适应新型电力系统的电力市场变革与关键问题

清华大学 TsinghuaUniversity 电力市场的 原理、变革与关键问题 清华大学能源互联网研究院刘学 清华大学 内容 01市场化变革与效益 02电力现货市场原理 03适应新型电力系统的电力市场 TsinghunUniversity 计划模式下的电量计划分解 清华大学 低成本火电 中成本火电SSSS 高成本火电 预测全网预测计划的 用电需求新能源发电量火电发电量分配电量 计划模式下，电网公司负责电能统购统销，预测全网年度用能需求，扣减预测的新能源发电量后，再基于政府拟定的规则，大致平均分配给所调度的各个电厂，得到各电厂的年度利用小时数3 计划模式存在的问题 清华大学 分配平均化 运行效率低高成本、低成本 的机组分得近似 的利用小时数 计划约束 影响新能源消纳 公开性不足 计划模式的分配模式往往形成均衡的年度利用小时 高效机组的经济性与节能性难以发挥，牺牲了社会 福利，增加了全社会生产成本 决策有随意性均衡分配本质上是一种“大锅饭”式的平均主义， 严重影响电力系统的运行、投资效率 4 计划模式存在的问题 分配平均化 新增发电 空间 清华大学 运行效率低 新能源机组 难以利用 发电 空间 火电机组 0 计划约束火电机组 影响新能源消纳 锁定火电机组 计划模式下，完成所分配的发电计划，将成为运行中的重要 约束与目标，需通过逐日的分解执行确保完成，本质上，限 公开性不足制了系统运行中的优化空间 决策有随意性以新能源消纳为例，其具有较大的不确定性，当出现“大发”的情况时，为确保完成发电计划，新能源可能被迫“弃发”从而影响消纳5 计划模式存在的问题 出力出力 清华大学 sheghunUn 分配平均化 稳定高效频繁调整 运行开停 运行效率低时间时间 计划约束 影响新能源消纳 公开性不足 电量计划相同子 火电AX运行方式异火电B 机组发电出力由调度机构统筹安排，但缺少明确的短期安排 规则，决策公开性、透明性差，有一定随意性 决策有随意性即使具有相同电量计划的机组，其启停情况与运行负荷率可 能呈现出很大的区别 6 清华大学 市场模式的变革与改进分配电量 中长期交易 低成本 价格火电 $ 促进竞争中成本 高成本火电 中成本火电 现货市场优化系统运行 低成本火电高成本 火电出力火电$S 市场模式下，发电机组可以通过中长期交易，以价格为标的 开展竞争 市场流程发电成本低的机组具有更高的竞争力，从而可获得更多的电 公开透明量合约，打破“平均主义”，从整体上降低系统的发电成本 创造并向用户让渡红利 7 市场模式的变革与改进 清华大学 sheghunUni 价格 中长期交易优先执行消纳可再生能源 高成 促进竞争发电计社会福利最大化 计划模式市场出清中成本火 低成本火电 可再生本火电出力 现货市场能源电 优化系统运行 市场模式下，消纳可再生能源与社会福利最大化这两个优化目标，其本质上是一致的 市场流程可再生能源具有很低的变动成本，在市场竞争中天然处于优势公开透明现货市场在考虑报价差异的基础上实现了逐日的最优调度，可以在最大程度上挖掘系统消纳清洁能源、降低发电成本的潜力 优化系统运行，效益显著！8 市场模式的变革与改进 中长期交易促进竞争 现货市场澳大利亚电力市场信息平台美国MISO电力市场信息平台 优化系统运行 清华大学 whghuUnis 市场流程 市场模式下，电能生产与交易结果是基于每个机组和用户自主提交的申报信息，基于“公开”的优化规则计算生成的，最大程度降低了人为因素的影响，保证了公开性 电力市场需要配置充分的、完备的信息披露细则，建设信息公开 公开透明平台，定期公开市场运行信息，使得生产交易过程可追溯、可监管，确保了透明性 规范的交易流程和调度规则，一定程度上也提高了安全性 清华大学 内容 01市场化变革与效益 02电力现货市场原理 03适应新型电力系统的电力市场 TsinghuaUniversity 电力现货市场与中长期市场的差异 