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“电力市场建设与新能源消纳:加州历程与中国启示”研讨会

 

 

2017年7月3日,国家发改委能源所、国家可再生能源中心与中国可再生能源电力并网研究协作组(CVIG)在北京举办“电力市场建设与新能源消纳:加州历程与中国启示”研讨会,国家发改委能源所副所长、国家可再生能源中心主任王仲颖致欢迎辞,可再生能源中心副主任、CVIG秘书处主任赵勇强主持会议和讨论。会议邀请了美国加州独立系统运营商(CAISO)原主任市场设计工程师、重庆大学客座教授刘云仁教授、国家发改委宏观院经济所原所长刘树杰研究员、华北电力大学中国能源政策研究中心主任王鹏教授等专家,以及国家发改委基础产业司、价格司、经济运行局、国家能源局新能源司、市场监管司、法制和体制改革司等部门以及国家电网、有关新能源发电企业代表,围绕美国加州电力市场建设历程和经验、电力市场的关键问题、适应高比例新能源的电力市场变革等问题进行交流探讨。CVIG秘书长王斯永做了会议总结。

会议主要观点如下:

1、CAISO早期历史进程:

1996年9月,加州立法机构通过了电力工业重组法案。根据此法案,加州决定建立电力市场。成立电力市场的初衷是:打破垄断,引入竞争;促进市场机制;优化资源的利用;提高系统可靠性;改善供电服务;社会效益最大化;降低用户电价。1998年3月CAISO(加州电力调度中心)和CALPX(电力交易中心)正式投运,设计之初ISO与PX就独立于市场参与者,且为非盈利组织。

由于在加州电改之前市场由三大电力公司形成垄断,在市场成立之初规定了每个市场参与者在加州的装机容量不能超过总容量的10%,因此三家公司将大量的火电卖给州外的电力公司,从而形成了最初加州发电商的雏形。 加州电力市场以2009年4月为例,此前的称为前期,当时只有堵塞管理市场、实时市场和辅助服务市场,这些市场对中国来说相对比较简单,可以先建立起来。

CAISO的范围中有1400台发电机组,总装机容量达到5500万千瓦,年峰值负荷在4600万千瓦左右,历史最高峰值负荷在5027万千瓦(2006年7月24日),2016年4月平均峰值负荷在2800万千瓦,2016年7月平均峰值负荷在4097万千瓦,可以看到加州由于峰值负荷逐年减小,CAISO的容量一直处于富余状态,因此CAISO没有容量市场。

从效果上来看,电改的目的首先是提高系统可靠性,其次才是经济性,由于市场机制设计问题,PX只管能源交易,不管负荷预测、输电调控等,因此无法保证电网可靠性,目前PX已经关闭。电力市场改革的初衷除了降低用户电价以外其余的目标都达到了。

 

2、电改的路径选择:

 

刘云仁教授介绍,在美国,CAISO是明确说明建立的是基于双边合同的自愿的市场以及建立自愿交易的日前市场,日前市场是其辅助作用的,是附加的,因此在满足安全约束条件下电力交易中心充分尊重双边合同。

在电力中长期交易方面,加州也是走了不少弯路,在设计之初禁止电力中长期交易,所有企业只能在日前交易,而在关闭PX之后又禁止日前交易,而转为100%的电力中长期交易,这一情况直到2009年4月加州重新进行市场设计之后得到解决。 加州的发电企业报价非常灵活,对于已经在日前和实时市场中报价的合同,可以进行重新报价,而CAISO根据新的报价进行重新优化。 辅助服务是电力公共品,因为无法确定受益人,因此必须通过用户分担来解决,也因此只能通过电力交易中心统一采购。进入辅助服务市场的有两个:一个是调频备用(AGC),另一个是运行备用。

