睿博能源智庫（RAP）
作者：Max Dupuy, Fredrich Kahrl, 王軒[1]
自20世紀90年代初以來，南方電網(wǎng)地區(qū)各省之間進行了大量的電力交易。在21世紀初，作為西電東送政策框架的一部分，電力交易得以擴展并規(guī)范化。這些交易主要是從資源豐富的云南、貴州和廣西，向廣東的負荷中心輸出，盡管廣東也是海南、香港和澳門的凈輸出地。從云南到廣東的所有電力輸送都是通過直流線路，而從貴州和廣西的輸電線路則既有直流也有交流[2]。2019年，廣東進口電力為39.4吉瓦，進口占總用電量的30%[3]。
國家政策聲明呼吁，廣東的省級電力現(xiàn)貨市場是覆蓋南方電網(wǎng)地區(qū)的區(qū)域電力市場發(fā)展的第一步。現(xiàn)在，廣東的現(xiàn)貨市場正準備通過試運行階段開始正式運作，政府機構、交易組織以及市場主體正在考慮如何深化現(xiàn)有的跨省協(xié)調，如何設計一個南方電網(wǎng)區(qū)域市場，如何從廣東現(xiàn)貨市場過渡到區(qū)域市場設計。這是一系列重要問題，并有望為該地區(qū)帶來重大利益，包括降低整個地區(qū)的成本和排放。南方電網(wǎng)區(qū)域市場最重要的潛在短期效益之一，將是利用現(xiàn)貨市場價格優(yōu)化區(qū)域資源運行，尤其是與季節(jié)性水電模式相關的運行。從長遠來看，區(qū)域市場對于在更廣闊地理區(qū)域平衡更高比例的風能和太陽能發(fā)電也至關重要。
借鑒美國在區(qū)域市場方面的經(jīng)驗，制定南方電網(wǎng)區(qū)域市場目標的一個好方法是建立一個“區(qū)域輸電組織”(RTO) [4]。按照美國RTO的模式，南方電網(wǎng)的RTO可以具有以下幾個特點:
統(tǒng)一和有效的區(qū)域輸電成本分攤方法，制定一套單一的區(qū)域規(guī)則，在區(qū)域內各省分配現(xiàn)有和新建輸電基礎設施的成本;
統(tǒng)一區(qū)域輸電規(guī)劃過程，確定可靠、經(jīng)濟和滿足政策目標所需的輸電投資;
一個單一的區(qū)域系統(tǒng)運營商和市場運營商，監(jiān)管與廣東的現(xiàn)貨市場設計相一致的單一的區(qū)域“現(xiàn)貨市場”，包括:
具有財務約束、實行安全約束的機組組合的節(jié)點日前電能量市場;
采用5分鐘安全約束的經(jīng)濟調度和結算的節(jié)點實時電能量市場;
與日前和實時能源采購協(xié)同優(yōu)化的調頻(二級控制)和運行備用(三級控制)市場;
能夠與國家電網(wǎng)進行市場對接和協(xié)調的運行時間表及市場。
這種RTO途徑將為南方電網(wǎng)地區(qū)帶來幾個重要益處。統(tǒng)一的南網(wǎng)RTO的電能量和輔助服務市場將擴展到整個南網(wǎng)區(qū)域，這意味著當輸電系統(tǒng)沒有阻塞時，整個區(qū)域將有一個單一的日前和實時的電能量市場價格，由于邊際輸電損失，價格只有微小的差異。節(jié)點市場價格和區(qū)域輸電規(guī)劃將有助于指導整個區(qū)域的新資源開發(fā)，并有助于可再生能源并網(wǎng)，從而降低長期成本。RTO方式還將減少與中國目前的跨省輸電定價和省間交易方式相關的省際交易壁壘。許多以美國為背景的研究發(fā)現(xiàn)相對于小平衡區(qū)，RTO市場能帶來更大的利益[5]。
在向RTO轉型的過程中，南方電網(wǎng)地區(qū)面臨兩個問題:(1)近期(2020-2021年)，在無需將市場機制和軟件擴展到其他省份時，外省的發(fā)電商如何積極參與到廣東的現(xiàn)貨市場中；(2)在未來幾年，中國南方電網(wǎng)區(qū)域如何建立多?。▍^(qū)）聯(lián)合的區(qū)域市場雛形和全面實施RTO。
