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国外典型电力市场抽水蓄能电价机制及启示

作者:王睿等 来源:电联新媒 发布时间:2021-05-18 浏览:
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在“碳达峰,碳中和”目标要求下,“十四五”时期,构建以新能源为主体的新型电力系统已成为行业发展的必然选择。为了平抑风电,光伏等不确定性电源对电力系统运行的影响,作为现阶段最为成熟的灵活性调节技术,抽水蓄能将是未来高比例可再生能源供给体系的重要组成部分。

在这一背景下,为了促进抽水蓄能产业的健康发展,破解现有电价机制存在的与市场发展衔接不够,激励约束机制不够健全等问题,4月30日,国家发展改革委出台《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》,对当前市场建设阶段抽水蓄能电站的电价机制进行了总体性的制度安排,为兼顾抽水蓄能产业发展与参与市场竞争之间的协调关系提供了必要的制度保障。

他山之石,可以攻玉。随着电力市场改革的继续深化,可以预期,未来抽水蓄能电站的电价机制也将伴随电力市场建设的向前推进而逐步完善。为此,本文对英国,美国,欧盟等典型电力市场化国家或地区的抽水蓄能电站电价机制开展研究工作,以期通过对上述国家或地区抽水蓄能电价机制发展实践的归纳和总结,前瞻性地得出有助于下一阶段我国抽水蓄能电价机制进一步完善的经验和启示。

典型电力市场抽水蓄能电价机制

从国外实践经验来看,在竞争性电力市场国家或地区,由于电力市场模式的差异,抽水蓄能电站的运营模式体现出明显的差异化特征:在以英国为代表的分散式市场,抽水蓄能电站主要通过签订场外中长期合约的方式实现其成本回收;而在集中式特征较为明显的电力市场中,抽水蓄能电站根据其提供的功能,参与电能量市场及辅助服务市场竞争获得相应收入。其中,调峰填谷功能通过参与电能量市场竞争,峰谷价差套利的方式实现价值体现;辅助服务功能则通过参与辅助服务市场的方式获得相应收入。

英国

英国是分散式电力市场的典型国家,电力交易以发电商与用户的双边交易形式为主,双边交易电量在总交易电量中的占比超过90%。为了便于双边交易的物理交割,所有的双边交易合同须在关闸前(目前为一个小时)向市场运营机构提交该交易时段的出力(用电)计划。

由于负荷预测偏差,局部输电阻塞等因素,实际调度时段的电力平衡总会与出力(用电)计划存在一定偏差,此时需要平衡机制和辅助服务市场作为市场的必要补充,以解决电量不平衡问题。在英国电力市场中,平衡机制和辅助服务由英国国家电网(National Grid)统一负责采购。其中,平衡机制的交易电量约占3%-5%。在平衡机制中,发电商申报Bid/Offer。其中,Offer表示机组增出力的报价,Bid表示机组降低出力的报价。英国电网调度机构根据系统运行需要,以购电成本最低为目标进行平衡市场的服务采购。

这一市场模式中,由于双边交易合同量的绝对性占比,可实现系统内的传统电源与用户对未来收入/用能成本的稳定预期。但对于以提供灵活性调节资源为主的电源类型抽水蓄能电站而言,由于平衡机制市场规模的不稳定性(不同交易日之间平衡市场规模存在明显波动性)以及价格波动性(价格取决于平衡市场的需求方向,通常Bid价格高于Offer价格),使得抽水蓄能电站难以在这一市场模式中产生稳定的收益预期。

因此,为保障抽水蓄能电站的合理收益,英国电力市场专门制定抽水蓄能机组的电价机制,明确抽水蓄能电站收入包括固定收入(固定部分)与平衡机制收入(变动部分)两部分。

(1)固定部分

固定部分又称容量补偿,以抽水蓄能电站与英国国家电网签订的年度合约形式固化。主要补偿抽水蓄能电站在系统中的两个方面的效益:

一是对承担电网辅助服务效益,即快速响应,调频调相,黑启动以及备用等作用的补偿,该补偿按辅助服务机制计算得出,按年一次性支付;

二是对于抽水蓄能机组根据调度要求,参与调峰填谷,保障了基荷机组的平稳运行,提高了基荷机组的经济效益等所作贡献的补偿,该补偿签订年度合同明确固定电量和固定电价。

在英国电力市场中,固定部分收入约占抽水蓄能电站全年总收入的70%~80%,其中辅助服务补偿费约占固定部分收入的70%。

(2)变动部分

根据英国国家电网调度要求,预留相关辅助服务及调峰填谷容量外,抽水蓄能电站的剩余容量可通过自主参加平衡市场获得一部分变动收入,这部分收入随着不同时段,不同报价而变动,完全依靠市场需求和竞价交易获得。变动收入占抽水蓄能电站全年总收入的20%~30%。

