引入能量现货市场对中国电力系统的影响.pdf

Optional Executive Summary DefinerREPORT TITLE HERESubtile of the report here, usually lenghtly but keep on one line if at all possibleBY WRITERS NAME HERE, HERE AND HEREROCKYMOUNTAININSTIT UTE引入能量现货市场对中国电力系统的影响以中国北方省份为例，测算现货市场对电力系统的技术、经济和环境影响林若思达，DAN WETZEL作者 林若思达， Dan Wetzel其他作者 曹艺严， Lena Hansen，柯毅，李夕璐， Cyril Yee* 按姓氏首字母顺序排列。除特别声明外，所有作者均来自落基山研究所。联系方式Dan Wetzel： dwetzelrmi林若思达： rlinrmi建议引述 Dan Wetzel，林若思达，引入能量现货市场对中国电力系统的影响，落基山研究所， 2019年 6月除特别声明外，报告中所有图片均来自 iStock。鸣谢本报告作者特别感谢以下机构和个人对本报告撰写提供的洞见观点与宝贵建议。 Max Dupuy, 睿博能源智库刘纯，中国电力科学研究院有限公司黄越辉，中国电力科学研究院有限公司 李湃，中国电力科学研究院有限公司蒙姿合，落基山研究所王睿，电力规划设计总院作者也对下列基金会与慈善家对本研究的慷慨支持表示衷心的感谢。Grantham Foundation for the Protection of the EnvironmentJack WadsworthJohn D. and Catherine T. MacArthur FoundationMac and Leslie McQuownWilliam and Flora Hewlett Foundation* 按首字母顺序排列。作者与鸣谢关于落基山研究所落基山研究所（ Rocky Mountain Institute， RMI）是一家于 1982年创立的专业、独立、以市场为导向的智库。我们与政府部门、企业、科研机构及创业者协作，推动全球能源变革，以创造清洁、安全、繁荣的低碳未来。落基山研究所致力于借助经济可行的市场化手段，加速能效提升，推动可再生能源取代化石燃料的能源结构转变。落基山研究所在北京、美国科罗拉多州巴索尔特和博尔德、纽约市及华盛顿特区设有办事处。目录执行摘要 . 51: 背景与目标 . 82: 模型框架与市场模拟情景介绍 . 11 2.1 整体模型介绍 .122.2 算例介绍 .122.3 模拟情景 .132.4 情景结果评估 .142.5 报告内容框架 .143: 电力现货市场的宏观系统影响 . 16 4: 电力现货市场对发电企业的个体影响 . 20 4.1 评估市场淘汰对系统可靠性的影响 .21 4.2 评估市场调度对发电机组的个体影响 .255: 机组运行的变化 . 335.1 将热电联产机组纳入电力市场 .345.2 系统调峰运行 .405.3 机组启停和运行水平 .436: 如何应对挑战 . 466.1 过渡机制 .476.2 机组运行的变化 .496.3 积极应对市场淘汰作用带来的机组退出 . 507: 研究成果的应用和改进 . 53尾注 . 55SECTION TITLE WHEN THERE IS NO HEADLINE ON THIS PAGESECTION TITLE执行摘要6 | 落基山研究所引入电力现货市场是显著改善调度、提高系统效率、减少系统成本和碳排放的有效方式。据国际能源署（ IEA）研究估算，在中国实施基于边际成本的市场调度与没有市场参与的传统“三公”调度方式I相比可以降低约 8%的系统成本和二氧化碳排放，市场调度的优化作用会随着系统中可再生能源比例的提高而愈加明显，到 2035年可实现约 12%的成本节约和减排比例。1电力市场将改变发电机组的运行模式和系统支付的分配方式，并帮助以最高效、可靠和经济的机组组合满足电力需求。中国的省级电力现货市场试点正在如火如荼的进行，如何设计市场架构和细则才能有效实现改革目标以及平衡其对系统各参与者的影响是监管机构需要关注的重点：系统和个体的经济性将在电力市场中如何变化？这对当地经济发展和就业有何影响？需要采取何种举措应对变化？了解这些影响是管理系统参与者的关键，也是以平衡各利益主体的方式稳步推进改革的必由之路。这可以最大程度地初测和降低改革阻力，避免由于设计不当而产生的推迟或停止执行，减少监管机构以牺牲成本和减排而被迫作出的让步。严格、公正和独立的市场分析是帮助监管机构评估市场设计适用性、选择合理市场转型机制的重要工具。因此，落基山研究所（ RMI）与中国电力行业智库的专家们共同开发了市场建模工具，模拟在开放市场设计下的系统动态，并基于已有数据估算机组的收益影响和系统价格变化，分析哪些发电机组可能被市场淘汰。这一研究分析主要基于中国北方地区的代表性发电机组组合，为省级监管机构在建立电力市场时所需进行的市场分析提供算例和方法学的参考。本分析研究主要测算了北方地区某省份实施以全电力库为框架的能量现货市场可能产生的影响，初步结论如下： 通过电力能量现货市场对煤电机组调度效率和可再生能源并网的优化，系统可以降低3.6%的净发电成本和4.4%的碳排放。在不考虑系统技术参数改进和更灵活的跨省交易的情况下，实施能量现货市场可以为测试区域每年节约 6.27亿元的系统成本，并减少 212万吨的二氧化碳排放。电力市场作为优化系统运行的工具之一，对协调系统中的可再生能源至关重要。