南方電網(wǎng)的RTO應該有統(tǒng)一的區(qū)域經(jīng)濟調度，并對新增輸電線路采用區(qū)域決策方式。雖然南網(wǎng)RTO的實施總體上會產(chǎn)生顯著凈利益[6]，但也將對區(qū)域內不同省份的發(fā)電商和電力用戶產(chǎn)生不同的影響。中國現(xiàn)有的發(fā)電和輸電價格以及零售電價，往往是為了反映地區(qū)發(fā)展的優(yōu)先性而設計的，這表明向一個有效的地區(qū)市場邁進可能導致重大的利益轉移。政策制定者應該提前考慮到這點并減輕其影響，但最好事后通過非市場機制而不是通過市場解決。區(qū)域市場會揭示出經(jīng)濟效益低的發(fā)電機組，最好讓這些機組（以有序的方式，在合理的可靠性考慮下）盡快退役。對于在會計生命期結束之前提前退役的發(fā)電機組，應該以不延長其運行生命周期的方式給予補償。例如，在發(fā)電機組退役之后對所有者進行補償，而不是通過允許不經(jīng)濟機組繼續(xù)運行來補償所有者。
區(qū)域輸電基礎設施的成本分攤
向南方電網(wǎng)RTO轉變的一個重要和有益的方面是改變誰來支付區(qū)域輸電基礎設施以及如何設計輸電費用。目前，輸入省以元/度為每度進口電支付輸電價格，這個輸電價格是為了回收省間輸電線的全部（或大部分）成本。這種方法并沒有反映深層的輸電使用成本，并對有益的省間電力交易構成了障礙。它也阻礙了按經(jīng)濟調度原則調度整個區(qū)域電網(wǎng)。
考慮一個特定小時或一天的例子，比如1）在云南有可用的水電發(fā)電容量，其運行成本比在廣東的火電運行成本低，2）有足夠的輸電容量來促進更多從云南到廣東的電量流。在這種情況下，減少廣東火力發(fā)電以增加云南水力發(fā)電會為整個區(qū)域產(chǎn)生凈收益（如節(jié)約成本）。然而，即使還有充足的輸電容量，按度電收取的輸電費用會使得從云南進口電比本地火電更昂貴。這種對進口水電成本的誤解會導致高成本的火電機組被調度而產(chǎn)生棄水，雖然按照區(qū)域經(jīng)濟調度的原則，火電不應該被調度而也不應該產(chǎn)生棄水[7]。核心問題是基于每度輸送電來回收全部省間輸電成本是缺乏效率的。省間輸電的成本應該通過另外一種方法來回收，從而在有可用輸電容量時避免阻礙輸電容量的使用[8]。
RTO的輸電基礎設施成本方法包括：
認識到區(qū)域輸電對整個RTO區(qū)域的益處[9]；
在RTO 區(qū)域向所有省級電網(wǎng)公司（以及最終所有需求側）按月或年（而不是在每度電交易的基礎上）分攤這些區(qū)域輸電成本[10]。
政府部門應該和RTO管理者一起建立向省級電網(wǎng)公司分攤區(qū)域輸電成本的規(guī)則。按月分攤到每個省級輸電公司的輸電成本可以根據(jù)這個公司每月的峰值負荷（兆瓦）或者月度總耗電量（兆瓦時）來計算（例如，全部資源的總耗電量，無論這些資源在南方電網(wǎng)區(qū)域內如何分布）[11]。通過這種方式，區(qū)域輸電成本的分攤就不會模糊在不同省份分布的不同發(fā)電資源的相對運行成本了。這就意味著輸電成本的分攤和回收不再影響區(qū)域電網(wǎng)的經(jīng)濟調度。
在這種RTO模式下，區(qū)域輸電成本會被納入每個省級電網(wǎng)公司的準許輸電成本（輸電收入）。這些成本會通過省級電網(wǎng)公司對所有消費者采用的輸配電價回收。按照目前的情況，省級政府在得到中央政府的批準下，應該繼續(xù)負責制定和設計這些輸配電價[12]。
示例：輸電定價和增量成本
考慮這樣一種情況：廣東的邊際發(fā)電成本為350元/ MWh，云南有可用的水電，還有200兆瓦的未使用的省間輸電容量。該水電站愿意以不低于260元/千瓦時的價格出售水電。根據(jù)中國現(xiàn)行的區(qū)域輸電成本分攤方式，通過一個統(tǒng)一的（不隨時間改變的）按進口度電收取的輸電費用為100元/MWh。
如果從云南進口水電到廣東，必須支付100元/MWh的輸電費用，從交易雙方的角度看這將是不經(jīng)濟的(260元/MWh + 100元/MWh > 350元/MWh)，所以不會實施交易。本可以從云南進口的200兆瓦的增量成本為7萬元/小時(= 200兆瓦×350元/兆瓦時)。
然而，如果該交易不收取輸電費用或費用低于90元/MWh，這才是經(jīng)濟的(260元/MWh < 350元/MWh)。供應200兆瓦的增量成本將為52000元/小時。
在交易不收取輸電費用的情況下，系統(tǒng)總成本將降低1.8萬元/小時。2萬元/h (= 200 MW×100 元/MWh)的輸電收入差異，如正文所述，可以通過向省級電網(wǎng)公司年度或月度分攤（并最終傳遞至終端用戶）的方式來回收。