典型案例:英国迪诺威克抽水蓄能电站装机180万千瓦,是欧洲最大的抽水蓄能电站之一。该电站由国家投资兴建,1984年投运,现由Edison Mission Energy公司独立经营。电站参与英格兰和威尔士电力市场竞争。电站年收入额基本维持在1亿英镑左右,年运营收入中辅助服务收费约占一半。

美国加州电力市场

美国加州电力市场是典型的集中式电力市场。其市场结构包括集中式的日前市场,实时市场以及辅助服务市场。其中,电能量市场与辅助服务市场耦合出清。

集中式电能量市场实现了不同时段电能量产品价值的货币化体现以及辅助服务机会成本的显化体现,即由于负荷特性的稳定性,每日高峰时段/低谷时段可产生稳定,可预期的高峰/低谷价格信号,而这对于抽蓄电站作为独立个体参与市场竞争是极为友好的。在这一市场中,抽蓄电站可通过参与电能量市场与辅助服务市场获得相应的收益,相对应的,其收入的主要来源包括参与辅助服务市场和现货市场峰谷套利。

典型案例:Helms抽水蓄能电站位于美国加州西拉内华达地区,装机容量120万千瓦。其年收入中约40%来自于峰谷套利(调峰填谷),辅助服务收入约占总收入的60%。

欧盟

20世纪90年代以来,欧盟先后颁布了三个电力改革法案,推动成员国开展电力市场化改革,并同步推进电力行业一体化建设,促进成员国之间能源市场的开放融合,力争建成内部统一能源市场。目前,大多数欧盟国家电力市场已形成以现货市场为基础,辅助服务市场和金融市场为补充的市场机制,市场模式兼具集中式与分散式的双重特征。

其中,现货市场包括日前市场,日内市场与实时市场,日前市场,日内市场由电力市场所组织,实时市场则由各国ISO组织。日前市场采用“集中竞价,边际出清”方式,具有一定的集中式特征;日内市场采用的撮合交易方式以及实时市场采用的平衡机制方式则体现出明显的分散式特征。

在欧盟电力市场中,由于“集中竞价,边际出清”的日前市场的存在(峰谷价差信号的存在),使得抽水蓄能电站具备了独立参与市场竞争实现生存的基础条件。因此,在欧盟国家抽水蓄能电站一般作为独立市场成员,与其它电厂在市场上展开竞争。其收入的主要来源包括参与辅助服务市场和现货市场峰谷套利。

典型案例:奥地利普芬宁贝格抽水蓄能电站规划装机容量3×150MW,项目预计2024年投产运营。根据该项目收购尽职调查报告的仿真结果,在当前市场价格水平下,机组将更多的容量参与辅助服务市场将获得更佳的收益(尽调报告中未拆解出调峰填谷及辅助服务的收入)。

主要启示

抽水蓄能电站无论是在分散式电力市场还是集中式电力市场环境下均能实现生存。但在不同市场模式中运营模式存在明显差异,在分散式电力市场中,由于峰谷价差信号的隐化,为保障抽水蓄能电站的合理生存,需对其制订特殊的电价政策,如固定合约机制等;而在集中式市场环境中,抽水蓄能电站可作为独立个体参与市场竞争,通常不需为其设计单独的保障机制。

从国外电力市场化改革国家或地区的实践经验来看,无论是分散式电力市场还是集中式电力市场,抽水蓄能电站能够独立参与市场竞争并实现生存的电力市场环境,至少包括以下二个必备要素:一是运行良好的现货市场,能够提供峰谷套利空间;二是完善的辅助服务市场,使得抽水蓄能电站提供辅助服务的价值得到合理的体现。只有当上述两个条件同时满足时,抽水蓄能电站才具备完全推向市场的可能条件。

从国外实践来看,典型的抽水蓄能电站其辅助服务收入均已占到其总收入的50%以上,调峰填谷收入则不足50%。而根据典型抽水蓄能电站运行工况估算,抽水蓄能电站在我国现行辅助服务政策框架下可实现的收入不足其年容量成本的5%,与国外存在巨大差异。究其原因,成熟市场化国家辅助服务定价所基于的机会成本定价方法与国内辅助服务基于的会计成本定价方法之差异是主因。这也表明,即使国内推进了电力现货市场建设,辅助服务市场若不能同步改革到位(辅助服务定价含机会成本信号),抽水蓄能电站作为独立个体参与市场竞争的条件同样并不满足。

本文系《中国电力企业管理》独家稿件。作者王睿,罗开颜,张会娟,刘庆供职于电力规划设计总院。

关键字:抽水蓄能电站

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