中國儲能網訊：在碳達峰、碳中和以及構建新型電力系統(tǒng)的目標驅動下，新能源將逐步成為主體電源，由于新能源有效容量較低、可調節(jié)能力不足，僅靠省內裝機規(guī)模受限的傳統(tǒng)火電機組，電力系統(tǒng)電力、電量平衡面臨保供電和保消納的雙重挑戰(zhàn)，電力的清潔低碳和安全供應目標將面臨經濟成本逐步提升直至難以承受的壓力。依托不同省份在不同時間尺度上保供應和保消納需求特性的時空差異，依托更加靈活的省間電力交易機制，促進省間電力交互功率的主動優(yōu)化，實現(xiàn)電力平衡能力在全國范圍的優(yōu)化協(xié)作，可以有效降低電力系統(tǒng)運行的經濟成本，是應對安全、經濟、綠色這一能源供應“不可能三角”的破局之道。
新型電力系統(tǒng)下的
電力電量平衡模式變化
高比例新能源的間歇性、波動性與隨機性，給電力系統(tǒng)運行所需的資源能力帶來三大挑戰(zhàn)。
保障供電充裕性所需的可信容量不足
目前，我國全社會用電需求還將保持長期持續(xù)增長趨勢，火電受限于裝機規(guī)模約束，能夠滿足峰值負荷的可信容量不足，2022~2035年，火電裝機與最大用電負荷比值預計由1.07下降到0.77左右,火電最大出力與最大用電負荷比值預計由0.84下降到0.66左右，由于風電、光伏自身出力的間歇性，目前風電、光伏等新能源能夠提供的可信容量較低，僅靠火電將無法滿足系統(tǒng)峰荷供應，需要更為有效的機制激勵低可信容量的風光主體提升可信容量水平。
保障供電靈活性所需的調節(jié)容量不足
隨著新能源比例的增長，考慮風電、光伏等新能源出力的日凈負荷曲線峰谷差不斷提高，部分省份日凈負荷曲線已經呈現(xiàn)典型的“峽谷曲線”特征，目前的火電靈活性改造提升了火電機組的調節(jié)范圍，但從長期來看，僅靠火電機組，爬坡速度與調節(jié)范圍不足以滿足省級電網平衡的調節(jié)需求。
保障供電靈活性所需的備用、調頻需求大幅增加
考慮風電、光伏等新能源出力的隨機性特點，為了省級電網實時平衡，需要預留越來越高的備用與調頻能力，這一點在我國送端省份和受端省份體現(xiàn)得均比較明顯，送端省更多地表現(xiàn)為集中式新能源預測偏差，受端省份更多地體現(xiàn)為分布式新能源預測偏差，省級電網預留備用面臨越來越高的備用資源緊缺與經濟成本高漲壓力，這一點在英國實時平衡市場中體現(xiàn)得也越來越明顯（采購的上調節(jié)、下調節(jié)等輔助服務費用快速增長）。
在此背景下，電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的平衡模式面臨較大的變化，僅靠傳統(tǒng)的實時調度手段已難以滿足守住電網安全底線的要求，充分利用各省負荷特性的時空差異，在中長期、日前、實時等不同時間尺度優(yōu)化省間電力交換，對于保障我國電網的電力供需平衡的安全性與經濟性水平具有重要現(xiàn)實意義。
高比例新能源帶來的高隨機性決定了采用確定性平衡方式面臨越來越大的技術與經濟性挑戰(zhàn)，在不同時間尺度上需要考慮不同概率風險度的平衡策略
電力平衡從中長期電量平衡、日前確定性電力平衡、實時偏差調節(jié)控制的模式，朝著計及不同概率風險水平的年度、月度、日前、實時的電力滾動平衡模式發(fā)展。這對于省間市場運營提出了更高的要求，需要提供一個從年度、月度到日前、實時時間尺度，梯次優(yōu)化利用省間通道輸送能力，統(tǒng)一價格邏輯的省間市場運營機制。
高比例的新能源帶來越來越高的備用、調頻需求，對于省間備用共享機制提出了新的需求
與省級電網分別獨自留取備用、調頻等輔助服務相比，在更大范圍的市場中，依托不同地域的電力時空互補特性，可以有效降低備用、調頻等輔助服務需求的預留成本，歐洲統(tǒng)一電力市場正在嘗試建立的歐洲統(tǒng)一實時平衡市場也是以此為基礎在考慮，通過建立標準化的輔助服務品種，在歐洲實現(xiàn)各類型備用的統(tǒng)一招標、采購。
需要提供一種激勵長期容量充裕性的容量市場機制