向區(qū)域市場拓展的下一步
在美國的RTO市場中，加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)在向RTO過渡的問題上為南方電網(wǎng)地區(qū)提供了一個有價值的參考。在歷史上，CAISO一直是美國西部唯一的ISO/RTO市場。與此同時，美國西部鄰近地區(qū)是由相對較小的平衡區(qū)域拼湊而成，其中大部分是由垂直一體化的電力公司獨立運營和規(guī)劃的。為了開始獲得與更好的區(qū)域一體化相關的效率提高并在區(qū)域電力公司之間建立信心和相互信任 ，CAISO和其中一些電力公司朝著最終可能成為美國西部地區(qū)的RTO方向邁出了步伐。首先，2014年，CAISO開始將其實時市場擴展到鄰近地區(qū)的電力公司，從而建立了一個“能源平衡市場”（EIM）。EIM本著自愿原則，這意味著電力公司可以在任何時候加入或離開，并且可以選擇希望讓CAISO調度的機組。
CAISO只將可用的輸電能力用于調度，而電力公司仍然負責小時前機組安排、采購和備用部署。西部EIM從2014年的2名成員，目前已經(jīng)增長到9名，預計到2022年還會增加11個成員[13]。該地區(qū)正在討論將CAISO的日前市場擴展到該地區(qū)的類似做法。盡管這些步驟未能充分解鎖全面的RTO所能帶來的全部利益，但它們已使該地區(qū)朝這個方向發(fā)展，并顯著提高了區(qū)域系統(tǒng)運行的效率。EIM可以看作是向創(chuàng)建更完善的區(qū)域市場邁出的第一步。
在美國西部實施EIM之前，CAISO市場價格與CAISO以外的區(qū)域性雙邊交易中心的價格之間的持續(xù)分歧（圖）清楚地表明了效率低下。整個美國西部不斷增加的可再生能源發(fā)電威脅會使該地區(qū)的效率低下狀況更加惡化，從而加強了實施EIM以及最終實現(xiàn)西部RTO的理由[14]。
圖3：2014-2015年CAISO市場（NP15區(qū)）與美國西北交易中心（Mid-C）和CAISO市場（SP-15區(qū)）與西南美國交易中心（SP15區(qū)）之間的平均峰時電價差異[15]
對于南方電網(wǎng)來說，這種漸進式戰(zhàn)略可能也是向區(qū)域市場過渡的有效途徑。在類似于EIM的結構下，區(qū)域調度中心可以把廣東的實時電能量市場調度軟件擴展到整個區(qū)域，最好但不一定將整個電網(wǎng)模式和節(jié)點價格擴展到整個區(qū)域。中國南方電網(wǎng)可以成為EIM的系統(tǒng)運行商。其他省份調度協(xié)調人員將向區(qū)域調度中心提交日前和小時前機組安排計劃和經(jīng)濟報價，區(qū)域調度中心將根據(jù)這些機組安排計劃和報價對整個南方電網(wǎng)區(qū)域的機組進行調度。如果調度協(xié)調得很好，EIM可以與一個或多個省級日前市場兼容。雖然EIM僅限于實時調度和利用可用輸電容量，但EIM價格可以為市場主體提供信號，以改進他們的日前和小時前機組安排計劃，并且可以成為區(qū)域日前市場中區(qū)域安全受限的機組組合的橋梁。例如，在美國西部能源平衡市場中，市場主體已經(jīng)改變了他們的機組組合，以更充分地利用加州中午的低成本太陽能發(fā)電[16]。
這種利用EIM作為下一步的優(yōu)勢在于建立對區(qū)域市場收益的信心。西部能源平衡市場大約需要兩年的時間來建立，包括擴展CAISO的建模軟件、規(guī)則的制定和文書，以及對市場主體的培訓[17]。
建立南方電網(wǎng)RTO的其他考慮
區(qū)域輸電規(guī)劃。南方電網(wǎng)區(qū)域的跨省輸電規(guī)劃已經(jīng)由南方電網(wǎng)完成。然而，在市場環(huán)境中，輸電規(guī)劃過程需要變得更加公開和透明，以便向市場主體提供信息從而他們可以做出對發(fā)電和其他資源投資的合理決策。此外，隨著區(qū)域市場的形成和區(qū)域資源結構的變化，輸電規(guī)劃方法將需要進行調整。潛在的變化包括輸電網(wǎng)經(jīng)濟性的變化;波動性再生能源發(fā)電對輸電經(jīng)濟的影響，包括LMPs在有效選址中的作用，以及LMPs在擁塞管理中的重要性。
