貢獻的補償,該補償簽訂年度合同明確固定電量和固定電價。

        在英國電力市場中,固定部分收入約占抽水蓄能電站全年總收入的70%~80%,其中輔助服務補償費約占固定部分收入的70%。

        變動部分:根據英國國家電網調度要求,預留相關輔助服務及調峰填谷容量外,抽水蓄能電站的剩余容量可通過自主參加平衡市場獲得一部分變動收入,這部分收入隨著不同時段、不同報價而變動,完全依靠市場需求和競價交易獲得。變動收入占抽水蓄能電站全年總收入的20%~30%。

        典型案例:英國迪諾威克抽水蓄能電站裝機180萬千瓦,是歐洲最大的抽水蓄能電站之一。該電站由國家投資興建,1984年投運,現由Edison Mission Energy公司獨立經營。電站參與英格蘭和威爾士電力市場競爭。電站年收入額基本維持在1億英鎊左右,年運營收入中輔助服務收費約占一半。

        美國加州電力市場

        美國加州電力市場是典型的集中式電力市場。其市場結構包括集中式的日前市場、實時市場以及輔助服務市場。其中,電能量市場與輔助服務市場耦合出清。

        集中式電能量市場實現了不同時段電能量產品價值的貨幣化體現以及輔助服務機會成本的顯化體現,即由于負荷特性的穩定性,每日高峰時段/低谷時段可產生穩定、可預期的高峰/低谷價格信號,而這對于抽蓄電站作為獨立個體參與市場競爭是極為友好的。在這一市場中,抽蓄電站可通過參與電能量市場與輔助服務市場獲得相應的收益,相對應的,其收入的主要來源包括參與輔助服務市場和現貨市場峰谷套利。

        典型案例:Helms抽水蓄能電站位于美國加州西拉內華達地區,裝機容量120萬千瓦。其年收入中約40%來自于峰谷套利(調峰填谷),輔助服務收入約占總收入的60%。

        歐盟

        20世紀90年代以來,歐盟先后頒布了三個電力改革法案,推動成員國開展電力市場化改革,并同步推進電力行業一體化建設,促進成員國之間能源市場的開放融合,力爭建成內部統一能源市場。目前,大多數歐盟國家電力市場已形成以現貨市場為基礎,輔助服務市場和金融市場為補充的市場機制,市場模式兼具集中式與分散式的雙重特征。

        其中,現貨市場包括日前市場、日內市場與實時市場,日前市場、日內市場由電力市場所組織,實時市場則由各國ISO組織。日前市場采用“集中競價,邊際出清”方式,具有一定的集中式特征;日內市場采用的撮合交易方式以及實時市場采用的平衡機制方式則體現出明顯的分散式特征。

        在歐盟電力市場中,由于“集中競價,邊際出清”的日前市場的存在(峰谷價差信號的存在),使得抽水蓄能電站具備了獨立參與市場競爭實現生存的基礎條件。因此,在歐盟國家抽水蓄能電站一般作為獨立市場成員,與其他電廠在市場上展開競爭。其收入的主要來源包括參與輔助服務市場和現貨市場峰谷套利。

        典型案例:奧地利普芬寧貝格抽水蓄能電站規劃裝機容量3×150兆瓦,項目預計2024年投產運營。根據該項目收購盡職調查報告的仿真結果,在當前市場價格水平下,機組將更多的容量參與輔助服務市場將獲得更佳的收益(盡調報告中未拆解出調峰填谷及輔助服務的收入)。

        主要啟示

        抽水蓄能電站無論是在分散式電力市場還是集中式電力市場環境下均能實現生存,但在不同市場模式中運營模式存在明顯差異。在分散式電力市場中,由于峰谷價差信號的隱化,為保障抽水蓄能電站的合理生存,需對其制訂特殊的電價政策,如固定合約機制等;而在集中式市場環境中,抽水蓄能電站可作為獨立個體參與市場競爭,通常不需為其設計單獨的保障機制。

        從國外電力市場化改革國家或地區的實踐經驗來看,無論是分散式電力市場還是集中式電力市場,抽水蓄能電站能夠獨立參與市場競爭并實現生存的電力市場環境,至少包括以下二個必備要素:一是運行良好的現貨市場,能夠提供峰谷套利空間;二是完善的輔助服務市場,使得抽水蓄能電站提供輔助服務的價值得到合理的體現。只有當上述兩個條件同時滿足時,抽水蓄能電站才具備完全推向市場的可能條件。

        從國外實踐來看,典型的抽水蓄能電站其輔助服務收入均已占到其總收入的50%以上,調峰填谷收入則不足50%。而根據典型抽水蓄能電站運行工況估算,抽水蓄能電站在我國現行輔助服務政策框架下可實現的收入不足其年容量成本的5%,與國外存在巨大差異。究其原因,成熟市場化國家輔助服務定價所基于的機會成本定價方法,與國內輔助服務基于的會計成本定價方法之差異是主因。這也表明,即使國內推進了電力現貨市場建設,輔助服務市場若不能同步改革到位(輔助服務定價含機會成本信號),抽水蓄能電站作為獨立個體參與市場競爭的條件同樣并不滿足。

        本文刊載于《中國電力企業管理》2021年05期,王睿、羅開顏、張會娟、劉慶供職于電力規劃設計總院

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