随着可再生能源在中国社会经济发展规划中的比重日益增加，以及可再生能源技术成本的不断下降，电力市场带来的系统收益未来将进一步放大。 由于现阶段系统产能过剩对市场价格有强烈的抑制作用，电价将显著低于当前标杆电价。相当一部分的机组将受价格抑制的影响无法在短期内保持盈利，老旧落后机组的经济压力显著增加并面临市场淘汰。在部分机组退出市场、系统恢复供需相对平衡后，市场电价将会逐渐回升，电价水平基本可以涵盖系统剩余发电机组的成本，同时仍保留原有的成本降低，并将部分红利传导至用户电价。在模型采用的各种保守假设情景下，最终用户端降价约 1分钱每千瓦时。至此，发电企业和用户都能够实现收益。在市场淘汰发生的情况下，剩余机组仍可以满足电网当前的可靠性标准。 热电联产机组在测算的北方地区电力系统中的体量较大，约占火电总装机的 81%。要保证电力市场的有效性，必执行摘要I指 2015年电改启动之前，没有任何电力市场（中长期和现货）结果指导下的电力调度。引入能量现货市场对中国电力系统的影响 | 7执行摘要须将热电联产囊括到市场竞争中。如果将热电联产机组供热出力的电量剔除在现货市场外，系统将基本维持现有调度，无法发挥价格发现和资源配置优化作用，市场价格也将难以达到维持竞争性电力市场的水平。 市场调度（主要指基于边际成本优先顺序的经济调度）涉及的运行变化不会给当前的系统灵活性和发电机组约束（包括最小运行率和爬坡率）带来太多挑战。市场调度将改善发电机组的调度，减少总体出力变化的爬坡量 ,并将启停机次数保持在相同水平。市场也将差别化机组承担爬坡和启停机运行的职责，将此类操作集中在少数发电机组中，而不是在所有机组中平均分配。 虽然此研究只是对复杂电力系统的一种等效分析模型，但它对监管机构了解电力市场实施带来的经济和运行影响具有重要的参考意义，这是建立评估市场设计的起点，有助于进一步创建应对系统挑战所需采取的补偿机制和市场规则，保证市场改革顺利推进，并在未来具有高效稳定的表现。背景与目标1引入能量现货市场对中国电力系统的影响 | 9中国于 2015年正式启动第二轮电力市场化改革，旨在降低电力用户的用电成本，建立一个更加高效、清洁和可靠的电力系统。提高系统运行效率和效益是建立电力市场的主要动机之一。中国电力市场改革将改进现行的“三公”调度，此调度方式相对忽略机组运行效率和边际成本，对发电量进行大体平均分配。世界上很多其他地区所使用的市场化调度中，系统运行者会在考虑启停成本的情况下从边际成本最低的机组开始使用，当需求不能被满足时则顺位调用次低的机组，以此类推，总是优先使用发电效率高的资源。因此，市场调度往往可以使得高效机组和可再生能源（可再生能源机组的边际成本近乎于零）的利用率更高，优化系统成本和排放。作为回报，这些成本节约可以由系统分配，其中的一部分可以以降低零售电价的方式传递给电力用户。中国在电力市场改革方面已经取得了一定进展，目前大多数省份已核定了输配电价并实施了中长期直购电交易，有效降低了电力用户的购电价格。其中 8个省份被选为电力现货市场试点地区，根据各自资源特点及挑战分别探索适合本省的电力市场设计。总体来说，这些试点都旨在利用市场方法解决当前中国电力系统所面临的挑战，还原电力的商品属性，提供合理的电力价格，消纳季节性水电和波动性可再生电力，并缓解煤炭或可再生资源富余省份的电力产能过剩问题。但对在提高调度效率方面发挥关键作用的现货市场实施方面，中国尚处于改革初期。哪种电力市场设计更适合中国的国情一直是电力系统改革中至关重要又极具争议的问题。政策制定者已经意识到市场其实是一种设计选择，其必须基于实施地区独特的技术、政策和经济背景与挑战，并不存在一种通行的完美电力市场设计。在设计试点市场时，设计者不仅要考虑如何以最少的成本解决上述提到的问题，在试点最终能够高效落地前，还有一些其它问题需要认真考虑，如：发电企业及其他利益相关方将对新的市场做出何种应对？是否会有政策阻力？规则是否鼓励了正确的市场行为而对错误的进行了惩罚？设计中是否留有操纵市场的机会从而导致市场效率降低？其中，各发电企业在新市场规则下的收益变化是至关重要的问题，他们在市场转型中是受益或受损将直接决定其面对市场改革的态度和角色。设计者需要提前预测利益相关方各种反应的可能性，并将其纳入市场设计的考虑之中，尽量避免其它国家电力市场化过程中走过的弯路。 针对这一问题，落基山研究所（ RMI）展开了深入的研究与分析。该研究结合了经济调度模型以及市场行为和经济分析模拟，识别在不同的能量现货市场设计下，系统能够实现的成本和碳排放量降低，以及每个发电机组的经济性变化。该模拟工具及结果能够帮助政策制定者和市场运营者初步识别适合的政策和市场机制，促进各利益相关方的有效沟通，缓解改革抵触情绪，同时保持系统竞争带来的优势，即：成本降低，效率提高，并提升新能源占比，使电力系统更清洁、更可持续。在此背景下，本研究的主要目标为： 介绍一种用于评估不同市场设计对于解决当地现存挑战的有效性的方法和工具，并量化实施电力现货市场对各发电企业的经济性影响。 以中国北方地区某省份的电力系统为算例，展示该方法和工具的具体功能和预计结果。 背景与目标10 | 落基山研究所背景与目标 基于算例结果，提出对中国北方地区电力现货市场设计的相关建议，为其它存在类似问题的地区和省份提供参考。 尽管本报告中对市场设计的地区适用性仅进行了初步探究，但我们相信该工具已经能够为市场改革和方案设计提供深度建议和分析支持。通过与试点省份的深入合作，该模型能够根据该省具体的需求和条件进一步被优化，从而协助该省完善市场设计和实施方案，实现改革目标。