基于美國PJM模式的我國區域電力市場改革路徑分析

(國網浙江省電力有限公司經濟技術研究院 浙江 杭州 310000)

電力市場理論認為為了保障電力穩定高效的供應，應當在一個區域中建立統一調度中心，而且要有足夠大的規模來保證市場的充分競爭和資源的有效利用。全國性的電力市場雖然擁有豐富的資源，但是要保證完全開放的電力市場的安全穩定運行則是一個更大的挑戰，因此為了實現資源在更大范圍內的優化配置，保證電能的供需平衡，便產生了電力聯營，即區域電力市場。區域電力市場不以省為單位，在破除省間壁壘上能夠發揮較好的作用，實現區域內資源的均衡合理配置。當電網的運行出現故障時，能夠統一全網的調度，對于電源中心和負荷中心相距較遠的國家或地區能夠較好地平衡電力供需平衡。此外，對于跨省的電網輔助服務能力的提高、輔助服務水平的優化和輔助服務費用的降低都能夠起到積極作用。

一、我國區域電力市場的發展

我國電力市場在總體結構上可分為以國家電網為載體的國家電力市場和以區域電網為載體的區域電力市場。從電力工業的規模經濟性來看，電網是連接電力生產、輸送和供應的基本途徑，電力生產和消費的實現需要依靠電網的運行。通過電網，電力從生產到消費才得以成為一個有機的整體。電網建設初期投資非常大，加上網絡規模較小，其技術性能和經濟效益也相對較低。隨著電網規模的不斷擴大，投資逐步減少，技術性能和經濟效益也得到了提高。

目前我國區域電力市場主要包括區域統一電力市場和區域共同電力市場。區域統一電力市場是指由區域市場負責區域內各個市場主體的電力交易和電力平衡，取消了省級電力市場，各省發電企業在區域統一平臺上競價。其組織結構如圖1。目前東北電力市場屬于統一電力市場，是因為東北電網是我國最早的跨省電網，長期實行統一規劃、建設、調度、核算和管理，已基本形成比較完善的跨省主網架，同時三省綜合銷售電價水平比較接近，省間貿易壁壘較低，有利于新電價機制的形成。因此建立統一電力市場的條件比較成熟1。區域共同電力市場是指保留省級電力市場，各省電網公司組織開展本省的電力交易，并通過區域共同市場購售電力電量。其組織結構如圖2。目前華東電力市場和南方電力市場均屬于區域共同電力市場，是因為華東區域各省市經濟發展水平差異較大、綜合銷售電價水平也不同，加之早期省為實體的管理體制導致省際間市場分割，壁壘嚴重，因此華東電力市場不具備建設統一區域電力市場的條件。由于區域共同電力市場的市場競爭通常受到省際間的限制，而區域統一電力市場能夠打破省間壁壘，因此區域統一電力市場能夠實現更大范圍的資源優化配置。但是未來我國進行電力市場化改革時不宜強行建設統一電力市場，而是借鑒美國PJM電力市場的模式，以自然發育的方式實現從省級市場到統一市場的過渡。

圖1區域統一電力市場的組織結構圖2區域共同電力市場的組織結構

二、美國PJM模式運作及經驗借鑒

PJM電力市場是美國最大的區域電力市場，1927年賓夕法尼亞州和新澤西州的三家公共事業公司成立世界上第一個電力聯營體，1956年馬里蘭州的公共事業公司加入，形成三大洲的互聯網絡，負責美國大西洋沿岸中部13個州和1個特區的電力系統的運行和管理。經過電力聯營體、獨立系統運營商(ISO)和地區輸電組織(RTO)三個階段的發展，目前已成為集市場運營、電網規劃、調度運行等多項職能于一體的獨立系統運行調度機構，是公認的最健全、效率最高的電力市場之一。并且PJM的規模與我國的一個區域電網規模相當，因此本文以PJM模式為參照，分析我國區域電力市場改革的路徑。

PJM既是系統運行機構又是市場運營機構，即要負責系統集中控制、調度和電力市場的運營；管理輸電網價格和輸電服務；制定區域電網擴展規劃并協調各成員之間的電源規劃2等，可以說PJM市場是一個典型的區域統一電力市場，其功能可以概括為三個方面：(1)運營電網，實現供需平衡，監控電網運行，此功能相當于我國的調度中心；(2)運營電力市場，相當于我國的交易中心；(3)制定電網規劃。

