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电力市场中不平衡资金分类及解决方案

2020-10-27 14:38:25 来源:走进电力市场 作者:荆朝霞
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【序】多个地区的现货市场结算试运行中,出现了不平衡资金的问题,引起了社会各界的关注,也有许多专家对这个问题进行了深入的分析,提出解

【序】多个地区的现货市场结算试运行中,出现了不平衡资金的问题,引起了社会各界的关注,也有许多专家对这个问题进行了深入的分析,提出解决的方法。大多数专家的意见是比较一致的,不平衡资金并不是无法解决的问题,只要从市场设计、体制改革等角度分析清楚各种不平衡资金的来源,是可以找到解决方案的。这里给出自己的一些看法和观点,和大家一起讨论,请大家批评指正。

电力市场中的不平衡资金分类及解决方案

(来源:微信公众号“走进电力市场”ID:PowerMarket 作者:华南理工大学电力学院 荆朝霞)

【摘要】电力市场中多种原因可能会引起资金的不平衡。不平衡资金必须妥善处理,否则可能影响电力市场的发展,甚至造成电力市场的停顿。中国2020年开展的多个地区的现货市场结算试运行中都出现了不平衡资金,引起了广泛的关注。本文提出了结算不平衡资金和计划不平衡资金两个概念,分别给出了定义,分析其不平衡资金的形成原因,给出了可选的解决方案。

【关键词】电力市场不平衡资金阻塞盈余计划与市场双轨制

一、引言

不平衡资金向来是电力市场建设中的一个关键问题。我国上一轮电力市场建设中,东北电力市场就因为不平衡资金问题(2006年3月,平衡资金账户亏空30亿)问题被迫暂停并再未开启。

本轮电力市场改革中,随着发用电计划的不断放开和现货市场的推进,电力市场中的不平衡资金问题逐渐引起了社会各界的关注。赵珍玉,辜唯朕,陈雨果等对广东现货市场试结算中的阻塞盈余问题进行了分析;龙苏岩,冯凯,徐骏,杨争林,冯树海等结合美国、英国及我国电力市场,对与阻塞盈余、辅助服务、运行成本补偿、机会成本补偿等相关的不平衡资金的形成原因及分摊方式进行了讨论。

本轮电力市场改革中首批8个现货市场试点地区之一的山东省,在2020年5月16日-19日第三次现货市场连续结算试运行期间,四天时间产生了九千多万元的不平衡资金,引起了社会各界的关注。有很多文章对这个问题进行了分析,并给出了一些建议。谷峰、何爱民在《看清“不平衡资金”》中将电力市场的不平衡资金分为了三大类:1)由于计量偏差、四舍五入、欠费和惩罚等造成的不平衡资金,国外电力市场也有这部分不平衡资金,通常占总电费的比例不大;2)辅助服务、启停费用、成本补偿、阻塞盈利等造成的不平衡资金,这些属于“站错位”的不平衡资金,应该按照“谁受益谁付费”的方式进行分摊;3)双轨制造成的不平衡资金,是由于按照非市场化方式执行产业政策造成的不平衡资金。文章重点对第三类不平衡资金结合加拿大安大略省的经验进行了分析,并提出了解决的建议。冯永晟在《双轨制“不平衡资金”问题研究》结合山东市场对双轨制下的不平衡资金问题从经济学角度进行了较为深入的分析。

以上文章主要是针对某个地区或某类不平衡资金问题进行分析,缺乏更广泛范围的、系统的、机理层面的分析。本文对电力市场中的各类不平衡资金进行系统的分析,重点针对由于结算规则及双轨制造成的不平衡资金。

二、结算不平衡资金

1、定义

这里,我们提出“结算不平衡资金”的概念,以方便后续的分析。

【定义】结算不平衡资金:在集中的市场交易中,根据集中交易的出清和定价规则,从市场运营机构或者说中央对手方(为方便分析,本文后面统称中央对手方)的角度,对市场中所有市场交易方(包括所有生产者和所有消费者)的总结算资金如果不为零,则我们将这个总结算值称为“结算不平衡资金”,或者说“市场盈余”。可以用下述公式表示

