考虑新能源外部成本内部化的电能量与平衡市场协调运营模式（2023）

考虑新能源外部成本内部化的 电能量与平衡市场协调运营模式 刘敦楠 华北电力大学 2023年3月16日 目录 1.新型电力系统成本特性与多元价值体系 2.支撑新型概率调度的灵活性市场设计 2.1电能量市场 2.2容量/辅助服务市场 2.3电能量与容量/辅助服务联合运营 3.平衡责任分摊的共享模式 2 1.新型电力系统成本特性与多元价值体系 新型电力系统运行成本特性的变化 传统电力系统：火电煤耗随出力增加而增加，价量同向变化 新型电力系统：新能源0边际成本，价量反向变化 边际成本定价原理没有变，边际成本的计算方法变了0生产边际成本+高系统调节成本 持续负荷曲线新能源平均成本 电力系统 传统 -H 持续小时 持续小时 428元/MMh 120元MM 光伏 新型电力系统 价量同向变化 出力1-MM 价量反向变化 3 三、电能量市场 新能源参与中长期及现货市场面临问题总结 新能源受自身出力特性影响，参与电力市场市场面临出力偏差大、合同调整难、市场收益受损的相关问题，影响了新能源主体参与市场的积极性，阻碍了新能源市场化的进场。 电量电量偏差大， 中长期需精细化 市场灵活报价 中长期连续运营 中长期申报曲线时段实际出力曲线时段 价格价格 现货安全约束经济调 市场度（SCED) 难以求解？ 现货申报：单调递增出力实际平均成本递减出力 1.新型电力系统成本特性与多元价值体系 电力生产的全成本 负外部性是指一个人的行为或外部性成本正外部性是指一个经济主体的企业的行为使其他人或企业的经济活动导致其他经济主体获 经济利益受损。得额外的经济利益。 LD 负外部性（支付补偿）正外部性（获得补偿）环境外部性火电新能源 安全外部性新能源火电 电力全成本电能量成本安全外部成本环境外部成本 5 2.3电能量与容量/辅助服务联合运营 短期：现货与爬坡服务联合出清 电力全成本电能量成本+安全外部成本环境外部成本 MC 系统消需求 MCC风=C外部 Ck 纳成本 绿色 溢价 实际 响应 消纳 贡献 调节了收益 责任 上网电能电能QQ 电价电能 量价量价 量格价格格 MCA cC火 新能源电价构常规能源电价构用户电价构 成成此图借用自史连军主任ppt Q 6 1.新型电力系统成本特性与多元价值体系 新型电力系统的多元价值体系 沟建体现电能量，安全，绿色价值的新型电力市场体系。以中长期和现货市场体现电能量价值、以容量市场和辅助服务市场体现安全价值、以绿电、超额消纳量和电-碳协同市场体现绿色价值。 初期：电能量市场、容量、辅助服务，独立运行远期：中长期灵活分散、现货与平衡市场联合出清 中长期市场电能生产、传输成本·分时段、带曲线 电能量价值●连续运营、连续开市中长期市场 现货市场偏差成本、约束成本多时间尺度有效衔接现货市场 安全价值 容量市场必要资源的维持成本·容量补偿机制中长期平衡短期平衡 ●备用辅助服务 辅助服务市场灵活性资源调节成本平衡调节服务 超额消纳量市场可再生能源补贴成本绿色电力交易 绿色价值·绿色凭证交易绿电与碳协同 碳市场碳排放的治理成本.电碳协调交易 1.新型电力系统成本特性与多元价值体系 未来：多元价值协同的电力市场体系 消纳责任权重、可再生能源补贴、能耗双控月标 绿色价值 绿电、绿证与碳市场协同 反映电力环境溢价 实现电歌市场协间 容量规划、应急备用多能互补、源网荷储一体化 安全价值 长期平衡：可靠性容量交易短期调节：灵活性辅助服务 保障维持系统平衡的充裕度组织系统的平衡调节资源 体现长期安全容量价值体现短期安全调节价值 发用电计划放开 （多年）年、月、月内（多日）市场日前、日内市场实时市场 中长期连续运营、鹃合交易、基于ATC集中出清贴近实际运行电力平衡 电能量价值 速设目标 稳定市场长期供需、稳定主体长期收益、双边现贷市场 输配电价机制改革、容量定价机制输电权市场 保证电力资源的总体规划和优化配罩 平衡责任分摊平衡责任分担 其他（平衡服务，聚合代理、共享储能） 满足各类市场主体之间、或与平衡单元/共享储能等第三方服务商之问的平行交易 多年年月周D-2日前日内H-1实时8 目录 1.