英国电力市场

英国电力市场调研报告清华大学电机系电力经济与信息研究室2015年1月1.概述1.1电力工业概况当前，英国电力市场上的主要成员有输电商（1+2）、配电商（14by7）、发电商（400+）、零售商（20+）和交易中心（2）等。其中，全英国共拥有3家输电商，2家输电商分享苏格兰地区的电网。剩余一家输电商NationalGrid拥有英格兰和威尔士的所有输电线路及相关设备，包括7200公里的输电线路、675公里的地下电缆和338座变电站。此外，2005年将苏格兰纳入统一调度区之后，便由NationalGrid负责全英国电力系统的调度和控制，是唯一的输电系统运营商和调度操作者SO。英国全国共有7个配电商，负责运营14个区域的配电业务，如下图所示。当前，英国全国存在发电商超过400（420~430）家，最大的前6家发电商占有市场份额总和超过70%，前十家超过85%。随着发电商的进一步分拆和整合，发电侧的市场集中度呈现进一步下降的趋势，HHI指数约为1000以上，属于轻度集中市场（低寡占Ⅱ型：1000~1400），竞争较为充分（我国几个大区的HHI约在1500左右；PJM的HHI指数在负荷高峰期间能达到1800，在负荷低1谷期间约为1000）。在英国进行电力交易的发电商是由不同国家的公司进行投资的，其中占据市场份额最大的为德国。其次为英国，约占市场总额的30%。此外，法国、西班牙、美国的发电商等也占有很大部分。英国全国拥有约超过20家的零售商（Supplier），前6大公司的市场份额总额超过90%。并且，除去苏格兰SSE（Scottish&SouthernEnergy）以外，零售商原则上不拥有配电资产。有意思的是，据一份调查结果显示，在英国过去五年来看，有超过50%的终端用户更改了自己的电力供应商，比同期手机更换的频率还要快，是更换频率最多的三中产品之一。这也说明在英国电力市场上终端用户有着充分的选择权，零售商竞争十分激烈。此外，英国的发电商和零售商呈现纵向一体的特点，零售商都有自己的发电资产，即零售商也是发电商，这也是英国模式当前能够良好运转的一个重要原因。如苏格兰电力企业SSE既有发电资产、又有配电资产，并且还是电力零售商。为了进一步增强市场流动性，英国成立了两家电能交易中心APX和N2EX，负责为短期现货合同的交易提供平台，以及为交易双方提供合约管理。合同类型包括日前拍卖、现货和促销合同三种。在交易中心内交易的电量不会进行安全校核。上午十一点电能交易中心的交易工作结束，市场成员将自己的初始发用电曲线IPN提交给调度NGET。在平衡机制阶段，交易中心没有组织交易的职能，调度中心反而可以接受市场成员调整量的报价。此外，英国电力市场上还存在有进行非物理中间交易的交易商（Trader），它本身并不拥有发电或负荷，只是通过从发电商买电、并向零售商卖电来赚取差价利润。对于英国电力市场上的大用户来说，它与小用户类似，同样可以自由选择供电商。因此，英国的大用户直购指的不是其可以进入中长期合同市场来进行交易。1.2关键数据2012年，英国全年发电量为375.9TWh，用电量为317.6TWh，装机容量为89.2GW，负荷峰值为57.4GW。全年负荷峰值一般发生在冬季。英国电力工业中的电源构成比例如下图所示。燃气机组的比例占到了总装机容量的28%，由于其启停速度快，可以在短时间内调用，为现有模式下平衡机制阶段的可靠运行提供了有力保障。22012年冬季最大负荷日的负荷曲线如下图所示，峰谷差约为20000MW。燃煤机组承担基荷，燃气机组承担调峰任务。英国典型日的负荷曲线如下图所示，负荷形状明显呈现出晚高峰，峰谷差比例超过了40%。2007年~2013年，英国电力市场的批发电价和6家最大零售商的零售电价如下图所示。32.英国电力市场的运作2.1市场沿革英国电力市场的改革和发展阶段主要分为三个阶段，即Pool模式、Neta（Betta）模式、新一轮的市场化改革。