低碳綠色轉型背景下企業如何應對電力市場變化

更新時間： 2022-11-25　　點擊次數： 631次

摘要：2022年1月24日，中共中央就努力實現碳達峰、碳中和目標進行第三十六次集體(ti) 學習(xi) 。實現碳達峰、碳中和，是貫徹新發展理念、構建新發展格局、推動高質量發展的內(nei) 在要求，是黨(dang) 中央統籌國內(nei) 國際兩(liang) 個(ge) 大局作出的重大戰略決(jue) 策，要紮紮實實把黨(dang) 中央決(jue) 策部署落到實處。2022年1月30日，國家發展改革委、國家能源局發布的《關(guan) 於(yu) 完善能源綠色低碳轉型體(ti) 製機製和政策措施的意見》（發改能源〔2022〕206號），提出推動構建以清潔低碳能源為(wei) 主體(ti) 的能源供應體(ti) 係和健全適應新型電力係統的市場機製。[1]

關(guan) 鍵詞：雙碳電力市場低碳發展新能源企業(ye) 微電網管理平台

1 引言

伴隨著全球氣候變化和能源轉型的加速，世界範圍內(nei) 電力市場中各類事件接連不斷。2022年3月25日，歐盟成員國領導人圍繞如何應對能源價(jia) 格持續上漲在比利時布魯塞爾展開激辯，但仍未能拿出統一對策。在此之前，2021年2月8～20日，美國得州經曆了連續低溫天氣誘發的大停電事故，被迫執行的負荷輪停達到2000萬(wan) 千瓦以上，，電力市場也受到很大衝(chong) 擊。此外，美國加州、澳大利亞(ya) 南澳州等地也發生過電力市場事故。由於(yu) 在能源綠色低碳轉型背景之下快速發展的風力發電、光伏發電等出力具有很強的不確定性，傳(chuan) 統的電力市場設計方案難再適用，使電力市場麵臨(lin) 多重風險。[2]

2 背景

2.1新能源接入和天氣，導致電力市場風險日益增強

由於(yu) 電能的生產(chan) 、傳(chuan) 輸和消費過程明顯區別於(yu) 其他大宗商品，電力市場具有區別於(yu) 其他商品市場的一些特殊性和風險特征。第一，電能的生產(chan) 環節包含風電、光伏等間歇性可再生能源，出力具有隨機波動性，在供需發生巨大變化時會(hui) 降低係統的穩定性、提高電價(jia) 的波動性；其次，電能無法脫離傳(chuan) 輸網絡而獨立存在，電能的供應、交易、使用都依賴於(yu) 由發電設施、傳(chuan) 輸網絡、配電網絡和用電設備組成的電力係統才能夠實現，而且電能的發、輸、配、供、用是瞬時完成的。另外，用電設備的運行和電力負荷的變動具有隨機波動性，其價(jia) 格彈性較低，而電力係統和電力市場的運行卻對安全性和平穩性有著較高的要求。因此，在間歇性可再生能源大規模並網的影響下，電力市場易受外界環境的影響，尤其對天氣事件較為(wei) 敏感。

從(cong) 近些年來電力市場風險事件對電力係統和國民經濟造成的重大損失中，可以理解電力市場風險管理的重要性。2020年8月，受高溫天氣和高滲透率光伏電源接入的影響，美國加州電力係統獨立運營商20年來處於(yu) 三級緊急狀態，一度中斷超過40萬(wan) 家企業(ye) 與(yu) 家庭的電力供應。電力供需緊張導致加州每立方米天然氣價(jia) 格3天內(nei) 上漲2.19美元，約為(wei) 平時價(jia) 格的一倍，並迅速影響到電力現貨市場，導致其尖峰電價(jia) 可高達1000美元/兆瓦時。2021年2月中旬，美國得克薩斯州經曆了一次寒潮，用電需求攀升加上風力發電和火力發電的減少，造成得州約有400萬(wan) 家庭在嚴(yan) 寒中失去了電力供應，得州電力市場批發電價(jia) 一度突破了1萬(wan) 美元/兆瓦時，按當時匯率計算電價(jia) 約為(wei) 人民幣65元/千瓦時。受高額批發電價(jia) 影響，得州較大、建立時間長的電力合作公司——布拉索斯電力合作公司，欠下了18億(yi) 美元的電力采購賬單，並因無力償(chang) 債(zhai) 而遞交了破產(chan) 申請。有分析認為(wei) ，此次風險事件發生的一部分原因是其電力係統的低碳化發展，因為(wei) 得州近年來風電裝機占比從(cong) 2006年的2%提高到目前的23%，而天然氣發電、燃煤發電等調節性能較好的穩定電源占比則從(cong) 83%降低到64%。