目前PJM電力市場主要包括電能市場(日前電能市場和實時電能市場)、容量市場、輔助服務交易市場和金融輸電權交易市場。

(一)日前電能市場

日前電能市場在運行日前中午12：00停止投標，進入市場出清階段，運行日前第一次機組組合程序，確定每小時的機組組合、日前節點邊際電價以及滿足計劃備用的需求。在日前16：00，PJM公布日前市場第一次出清結果。16：00-18：00，PJM開始運行實時平衡市場投標階段，此階段市場成員可以提交在第一次機組組合未中標的修改投標。運行日前一天18：00，實時市場投標階段結束，PJM運行第二次機組組合，其首要目標為滿足系統可靠性，同時保證額外調用資源的啟動和空載成本之和最小。日前18：00至運行日期間，PJM還可以基于更新的負荷預測和資源可用信息按需調用額外的發電資源。日前計劃備用市場是為了獲得30min的備用資源而建立的基于投標報價的市場。大致流程見圖3。

圖3 日前電能市場運作流程

(二)實時電能市場

實時電能市場是日前市場的補充，是一個現貨市場，按照實際電網操作條件的實時節點邊際電價每5分鐘出清一次，并同步公布在PJM官網上。之后每小時進行一次買賣雙方的結算，每周為市場參與者開具發票。實時市場本質上是考慮系統安全約束的經濟調度問題，既為市場成員提供了一個調節調度計劃的平臺，即在日前電能市場中沒有被調度的機組可以在當天16:00-18:00向市場重新報價；也為調度交易中心提供了實時經濟調度的手段，即調度交易中心可以根據修改后的報價及當時的系統安全約束情況進行經濟調度。

日前市場和實時市場采用雙結算系統，即兩個市場分別結算，稱為兩部制結算機制。日前市場的結算是基于每小時的計劃安排量和日前每小時的出清價格進行，實時市場的結算是基于與日前市場上的實際偏差量與每小時的實時價格進行。日前市場的出清結果只用于結算，而實時市場的出清結果用于結算和實時調度。

兩部制結算機制下，市場成員的收益可以表示為：

市場成員的收益=日前計劃*日前市場LMP+(實時計劃-日前計劃)*實時市場LMP

實踐證明，采用分步出清的兩部制結算體系，有利于實現不同級別市場化上價格信號的趨同，規避套利空間，降低市場風險。

(三)容量市場

美國PJM容量市場始建于1999年，最初的模式為容量信用市場，由于容量信用市場中的一些不足和運行結果的不理想，2007年用可靠性定價容量市場來代替。可靠性定價容量市場是一個多重拍賣市場，包括一個基本拍賣市場、三個追加拍賣市場和一個雙邊市場，在保證容量價格穩定和吸引容量投資方面都有很大優勢，同時也給予了市場充分的流動性，為市場成員提供了多次報價的機會。

基本拍賣市場提前3年舉行，PJM根據對三年后的負荷預測，組織容量擁有者競價以滿足電網的機組容量需求，購買容量的費用根據規則分攤給負荷服務商。市場成員如果有無法履約的售出容量，可以在第一次和第三次追加拍賣市場中購買容量進行替代。在目標年份的前一年，PJM會重新進行負荷預測，如果此次預測結果比基本拍賣前高100MW以上，則會在第二次追加拍賣市場補足差額，并將購買費用按規則分攤給負荷服務商。3

(四)輔助服務市場

輔助服務是發電和輸電設備提供的用于保證電力傳輸、系統穩定性、可靠性和電能質量的服務。輔助服務的目的是維持系統的平衡并保證系統安全。PJM定義的輔助服務類型包括調頻、備用、無功補償和黑啟動。4其中調頻和備用輔助服務是通過競爭投標的市場化方式獲得的，而無功補償和黑啟動則主要是通過簽訂合同或協議獲得的。

PJM調節和頻率響應服務不單獨設立調頻電廠，而是將調頻義務分配到每個負荷服務商。負荷服務商可以利用自己的發電資源或通過與第三方簽訂合同來履行自己的調頻義務，也可以從PJM購買服務。調頻機組分為基礎類、邊際類和高峰類3個類別。調頻服務必須由PJM電氣范圍內的發電機組提供。

PJM作為一個開放的電力市場，不指定機組作為備用，而是規定每個供電企業必須承擔備用義務，義務量根據其負荷的比率來確定。供電企業完成備用義務的方法可以是自己擁有提供備用的機組，也可以是簽訂雙邊合同或者從PJM備用市場購買。

對于無功補償和黑啟動這兩種輔助服務，PJM按照不同區域的具體情況統一安排滿足規定要求的供應商提供相應的服務，沒有供應能力的服務需求者需要向PJM購買。

(五)金融輸電權市場

1999年PJM建立了世界上第一個金融輸電權市場，開展點對點責任型金融輸電權交易。隨后引入新的交易品種之后，PJM也相應地改進了金融輸電權的分配和拍賣機制，并引入了拍賣收益權機制。PJM引入金融輸電權市場是為了保護輸電服務用戶的利益，使固定輸電服務用戶在其實際能量傳輸與輸電預定計劃一致時可以規避由阻塞導致的費用增加。

