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?，F(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(gòu)、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(diào)，如何設(shè)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(shè)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(guān)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(guān)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(nèi)各省分配現(xiàn)有和新建輸電基礎(chǔ)設(shè)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(shè)計相一致的單一的區(qū)域“現(xiàn)貨市場”，包括:
具有財務(wù)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(diào)度和結(jié)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(diào)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(diào)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(wù)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?qū)⒂幸粋€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(guān)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(zhuǎn)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)域如何建立多省（區(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(yīng)該有統(tǒng)一的區(qū)域經(jīng)濟調(diào)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(nèi)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(shè)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(zhuǎn)移。政策制定者應(yīng)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(jié)束之前提前退役的發(fā)電機組，應(yīng)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(chǔ)設(shè)施的成本分攤
向南方電網(wǎng)RTO轉(zhuǎn)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(chǔ)設(shè)施以及如何設(shè)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(gòu)成了障礙。它也阻礙了按經(jīng)濟調(diào)度原則調(diào)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(diào)度而產(chǎn)生棄水，雖然按照區(qū)域經(jīng)濟調(diào)度的原則，火電不應(yīng)該被調(diào)度而也不應(yīng)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(yīng)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(chǔ)設(shè)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(cè)）按月或年（而不是在每度電交易的基礎(chǔ)上）分攤這些區(qū)域輸電成本[10]。
政府部門應(yīng)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(nèi)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(diào)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(yīng)該繼續(xù)負責制定和設(shè)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(yīng)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(guān)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(diào)度的機組。
CAISO只將可用的輸電能力用于調(diào)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(yù)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(jié)構(gòu)下，區(qū)域調(diào)度中心可以把廣東的實時電能量市場調(diào)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(diào)度協(xié)調(diào)人員將向區(qū)域調(diào)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(diào)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(diào)度。如果調(diào)度協(xié)調(diào)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(diào)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(jié)構(gòu)的變化，輸電規(guī)劃方法將需要進行調(diào)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(diào)。缺乏ISO/RTO市場之間的協(xié)調(diào)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(shè)計，聯(lián)合輸電規(guī)劃和成本分攤，以及協(xié)調(diào)運行是非常重要的。雖然設(shè)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(diào)問題是很重要的。
建立南網(wǎng)RTO ：總結(jié)
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(chǔ)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(nèi)的省級電網(wǎng)公司(不以進出口交易為基礎(chǔ))。
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(shè)計，包括機組組合流程，輔助服務(wù)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(diào)了交易組織的作用[19]。我們建議，發(fā)布一份關(guān)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(yīng)該不僅規(guī)定了交易組織的角色和時間表，還應(yīng)規(guī)定出調(diào)度機構(gòu)和區(qū)域政府的角色和時間表，以及他們在這些任務(wù)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(jié)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(shè)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(shè)計——并在這些領(lǐng)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(shè)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(jié)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(diào)，包括輸電和需求側(cè)資源的規(guī)劃過程。
（全文完）