【1】市场盈余=总市场收入-总市场支出

定义中,需要注意几个地方:1)结算不平衡资金或市场盈余,是从中央对手方的角度的总结算结果;2)造成资金不平衡的原因是市场定价或结算机制,在不同的定价或结算规则下,结算不平衡资金会有所不同。

2、阻塞盈余

这里我们分析一下基于节点定价机制的电力现货市场中的阻塞盈余的本质。

首先回忆一下节点定价和阻塞盈余相关的概念和规定:1)每个节点的电价等于该节点供电的边际成本;2)如果系统发生阻塞,不同节点的节点电价可能会不相同;3)所有的发电和用户按各自所在节点的节点电价结算;4)所有发电和用户的总结算值为阻塞盈余。

从上面的描述看到,阻塞盈余可以看为是结算不平衡资金或市场盈余的一种,即在节点定价机制下的结算不平衡资金。前面提到,结算不平衡资金是由市场定价规则、结算规则造成的,在同样的市场出清结果下,如果采用另外的结算规则,可能就没有不平衡资金或者有不同的值。比如,现货市场如果采用类似英国分散式市场的事后阻塞管理或者说“无约束出清+上下调”的机制,就不会有市场盈余:1)不考虑网络约束计算系统的出清结果,包括各市场主体的中标量和系统的统一出清价;2)对所有无约束出清下中标的市场主体按统一出清价结算;3)考虑网络约束重新进行出清(或者叫说再调度),对出清结果发生调整的市场主体进行补偿(即上下调结算),总的补偿费可以i认为就是系统的阻塞成本;4)对用户收取费用(uplift)来回收再调度的费用。

3、PAB结算机制下的市场盈余

中长期市场中,如果按PAB(Pay as bid)方式结算,也会产生不平衡资金,由于其一般是正的,一般称为市场盈余。

图1 PAB结算市场盈余

图2 MCP结算社会福利

如图所示,如果发电和负荷都按报价结算,则图1中蓝色阴影面积就是市场盈余。但如果市场采用MCP即边际成本定价的方式,所有中标的发电和负荷都按系统的统一边际出清价结算,则市场收支平衡,无市场盈余。

4、市场盈余与社会福利的区别

请注意市场盈余与社会福利是不同的概念。社会总福利仅与市场出清结果有关,不同定价、结算方法主要影响总福利在不同市场主体之间的分配方式(当然定价、结算方式会影响市场主体的报价策略,进而影响市场出清,影响社会福利,本文不考虑这个问题)。比如,上述PAB方法和MCP方法中,只要出清结果一样,由于发电成本、用电效益不变,社会总福利就相同。但两种方法的市场盈余和福利分配不一样:PAB方法中,所有发电和负荷的福利都为零,但产生了阴影面积的市场盈余;MCP方法中,各个发电和负荷都得到了一定的福利,但无市场盈余。

5、其他的结算不平衡资金

电力市场中还有很多原因会造成不平衡资金,比如在我国一些地区的现货市场方案中在“用户报量不报价”下日前和实时市场结算的不平衡资金,现货市场中对发电机组考虑启停成本、空载成本而造成的全成本补偿成本等。对这些资金,只要分析清楚引起不平衡资金的原因,按公平的原则分摊给相应的市场主体即可。

6、结算不平衡资金的产生原因剖析

结算不平衡资金产生的原因是特定的定价、结算机制,是集中组织的交易在结算中产生的现象。我们假设市场中有一个中央对手方,对总结算的资金不平衡负责。

中央对手方需要设计集中组织的交易的交易规则,包括如何报价、如何出清、如何定价和结算。这里,出清确定各市场主体的中标量,结算确定各市场主体卖出/买进相关电力产品的价格和总费用。总体上,结算规则需要满足以下条件即可:

【结算基本规则】集中的、有组织的交易中,结算规则应满足的基本条件是:支付给供给者的价格高于其报价,对消费者收取的价格低于其报价。

对于两部制及多部制等复杂报价形式,上述条件变为:

【多部制报价的结算基本规则】集中的、有组织的交易中,结算规则应满足的基本条件是:对供给者的支付(即供给者的总收益)高于其报价成本,对消费者的收费低于其报价效益。

其中,供给者的支付为供给者在市场中得到的、与提供的产品/服务相关的总收益。比如,美国PJM日前市场中,发电机组在每日24个时段按市场出清价*出清量计算得到总收益;报价成本是指按照其报价计算出来的总成本,比如PJM日前市场中按三部制报价方式参与市场的机组,其报价成本为启停成本、空载成本和增量成本三部分之和。