新型电力系统成本特性与多元价值体系 2.支撑新型概率调度的灵活性市场设计 2.1电能量市场 2.2容量/辅助服务市场 2.3电能量与容量/辅助服务联合运营 3.平衡责任分摊的共享模式 6 2.支撑新型概率调度的灵活性市场设计 新型电力系统的概率平衡原理 随新能源占比提升，电力系统的不确定性大幅度提高，未来安全外部成本预计占总成本30% 70- 出力预测 A 低出力波动 60,24 60 辅助服务占比全国平均4% 2022传统电力系统 是确定性系统20 10: +2%0,23 2% 1.89 10-电能量收益励服务或本 绿色收益 2030 出力预测高出力波动 新型电力系统是随机系统 +15%一定置信度下 60- 50 40- 60.24 安全调节成本大幅 /上升 的概率平衡10 0.23 -15%10-电能量收益辅助服务成本绿色收益 10 2.支撑新型概率调度的灵活性市场设计 电能量与平衡市场协调运营平衡市场+不平衡市场 A：低比例新能源方式B：高比例新能源方式 P, P1A P1B a% 电能量市场 Q P1A>P1B随新能源比例提升，电能量成本降低 可中断负 P2A 平P2A<P2，新能源比例提升，安全外部成本升高 储能荷 虚拟 电动电厂不平衡调节费与平衡费之比将不断提升 P2B 火电抽蓄汽车 a%的调节需求b%的调节需求 Q衡调节市场 应综合比较：（P1A+P2A）与（P1+P2B） 11 2.支撑新型概率调度的灵活性市场设计 确定和不确定性市场协调 新型电力系统下，新能源大规模接入，发电侧不确定性将显著增加，其出力分为确定性部分与不确定性部分， 中，确定性部分出力依据预测期望值组织电能量交易，不确定部分依据一定置信度下的波动区间确定所需备用及平衡 容量。 未来新型电力系统 期望值E 新能源预测， 出力波动电能量市场依据预测期望值E组织电能量交易 95%置信度下 2a 平衡调节 市场 电能量市场 依据一定置信度下的波动 区间（95%，2） 求 期望值E确定备用容量/爬坡服务需 置信区间（E-2g，E+2） 长期备用容量+短期爬坡服务 12 目录 1.新型电力系统成本特性与多元价值体系 2.支撑新型概率调度的灵活性市场设计 2.1电能量市场 2.2容量/辅助服务市场 2.3电能量与容量/辅助服务联合运营 3.平衡责任分摊的共享模式 13 2.1电能量市场 电力商品的定价依据 主体按边际成本报价是极端情况，通常是合理区间内的综合平均成本定价 购买力上限 火电定价新能源定价 定价理论效用定价保供应 未来收益/不购机 会损失 供不应求时， 机会成本定价按机会损失 供大于求时，按替代品P誉代 平均总成本 成本定价平均变动成本 P火 P火(搭便车行为) ATCATC 固定成本MCMC 已获回报 边际成本的前提下边际成本递增边际成本基本为014 2.1电能量市场 电能量市场开展能量块交易标准化、平均成本定价 基于带时标能量块的电力市场设计语言，体现不同类型能源电能平均成本，适用于传统火电，新能源等成本性质差异的多能源同台竞价，是一种简单，标准化的市场交易方式 1按最小块计量结算2按四类能量块（模板）3不同能量块统一出清 班立小时块 价格和负荷对110 成本自线 1000 1小时*1MWh 高低匹配 边际出清900 续小时块800 负荷白线 口价 700 不中标 15分钟*1kWh整体中标或整体60 保底成交 500 曲线块 总电量一口价、 400 由线仅供参书300 持续小时 不中标 交易曲线的“原子” 可变形块总电元西定 快充/慢充/曲线 充/间歌充都行 200 100 优先成交 15 2.1电能量市场 多时间尺度的衔接和协调连续滚动的中长期连续运营 以标准能量块合约为标的，3买卖融合、多能融合、连续滚动交易。 