1990年，为了打破垄断而引入了Pool模式，其特点是市场成员统一竞价、集中出清，所有的电力交易都必须都过电力库完成。它的缺点是管理过于集中，是纯粹的单边市场；市场力严重，投标和竞价过于复杂，价格信号不透明，并出现了扭曲等。正是由于Pool模式出现的上述不足，英国于2001年采用了新的电力体制Neta，2005年又将此模式推广到包括苏格兰区域在内的地方，从而形成了全英国统一的电力市场。Neta模式的最大特点是以中长期的双边交易为主，以平衡机制和事后不平衡结算为辅。约有95%~98%的电力交易是在中长期合约市场上完成的，电网实时平衡和系统安全则是由调度NGET通过平衡机制来实现的。采用此模式后发电侧的批发价格下降了约40%，市场集中度下降，中长期的电力交易量被放大。但是，Neta模式无容量市场，仍然无法有效解决长期的电力投资和清洁能源消纳的问题，并且日益增长的阻塞问题也是当前模式难以解决的。2011年，英国政府发表了《规划我们的电力未来：关于发展安全、价格适宜和低碳电力的白皮书（2011）》，开启了新一轮旨在提高新能源消纳和更加环保的电力体制改革。42.2市场流程英国电力市场的时序流程如下图所示。在数年前开始进行合同市场的电力交易，包括中长期合同和现货合同两种。中长期合同主要通过双边自行组织的柜台交易（Overthecounter）来完成。短期现货交易主要通过电力交易中心PX来完成。合同市场的交易量占总量的95%~98%，其余的部分由平衡机制来负责解决。平衡机制于实时运行前1h开始，由调度机构NGET按成本最小的原则接受BMU增减出力的报价，以及调用辅助服务来完成电网的实时平衡。这个阶段并不是真正意义上的市场，因为只有调度是唯一的买方和具有操作能力的一方。事后不平衡结算按照机组的实际发电曲线来进行结算，其主要目的是为了激励市场成员尽量按照签订的合约进行发电，将不平衡量减至最小。2.3市场成员英国电力市场上的主要市场成员分为发电商、零售商、交易商和经纪商四类。其中，根据发电和负荷是否参与平衡机制又分为了BMU和Non-BMU两类。BMU是参与平衡机制的基本元素，通常由一组发电机组或负荷构成。大多数BMU包含一个发电机和一些计量表，是可以独立控制的最小集合。与PJM电力市场将调度和交易两种职能紧密结合所不同，英国的调度运行结构NGET只负责电网的实时平衡与接收这期间必要的增减出力报价。因此，英国模式将交易职能和调度职能相剥离开来，各司其职。电力交易所负责短期现货合同的交易。当期，英国共有两家电力交易所APX和N2EX。5市场上的平衡结算和计量工作由ELEXON来完成。市场监管机构是电力与天然气管理办公室Ofgem。2.4合同市场合同市场的运作按照时间尺度的不同划分为中长期双边合约和短期现货交易合同两大类。2.4.1双边合约中长期的双边合同主要采取双方见面、柜台交易OTC的方式进行，占电力合同签订总量的90%左右。双方达成双边交易后，需要将合同签订的电量通知给经过授权的报送机构，由报送机构将合同信息提交给ELEXON，如下图所示。2.4.2非双边合约非双边的现货合同通过电力交易中心来进行，占电力合同签订电量的10%左右。电力交易中心提供三种不同时间尺度的交易合同类型：拍卖、现货市场和促销（Promptmarket）市场。其中，拍卖指的是日前进行双向匿名的交易，交易范围为次日每小时的电量，撮合成功后通知买卖双方。现货市场的运营时段为实际运行前48小时~7天，可以交易半小时~4小时“整块”的电量。促销市场的运营时段为实际运行前7天~4周前，可以交易8小时~168小时“整块”的电量。交易成功的合同由电力交易中心报送ELEXON，如下图所示。62.4.3合同管理电力合同管理过程如下图所示，蓝色的部分全部为结算公司ELEXON所管理。市场成员通过柜台签订中长期双边合同以后，需要将所签电量报送给合同申报客户端，由此客户端再将信息提交给合同的合并与分解系统。买卖双方通过交易中心签订的现货合同由交易中心负责报送给合同的合并与分解系统，合同价格信息则需要报送给市场信息中心。