年度交易月度交易周度交易日前市场日内市场实时市场 现货交易 中长期市场以电力方式交易能量标的以电量方式交易能量标的交易辅助服务以确保电力平衡 电力中长期交易在“日”以上的时间尺度上电力现货市场是在“日”以内的时间尺度上组织，包括：年度、月度和周，交易标的物即：日前、日内和实时，实现电能量与辅助主要是电量服务交易的市场，交易标的物具有电力属性 清华大学 主要功能是：大致匹配市场供需、锁定电能 本质上是每个小时的平均发/用电功率 价格、解价格波动风险等主要功能是：保障发用电平衡、发现时空上 的价格信号、促进新能源消纳、提升运行经 济性等 电力现货市场以“一日”为交易周期 电网调度 清华大学 出力 风光出力预测 机组可据此时间 提前一日安排启停适度的提前量 计划下发出力负荷 电力系统的生产运行以“一日”为周期进行安排 时间系统负荷预测时间 电力调度机构通常需要提前一天完成调度计划安排，并通知给各个机组考虑到电力机组的实际运行特性，启动与停机通常需要以天为尺度 电力系统运行的边界条件（负荷、新能源出力）等信息，在提前一天时已经可以获得相对较高精度的预测值 12 中长期合约需分解后参与电力现货市场 清华大学 出力/价格 分解方式1中长期合约 现货平均价值 电量合约450元/MWh同一个电量合约 时间在现货市场不同 电量：1000MWh出力/价格分解方式将产生 电价：400元/MWh中长期合约不同的合约价值 现货平均价值 分解方式2350元/MWh 时间 电力现货市场一天中包含多个交易时段，每个交易时段具有相同的时长，而每个交易时段的出清电价有所不同 ，由于中长期合约通常以电量为标的，若以原始合约形式，无法明确每个时段对应的电量 为了确保交易的正常进行，需要在现货市场运行之前，将中长期合约的电量分解至每个时段 即电力合约曲线 13 中长期合约在现货市场的分解模式需要双方一致 分解方式1：协商分解分解方式2：统一分解 清华大学 发电企业 执行标准发电 企业 电量 合约 双边协商规定电力曲线 与交割点 交易电量交易电力 中心合约中心曲线 大用户执行标准 ，中长期合约的分解模式需要供需双方达成一致，通常采用以下分解方法 协商分解：双方内部协商一个统一的电力分解曲线，规定交割点，提交给交易中心 统一分解：双方不自行协商分解，而是将电量合约交由交易中心，由交易中心根据系统标准负荷曲线进行分解，供需双方基于分解结果执行结算 14 电力现货市场中不同的中长期合约处理模式 清菲大学 steghuaUni 功率 供需比供需比 1.3:12:1 系统供给功率 供需比供需比 1.2:11.2:1 系统供给 优化空间 供给供给能力 供给需求供给能力 需求需求 中长期合约需求中长期合约 电力曲线 优化空间 电力曲线 物理合约模式 固化空间 小时 小时 差价合约模式 中长期合约分为物理合约与差价合约两类 物理合约：电力合约曲线在现货市场中需实际执行，现货市场优化的是增量空间 差价合约：电力合约曲线在现货市场中无需实际执行，现货市场优化的是全电量空间由于物理合约限制了优化空间，可能造成系统供需比扭曲的情况 15 电力现货市场的报价投标形式 市场成员投标 投标价格投标价格投标价格 国际市场的实际数据 清华大学 澳大利亚市场，某燃煤机组在2017年11月21日的报价 投标价格 出力用电量用电量 发电侧提交的用电侧提交的用电侧提交的 分段出力-价格曲线分段用电-价格曲线刚性需求 发电企业根据市场信息，制定分段出力-价格曲线作为自身的投标，向交易中心提交 用电企业的报价形式在不同市场中有不同的要时段 求，包括：申报分段用电-价格曲线、刚性的用发电功率 电需求等 16 电力现货市场的市场出清过程（无约束） 交易中心市场出清单位价格 清华大学 发电出清需求出清 投标结果投标结果 边际消费者剩余发电报价单增 出清价格 生产者剩余 负荷报价单减 发电厂用户负荷/发电量 ·在获得发电厂与用户投标后，交易中心出清市场：发电侧报价单调递增，堆叠可得系统供给曲线 ·市场出清结果包括价格、出清容量、系统潮流等用电侧报价单调递减，堆叠可得系统需求曲线 ·最后，交易中心将出清结果反馈给发电厂与用户两条曲线交叉点，即为市场边际出清点 17 电力现货市场的市场出清过程（无约束） 需求价格价格 清華大学 时间系统供给曲线出力时间 交易中心会针对每个交易时段进行出清，生成每个时段的交易价格 由于每个时段内需求大小不同，对应的系统出力有所不同 对应在系统供给曲线上的位置也有所不同 最终，造成每个交易时段的出清电价有所不同 18 电力现货市场的市场出清过程(无约束） 30元/MWh发电量 功率个实时需求实时市场价格 实时市场 清华大学 时间 40元/MWh发电量 40元/MWh 30元/MWh 日前市场小时 时间★电量 电力现货市场通常包括日前市场与实时市场两个时段 日前市场是在运行日前一天进行交易的市场，为现货市场交易的主体部分，起到确定机组组合、发现价格信号等作用 实时市场是在实际运行前5-30分钟进行交易的市场，其作用在于对日前市场交易结果与实 际运行的偏差进行交易 因此，日前市场与实时市场的出清结果（电价、电量）通常会存在一些偏差 19 电力现货市场的结算价格 功率系统实际需求曲线 使用实时市场出清价格结算 使用日前市场出清价格结管 实时增发电力（上调） 实时出力偏差（下调） 日前交易中标曲线 清华大学 wimghueUni 中长期合约分解为电力曲线 使用中长期合约价格结算 182324小时 中长期合同所形成的电力曲线，均采用中长期所规定的合约价格结算 ·机组在日前市场将形成中标曲线，本质上是在中长期电力曲线之上的偏差（可正可负），均按照日前市场的价格结算 。发电机组实际出力曲线，与日前市场中标曲线之间的偏差（可正可负），将按实时市场价格结算 ·发电企业收益三中长期合约收益+日前市场收益+实时市场收益20 电力现货市场的市场出清过程(有约束） 30元/MWh无约束发电量有约束发电量 发电上限 清华大学 阻塞约束 ★时间时间传输上限 无约束发电量有约束发电量 40元/MWh 阻塞电量 时间时间 事实上，在电力市场实际运行中，需要考虑电力系统运行的特殊物理性质电力系统中各条线路具有传输功率上限约束，如果达到上限，则称为“阻塞 由于阻塞的存在，难以根据无约束出清结果运行系统，需要在考虑物理特性的基础上进行优化出清电价和出清容量都会发生一定的变化 21 电力现货市场中的节点电价 清华大学 steghuatinis 需求需求 需求需求 10MW30MW成本 10MW 30MW 成本成本 成本 200元 200元 /MWh 30MW 300元 /MWh 300元 30MW/MWh 阻塞/MWh 出 40MW A A点的节点 B出力 OMW出力 40MW A A点的节点 B出力 OMW 电价200元 B点的节点 电价200元B点的节点 /MWh/MWh 电价200元 /MWh 电价300元 /MWh 节点边际电价：该点增加1单位的用电，为系统增加的整体运行成本 当系统出现阻塞后，为了应对某节点的功率增加，可能需要多个不同节点的机组联合调整，从而造成为了不同节点不同的边际电价 22 电力现货市场中的节点电价 需求需求 10MW30MW成本 需求需求 10MW30MW 清华大学 成本成本 成本 200元 200元/MWh30MW300元 /MWh 300元 30MW/MWh 阻塞/MWh BAB出力 出力 A出力 OMW 出力OMW 40MW40MWB点的节点 A点的节点B点的节点A点的节点电价300元 电价200元电价200元电价200元/MWh /MWh/MWh/MWh 需求总支付为（30+10）*200=8000元，发电需求总支付为10*200+30*300=11000元，发电 总收入为40*200=8000元，阻塞盈余为0总收入为40*200=8000元，阻塞盈余为3000元 系统出现阻塞时，市场中出现阻塞盈余，反映了线路容量价值的稀缺性 23 电力现货市场中节点边际电价的意