自2015年9號文以來，電力市場化交易在中國飛速推進，特別是在今年9月，國家發改委發布通知選擇8個地區進行電力現貨市場建設試點，不少專家學者重新開啟了對國外電力市場的研究，借鑒歐美成熟電力市場經驗。

然而，中國電改之時，恰逢能源互聯網全球盛行之日：可再生能源，特別是以光伏和風電為代表的「不可控」可再生能源發電比例逐步升高，各種類型儲能的逐步低成本化，智能電錶的普及和下一代通訊技術逐步走出實驗室，使得電力市場正面臨著更新換代。事實上，歐盟在2016年12月公佈的新電力市場設計規則方案中尖銳指出「當今能源市場規則是為了滿足過去的以傳統火力發電和沒有需求側響應的能源系統而設計出來的。」美國國家可再生能源實驗室在2014年發布的報告也明確提及了美國各ISO在面對可再生能源下對電力市場規則作出的連續性地改進，但仍然不確定至今的各類改進是否仍能保持最穩定、經濟的電力市場。

中國在能源互聯網的背景下展開電力市場的建設，是一種挑戰，沒有完全「成熟」的電力市場有依可尋，也無疑是一種機遇，如同中國汽車行業跳過內燃機直接進入電動車，通訊行業3G尚未普及直接遍鋪4G一樣，進入世界前所未有的水準。

光伏、風電低邊際成本的特點，將把傳統火力發電在以邊際成本為準的交易競價中擠出，使得交易電能價格降低，甚至出現負值，使得火力發電難以生存。而同時，光伏和風電的不可預測性、波動性，給電力系統的可靠性、靈活性增加了挑戰。這就涉及到兩個主要的問題：

• 如何保持一定量電廠資源在經濟上能夠存活，支持長期的電力系統和必要的冗餘；
• 如何讓能夠刺激發電資源提高靈活性並行使靈活性。

對此，歐美在十多年的電力交易市場運營之上，進行了各種各樣的更新和嘗試，值得我們在一開始設計我國的電力市場時就納入考慮。

更多的容量，更高的電價

在維持電力系統長期發電容量上，主流的方法主要有兩種：

1

容量市場（Capacity Market）

在能量市場之外建設單獨的容量市場，調度交易中心計算電力系統所必須的發電容量，進行集中招標或以類似配額的形式強制用電方購買。

2

尖峯電價（Scarcity Pricing）

在能量市場上允許發電資源緊張時電價飆升，從而使得電廠能通過少量而高價的時間段獲得足夠的收益來支撐長期的運營。理論上，當電力系統發電資源供不應求時，發電廠可以報無限高的價格，因此全球幾乎所有的電力市場都設置了交易電價上限。

美國PJM, ISO-NE和NYISO都設計了容量市場，並且隨著可再生能源的發展，不斷改進了對於「必須發電容量」計算的方法。加州CAISO沒有運營單獨的容量市場，但通過強制（供）用電主體通過雙邊交易購買一定量的發電容量而實現了容量市場的功能。但德州ERCOT堅持實行單一能量市場，但不斷地提高能量市場中的交易電價上限，如圖1。

圖1

2015年歐盟委員會對高比例新能源下電力交易和調度規則的改進特別向社會公開徵求意見， 320個主體、個人表達了意見，其中大部分支持尖峯電價方案。例外的是，法國在2016年年底引入了容量市場，並進行了首次容量競價。

容量市場的難點在於如何平衡發電冗餘容量過少可能達不到系統安全性要求，而過多會造成額外的電價成本。尖峯電價的難點在於如何平衡電力緊張情況下電廠的高價收益和電廠抱團操縱市場從而人為造成電力緊張。各有千秋。