7、整个市场的不平衡资金

前面分析的是某个产品、某个单独的市场的不平衡资金。实际上,电力市场常常是包括多个产品、多个子市场的联合市场。比如,美国PJM现货市场中,包括日前市场和实时市场,日前市场又包括24个时段,包括能量产品和辅助服务产品。

整个市场的不平衡资金,是指一个联合市场中,多个市场的不平衡资金之和。比如现货市场的不平衡资金,就是现货市场中所有市场主体在各个市场的结算金额相加得到的总结算资金。

8、结算不平衡资金的结算方法

在结算中形成的不平衡资金,有两种处理方法:

1)中央对手方作为自己的收入或盈利。

2)中央对手方(代表市场运营机构或政府管理机构)将结算不平衡资金分配给市场主体。

电力市场的市场运营机构、中央对手方一般是非盈利机构,并不在市场交易中盈利。因此,如果在部分市场的结算过程中产生了结算不平衡资金(市场盈余),一般会通过某些收费方式或分配方式将其分摊/分配,最终消除了结算不平衡资金。比如,将阻塞盈余分配给输电权(FTR)所有者或输电权收益权(ARR)所有者;将全成本补偿成本以uplift的形式分摊给市场用户;广东2016年的市场规则中将价差收益按价差电费的比例分配给市场主体;云南中长期电力市场中将撮合交易对的市场盈余按一定比例分配给供给方、需求方及市场运营机构,并将分配给市场运营机构的部分用来补偿火电机组。

对竞争性的市场运营机构组织的市场,市场运营机构可以决定结算不平衡资金的分摊/分配方式。比如,在房屋租赁市场,中介机构分别对房主和房客确定不同的价格,自己获得差价,也可以对房主和房客采用相同的价格,另外收取中介费。

三、计划不平衡资金

1、定义

这里,我们提出“计划不平衡资金”的概念,以方便后续的分析。

【定义】计划不平衡资金:在“计划+市场”双轨制下,由于政府主导的计划发电(如优先发电、基数发电等)与非市场用户(未进入市场的用户)的电量及/或电价不匹配造成的不平衡资金称为计划不平衡资金。

【2】计划不平衡资金=非市场用户电费-计划发电电费

2、计划不平衡资金产生的原因

我们细化分析计划不平衡资金的计算公式,来分析其产生的原因。

【3】非市场用户电费=非市场用户电价*非市场用电量

【4】计划发电电费=计划发电上网电价*计划发电量

从上面的公式可以看到,如果满足以下条件:1)非市场用电量=计划发电量;2)非市场用户电价=计划发电上网电价,则计划不平衡资金为零。只要以上任一个条件不满足,就可能产生计划不平衡资金。比如:即使满足第一个条件,即非市场用电量=计划发电量,如果非市场用户的电价与计划发电上网电价不同,仍然会产生不平衡资金。

3、计划不平衡资金的本质

(1)基本公式

为更加清楚分析计划不平衡资金的本质,将市场进行简化,认为有三个市场主体:计划发用电代理、市场发用电代理、中央对手方。计划发用电代理(简称计划代理)代表政府负责与计划发电、非市场用户的交易;市场发用电代理(简称市场代理)负责所有市场化发电和用电的交易;中央对手方对市场整体的结算平衡负责。

【5】市场代理总结算=所有市场化交易的总结算

【6】计划代理总结算=所有计划交易的总结算

【7】中央对手方结算=市场代理总结算+计划代理总结算

(2)现货市场结算

现货市场下,所有市场主体都需要按现货市场价格结算,包括计划发用电代理和市场发用电代理。不考虑阻塞(所有节点电价相同)的情况下,市场整体的收支应该是平衡的,即中央对手方结算不平衡资金为零。对市场代理或计划代理,总结算是否为零取决于其电量交易是否平衡。