在以上案例中可以發現，在間歇性可再生能源大規模接入和天氣頻發的背景下，電力市場的風險主要來源於(yu) 係統的不平衡電力以及相應的波動電價(jia) 。為(wei) 了保障能源綠色低碳轉型背景下電力市場的平穩運行，各電力市場主體(ti) 需要充分利用儲(chu) 能裝置、需求響應等靈活性資源來管理電力不平衡風險，並積極探索開發電力期貨、電力期權等電力金融產(chan) 品以管理電價(jia) 波動風險（見圖1）。

2.2利用靈活性資源，管理電力不平衡風險

儲(chu) 能裝置可以通過削峰填穀解決(jue) 風、光出力高峰與(yu) 負荷高峰錯配的難題，其中響應速度較快的電化學儲(chu) 能可以提供調頻服務緩解新能源波動導致的頻率不穩定性，進而從(cong) 多個(ge) 不同時間尺度上規避電力不平衡風險。需求響應資源則可以在新能源出力降低或電力批發市場價(jia) 格升高時，改變電力用戶的習(xi) 慣性用電模式，減少或者推移某時段的用電負荷，對電力供應作出響應，從(cong) 而保障電力實時平衡。電力市場環境下，電力用戶可以采用基於(yu) 價(jia) 格的需求響應，根據接收到的電價(jia) 信號調整其電力需求，主要包括分時電價(jia) 、實時電價(jia) 和尖峰電價(jia) 等。此外，還可考慮基於(yu) 綜合能源係統，將天然氣、熱力、氫能與(yu) 新能源發電設備進行有機整合，統籌安排不同形式能量的生產(chan) 、利用與(yu) 轉換，在降低新能源發電出力波動風險的同時，取得合理的能源利用效率與(yu) 經濟效益。

在高比例新能源電力市場中，為(wei) 了充分利用各類靈活性資源的潛在價(jia) 值，需要建設有效的電力輔助服務市場機製。2022年1月18日國家發展改革委、國家能源局發布的《關(guan) 於(yu) 加快建設全國統一電力市場體(ti) 係的指導意見》中提出，要持續完善電力輔助服務市場，推動電力輔助服務市場更好地體(ti) 現靈活調節性資源的市場價(jia) 值，建立健全調頻、備用等輔助服務市場，探索用戶可調節負荷參與(yu) 輔助服務交易，推動源網荷儲(chu) 一體(ti) 化建設和多能互補協調運營，完善成本分攤和收益共享機製。除了已經廣泛應用的旋轉備用、調頻產(chan) 品之外，美國加州獨立係統運營商（California Independent System Operator，CAISO）和美國中部電力係統運營商（Midcontinent Independent System Operator，MISO）還設計了一種新型電力輔助服務品種——靈活爬坡產(chan) 品（Flexible Ramping Products，FRP）。FRP的設計目的在於(yu) 為(wei) 電力係統本時段預留出足夠的靈活調節空間，在考慮可再生能源出力波動的基礎上，使靈活性資源的可調出力滿足下階段負荷的變動需求，它在降低電力市場電力不平衡風險的同時，也能為(wei) 提供服務的靈活性資源所有者帶來相應的經濟回報。

部分國家和地區，如愛爾蘭(lan) 和北愛爾蘭(lan) ，針對高比例新能源電力係統的低慣性問題，設計了快速頻率響應（Fast Frequency Response，FFR）產(chan) 品，通過在係統頻率突變時快速注入有功功率，彌補原有慣性和一次調頻容量的不足。此外，英國國家電網公司提出了慣性服務的概念，並在2020年1月與(yu) Drax、Rassau Grid Services、Statkraft、Triton 和Uniper五家能源企業(ye) 簽訂了6年的慣性服務合同，以保證電力係統頻率的穩定性。在此項輔助服務中，係統慣性的提供者不僅(jin) 包括並網的大型發電機組，還有已經關(guan) 停的發電機組，而這些發電機的轉子以電動機模式接入電網旋轉運行，能夠以更低的成本為(wei) 電力係統提供靈活性，保障係統頻率穩定，促進可再生能源消納，降低相應的電力不平衡風險。

