混合电力市场下中长期市场建设的问题与解决方案

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据储能界了解到,电力市场建设包括中长期市场建设和现货市场建设。早期的电力市场研究中,主要关注现货市场,认为现货市场建设是电力市场建设的核心,而远期市场、衍生品市场可在现货市场的基础上发展、形成。近年来,随着能源领域低碳转型、供应安全等目标的加强,电力系统无论是面临的环境、承载的责任,还是自身的结构都发生了巨大变化,使得电力中长期市场变得更加重要,也得到了更多的关注。首先,风光等波动性、随机性电源比例不断升高,电力市场环境下,电价的不确定性大大增加,需要远期交易的产品帮助市场主体对冲风险;其次,电力市场存在诸多竞争不充分、产品体系和价格机制不完善等问题,需要政府管制;最后,能源转型背景下,电力交易过程中有诸多外部性问题,政府可能有多方面的政策目标,需要通过一些政府主导的合约来实现。本文结合欧盟、英国和我国电力市场建设情况,对中长期合约的概念、作用、形式等进行分析,探究我国电力中长期市场存在的问题。

中长期市场的概念及内涵

根据成交时间、标的物的持续时长等,通常将不同的电力交易市场分为中长期市场和现货市场两大类。其中,中长期市场中,市场主体通过双边协商、集中竞价等形式,开展多年、年、季、月及月内多日的电力交易;现货市场中,市场主体主要开展日前、实时的电力交易。

中长期市场是我国电力市场研究中常用的一个概念,这里的“中长期”其实有两层涵义:一是交易的标的物的持续时长,二是交易达成的时间根据交割的远近来决定。

第一层涵义的本质是将电力交易按标的物的类型进行分类。现货市场中,按小时、位置对电力产品进行划分,并分别交易。也就是说,现货交易的最小时间粒度、空间粒度较小,因此,每个小时、每个位置的电都可能有不同的价格;中长期市场中,对电力产品的划分没有那么精细,电力交易的最小时间粒度、空间粒度相对较大,例如在大多数未开展现货市场的地区,中长期市场交易的电最小时间粒度为月,最小空间粒度为省,全省范围每月的电都有一个统一的价格。在这个含义(标的物持续时长)下划分的中长期市场和现货市场中,交易的是按不同方法定义的电力产品。因此,两个市场之间的转换和衔接主要是在产品设计层面:中长期市场下产品定义比较粗糙、粒度比较大,现货市场下产品定义比较精细、粒度比较小,从中长期转向现货市场,一方面需要将按大粒度定义的产品转变为小粒度定义的产品;另一方面需要将现货市场前已经签订的按大时间、空间粒度定义的产品合同转换为更小时间和空间粒度定义的产品合同,需要研究不同产品定义下合同价值的变化,协调多方的利益。我国很多地区在电力市场建设中面临的一个难题都是中长期市场和现货市场的衔接,这里的中长期市场的含义大多数都是这里讨论的第一层含义。

第二层涵义的本质是将电力交易按交易达成的时间根据交割或合同结束的时间进行分类。现货市场是在实时的或比较接近实时的时间进行的交易,包括实时和日前市场;中长期市场是在距离交割比较远的时间进行交易,例如,月前交易、周前交易、年前交易、三年前交易等。

按照“中长期”两种含义对现货市场和中长期市场进行划分,可以看出,现货市场的含义是一样的,而中长期的内涵不太一样。国外电力市场建设中,一般都是先建设现货市场,再建设中长期市场。这种情况下,现货市场已经对电力产品进行了比较精细的定义,按小的时空粒度进行交易,因此,中长期市场交易的本质属于第二层涵义,即在距离交割比较远的时间进行的交易,对应经济、金融领域中“远期市场”的概念,对应的合同为远期合同(forword contract)。在远期市场中,交易的标的物也包括持续时间较长的产品,但其本质是持续时间更短、时空粒度更小的产品的打包交易或组合交易,与第一层涵义的中长期市场的作用仍然不同。

金融学中与中长期市场相关的概念还有期货(futures)、期权(option)等,这些都属于金融衍生品的范围,即基于某种基础产品派生出来的一些交易。电力衍生品对应的基础产品主要是现货市场中定义的电力产品,例如,电力期货是在电力交易所进行的标准化的电能量产品。

因此,国外电力市场中所谓的中长期市场,主要是本文讨论的第二层涵义下的中长期市场,本质是一种“远期市场”。我国电力市场建设中的中长期市场与现货市场衔接的很多问题,在国外电力市场建设中是不存在的。

