基于美国PJM模式的我国区域电力市场改革路径分析

(国网浙江省电力有限公司经济技术研究院 浙江 杭州 310000)

电力市场理论认为为了保障电力稳定高效的供应，应当在一个区域中建立统一调度中心，而且要有足够大的规模来保证市场的充分竞争和资源的有效利用。全国性的电力市场虽然拥有丰富的资源，但是要保证完全开放的电力市场的安全稳定运行则是一个更大的挑战，因此为了实现资源在更大范围内的优化配置，保证电能的供需平衡，便产生了电力联营，即区域电力市场。区域电力市场不以省为单位，在破除省间壁垒上能够发挥较好的作用，实现区域内资源的均衡合理配置。当电网的运行出现故障时，能够统一全网的调度，对于电源中心和负荷中心相距较远的国家或地区能够较好地平衡电力供需平衡。此外，对于跨省的电网辅助服务能力的提高、辅助服务水平的优化和辅助服务费用的降低都能够起到积极作用。

一、我国区域电力市场的发展

我国电力市场在总体结构上可分为以国家电网为载体的国家电力市场和以区域电网为载体的区域电力市场。从电力工业的规模经济性来看，电网是连接电力生产、输送和供应的基本途径，电力生产和消费的实现需要依靠电网的运行。通过电网，电力从生产到消费才得以成为一个有机的整体。电网建设初期投资非常大，加上网络规模较小，其技术性能和经济效益也相对较低。随着电网规模的不断扩大，投资逐步减少，技术性能和经济效益也得到了提高。

目前我国区域电力市场主要包括区域统一电力市场和区域共同电力市场。区域统一电力市场是指由区域市场负责区域内各个市场主体的电力交易和电力平衡，取消了省级电力市场，各省发电企业在区域统一平台上竞价。其组织结构如图1。目前东北电力市场属于统一电力市场，是因为东北电网是我国最早的跨省电网，长期实行统一规划、建设、调度、核算和管理，已基本形成比较完善的跨省主网架，同时三省综合销售电价水平比较接近，省间贸易壁垒较低，有利于新电价机制的形成。因此建立统一电力市场的条件比较成熟1。区域共同电力市场是指保留省级电力市场，各省电网公司组织开展本省的电力交易，并通过区域共同市场购售电力电量。其组织结构如图2。目前华东电力市场和南方电力市场均属于区域共同电力市场，是因为华东区域各省市经济发展水平差异较大、综合销售电价水平也不同，加之早期省为实体的管理体制导致省际间市场分割，壁垒严重，因此华东电力市场不具备建设统一区域电力市场的条件。由于区域共同电力市场的市场竞争通常受到省际间的限制，而区域统一电力市场能够打破省间壁垒，因此区域统一电力市场能够实现更大范围的资源优化配置。但是未来我国进行电力市场化改革时不宜强行建设统一电力市场，而是借鉴美国PJM电力市场的模式，以自然发育的方式实现从省级市场到统一市场的过渡。

图1区域统一电力市场的组织结构图2区域共同电力市场的组织结构

二、美国PJM模式运作及经验借鉴

PJM电力市场是美国最大的区域电力市场，1927年宾夕法尼亚州和新泽西州的三家公共事业公司成立世界上第一个电力联营体，1956年马里兰州的公共事业公司加入，形成三大洲的互联网络，负责美国大西洋沿岸中部13个州和1个特区的电力系统的运行和管理。经过电力联营体、独立系统运营商(ISO)和地区输电组织(RTO)三个阶段的发展，目前已成为集市场运营、电网规划、调度运行等多项职能于一体的独立系统运行调度机构，是公认的最健全、效率最高的电力市场之一。并且PJM的规模与我国的一个区域电网规模相当，因此本文以PJM模式为参照，分析我国区域电力市场改革的路径。

PJM既是系统运行机构又是市场运营机构，即要负责系统集中控制、调度和电力市场的运营；管理输电网价格和输电服务；制定区域电网扩展规划并协调各成员之间的电源规划2等，可以说PJM市场是一个典型的区域统一电力市场，其功能可以概括为三个方面：(1)运营电网，实现供需平衡，监控电网运行，此功能相当于我国的调度中心；(2)运营电力市场，相当于我国的交易中心；(3)制定电网规划。

