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电力市场中长期交易与现货市场的设计

发布时间:2020-09-28

当前我国的电力市场改革中,各省、各地区推进的电力交易主要是发电企业与大用户及售电公司的直接交易,包括双边协商和集中竞价形式。出现了较多的关于电力市场是不是一定要建现货市场,何时建现货市场等讨论。这里对相关的概念进行介绍、分析,并谈下本人的一些看法。

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电力体制改革的目标

直接交易、双边协商、集中竞价、现货市场,都是实现电力交易的方法,是一种改革路径。要讨论改革路径,首先要考虑改革的目标。

对电力体制改革来说,还原电力商品属性,建立市场化的交易机制是改革的具体路径,而优化电力系统,乃至整个能源系统的资源配置,以最小的资源、环境等成本提供安全、可靠的能源供给,是最终的目标。所有的改革路径、方案的设计,需首先考虑改革的目标,再结合实际的资源、环境、社会等方面的现状和约束进行。

电力系统资源配置的目标包括效率和公平两个大的方面,而效率目标从时间尺度上讲又包括两个方面:长期效率以及短期效率。

1)长期效率

主要表现在电力系统投资、规划的有效性。电力市场机制需要保证充足、有效、合理的投资,引导出电源、电网和负荷的优化规划,以支持电力系统安全、稳定、经济的运行。首先,投资水平不能过低影响电力系统的安全;其次,不能过度投资增加电力系统成本;最后,电源和电网的结构要合理、匹配。

2)短期效率

主要表现在电力系统实时经济运行(调度)的有效性。电力市场机制需要能引导出最优的实时运行方案。运行阶段,投资成本已经成为沉淀成本,这时候决策主要看可变成本、边际成本,市场机制需要能引导出整体社会福利最大的运行方式。简单的说,就是:让发电可变成本最低的电厂先发电,让用电效益最大的用户先用电。由于电力的供给和需求随时间不断波动,而电力系统又必须保持实时平衡,电力系统的经济调度必须按比较小的时间尺度进行。早期,一般以1个小时或半个小时为周期制定调度计划,调度周期内的功率不平衡则通过调频等辅助服务解决;随着相关技术的发展,调度周期逐渐缩短,现在很多国家和地区以5分钟为一个周期制定调度计划。

3)公平目标

主要考虑社会福利在不同的市场主体之间的分摊。电力市场的公平性要考虑社会福利在不同业务环节主体如发电、电网和用户之间的分摊,以及在不同地理、行政区域之间的分摊。改革方案需要考虑改革后不同主体之间福利的变化情况。

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电力市场中的现货市场

经济学中,现货市场一般是指“一手交钱,一手交货”的即时或准实时的交易。在电力市场中,不同的文献、机构或学者对现货市场有不同的理解或定义。

一种是按时间划分,将日以上的交易称为中长期交易(或远期交易),将日前及日以内的交易称为现货交易。我国的9号文及相关配套文件即按这种定义。另外一种,严格按经济学中的定义,则只有最接近运行时刻的那个市场,才是现货市场,其他的都是远期市场(forward market)。本文的后续描述中,为了方便及概念清晰,现货市场指后一种意义的现货市场,即最接近运行时刻的电能市场,具体的时间可以是日前、两小时前、小时前,表现形式可以是日前市场、实时市场、平衡市场等。

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电力市场中的中长期交易

远期交易(forward contract)和期货(futures)、期权(option)交易都是一种中长期交易,即交易相关方约定在未来某一时刻按一定的价格进行一定数量的产品交易的模式。这几种交易的区别主要在于是否标准化。远期交易是一种非标准化的合同,交易双方自行确定交易的地点、交易的数量和价格,而期货和期权是一种标准化的合约,必须在期货交易所进行,对合约的数量、价格、交割地点等都有严格的规定,对市场成员的信用也有严格的管理。目前我国电力市场中的直接交易、发电权交易本质上都是一种远期交易,尚未建立相关的期货、期权交易品种。国外大多数实行电力市场的国家或地区建立了若干期货、期权市场,其可以增加交易的流动性,降低市场的风险。

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远期合约的结算

电力远期合约是一种金融合约,电力的售方和购方提前(五年、一年、一个月、一周或一天等)约定在未来的某一市场(日前市场或实时市场)以一定的价格进行一定数量的电力的交易。其常见的一种形式或叫法是差价合约,买、卖双方不必有实际的电力生产、消费的需求,在约定的市场按照市场价格与合约价格的差进行结算即可。

比如,电厂A与用户L在2016年11月20日签订了2016年12月15日实时市场下午2点20万kWh电力的交易合同,价格为0.4元/kWh。在2016年12月15日,若根据实时竞价结果下午2点的电价为0.35元。则电厂A和用户B之间需要按照合约电价0.4元与实时电价0.35元之间的“差价”进行结算:200,000*(0.4-0.35)=10,000元,即用户L需向电厂A支付差价1万元。反之,如果2016年12月15日下午2点的实时电价为0.42元,则电厂A需要向用户L支付差价200,000*(0.42-0.4)=4000元。注意,签订差价合约的购、售方都不需要有实际的发电、消费能力。如果交易双方在实时市场中有物理的发电和用电量,则均按照实际的电量和实时市场的价格结算。比如,在2016年12月15日下午2点电厂A的实际发电量是21万千瓦时,用户L的实际用电量是19万千瓦时,如果该时段的实时电价是0.45元/kWh,则电厂A在实时市场可以获得售电收入9.45万元,用户L在实时市场需要支付电费8.55万元。