合同的合并与分解系统在获得所有中长期双边合同与现货合同的信息之后，与计量系统获得的信息一同报送给ELEXON的结算管理中心。结算管理中心会定期通过账单系统发布市场成员的结算账单。以上所有的合同信息与调度均无关系。2.5平衡机制（Balancingmechanism）平衡机制的流程是：日前9:00，NGET公布相关的市场信息；日前11:00，7市场成员提交初始的发用电曲线IPN，在关闸之前一直可以修改；日前16:00，调度部门NGET根据最新的PNs，发布更新后的系统平衡裕度；运行前一小时关闸时，调度不再接收申报的Offer和Bid，并形成最终的发用电曲线FPN和次日的发电计划。英国电力市场对于运行日的定义是从05:00~次日的05:00。2.5.1公布市场信息NGET首先会公布市场相关信息，主要包括：次日不同时段的负荷预测（以半小时为粒度），包括事先分析的阻塞区域负荷；次日各个时段市场成员增减出力的申报情况；次日各个时段的系统平衡裕度和不平衡情况；公布系统运行的安全预警情况。2.5.2申报Offer&Bid市场成员直到关闸前一直可以进行增减出力的Offer和Bid申报，且必须成对提交。而调度NGET通过接收BMU的Offer和Bid，来解决系统的不平衡电量和运行约束。其中，Bid就是BMU需要向调度付钱，是指机组降出力或需求增负荷的报价；Offer就是BMU向调度收费，是指机组增出力或需求减负荷的报价。一组BMU进行申报的Offer和Bid对如下所示。当平衡机制阶段调度按照成本最小的原则确定了需要接收的Offer和Bid时，ELEXON会按报价对中标量进行结算（Payasbid），即一机一价的原则，而不是采用市场出清的边际价格进行结算。此外，除去价格参数外，BMU还需要申报一些与运行有关的物理参数，如最大最小出力、爬坡速率和受阻情况等。82.6不平衡结算事后不平衡结算与合同市场和平衡机制之间的关系及信息交互如下图所示。根据结算对象的区别，事后不平结算的账单在事后1周~14个月的时间内发给市场成员，这是由于一方面不平衡结算的电量很少，另一方面为了确保数据准确。事后不平衡电量的计算如下：不平衡电量=量测值－合同电量-平衡机制阶段出清电量事后不平衡电量的结算价格采用双轨制，即存在系统买入价SBP和系统卖出价SSP两类，并且买入价始终大于卖出价。发电商超发电或供电商少用电时的不平衡电量按系统卖出价SSP结算，发电商少发电或供电商多用电时的不平衡电量按系统买入价SBP结算。这样，当机组多发了电需要向SO卖出，使得其不能得到全部的发电费用；另一方面，机组少发电量时需要向SO买电，从而必须支付额外的电量费用。这种双重价格机制起到了激励市场成员尽量按照合约去发电和平衡，减轻了系统调度的负担，提高了保障电力平衡的能力。2013年5月~7月三个月的买入价与卖出价的走势如下图所示，其中蓝色曲线为SBP，粉色曲线为SSP，绿色曲线为两者之间的偏差量。93.英国电力市场特点英国电力市场的典型特征总结如下：1、只有电量市场，无容量市场。认为电量价格中已经包含了容量部分的费用。2、调度职能和交易职能相剥离，各司其职。交易在平衡机制阶段没有进行组织交易的职责，而调度却可以在平衡机制阶段接收Offer和Bid的投标，从而满足系统平衡的需要。3、市场运行以中长期双边合同为主，集中报价为辅。4、签订双边合约后的双方将电量分解至每半小时，由电厂自主调度，自行决定机组运行状态，调度负责剩余电量的平衡。5、双边合约有物理交割的义务。（Showrespect）6、平衡机制阶段采取按报价付费（Payasbid），事后不平衡结算采取双轨制（系统卖出价和买入价，买入价大于卖出价），激励市场成员按照签订的合约履行。7、中期的辅助服务交易，用来应对系统不平衡电量和开机需求（如快速备用、STOR，需求侧响应等）。辅助服务不与电量联合出清，即不与电量绑定在一起。调度中心自行签订辅助服务合约，并确定平衡机制