金融輸電權市場的運作大體上是市場運營機構將阻塞管理盈余分配給金融輸電權的持有者，市場參與者為了規避阻塞風險購買金融輸電權，支付的費用歸拍賣收益權的持有者，固定輸電服務由于對輸電服務預定的付費，所以可以獲得拍賣收益權的分配。5

三、我國區域電力市場的改革路徑

PJM電力市場的改革和發展過程總體來說是循序漸進的，有利于實現電力市場的平穩過渡。同時PJM提供了靈活多樣的交易品種和機制，為市場成員提供了充分的選擇權和防范風險的手段。我國與美國情況類似，能源供需逆向分配，“三北”地區的電能不能在本地完全消納，需要在更廣闊的范圍內消納。因此建立一個與之相適應的電力市場，有利于實現全國電力平衡，打破省間壁壘，有利于發揮電力市場的作用。

(一)容量市場

從PJM可靠性定價容量市場的設計角度和運行結果來看，有利于保證容量價格穩定和吸引容量投資，對我國容量市場的發展有以下兩個方面的經驗借鑒：

第一，加強負荷預測。由于電廠建設的時間周期較長，如果刺激電源投資不及時，會導致系統容量緊缺時無法立刻新增容量，從而造成巨大損失。因此就需要加強負荷預測，借鑒PJM提前3年的容量拍賣市場，有利于避免容量投資的周期性波動。

第二，激勵用戶側響應。良好的容量市場應當盡可能地促進用戶參與，因此可以結合電力市場的發展建立需求響應機制設計模型，根據電力不同對激勵用戶在不同時間點轉移負荷所應給予的激勵補貼水平進行動態調整，為電力市場提供可能的消納方式。

(二)輔助服務市場

我國現行輔助服務產品的劃分依據主要是2006年下發的《發電廠并網運行管理規定》和《并網發電廠輔助服務管理暫行辦法》，規定輔助服務分為基本輔助服務和有償輔助服務。基于美國PJM輔助服務市場的分析，結合我國電力市場的進程，我國應在滿足電網安全穩定運行的前提下,逐步豐富輔助服務資源類型,細化輔助服務產品，使市場競爭更加充分。

第一，在我國AGC類調頻產品參與市場的模式下,逐步引入一次調頻產品參與市場。一次調頻產品應在考慮各類機組的性能特性和成本后,根據各地區的機組資源情況逐步引入市場,在市場發展后期，區分各類資源技術特性和對系統安全運行的貢獻程度,進行調頻產品設置，明確不同輔助服務產品的作用對象,調節頻率范圍及響應、持續時間,從而使輔助服務提供者與接受者更加明確,成本產生路徑及分攤更加清晰,有效促進輔助服務成本的合理回收。

第二，輔助服務市場發展過程中,可結合實際情況,在省級市場中細化輔助服務產品,區域市場中對輔助服務產品作出統一定義與要求,著重解決跨省交易問題。結合我國國情與輔助服務實際運行情況,可將省級市場作為二級市場,根據不同省份資源類型及電網特性,不斷細化輔助服務產品種類;將區域市場作為一級市場,對輔助服務產品進行統一定義與要求,并著重于解決省間壁壘及阻塞等跨省交易中出現的問題,構建促進能源有效利用的統一輔助服務市場。6

(三)輸電權交易市場

目前我國電力市場日前競價交易采用節點電價，售電、配電公司和大用戶是購電主體，發電商和用戶開展雙邊交易，這就需要引入一種機制來解決阻塞盈余以及規避發電企業和用戶在節點電價機制下的市場風險。PJM電力市場引入點對點的金融輸電權就很好地解決了這些問題，結合我國電力市場的特點，提出相應的建議如下：

第一，設計輸電權拍賣機制。節點電價的不確定性會帶來交易風險，為了給交易商提供更多選擇的金融輸電權產品，以市場原則為導向設計輸電權拍賣機制，使交易商在交易開始之前就鎖定費用，激勵市場參與者參與長期發電或購買計劃，保持市場穩定流暢地運轉。

第二，以金融輸電權的形式創立輸電系統的使用權。物理輸電權限制了輸電系統的應用，增強市場操控力，將其他輸電容量的用戶排除在市場之外；金融輸電權可以減少對電網調度的影響，避免電價扭曲或被操控，從而在一定程度上減輕市場操控力。

四、結語

電力市場與普通商品市場不同,電力市場在保證系統穩定可靠運行的前提下引入競爭是為了提高效率，因此電力市場中的許多問題不能完全靠市場來解決。PJM建立市場的目標也是為了建立高效運作的競爭市場而不是完美的競爭市場,對于我國電力市場的建設具有十分重大的啟示和借鑒意義。