探析廣東電力現貨市場出清機制對火電企業未來發展的影響

王湛森 武圣祺 劉袁新

【摘 要】在廣東電力現貨市場中，發電企業基于自身的邊際成本進行報價，電力調度機構綜合考慮電網運行要求及發電設備運行約束條件，以社會福利最大化為優化目標進行優化計算，出清得到開機組合、電量曲線和節點電價。由于可再生能源發電的邊際成本低于火電發電，因此在現貨市場中的競爭力優于火電企業。不斷增長的可再生能源裝機將擠壓火電企業的電量空間，同時將在一定程度上降低電力現貨市場價格。

【關鍵詞】廣東電力現貨市場;Merit-Order;可再生能源發電;火力發電

【中圖分類號】F426.61 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）11-0009-03

0 引言

2019年，全國包括廣東省在內的8個省份先后開展了電力現貨市場試結算工作，這表明在這些省份的電力系統中，競爭性市場已經具備進一步推進的條件。對參與市場的發電企業而言，盡快理解市場并對市場狀況做出正確響應至關重要。

1 廣東電力市場的交易組織形式

根據規則內容，未來廣東電力市場主要包括中長期電能量市場、現貨電能量市場及調頻輔助服務市場。在中長期市場中，開展發電企業與電力用戶的直接交易，交易結果為差價合約，差價合約明確了合約周期、合約電量、交易價格、分解曲線、結算參考點等要素。在日前和實時市場，則建立全電量競爭市場機制，以全社會發電成本最低為優化目標進行電能量市場出清，并按照出清結果進行電網運行調度。中長期合約按照合約成交數量和現貨市場節點電價進行差價結算，日前和實時市場則對偏差電量按照現貨市場價格進行結算。

2 電力現貨市場的出清機制

2.1 供給和需求曲線

電力市場供應與需求曲線如圖1所示。電能量作為現代社會生活的必需品，幾乎不具備可替代性，因此電力需求在短期內價格彈力性很低，即使價格出現一定的上升，需求數量的變化也很小，因此電力需求曲線是近乎垂直的一條直線，表明市場價格的波動對電力需求的影響很小。

2.2 現貨市場出清機制

在組織日前市場交易時，發電企業和電力用戶需要向市場運營機構提交各自的電量和報價。市場運營機構在考慮輸電網絡安全約束的前提下，基于全社會發電成本最低原則，將不同發電企業不同出力區間電能量報價由低到高進行排序（Merit-Order）形成供給曲線，并根據調度機構預測的次日電能量需求曲線確定次日開機組合及電量價格情況。

假設電力市場是完全競爭市場，發電企業作為價格接受者參與市場，各發電企業的報價水平都將接近自身的邊際成本。因此，市場運營機構實質上是將市場中的不同機組按照邊際成本由低到高進行了排序。

為便于說明，圖2假設同類型發電機組都擁有相同的邊際成本，各類型機組按照邊際成本由低到高進行排列，階梯狀折線即可以理解為電力現貨市場的供給曲線。由于可再生能源（水、光伏、風）燃料成本基本為0，短期邊際成本低于火電機組，因此排列在坐標軸左側。

圖2還展示了電力現貨市場中現貨價格形成的大致機制。電力需求曲線隨著一天當中負荷需求的高低變化而橫向水平移動，需求曲線左側的發電機組均中標，與供給曲線相交的點決定了現貨市場的價格。在圖2中，當電力需求較低時，電力需求曲線與供給曲線相交于屬于燃煤機組的點A，點A對應的P2即低負荷時的市場價格，Q2左側的機組全部開機，右側備用，由于此時電力系統只需要征調部分煤電機組即可滿足系統需求，且煤電機組邊際成本低，因此此時的現貨市場價格較低;當電力需求較高時，電力系統需要調峰性能更好的燃氣機組開機運行，電力需求曲線向右平移與供給曲線相交于屬于燃氣機組的點B，點B對應的P1即高負荷時的市場價格，此時，Q1左側的機組全部開機，右側備用，該點對應的發電機組也被稱為邊際機組。

3 通過現貨出清機制探求可再生能源對節點電價的影響

由于新能源、水電、核電等可再生能源的邊際成本相較于火電低，因此在Merit-Order排序中總能排在供給曲線的左側，可再生能源的增加會直接影響系統節點電價的高低，同時還會擠占火電的利用小時數。具體從以下兩個方面體現出來。

（1）由于可再生能源通常具有更低的邊際成本（風、光的燃料成本為0），因此在供給曲線中總是位于左側。可再生能源裝機增加將導致供給曲線向右平移，可能導致較高成本的機組無法出清，市場價格出現下降的同時氣價利用小時數也下降。同理，當用電負荷處于低谷時，需求曲線向左平移，煤機利用小時數也將下降。