目前PJM电力市场主要包括电能市场(日前电能市场和实时电能市场)、容量市场、辅助服务交易市场和金融输电权交易市场。

(一)日前电能市场

日前电能市场在运行日前中午12：00停止投标，进入市场出清阶段，运行日前第一次机组组合程序，确定每小时的机组组合、日前节点边际电价以及满足计划备用的需求。在日前16：00，PJM公布日前市场第一次出清结果。16：00-18：00，PJM开始运行实时平衡市场投标阶段，此阶段市场成员可以提交在第一次机组组合未中标的修改投标。运行日前一天18：00，实时市场投标阶段结束，PJM运行第二次机组组合，其首要目标为满足系统可靠性，同时保证额外调用资源的启动和空载成本之和最小。日前18：00至运行日期间，PJM还可以基于更新的负荷预测和资源可用信息按需调用额外的发电资源。日前计划备用市场是为了获得30min的备用资源而建立的基于投标报价的市场。大致流程见图3。

图3 日前电能市场运作流程

(二)实时电能市场

实时电能市场是日前市场的补充，是一个现货市场，按照实际电网操作条件的实时节点边际电价每5分钟出清一次，并同步公布在PJM官网上。之后每小时进行一次买卖双方的结算，每周为市场参与者开具发票。实时市场本质上是考虑系统安全约束的经济调度问题，既为市场成员提供了一个调节调度计划的平台，即在日前电能市场中没有被调度的机组可以在当天16:00-18:00向市场重新报价；也为调度交易中心提供了实时经济调度的手段，即调度交易中心可以根据修改后的报价及当时的系统安全约束情况进行经济调度。

日前市场和实时市场采用双结算系统，即两个市场分别结算，称为两部制结算机制。日前市场的结算是基于每小时的计划安排量和日前每小时的出清价格进行，实时市场的结算是基于与日前市场上的实际偏差量与每小时的实时价格进行。日前市场的出清结果只用于结算，而实时市场的出清结果用于结算和实时调度。

两部制结算机制下，市场成员的收益可以表示为：

市场成员的收益=日前计划*日前市场LMP+(实时计划-日前计划)*实时市场LMP

实践证明，采用分步出清的两部制结算体系，有利于实现不同级别市场化上价格信号的趋同，规避套利空间，降低市场风险。

(三)容量市场

美国PJM容量市场始建于1999年，最初的模式为容量信用市场，由于容量信用市场中的一些不足和运行结果的不理想，2007年用可靠性定价容量市场来代替。可靠性定价容量市场是一个多重拍卖市场，包括一个基本拍卖市场、三个追加拍卖市场和一个双边市场，在保证容量价格稳定和吸引容量投资方面都有很大优势，同时也给予了市场充分的流动性，为市场成员提供了多次报价的机会。

基本拍卖市场提前3年举行，PJM根据对三年后的负荷预测，组织容量拥有者竞价以满足电网的机组容量需求，购买容量的费用根据规则分摊给负荷服务商。市场成员如果有无法履约的售出容量，可以在第一次和第三次追加拍卖市场中购买容量进行替代。在目标年份的前一年，PJM会重新进行负荷预测，如果此次预测结果比基本拍卖前高100MW以上，则会在第二次追加拍卖市场补足差额，并将购买费用按规则分摊给负荷服务商。3

(四)辅助服务市场

辅助服务是发电和输电设备提供的用于保证电力传输、系统稳定性、可靠性和电能质量的服务。辅助服务的目的是维持系统的平衡并保证系统安全。PJM定义的辅助服务类型包括调频、备用、无功补偿和黑启动。4其中调频和备用辅助服务是通过竞争投标的市场化方式获得的，而无功补偿和黑启动则主要是通过签订合同或协议获得的。

PJM调节和频率响应服务不单独设立调频电厂，而是将调频义务分配到每个负荷服务商。负荷服务商可以利用自己的发电资源或通过与第三方签订合同来履行自己的调频义务，也可以从PJM购买服务。调频机组分为基础类、边际类和高峰类3个类别。调频服务必须由PJM电气范围内的发电机组提供。

PJM作为一个开放的电力市场，不指定机组作为备用，而是规定每个供电企业必须承担备用义务，义务量根据其负荷的比率来确定。供电企业完成备用义务的方法可以是自己拥有提供备用的机组，也可以是签订双边合同或者从PJM备用市场购买。

对于无功补偿和黑启动这两种辅助服务，PJM按照不同区域的具体情况统一安排满足规定要求的供应商提供相应的服务，没有供应能力的服务需求者需要向PJM购买。

(五)金融输电权市场

1999年PJM建立了世界上第一个金融输电权市场，开展点对点责任型金融输电权交易。随后引入新的交易品种之后，PJM也相应地改进了金融输电权的分配和拍卖机制，并引入了拍卖收益权机制。PJM引入金融输电权市场是为了保护输电服务用户的利益，使固定输电服务用户在其实际能量传输与输电预定计划一致时可以规避由阻塞导致的费用增加。