如果电量是各自平衡的,即计划发电量=计划用电量,市场发电量=市场用电量,则市场代理及计划代理的总结算也是平衡的,即结算不平衡资金均为零。反之,如果电量不平衡,将产生不平衡资金:如果计划发电>计划用电,计划不平衡资金为正,具体值为:不平衡电量*市场电价;如果计划发电<计划用电,计划不平衡资金为负,数值同样为:不平衡电量*市场电价。

市场代理的总结算与计划代理大小相同,方向相反:如果计划代理的总结算为正,则市场代理的总结算为负。反之如果计划代理的总结算为负,则市场代理的总结算为正。

如果考虑阻塞,即使计划代理和市场代理的总电量是各自平衡的,总结算资金也可能是不平衡的,比如:如果计划发电处于较低电价的节点,计划用电处于电价较高的节点,则计划代理的总结算为正,市场代理的总结算为负。

(3)考虑中长期市场的结算

考虑中长期合同以后,分析会更加复杂。为了简化分析,暂不考虑市场中长期合同,仅考虑计划性的中长期合同。另外,同样为了简化分析,不考虑阻塞,即认为现货市场所有节点的电价相同。

可以认为计划发用电代理和计划发电、非市场用户分别签订了一定的中长期合同,数量、价格分别是【3】、【4】中的值。这样,对计划发用电代理,总结算为:

【8】计划发用电代理结算=发电结算+用户结算=计划发电量*(市场价-计划发电上网电价)+非市场用电量*(非市场用户电价-市场价)

相当于计划代理签订了两个中长期合约:一个是与计划发电的合约,合约电量、合约电价分别是计划发电量、计划发电上网电价;一个是与非市场用户的合约,合约电量、合约电价分别是非市场用电量、非市场用户电价。总结算资金的方向(盈余还是亏损),与这几个参数的数值有关。

分不同的情况对公式【5】进行分析。

1)计划发电量=非市场用电量

【9】计划发用电代理结算=非市场用电量*(非市场用户电价-计划发电上网电价)

这种情况下,计划发电、用电在电量上是平衡的,不平衡资金主要与非市场用户电价和计划发电上网电价的相对大小有关。

为方便分析,称这部分不平衡资金为不平衡资金1。

2)计划发电量≠非市场用电量

【10】计划发用电代理结算=计划发电量*(市场价-计划发电上网电价)+非市场用电量*(非市场用户电价-市场价)

=非市场用电量*(非市场用户电价-计划发电上网电价)+(计划发电量-非市场用电量)*(市场价-计划发电上网电价)

=不平衡资金1+不平衡资金2

【11】不平衡资金2=(计划发电量-非市场用电量)*(市场价-计划发电上网电价)

对于不平衡资金2,当计划发电量>非市场用电量时,如果计划发电上网电价>市场价,则不平衡资金2的值为负,即亏损。

(4)实际电力市场中的计划不平衡资金

这里结合我国当前的电力市场情况对计划不平衡资金进行分析。

在“(3)考虑中长期市场的结算”中,我们将计划不平衡资金分为了不平衡资金1和不平衡资金2两个部分。其中,不平衡资金1主要与非市场用户电价和计划发电上网电价的相对大小有关,不平衡资金2与“计划发电量-非市场用电量”及“市场价-计划发电上网电价”有关。

对不平衡资金1,计划发电和计划用电的电量是平衡的。目前国家在核定输配电价时一般会基于对未来计划发用电量和电价的预测,将这部分不平衡资金考虑到输配电价中。当实际的平均发电上网电价、平均非市场用户电价及/或非市场用户电量发生变化时,这部分不平衡资金总额会发生变化,目前隐式的由电网公司承担。

目前社会关注比较多的不平衡资金是不平衡资金2,即在计划发电量和非市场用户用电量不匹配时的不平衡资金。如前所述,当计划发电量>非市场用电量时,如果计划发电上网电价>市场价,则不平衡资金2的值为负,即亏损。山东现货市场试运行中出现的不平衡资金,很大一部分就是这类不平衡资金。外来电和新能源发电属于计划发电,当这部分发电量增加时,就会导致计划发电量>非市场用电量,如果这部分计划发电的电价高于现货市场价,就会出现不平衡资金为负的情况。