（2）在可再生能源出力增加時電網可能出現阻塞，按照節點電價的形成機制，此時電網將出現分區節點電價。在送出受限的區域，傳統火電機組受發電邊際成本的限制會出現利用小時數的降低，在大多數情況下，送出受限區域的節點電價也會下降。此外，在夜間時段，隨著電力需求的降低，電力供應主要依靠基荷電源，此時電力供應曲線較為平滑，因此可再生能源發電對現貨價格的影響力在用電低谷時段小于用電高峰時段。

4 國外可再生能源發電對現貨市場價格的影響

通過上一章節可以看到，可再生能源發電出力的提高將導致現貨市場節點電價降低，現貨市場發展成熟且新能源裝機規模較大的德國，其相關數據更有參考意義。圖3為2020年1月1日至2020年5月25日德國電力價格（細線）及可再生能源發電出力情況（陰影部分），通過圖3可以看到，新能源發電出力增加的時候（陰影部分面積擴大），電力市場價格出現明顯下降。

在EWEA關于歐洲風電發展的一篇報告中，針對歐洲風電裝機對現貨市場價格的影響進行了測算，分析2020年歐洲風電裝機達到200 GW時，可以降低現貨市場價格10.8～12.7元/MWh。

長期來看，在電力現貨市場Merit-Order排序模式下，在新能源、水電、核電裝機容量不斷增長的背景下，火電企業的上網電價及利用小時均將出現下滑，甚至體現火電企業重要性的基荷電源地位，也將由于儲能、調峰、智能電網等可以提升電力系統靈活性的技術進步而受到沖擊。

5 從出清機制看未來廣東電力現貨市場的變化

根據廣東電力現貨市場規則，在市場運行初期，新能源及核電、水電、A類機組包括外送電都不進入市場，相關機組的電量計劃作為現貨市場運行的邊界條件優先安排，不參與市場競爭，煤電和氣電進入市場。

對于新能源及水電、核電機組而言，就算今后被納入電力現貨市場范圍，但其邊界成本遠遠低于煤電及燃氣發電，在Merit-Order排序模式下，依然具有很強的市場競爭力。

對于煤電及燃氣發電而言，影響將是消極的。優先安排非市場機組發電計劃，實質上相當于將非市場機組全部作為邊際成本為0的發電能力安排在供給曲線左側，人為地將廣東省火電以外甚至廣東省外的發電能力引入廣東電力市場供給側，這勢必將造成供給曲線整體向右平移。在電力需求增長緩慢或出現停滯的情況下，供給曲線右側的煤電及氣電發電利用小時數將下降，節點電價也勢必會走低。隨著新能源及水電、核電裝機的不斷增加，外加不斷增加的西電東送電量，廣東省的火電企業在現貨市場中的生存處境將更加艱難。

6 火電企業未來應對措施

2020年5月18日，國家能源局發布《關于建立健全清潔能源消納長效機制的指導意見（征求意見稿）》，文件明確提出要“加快推進電力現貨市場”“電力現貨市場運行初期，風電、光伏發電、核電保障性收購電量按‘保量保價方式進行收購，超出保障性收購利用小時數的電量以‘報量不報價或‘報量報價方式參與市場”。因此，可以判斷至少在電力現貨市場運行初期，新能源及核電的量價均可以得到較好保障。

對于火電企業而言，在電力現貨市場中將要更多的和同類型機組展開肉搏戰。自“十二五”末期以來，電力市場長期供大于求，發電裝機容量過剩，利用小時與上網電價“雙降”的局面一直得不到改善，在現貨市場啟動后，火電企業“雙降”的壓力將進一步加大，因此在企業管理重點方面，應將管理重心放在降低燃料成本以及提高機組運行效率上，在有邊際利潤的前提下，盡量使自己在供給曲線中排在同類型機組的左側有助于獲取更高的利用小時數。在企業經營方面，應轉變傳統發電企業只管發電的經營思路，探索新的商業模式，可以嘗試在交通用能、建筑用能、通信數字用能領域推廣“電能替代”，提高電能在終端能源消耗所占的比重，由單一發電企業向電、熱、冷集成聯供的綜合分布式智慧能源服務商、儲能服務供應商轉型。

參 考 文 獻

[1]Daniel S Kirschen，Goran Strbac.電力系統經濟學原理[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]Hulle F V，N Fichaux.Powering Europe：wind energy and the electricity grid[R].THE EUROPEAN WIND ENERGY ASSOCIATION，2010.

[3]唐琦雯，肖艷煒，項中明.調頻市場定價及出清機理的研究及啟示[A].中國電機工程學會電力市場專業委員會.中國電機工程學會電力市場專業委員會2019年學術年會暨全國電力交易機構聯盟論壇論文集[C].中國電機工程學會電力市場專業委員會，2019.