刘树杰研究员指出,电力市场选择的核心是建立双向+平衡机制的市场还是单向交易市场,即要解决交易关系的问题:是跟电力交易中心交易(单边采购,强电力库模式)还是发电和用户/售电代理商进行双边合同交易(双边交易)?在强电力库中没有双边合同,有的只是价差合同,也没有电力中长期交易。对于不同的选择,需要采取不同的措施(基于权利和义务相对等的原则):在双向交易中,交易双方需要各自做负荷预测,而在单向交易中由于交易对手是交易中心,因此不需要考虑负荷平衡问题(由交易中心解决)。强制电力库中,交易中心作为买方招标采购电力后,形成了发电出清价,按满足需求的最后一台机组价格,再加系统加价后成为系统卖价,以此价格将电力卖给售电商或高压用户,因此强电力库中没有批发价竞争(这是澳洲模式)。双边交易模式下,对于电力中长期交易美国有严格的限制,因为保证将交易计划转变为实际调度很重要。以加州为例,每份合同必须落实到24h或者48h的负荷曲线上,而非国内的月度或者年度考核,在这一点上国内还有所欠缺。


3、电价改革:

加州市场在前期有三个区:NP15、ZP26和SP15,其中NP15和ZP26及ZP26和SP15之间各有一条输电线路进行相连。在85%的情况下输电线路没有堵塞,此时三个区是同一电价,CAISO进行简单排队匹配报价。

一旦这两条线路发生阻塞时,此时最多有三个区各自的报价。此外加州和墨西哥之间还有一条线路,在墨西哥有两台机组参与加州电力市场交易。由于这条线路经常堵塞,因此这两台机组滥用市场力进行牟利。

CAISO的电力交易是价格优先,由于在堵塞时,CAISO会降低墨西哥机组的负荷,此时会根据降低的负荷进行补贴,而线路阻塞经常发生,因此两台机组会在日前市场以低价多报容量来获取高额补贴(此时不按出清价格计算,而是按机组报价进行计算),每年因此获利数千万。这一现象直到2009年改革之后才得到遏制。 加州新的电力市场设计起始于2002年,被称为长期市场重新设计和技术更新计划(MRTU),由三部分组成:集成前期市场(IFM)、完全网络模型(FNM)和局部边际电价(LMP)。

LMP由能量、堵塞和网损三部分组成,尽管理论上结算采用节点电价,但是实际过程中有三种形式:一种是对发电机组的能量部分用节点电价进行结算;对于负荷,则按某特定区域来进行结,其价格是该区域内负荷节点电价的加权平均;对于辅助服务备用容量,因为辅助服务备用容量是按区域要求的,因此其价格是按区域进行结算。 在零售电价方面,美国的零售电价始终没有放开,尽管电力公司滥用市场力也是原因之一,但是加州电力危机的导火索是放开零售市场。美国的零售侧只开放了加州和德州的两个试点,此后就由于价格问题而关闭了。

4、可再生能源方面

由于加州新能源发展计划比较激进,因此风光的实际负荷曲线非常陡峭,要求有500万千瓦/h的爬坡需求,这对辅助服务提出了很高的要求。而为了促进新能源的发展,CAISO对风电进行了特别优待。由于对风电的负荷预测无法非常准确,对于风电负荷的担忧使得保障的备用容量偏多,假设风电在日前上报100MW容量,CAISO在此基础上打折计入实际发电容量(比如50MW),然后用备用容量填补剩下的缺口,而一旦当日风电发电负荷以100MW并网,则发电端的负荷会由于备用容量多出50MW(过度发电),导致能量市场不平衡,此时需要弃风或者切机,而CAISO对此进行补贴,这部分的成本由社会承担。这不是以辅助服务的形式进入市场,而是以能量部分的形式进入。另一方面,当风电的日前报价在实时市场上无法完成时,只需将日前获得的价格退回即可,无需缴纳罚款。

国家发改委能源所王仲颖副所长指出,风电光伏发电消纳的关键不是技术问题,而是利益问题。但是,解决方案又不是简单的把原有的利益格局或者关系打破就可以把这个电力市场建立起来,需要不断深化电力市场设计。CVIG秘书长王斯永和秘书处主任赵勇强总结指出:中国在可再生能源消纳方面长期以来主要靠法律和行政手段来推动可再生资源消纳,今后难以继续依靠行政手段再走下去;随着可再生能源电力比例不在增加,将来促进可再生资源大规模消纳唯一的手段可能就是建立和完善电力市场。今后就是把整个电力市场和架构和国际上一些工作经验和教训引进到国内来,给大家一个充分讨论的机会。最终的目标还是希望电力市场的建立让可再生资源的消纳最大化。

(国家可再生能源中心、CVIG秘书处、信达证券整理,仅供参考)

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