对于差价合约的结算,可以由购售双边在实时市场之外场外方式结算,也可以将其提交给实时市场的运营机构让其代为结算。目前大多数地区和国家的市场中通过市场运营机构结算。

可以认为远期合约买卖的是一种价差,或者说价格指数,即合约价格与约定的某个市场(日前市场或实时市场)的价格之差。电厂、用户可以通过远期合约规避价格的风险,交易商可以通过套利获得盈利。

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通过不同交易模式实现电力市场的目标

前面提到,电力市场的目标包括长期效率、短期效率和公平等多个方面,可以通过多种交易类型的组合来实现这些综合的目标。

1)通过容量市场、政府签订的差价合约等实现市场长期的目标

在长期,市场的设计需要考虑多个方面的目标,如:长期容量投资的充裕度问题;历史问题,即改革前政府批准的一些投资能够收回成本;改革可能造成的企业破产问题;可再生能源发展等能源政策的实施等。

对这些目标,可以通过容量市场、差价合约等机制来实现,其特点是与企业实际的供给、需求量无关,不影响电力系统实时的运行。

比如,通过容量市场使得发电企业即使不发电也可以获得一定确定的收益,从而保证电源投资的充裕性。再如,通过政府主导签订的差价合约来保证相关市场主体的一定收益。实际上,英国、加拿大等很多国家都通过差价合约或类似的机制来实现政府的一些政策目标。我国广东省的基数电量也可以用差价合约机制来实现。

2)通过现货市场实现短期的最优资源配置

现货市场中,所有发电企业和用户采用全电量竞价,按社会福利最大的原则(用户不报价时即为发电成本最小)进行市场出清。在竞争充分和市场力有效控制的情况下,发电企业按照发电的短期边际成本报价,成本低的电厂优先中标。

根据科斯定理,只要允许中长期合同的自由交易,且交易成本很小,则现货市场之前签订的中长期合同不会影响现货市场的效率。可以用一个简单的例子理解这个结论。系统有两个电厂A和B,容量都是500MW,每度电的发电可变成本分别是0.2元和0.5元。某个交易时段(一个小时)的负荷是700MW。下面分析两种情景下的调度结果。

情景1:政府与A和B电厂分别签订了400MWh和300MWh的基数电量合同。不允许发电权交易。实际A和B分别发电400MWh和600MWh,总发电成本为0.2*400,000+0.5*300,000=230,000元=23万元。

情景2:没有基数电量合同。根据经济调度原则,A发电500MWh,B发电200MWh,社会总发电成本为0.2*500,000+0.5*200,000=200,000元=20万元。相对情况1,总发电成本少了3万元,也就是说,社会福利增加了3万元。

情景3:政府与A和B电厂分别签订了400MWh和300MWh的基数电量合同。允许发电权交易。由于A的发电成本远远低于B,A和B达成协议,B电厂将其100MWh的发电权以0.15元/kWh的价格转让给A。也就是说,A可以多发100MWh电,但需要给B一定补贴:0.15*100,000=15000元。这样,最终A发电500MWh,B发电200MWh,社会总发电成本与情景B一样为20万元。但由于有基数电量合同,相对情景2,A多了15000元成本,而B多了15000元收益。但相对情况1,A多发了100MWh的电而增加利润15000元,B少发100MWh的电也获得了15000元的补贴,社会总福利增加了30000元,这主要是由于发电成本降低了3万元造成的。

情景4:政府与A和B电厂分别签订了400MWh和300MWh的基数电量合同。不允许发电权交易,但允许电厂在现货市场申报上调、下调价格。假设A申报每度电价格高于0.35元可以增加发电100MWh,价格低于0.1元可以减少发电250MWh;B申报每度电高于0.6元可以增加发电200MWh,每度电补贴其0.35元愿意减少发电150MWh。现货市场中,交易机构对上调、下调报价出清,结果A上调100MWh,B下调100MWh,对A增加的发电按每度电0.35元结算,对B减少的发电按每度电0.15元补贴。最终,市场的发电成本与情景2也一样,为20万元。A和B的利润水平和情景3一样。

从上面的例子看到,在允许远期合同(基数电量合同)进行交易(情景2的发电权交易或者情景3的现货市场调节交易)且交易成本很低的情况下,基数电量合同的存在未影响社会福利,仍可以实现资源的最优配置,但基数合同电量的存在影响了社会福利在不同的市场主体(电厂A和B)之间的分配。但如果交易成本很高(比如没有上调下调市场,且缺乏有效的发电权交易机制),最终实际按照基数电量合同调度(情景1),社会福利就会受到损失。

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对我国电力市场交易模式设计的建议

1)通过差价合约等中长期合同形式实现电力系统投资有效性、节能减排等方面的目标。

2)建立有效、方便的中长期合同(包括政府签订的基数电量合同和市场协商合约、集中竞价合约)转让和交易机制。

3)现货市场进行全电量竞价,现货市场的调度时段为半小时或更短。