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張樹偉:電力市場為何物理運行與財務結算是充分分離的

2019-11-14 15:47:06 來源:《風能》雜志

背 景

一手交錢,一手交貨往往是菜市場,以及大部分市場的基本規則。物理交換與財務結算是同時完成的,同時,物理交換決定財務結算。

但是,電力系統需要實時平衡,難以存儲,所以,競爭性市場需要提前結束(所謂的 “ 關門時間 ”),然后由統一的系統運營商以一種中心化的方式,去調度備用資源應對各種不可預計的不確定性。

就產品類型而言,由于需要提前量,都是期貨,大部分市場中,物理交割在交易價格確定之后完成[1]。一方面,因為存在各種不確定性,市場價格的波動會很大。因此,大部分消費者往往通過長期合同、場外交易等手段進行風險規避 ;這個市場的波動很大,也吸引了投機者,使得市場的流動性進一步增強,各種金融工具的嵌套愈加復雜。久而久之,電力市場越來越像產品無差別的金融市場。

發電商為獲得收入,并不必然需要發電,或者發約定的電力。發電商的收益結算更多地取決于市場設計與 “本來應該怎么樣”,而不是“實際怎樣”,與金融市場有很多類似之處。這種復雜程度已經使得美國的部分市場產品的嵌套、耦合與結算,發展到了業外人士(包括筆者)和大眾無法理解的程度。

當然,菜市場與電力市場其實還是相同的,因為以上兩者盡管表象不同,其實質仍舊是相同的,那就是“基于規則劃分損益”,而不是基于“物理上,誰發電誰有收入,誰不發電誰倒霉” 的物理現實。不幸的,后者恰恰是過去造成我國風電、光伏限電問題的邏輯所在。

過去的故事

我國的“大飛線”電力外送在物理與交易界面劃分上比較混沌。現貨市場非“現貨”。我國習慣上將短期電力市場,包括短于日前的市場部分稱為“現貨”,這著實只是一種習慣提法。電力系統要保持隨時的平衡,但各種內在的不確定性,特別是需求與突發事件使得市場的平衡無論如何都需要“提前量”,而在真正的實時狀態下,依靠集中式的調度作為唯一的買家,運用系統備用資源,去彌補不平衡的那部分。日前的市場是確確實實的“期貨”市場,也就是提前24小時進行交易安排與結算, 而沒有物理的電力交換,這已經是物理與財務的分離了。

我國目前電力市場中98% 以上的交易是提前一年的期貨。我國以成本為基礎的定價體系,對應到市場上,可以看做是提前一 年的期貨,也就是提前一年時間確定長期合同。比如兩個省長一年見一次面,敲定下一年的跨區輸送電量[2]。

普通大眾理解電力市場的時間尺度更大,比如多年的期貨。這集中體現在對三峽分電體系的理解上。筆者多次就三峽問題發表看法,表示其所發的電應該更多地留在湖北本地以及臨近地區消納。有些業內專家反饋:當年湖北、湖南都不要啊[3]!這種邏輯與市場隨時進入的開放競爭的邏輯是完全不搭界的。一個歷史性安排可以固定十幾年,這相當于多年的期貨。因為這種鎖定價格,有些地區應該是獲得了很大的收益,比如上海。但是,因為這種送電的不靈活,有些地區卻是受害的,比如湖北。2011年7月三峽水電大發時,湖北居然要拉閘限電[4]。

歐盟通過可再生能源發電量“統計轉移”來推動各國完成可再生能源發展任務。物理與財務(可以)完全分離。歐盟有可再生能源發展2030年遠景目標,并且其具體做法與中國類似,將總體目標拆分,給各國攤派一個主觀指標。那么,不同國家完成任務的難度就會大小不一,比如有些國家已經超額完成(丹麥),有些國家因為自身資源條件實在有限,發展成本很高(德國)。為解決這個問題,歐洲采用了可再生能源國際合作機制(international renewable cooperation) 在其他國家(地區)開發的可再生能源可以以統計轉移(statistical transfer)的方式算作投資國目標的一部分[5]。由于這些機組的加入,兩國間聯絡線潮流可能會發生改變。但是,人們不會“傻”到專門拉根線將這部分電廠接入德國電網,其物 理上仍舊是在丹麥電網平衡。