目前，我國還沒有建立電力容量市場，一些針對電力容量市場的研究很多也是針對省級電力市場來開展。當然這是基于我國以省為平衡責任主體的格局和客觀現(xiàn)狀，考慮到我國省間市場依托交直流混聯(lián)電網開展，省間功率交換水平與各省運行存在較強關聯(lián)，省間功率交互水平對于省級電網容量充裕性水平評估影響較大，嘗試探索構建省間容量市場機制具有一定的實踐意義。不過由于涉及省間輸電通道輸電權、輸電功率可靠執(zhí)行協(xié)調，以及容量費用跨省分攤等難點問題，還需要進行深入評估。
省間市場現(xiàn)狀及
未來發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
從商品品種來看，目前我國省間市場品種只有電能商品，初步構建了考慮省間輸電通道輸電能力、多買方、多賣方經多路徑交易的省間電力市場，省間電力市場規(guī)模與資源優(yōu)化配置效率大幅提升，對于全國范圍內的保供、保消納發(fā)揮了重要支撐作用。但是，受制于我國省間輸電通道的輸電費按通道定價回收的政策約束，省間市場中，位于不同省份的買賣主體，經過不同輸電路徑成交會面臨不同的輸電費。因此目前的省間市場中，還是采用基于買方主體和賣方主體的報價匹配，形成交易對的方式確定中標結果，隨之帶來的問題是，出清價格與交易對手方以及輸電路徑有關，一次市場交易會形成若干組不同的市場價格，以此為基礎形成各省的邊際價格，隨之帶來了一些挑戰(zhàn)：
市場價格與省級市場價格耦合程度有待提升
考慮到第一、二批試點省份已經初步建立了電力現(xiàn)貨市場，隨著省級現(xiàn)貨市場逐步投入實際運營，省級現(xiàn)貨市場的價格信號將成為電力供需競爭的重要價格指針，不同時間尺度的省間市場競爭形成的出清結果，對于參與競爭的發(fā)電側主體，可以看作省級現(xiàn)貨市場全量出清結果的差價合約，市場主體會參考省級現(xiàn)貨市場價格，進行省間市場競價，逐步實現(xiàn)省間、省級市場的價格耦合。但是目前的交易對的成交方式，不同的交易對對應不同的成交價格，價格信號與省級現(xiàn)貨市場的表征意義存在一定區(qū)別，省間市場與省級市場價格耦合程度有待提升。
不同省份的市場成員競爭存在較為明顯的差異
由于出清結果是買賣對手方的交易對成交方式，成交結果受到輸電路徑的可用輸電能力約束，同樣作為電力的購買方，位于不同位置，對于同一個電力外送方，可能面臨不同的輸電路徑，由此帶來不同的輸電價格。考慮到市場申報價格上限，在購買報價相同情況下，輸電價格高的購買方成交排序天然處于弱勢，在供需寬松場景下，問題不太明顯；但在供需極端緊張場景下，即使外送方外送需求充足，購電方采取上限價格報價，由于輸電通道存在輸電能力約束，也可能難以競爭獲得中標電力。
可以有效兼顧不同省份承受能力差異和市場競爭公平性的市場限價原則確定較為困難
考慮到市場主體承受能力以及可能存在的市場力，市場運營中通常會設定市場限價（價格帽），由于不同輸電路徑的輸電費用差異，采用統(tǒng)一價格帽，可能導致不同位置的市場主體存在先天的競爭優(yōu)劣勢差異，失去公平競爭機會，是否需要考慮不同的申報限價，以及統(tǒng)一的出清限價模式，這是一個復雜而又亟待研究的問題。
隨著省間市場交易規(guī)模的進一步放量增長，基于預期交易路徑的出清方式與實際潮流偏差逐步增大，交易結果可能難以滿足實際輸電能力約束。
考慮到按通道收取輸電費的現(xiàn)行價格政策，交易對手方需要考慮所要歷經的輸電路徑，因此省間市場交易中需要預先設定省間主體跨省買賣所經過的輸電路徑，但在電力系統(tǒng)實際運行中，交流網絡的潮流不會按照預先設定的輸電路徑輸送。隨著全國統(tǒng)一電力市場建設的逐步深化，省間市場承載的目標定位可能逐步從少量的余缺互濟到清潔能源大范圍優(yōu)化配置，省間交易規(guī)模將進一步放量增長?；陬A計交易路徑的出清優(yōu)化安排結果，交易預期潮流與實際物理潮流的偏差將逐步增大，省間交易中交易路徑和潮流路徑不匹配程度將越來越大。在針對直流單通道開展交易時，不會產生太大問題，而對于交直流混聯(lián)的多通道開展放量交易，困難程度直線上升。當然，這不是我國獨有的問題，歐洲統(tǒng)一電力市場也面臨同樣的挑戰(zhàn)，目前，歐洲已經在朝著基于直流潮流出清的模式前進。