2.3探索建立電力金融市場，管理電價(jia) 波動風險

在可再生能源大規模接入的背景下，電力現貨市場價(jia) 格往往劇烈波動，電力市場成員迫切需要可以管理電價(jia) 波動風險的金融工具，同時也希望能夠掌握未來購售電價(jia) 的變化範圍，以合理安排購售電計劃，電力金融產(chan) 品即為(wei) 具有這種風險管控功能的工具之一。2015年3月15日中共中央、國務院發布的《關(guan) 於(yu) 進一步深化電力體(ti) 製改革的若幹意見》中提出，條件成熟時，探索開展容量市場、電力期貨和衍生品等交易，並探索在全國建立統一的電力期貨、衍生品市場。2021年4月19日，廣州期貨交易所經中國證監會(hui) 批準成立，並計劃研發電力期貨產(chan) 品，幫助電力交易主體(ti) 規避電價(jia) 風險，並促進港粵澳大灣區和我國的綠色金融發展。具體(ti) 來講，常見的標準化電力金融產(chan) 品是電力期貨和電力期權，這些電力金融衍生品都基於(yu) 商品或金融期貨和期權的概念發展而來。其中，電力期貨是指以特定價(jia) 格進行買(mai) 賣，在將來某一特定時間開始交割，並在特定時間段內(nei) 交割完畢，以電力期貨合約形式進行交易的電力商品。電力期權則是一種選擇權，其交易實質是對於(yu) 電力商品使用權的買(mai) 賣，它賦予了持有者在某一確定的時間以某個(ge) 確定的價(jia) 格交易電力相關(guan) 標的的權利。電力期權分為(wei) 看跌期權和看漲期權，或歐式期權和美式期權，電力期權的標的物可以是電力現貨和電力期貨。

由於(yu) 電力網絡及係統*的複雜性，各個(ge) 物理節點間供需不平衡導致整個(ge) 網絡中電力價(jia) 格存在差異，難以形成統一的電力價(jia) 格而不利於(yu) 電力期貨市場的發展。為(wei) 解決(jue) 此問題，美國PJM電力市場在所管轄的電網建立了若幹交易中心節點，對應相關(guan) 多個(ge) 實際物理節點。該中心節點的電價(jia) 是這些節點邊際電價(jia) （Locational Marginal Price，LMP）的加權平均，即中心節點的LMP是PJM電力市場的電價(jia) 指數，基於(yu) 中心節點的LMP可開發出各類電力金融衍生品。如圖2所示，在美國洲際交易所（Intercontinental Exchange，ICE）可以購買(mai) 到美國7大區域電力市場的165種電力期貨產(chan) 品和15種電力期權產(chan) 品。

另外，在LMP定價(jia) 機製下，針對電力係統網絡阻塞和損耗所引起的電價(jia) 風險，美國電力市場還設計了一個(ge) 金融工具——金融輸電權（Financial Transmission Rights，FTR），其價(jia) 值取決(jue) 於(yu) 日前電力市場中相應定價(jia) 節點的LMP。在美國，FTR交易場所一般由一級市場和二級市場組成。在一級市場中，獨立係統運營商將電網全部FTR向市場參與(yu) 者出售，其容量主要由可用輸電容量（Available Transfer Capacity，ATC）決(jue) 定；在二級市場中，市場參與(yu) 者可以根據自身風險偏好和對日前市場LMP的預測，將一級市場購買(mai) 的FTR進行自由買(mai) 賣。FTR的概念早於(yu) 1992年正式提出，並已成為(wei) 現代電力市場中特色的電力金融衍生品。截至目前，美國CAISO、MISO等7大獨立係統運營商都已先後投運了FTR市場。