美國的可再生能源電力長期購買合同 (Corporate Renewable Power Purchase Agreements,PPAs)越來越多。許多有社會責任感的大公司,特別是 IT 企業,紛紛通過這種方式表明自身支持可再生能源發展的態度,并愿意身體力行。在價格上,PPA確定的可再生能源發電長期電價往往比化石能源發電還便宜。能源基金會在 2019 年的 一份報告[6]中對此進行過綜述,它區分了物 理PPA與虛擬PPA兩種方式。必須強調的是,這完全是一種操作層面的劃分,僅存在于項目地理位置與財務結算的區別上,在系統運行的物理層面(應該)是沒有區別的。

我國的“大飛線”電力外送在物理與交易界面劃分上比較混沌。多數情況下,那些 被定位為“外送機組”的發電機組,就相當于物理上受電端的機組,在受電區域平衡,調度與結算是一體的。這部分機組很少與本地電力平衡發生任何關系。當然,也有例外,比如原國家電監會的報告指出,2009年底湖北缺電,江西組織的臨時送湖北交易電量,實際上是三峽送江西的電量直接改送湖北,江西則在省內掛牌向火電企業采購電量。事實卻是,該部分電量并未出省,而是由江西自行消納,交易電量與三峽送入的電量進行了對沖。也就是說,交易層面是湖北向江西購電,實際運行時卻是三峽電在湖北消納, 而江西自己多發電。

邏輯與市場設計

如果說,我們的電力系統與國外有何“差別”,那么物理運行層面的差別是最大的。

日前市場不是形成一個有效率市場的必要條件。比如目前歐美市場往往是“日前市場 + 調整機制”的結構。市場機制本身就是一種靈活性安排,以應對各種需求、供應的不確定性與突發事件。從理論上來說,日前市場也并不是建立有效率市場的必要條件[7], 與日后根據確定性的需求結算價格可以等價。兩個階段市場只是一種歷史沿襲下來的習慣。在管制電力體系時期,即使是最慢的核電以及大煤電機組,多數機組要實現其發電承諾,提前12小時基本就足夠了。因此,日前的提前量已經足夠各個主體安排生產計劃了。

美國的市場更像一個“物理戰場指揮官系統”。不管這些電廠與用戶達成了何種交 易價格與協議(有些調度甚至都不知道具體細節),對于調度而言,總是根據系統物理約束,優先用那些成本更低的機組去滿足需求。對于某臺機組而言,即使某個小時簽了100萬千瓦的電量雙邊合同,如果調度發現系統供大于求,而這臺機組合適提供“向下的調節”服務,那么它實際發的可能只有80萬千瓦電力。

歐洲的電力市場更像一個“分布式平衡系統”。每個參與者必須實現自我平衡,約 定賣100萬千瓦時的電量,就必須平衡同等電量。如果最后由于自身的原因只發了80萬千瓦時的電量,參與者就必須在市場關門之前購買20萬千瓦時的電量,否則會收到“平衡誤差罰單”。

我國的電力市場更像一個“物理決定交易”的體系。物理上,調度設定了何種潮流 計劃,所有市場參與方,包括電廠、用戶都必須遵守。調度在年尺度以內高度自由量裁,基本不接受監管,唯一需要監管的是全年的量是否符合年初的計劃。所以,交易的靈活性是高度受限的。每個電廠實際發了多少電,然后就有多少收益,很少再有其他途徑。唯一的例外是幾個所謂的“調峰輔助服務市場”,由調不下去的機組出錢補償那些調下去的,相當于“斗地主”。這仍然是一種由“物理”決定交易,以成本為基礎的體系,與市場邏輯格格不入。

總結:電力系統的物理運行與財務結算是(可以)充分分離的

電力系統最初就是一個各種技術構成的多元化系統,因為需求隨時在變動,而儲能很困難,所以,發電的時點十分重要,中午高峰時發的電,與午夜無需求時發的電,其價值差別是非常大的。各種技術的組合,而不是單一的某種技術,對長期而言是最優的。

在交易層面,無論是躉售批發市場、雙邊場外交易、長期購電合同,還是處于嚴重泡沫中的“區塊鏈點對點交易”,對電力市場來說,都是可以充分適應的靈活交易。這些交易反映到物理層面的運行,無非就是一些或正或負的出力而已。而系統的物理運行,必須具有明確的經濟效率優先的價值觀。

如果說,我們的電力系統與國外有何“差別”(若算不上差距的話),那么物理運行層面的差別是最大的,這也是筆者反復強調電力體制改革要回歸體制的基本原因。交易層面的差別無非就是影響蛋糕如何劃分、誰虧誰賺的問題,而物理運行層面的安排才是決定整體效率、效益蛋糕大小的關鍵。

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