协调省间、省内，降偏差、降风险，"包治百病” 以能量块标准化合约为标的的融合交易。 中长期开展D-3日电量24时段连续开市交 易，形成贴近实际执行的分时段曲线 QQt 日交易 空间现货成交曲线 以现货价格结算部分 (红蓝之间) 年度 年度中长期分解曲线 24 以中长期价格结算部分 （蓝色以下） 评价标准：中长期与现货，谁更贴近实际曲线？中长期曲线与实际误差E1V.S现货D-1误差 16 2.1电能量市场 构建灵活性功能与多元价值协同的电力市场体系 消纳责任权重、可再生能源补贴、能耗双控月标 绿色价值 绿电、绿证与碳市场协同 反映电力环境溢价 实现电-绿-碳市场协同 容量规划、应急备用多能互补、源网荷储一体化 安全价值 长期平衡：可靠性容量交易短期调节：灵活性辅助服务 保障维持系统平衡的充裕度组织系统的平衡调节资源 体现长期安全容量价值体现短期安全调节价值 发用电计划放开 （多年）年、月、月内（多日）市场日前、日内市场实时市场 中长期连续运营、融合交易、基于ATC集中出清贴近实际运行电力平衡 电能量价值 速设目标 稳定市场长期供需、稳定主体长期收益、双边现贷市场 输配电价机制改革、容量定价机制 输电权市场 保证电力资源的总体规划和优化配置 平衡责任分摊平衡责任分担 其他（平衡服务、聚合代理、共享储能） 多年年 满足各类市场主体之间、或与平衡单元/共享储能等第三方服务商之问的平行交易 月周D-2日前日内H-1实时17 2.1电能量市场 电能量市场的发展展望 随着电力系统智能化、数字化提升，“中长期”与“现货”将进一步逼近实时运行 多年）年、月、月内（多日）市场日前、日内市场实时市场 基于带时标能量块的中长期连续运营由多日（D-3）延伸到H-1关闸点 多年年月周D-3日前日内H-1实时 双边现货的构想 年度 中长期 现货 2018 年+月 D-1 2022 年+月集中+D-3日滚动 D-1 年+月+D-1日集中+H-1小时滚动 15min D-1日前市场： 供需双边报量保价参与 能量块集中交易 分区平衡约束 日内市场： 能量块融合交易、滚动摄合 2030 实时市场： 节点电价18 目录 1.新型电力系统成本特性与多元价值体系 2.支撑新型概率调度的灵活性市场设计 2.1电能量市场 2.2容量/辅助服务市场 2.3电能量与容量/辅助服务联合运营 3.平衡责任分摊的共享模式 19 2.2容量/辅助服务市场 电能量与平衡市场的概率出清 电力商品按可靠性分品级进入市场 将主体按照可靠性分为低品级、中品级、高品级三类，并根据可靠性品级协同参与电能量市场与平衡市场 ERR-5%的部分 强制购买平衡服务低品级商品 支付分摊费用(误差ERR>5%） E(P) 报量不报价 不参与中品级商品 误差ERR<5%） 报量报价 备用市场 申报上/下备用容量申报分时价格 高品级商品 （可调控电源/负荷）报量报价 电能量市场 20 2.2容量/辅助服务市场 根据历史预测误差，测算不同新能源的备用需求 依据新能源不同时间尺度下的预测准确度，及系统所需的置信水平，确定新能源主体在容量市场所需要购 买的备用容量。 光伏月内预测精度为80% 可信 出力区间系统所需的置信度为95% 需要在平衡市场额外购 买15%的备用容量 10 时间/h 152025 光伏月内预测精度80% 风电月内预测精度为75% 100需要在平衡市场额外购 0出力区间 可信系统所需的置信度为95%买20%的备用容量 时间/h 2025 风电月内预测精度75% 21 2.2容量/辅助服务市场 根据历史预测误差，测算不同新能源的备用需求 新能源可信交易容量与调节需求 依据不同新能源的出力特性、历史出力数据、不考虑不同新能源厂商间的出力相关性，基于 同时间尺度下出力预测，作为数据基础，运用核密度Copula函数，聚合新能源整体出力分布情况，计 法对不同新能源机组的出力偏差概率进行分析。算不同时间尺度下的可信出力区间， 基于核密度法的概率误差分布不同时间尺度下的可信交易容量 新能源出力特性 f