與其他市場協(xié)調。缺乏ISO/RTO市場之間的協(xié)調一直是美國的弱點。對于中國南方、華中、西北和東部電網(wǎng)來說，在區(qū)域市場之間有一個基本的、協(xié)同的市場設計，聯(lián)合輸電規(guī)劃和成本分攤，以及協(xié)調運行是非常重要的。雖然設計可以隨著時間的推移而演變，但美國的經(jīng)驗表明，在RTO發(fā)展過程的早期就開始考慮市場對市場的協(xié)調問題是很重要的。
建立南網(wǎng)RTO ：總結
綜上所述，我們建議建立一個南方電網(wǎng)區(qū)域輸電組織，這是國家要求南方電網(wǎng)以廣東起步建立一個區(qū)域現(xiàn)貨市場的最好方法。南方電網(wǎng)RTO將包括:
一套統(tǒng)一的區(qū)域規(guī)則，將區(qū)域輸電成本分攤給該地區(qū)的省級電網(wǎng)公司;
一種解決輸電費用的方法，不會掩蓋不同省份不同發(fā)電資源的相對運營成本；
一個統(tǒng)一的區(qū)域輸電規(guī)劃過程，確定可靠、經(jīng)濟和滿足政策目標所需的輸電投資;
一個單一的區(qū)域系統(tǒng)運營商和市場運營商，監(jiān)管統(tǒng)一區(qū)域“現(xiàn)貨市場”。
區(qū)域RTO將帶來許多好處并改善該區(qū)域長期存在的問題。為了形成一個南方電網(wǎng)RTO，一些有價值的過渡措施可能更容易實施，可以獲得一些(但不是全部)區(qū)域一體化的好處，并可以作為全面實現(xiàn)RTO的踏腳石。此外，RTO所需的幾個基礎需要更近期的步驟。我們就可能采取的過渡期措施和步驟提出若干建議，以供考慮：
制定規(guī)則，將區(qū)域輸電成本分攤給區(qū)域內的省級電網(wǎng)公司(不以進出口交易為基礎)。
一旦廣東現(xiàn)貨市場全面運行，開始著手軟件升級和市場規(guī)則變化，使廣東的實時電能量市場擴展到南方電網(wǎng)地區(qū)的其他省份。實時市場可以擴展，即使其他RTO功能還沒有到位。
開始考慮區(qū)域日前市場的設計，包括機組組合流程，輔助服務采購和其他市場規(guī)則。
制定公開透明的輸電規(guī)劃流程，以支持根據(jù)資源和負荷做出的投資決策，并加入輸電項目的經(jīng)濟評估。這個規(guī)劃過程將包括指導輸電投資決策的公開可用的規(guī)劃標準(可靠性、經(jīng)濟性、政策)。雖然美國輸電規(guī)劃和投資實踐有許多不足之處并仍在演變過程中，美國RTO輸電規(guī)劃還可以是一個有用的參考[18]。
開始制定促進和維持區(qū)域市場所需的管理機制和爭端解決機制。
我們注意到，2020年2月國家發(fā)改委在一份政策聲明中，提出到2025年實現(xiàn)全國統(tǒng)一的電力交易組織體系，重點強調了交易組織的作用[19]。我們建議，發(fā)布一份關于區(qū)域統(tǒng)一現(xiàn)貨市場形成的附加政策聲明將是有用的，它應該不僅規(guī)定了交易組織的角色和時間表，還應規(guī)定出調度機構和區(qū)域政府的角色和時間表，以及他們在這些任務中必須如何協(xié)同工作。這會幫助鋪平向南網(wǎng)RTO過渡的道路。
結論
本文在更廣泛的電改工作（如各種政策聲明中所述）正在付諸實踐支持能源革命，降低成本，減少排放，整合波動性可再生能源資源， 以及提高可靠性的背景下，討論了電力市場的設計和實施。世界各國的政策制定者也面臨著這些挑戰(zhàn)。南方電網(wǎng)地區(qū)已經(jīng)取得了巨大的進展——包括廣東現(xiàn)貨市場試點的設計——并在這些領域有潛力成為中國和世界的榜樣。
同其他國家一樣，南方電網(wǎng)地區(qū)的市場設計無疑將是一個不斷討論和修訂市場規(guī)則的過程。在國際討論中，有一點很明顯，看待市場的最佳方式是將其視為“工具”，以滿足政府的政策目標，包括提高效率、減排和可靠性的目標。當市場產(chǎn)生的結果與政策目標不符時，就有必要修改市場規(guī)則和規(guī)章。僅僅是市場并不能單獨滿足這些目標，它們需要與各種規(guī)劃過程密切協(xié)調，包括輸電和需求側資源的規(guī)劃過程。
（全文完）