未來省間電力市場的發(fā)展趨勢
改革現(xiàn)有的按通道收取輸電費方式，建立省間交易的統(tǒng)一輸電費收取機制，提高省間市場流動性，進一步提升全國統(tǒng)一電力市場的資源優(yōu)化配置能力
在現(xiàn)行的按通道收取輸電費方式下，由于需要考慮交易對手方所處位置以及途經輸電路徑差異帶來的輸電費差異，出清方式采用了基于路徑組合的購售雙方交易對匹配成交方式，較之前采用的單通道交易，對于全國統(tǒng)一電力市場的優(yōu)化效率有了較大的提升?？紤]到未來省間交易規(guī)模放量增長的需要，有必要進一步改革現(xiàn)有的按通道收取輸電費方式，建立省間交易的統(tǒng)一輸電費收取機制，提升市場主體的競爭公平性，以及出清結果的可執(zhí)行性，提升省間市場的流動性水平，從而更為有效地發(fā)揮全國統(tǒng)一電力市場的優(yōu)化配置能力。
建立功能定位明晰的省間市場新商品品種
省間長期合約、長期交易為各省份的容量充裕性提供基礎保障。各省份受“雙碳”目標約束，火電等能提供可信容量供應的傳統(tǒng)機組裝機規(guī)模逐步受限，風光等新能源主體能夠提供的可信容量較低，滿足峰值負荷供應所需的可信容量不足，各省通過配置儲能容量、負荷側資源響應等多種手段，以提升高峰負荷保障供應能力，均面臨較高的經濟成本。如果能構建交易結果具有剛性執(zhí)行效力的省間電力容量市場，一定程度上可以利用各省凈負荷的峰值時間差異，實現(xiàn)供應能力在空間和時間上的優(yōu)化安排。
中短期的備用共享交易解決各省份預留備用的經濟性問題。省間共享備用市場不同于省內的備用市場，因為其實質是利用省間聯(lián)絡線功率交換調整來提供備用能力，參與的主體更多應該是省級電力公司代理，考慮到跨省備用能力預留需要占用省間通道的可用傳輸能力，需要將可用傳輸能力納入統(tǒng)一管理和動態(tài)更新。
建立更高效的省間市場與省級市場銜接機制
市場間的內在關聯(lián)性應該是通過市場成員在不同市場間參與方式、收益方式的關聯(lián)性來體現(xiàn)，通過市場成員的競價決策來實現(xiàn)不同市場價格水平的有效銜接。
提升省間市場與省級市場的價格銜接。在省間市場與省級市場定價機制逐步銜接之后，考慮通過省間、省級市場報價方式的統(tǒng)一，實現(xiàn)省間市場與省級市場價格的有效銜接，市場成員可以以省級現(xiàn)貨市場價格，在省間市場與省級市場中綜合決策，通過報價逐步實現(xiàn)市場間的價格耦合。此外，與之配套的是省間市場與省級市場的市場限價有效銜接，省間市場的市場限價需要充分考慮各省級現(xiàn)貨市場的市場限價、一次能源價格、失負荷價格等，綜合平衡省間市場價格帽高低對于購電省份的平衡風險緩解的激勵效果、省內平衡成本以及經濟承受能力。
弱化省間省內的強時序銜接。在省間市場形成的輸電計劃執(zhí)行方面，在省級現(xiàn)貨市場出清時序之前，可以把基于不同時序的省間市場累計交易結果確定的省間輸送功率計劃作為省級現(xiàn)貨市場的出清邊界，而在出清時序之后的省間市場交易結果，可滾動更新形成新的省間輸送功率計劃，作為后續(xù)時段省間現(xiàn)貨市場的出清邊界。
在省間市場形成的市場成員中標結果執(zhí)行方面，一定程度上可以解耦，即市場成員實際啟停安排以省內日前市場（可靠性機組組合）為基準，實際出力安排以省內實時市場為基準，省間市場交易中市場成員的中標結果可以看作在省內現(xiàn)貨市場之外，該成員在省間市場購買的一份合約（可以是中長期、日前、日內等不同時間尺度購買）。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2023年07期，作者單位：中國電科院電力自動化所