2.4適合我國國情的，電力市場風險管理思路

由於(yu) 我國電力市場所麵臨(lin) 的宏觀政治經濟環境、改革目標和路徑、體(ti) 製機製等與(yu) 國外電力市場有所不同，電力市場所麵臨(lin) 的風險類型和程度等也存在較大差異。需在充分借鑒國外電力市場風險管理經驗的基礎上，研究適合我國國情的風險管理措施。根據對電力市場風險著眼點的不同，有的學者將電力市場風險劃分為(wei) 市場力風險、缺電風險、電價(jia) 風險、信息風險、係統風險、電力市場規則的缺陷及法律方麵的風險；有的學者將電力市場中的風險分為(wei) 缺電風險、電力投資風險、電力定價(jia) 風險、發電側(ce) 市場力風險、電網安全運行風險、負荷預測風險、用戶欠費風險等幾類。結合我國電力市場改革的實際情況，筆者對電力市場風險進行如下劃分：整體(ti) 上將風險分為(wei) 內(nei) 部風險和外部風險，並進一步將內(nei) 部風險劃分為(wei) 違約風險、市場力風險、新能源發電風險、電力負荷風險、交易風險、監管風險、電網安全風險、運營合規風險等；將外部風險劃分為(wei) 能源危機風險、自然風險、社會(hui) 風險、經濟風險等。

針對市場成員建立從(cong) 入場到離場的全過程，違約風險控製策略包括市場準入機製、違約風險量化與(yu) 監控、違約處置機製等環節，具體(ti) 措施為(wei) 對市場成員準入資質的審核等定性分析和信用評級、履約保函製度等定量分析。電力市場風險防範方法可以歸納為(wei) 風險點識別、風險程度評估、風險邏輯推演、風險法規化處置四個(ge) 階段。需要建立風險監測指標體(ti) 係，並在異常數據達到判定閾值時發布黃色預警。應對新能源發電風險的手段包括建立儲(chu) 能參與(yu) 電力市場的相關(guan) 機製和完善輔助服務市場機製等。通過引入需求響應和允許電動汽車參與(yu) 電力市場等可有效防範疏導電力負荷風險。應對交易風險的方法包括引入科學的交易機製設計理論與(yu) 方法和做好負荷預測、電價(jia) 預測和新能源出力預測等。應對監管風險的方法主要是健全監管機構的職能並完善相應的監管製度。應對電網安全風險的方法主要是強化市場化交易與(yu) 傳(chuan) 統電力安全管理的協同，需深入研究和認識電力市場交易對電網安全的影響。合規風險是指企業(ye) 違反相關(guan) 法律法規所導致的製裁、處罰、財產(chan) 損失和聲譽損失風險。電力交易合規風險防控主要包括改革環節、交易環節和管理環節。其中改革環節涉及製度建設、機製設計和市場準入，交易環節涉及交易組織、交易行為(wei) 、輸配電費、交易執行和交易結算，管理環節涉及信息管理、輿情管理和技術支持等。外部風險涉及國際國內(nei) 方方麵麵的關(guan) 係，影響因素眾(zhong) 多，情況十分複雜，決(jue) 策者需提高戰略思維能力，處理好整體(ti) 和局部、政府和市場等關(guan) 係，係統設計，多管齊下。[3]

3 應對措施

未來將有大量新能源並網發電，全國建有統一的電力交易中心，而電網供電的波動性、間歇性引起電價(jia) 的大幅快速波動，企業(ye) 配電、用電係統做出調整，以適應未來的發展需要。與(yu) 現有的企業(ye) 配用電情況不同，未來的企業(ye) 內(nei) 部大概率會(hui) 有屋頂分布式光伏發電係統、作為(wei) 電能蓄水池的儲(chu) 能係統、以充電樁為(wei) 代表的可調負荷，與(yu) 大電網、企業(ye) 內(nei) 部的配電網共同組成“源網荷儲(chu) 充”企業(ye) 微電網係統。電網係統環節太多，要運行管理起來困難，而且要實現自動智能調度，亟需一套統一管理的大平台係統。

4 解決(jue) 方案

4.1整體(ti) 介紹

AcrelEMS企業(ye) 微電網係統通過在源、網、荷、儲(chu) 、充的各個(ge) 關(guan) 鍵節點安裝監測、分析、保護、治理裝置，通過高性能邊緣計算網關(guan) 采集數據並上傳(chuan) 至企業(ye) 微網平台。平台根據電網價(jia) 格、用電負荷、電網調度指令等情況，調整各係統控製策略並遠程下發，使企業(ye) 微電網始終高效穩定運行，降低企業(ye) 用電成本，實現能源互聯、信息互動。[4]