金融输电权市场的运作大体上是市场运营机构将阻塞管理盈余分配给金融输电权的持有者，市场参与者为了规避阻塞风险购买金融输电权，支付的费用归拍卖收益权的持有者，固定输电服务由于对输电服务预定的付费，所以可以获得拍卖收益权的分配。5

三、我国区域电力市场的改革路径

PJM电力市场的改革和发展过程总体来说是循序渐进的，有利于实现电力市场的平稳过渡。同时PJM提供了灵活多样的交易品种和机制，为市场成员提供了充分的选择权和防范风险的手段。我国与美国情况类似，能源供需逆向分配，“三北”地区的电能不能在本地完全消纳，需要在更广阔的范围内消纳。因此建立一个与之相适应的电力市场，有利于实现全国电力平衡，打破省间壁垒，有利于发挥电力市场的作用。

(一)容量市场

从PJM可靠性定价容量市场的设计角度和运行结果来看，有利于保证容量价格稳定和吸引容量投资，对我国容量市场的发展有以下两个方面的经验借鉴：

第一，加强负荷预测。由于电厂建设的时间周期较长，如果刺激电源投资不及时，会导致系统容量紧缺时无法立刻新增容量，从而造成巨大损失。因此就需要加强负荷预测，借鉴PJM提前3年的容量拍卖市场，有利于避免容量投资的周期性波动。

第二，激励用户侧响应。良好的容量市场应当尽可能地促进用户参与，因此可以结合电力市场的发展建立需求响应机制设计模型，根据电力不同对激励用户在不同时间点转移负荷所应给予的激励补贴水平进行动态调整，为电力市场提供可能的消纳方式。

(二)辅助服务市场

我国现行辅助服务产品的划分依据主要是2006年下发的《发电厂并网运行管理规定》和《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》，规定辅助服务分为基本辅助服务和有偿辅助服务。基于美国PJM辅助服务市场的分析，结合我国电力市场的进程，我国应在满足电网安全稳定运行的前提下,逐步丰富辅助服务资源类型,细化辅助服务产品，使市场竞争更加充分。

第一，在我国AGC类调频产品参与市场的模式下,逐步引入一次调频产品参与市场。一次调频产品应在考虑各类机组的性能特性和成本后,根据各地区的机组资源情况逐步引入市场,在市场发展后期，区分各类资源技术特性和对系统安全运行的贡献程度,进行调频产品设置，明确不同辅助服务产品的作用对象,调节频率范围及响应、持续时间,从而使辅助服务提供者与接受者更加明确,成本产生路径及分摊更加清晰,有效促进辅助服务成本的合理回收。

第二，辅助服务市场发展过程中,可结合实际情况,在省级市场中细化辅助服务产品,区域市场中对辅助服务产品作出统一定义与要求,着重解决跨省交易问题。结合我国国情与辅助服务实际运行情况,可将省级市场作为二级市场,根据不同省份资源类型及电网特性,不断细化辅助服务产品种类;将区域市场作为一级市场,对辅助服务产品进行统一定义与要求,并着重于解决省间壁垒及阻塞等跨省交易中出现的问题,构建促进能源有效利用的统一辅助服务市场。6

(三)输电权交易市场

目前我国电力市场日前竞价交易采用节点电价，售电、配电公司和大用户是购电主体，发电商和用户开展双边交易，这就需要引入一种机制来解决阻塞盈余以及规避发电企业和用户在节点电价机制下的市场风险。PJM电力市场引入点对点的金融输电权就很好地解决了这些问题，结合我国电力市场的特点，提出相应的建议如下：

第一，设计输电权拍卖机制。节点电价的不确定性会带来交易风险，为了给交易商提供更多选择的金融输电权产品，以市场原则为导向设计输电权拍卖机制，使交易商在交易开始之前就锁定费用，激励市场参与者参与长期发电或购买计划，保持市场稳定流畅地运转。

第二，以金融输电权的形式创立输电系统的使用权。物理输电权限制了输电系统的应用，增强市场操控力，将其他输电容量的用户排除在市场之外；金融输电权可以减少对电网调度的影响，避免电价扭曲或被操控，从而在一定程度上减轻市场操控力。

四、结语

电力市场与普通商品市场不同,电力市场在保证系统稳定可靠运行的前提下引入竞争是为了提高效率，因此电力市场中的许多问题不能完全靠市场来解决。PJM建立市场的目标也是为了建立高效运作的竞争市场而不是完美的竞争市场,对于我国电力市场的建设具有十分重大的启示和借鉴意义。