(5)计划不平衡资金的本质

从上面的分析看到,计划不平衡资金实际是计划代理的不平衡资金,即计划代理在市场中的盈亏。产生的原因,主要是由于计划发电、非市场用电在电量、电价方面的不平衡。

计划代理是代理政府与未进入市场的市场主体进行结算。计划代理的不平衡资金与市场本身没有关系,主要与政府设定的发电计划、用电计划及相关电价有关,是一种政策性不平衡资金。如果产生了计划不平衡资金,则应根据公平的原则进行分摊/分配。

结论

本文提出了“结算不平衡资金”和“计划不平衡资金”的概念,给出了其定义,分析了其内涵、本质及解决的方案。

结算不平衡资金的产生与市场的定价、结算机制有关,可以通过相关定价、结算机制的设计降低或消除结算不平衡资金。结算不平衡资金也可以称为市场盈余,其与社会福利有不同的含义。阻塞盈余可以看为是一种特殊的市场盈余。

计划不平衡资金的本质是计划代理的不平衡资金,反映政府相关的交易的盈亏,其资金的分摊方法主要考虑公平。

计划不平衡资金可以进一步分为两部分,一部分是平衡的计划发用电产生的不平衡资金,一般隐式的由电网公司承担;另一部分是由于计划发电量和非市场用电量的不平衡造成的不平衡资金,需要考虑公平尽快建立合适的分摊方法。

在市场用户较小的情况下,一般根据放开的用户的用电量情况确定发电放开的幅度,以保证计划发电和非市场用电在电量方面的平衡。这种情况下,计划不平衡资金一般由电网公司承担。

随着市场用户的逐步放开,非市场用户的用电量逐步减少,可能会出现非市场用户用电量小于计划发电量的情况。现货市场下,在总电量平衡的情况下,也会产生部分时段计划发用电量无法平衡的情况。这些情况下,将产生另外一部分不平衡资金,其分摊方式尚未有共识,因此会受到社会较大的关注。

科学、公平解决不平衡资金是电力市场进一步推进的必要条件。需要深入分析不同类型不平衡资金的产生原因,制定分摊的方式。

参考文献

蔡晓丽.我国区域电力市场的平衡账户和最高限价机制研究[D].华北电力大学;华北电力大学(北京),2011. DOI:10.7666/d.y1954506.

赵珍玉,辜唯朕,陈雨果,李秀峰,蒋燕,高道春,段睿钦,吴洋.双轨制下的电力市场不平衡资金分析[J].中国电力,2020,53(09):47-54.

龙苏岩,冯凯,徐骏,杨争林,冯树海.电力现货市场下不平衡费用构成及分摊机制研究[J].电网技术,2019,43(08):2649-2658.

谷峰,何爱民.看清“不平衡资金”[J].电力企业管理,2020年第9期.

冯永晟.双轨制“不平衡资金”问题研究[J].电力企业管理,2020年第9期.

荆朝霞.走进电力市场合集(2016.11.13-2019.9.10),走进电力市场

荆朝霞. 微信公众号“走进电力市场”<广东现货市场>系列文章

广东现货市场9|计划发电和非市场用户结算造成的市场盈亏,走进电力市场,2019.6.18

广东现货市场10|计划发电和非市场用户结算造成的市场盈亏及其分摊, 走进电力市场, 2019.6.21

广东现货市场11|现货市场的市场盈余分析-网损的影响, 2019.6.25

广东现货市场12|现货市场的市场盈余分析-日前出清结算机制的影响, 2019.6.26

广东现货市场13|现货市场的市场盈余分析-再论计划发用电的影响, 2019.7.7

广东现货市场14|阻塞盈余、市场盈余及市场定价机制讨论, 2019.7.8

广东电力市场15|广东(南方)电力市场:现状、挑战与建议, 2019.12.30

广东电力市场16|现货市场阻塞盈余分摊机制讨论,2020.1.18

广东电力市场17|南方(以广东起步)电力现货市场2020年首次全月结算试运行方案分析(一),2020.7.26

广东电力市场|南方(以广东起步)电力现货市场2020年首次全月结算试运行方案分析(二),2020.7.27

广东电力市场|南方(以广东起步)电力现货市场2020年首次全月结算试运行方案分析(三)不同类型机组如何同台竞价, 2020.8.16

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