更短的交易週期，更複雜的報價

光伏和風電在短時間內的波動性使得電力交易價格需要在更短的時間週期內逼近更實時地反映電力供需關係，以及火電廠在報價時充分考慮短時間內的啟停組合。

在交易週期上，當前，美國電力市場普遍採用日前市場以小時為最小單位計算節點電價，日內市場以5分鐘為最小單位計算節點電價，但以小時平均進行結算。加州CAISO在2015年開始提出將日前市場的計算細粒度升至5分鐘，但紐約NYISO擔心日前市場計算時間最小單位至分鐘級後，電力交易市場出清系統會消耗大量的計算資源和計算時間。

而在歐洲，之前各國電力市場普遍使用日前以小時，日內以15-45分鐘不等的交易最小時間單元。但歐盟於2016年提出要將日前、日內市場的交易和結算最小時間單位統一降至15分鐘。

在報價方面，歐美一直以來以量-價對的形式報價。歐洲自2015年開始陸續使用支持塊狀報價（block order）的EUPHEMIA出清演算法，使得火電廠能夠在報價中不僅體現量和價的關係，還嵌入各種複雜的啟停條件。但歐洲也從此陷入了火電廠紛紛申報越來越複雜的塊狀報價組合，造成電力交易平臺出清時間過長和不穩定的情況。

可再生能源的波動性和實時性，使得電力交易成為一項接入點多，數據量大，實時性高，邏輯性複雜，但同時又關係到電力供應安全的信息化任務，無疑需要最先進的計算機、信息化、互聯網技術和人才的加入。

更成熟的需求側響應，更多元的輔助服務資源

在2010年左右光伏、風電剛剛風生水起之時，火電廠作為幾乎唯一的調頻、調峯的資源，電力系統對火電廠提供輔助服務上的需求越來越多。然而近幾年來，隨著包括智能電錶和下一代通訊技術的成熟，通過需求側響應提供輔助服務達到了技術經濟上的可行性。2011年，美國聯邦能源監管委員會發布了745號規章，對需求側響應在電力批發市場中通過輔助服務，削減負荷等的收益作出了規定，保護其與其他發電資源提供相同服務時得到相同的收益。德州作為美國智能電錶普及率最高又最早的州，在2009年即通過需求側響應滿足了整個區域系統內一半以上的二次調頻需求。歐盟在2016年發布規定，要求每個用電用戶有權要求安裝智能電錶以及獲得與現貨市場上的電價波動相關聯的購電套餐，並且有權單獨或通過集成商提供需求側響應產品。

與此同時，包括飛輪儲能、電池儲能等的儲能形式成本也在不斷降低，也逐步進入了輔助服務市場。

更令人驚訝的是，光伏、風電本身也可以參與輔助服務市場。歐美在最初期都規定了光伏、風電優先上網，優先交易的政策，以盡量降低棄風棄光。但近兩年來人們發現，當光伏和風電達到一定比例的時候，在適當的情況下進行棄風棄光，可以降低系統對輔助服務的需求，從而降低火電廠為提供下調服務而必須存在的儲備，反而促進了可再生能源比例的進一步提高。因此，美國PJM，德國等已經改變為風電光伏在經濟性的前提下進行棄風棄光作為系統下調服務。

此外，歐美還在諸多細節上進行了探索和創新，比如對於光伏風電進行偏差考覈，逼迫運營商提高預測技術；歐洲能源交易所開發以風電發電比例為指數的期貨新品種用於對衝風險； 歐盟提倡各國聯合進行輔助服務調配和建立統一市場耦合出清；加州CAISO開發「靈活性」作為一種除能量、容量之外的第三個交易量；為提供輔助服務的機組補足沒有參與能量市場交易的機會成本，等等。哪些措施，或者哪些措施的組合，能夠適應多少光伏風電滲透率，仍然是一個在學術界、業界都值得探討、摸索的話題。

我國的電力市場目前還比較初步，中國的電力市場設計者們在追趕歐美現有電力市場設計的框架之時，也需要多考慮當前中國與歐美幾乎在同一發展水平的可再生能源、物聯網、信息化發展程度，探索能源互聯網背景下的新電力市場最佳設計。

本文來自中國能源研究會內參2017年11月刊

作者：泰豪邁能-高能研究院 周瀅埡

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