第一层涵义下的中长期市场与现货市场的衔接是我国电力市场建设中面临的重要挑战之一,本文主要聚焦第二层涵义下的中长期市场建设面临的一些问题进行分析。

中长期市场的作用

早期的电力市场研究中,认为电力的远期市场、衍生品市场与一般商品的相关市场没有太大的差别,可以直接用一般商品市场的相关理论指导电力中长期市场的发展。

但是,近年来电力系统发生了很大变化,主要原因有以下三个方面:

一是风光等波动性、随机性电源比例不断升高,电力市场环境下电价的不确定性大大增加,市场参与者面临的风险增加,需要远期交易的产品帮助市场主体提前锁定价格、成本或收益,对冲风险。这就产生了对第二层涵义的中长期市场的需求,包括双边、场外形成的远期合同及标准化的期货等。近期,欧洲多个机构发布政策文件,要求加强远期市场的建设,一些电力交易机构也准备增加电力交易的远期合同产品品种。

二是在能源系统低碳转型的背景下,电力系统的电源、电网结构都在发生变革,电力市场设计也需要从产品设计等底层进行重构。英国等多个成熟电力市场发布政策文件,要求并着手进行电力市场机制改革。在电力系统转型和电力市场机制改革的过程中,产品设计、交易机制、价格机制等方面会存在很多不完善的地方,一方面存在部分市场主体利用结构上的优势滥用市场力的风险,另一方面一些市场主体提供的服务(如灵活调节服务)在市场中无法有效定价,无法收回全部的成本。政府授权合约是一种应用广泛的方式,可以用来进行市场力的控制、特殊市场主体的补贴等。例如新加坡电力市场中,通过指定或拍卖形成的固定价格的合约(vesting contracts)实现对燃煤、燃气等发电市场力的控制或收益的调整;加拿大安大略省在电力市场建设初期,通过设计与燃气、水电等不同类型电源的长期合约,解决市场建设初期一些搁置成本等方面的问题。

三是电力系统与自然环境、社会的关系更加紧密,电力市场交易中存在多种外部性问题,例如低碳外部性、创新外部性等。在外部性问题没有内部化,且其价值无法完全通过市场实现的情况下,从一些特殊主体的成本回收角度,需要设计另外的机制帮助其得到合理的收益。此外,为了实现社会公平、能源系统可持续发展等目标,政府也需要通过一些手段对市场主体的利益进行调整。同样,政府授权合约是一种常用的工具,可以帮助政府实现不同的政策目标。例如,英国利用政府主导的差价合约实现对可再生能源的补贴,政府授权差价合约也是欧盟推荐的政府干预市场的重要工具。

以上从对冲风险、市场管制、政策目标三个方面讨论了新型电力系统下中长期市场的作用,其中后两个作用的实施都与政府或管制机构有关。这也是最近一些文献提出的“混合电力市场”概念的核心思想:电力市场中,早期强调去除、解除或减弱政府对市场的管制,但在新型电力系统下,很多因素导致政府又重新进入市场,形成了政府和竞争的市场共同作用下的混合市场体系。而在这个混合电力市场体系中,最重要的一个方面的混合,就是中长期市场中,市场化的中长期合约和政府驱动、受政府管制的中长期合约共同存在。

国外电力市场关于中长期市场发展的进展

如前所述,新型电力市场下,中长期市场的建设受到了广泛的关注,这里重点结合欧盟和英国电力市场的进展进行介绍。

欧盟电力远期市场的发展

2022年,欧洲电力市场在能源危机的背景下经历了电价的大幅波动,电力市场机制的重新设计、优化受到了关注。虽然在未来电力市场的改革方面尚有很多未达成一致的问题,但在需要加强和优化远期市场建设方面,在多个机构已经达成共识。

2022年11月,欧洲输电联盟ENTSO-E发布政策文件《欧盟的电力远期市场》,强调了远期市场的重要性,分析欧盟远期市场存在的问题,提出了三种解决方案;2023年2月,欧盟能源监管合作署(ACER)发布政策文件《未来欧盟电力远期市场的发展》,同样强调了远期市场的重要性,分析欧盟远期市场存在的问题,提出了若干解决方案;2024年6月13日,欧盟发布监管指令(EU)2024/1747,在第9条中明确了电网运营商TSO在输电权分配及发布对冲价格风险的工具方面的责任,并规定欧盟需要在2026年1月17日前对帮助市场参与者对冲电力市场价格风险的工具进行评估,在2026年7月17日前通过实施法案规定采取的对冲价格风险的措施和工具,以及其确切特点。

在这个背景下,北欧电力交易所Nord Pool在2024年8月宣布,为与纳斯达克和EEX竞争,将时隔15年重返电力金融交易领域(Nord Pool之前将衍生品业务卖给了纳斯达克以专注现货市场),2025年,将在北欧和波罗的海地区推出包括日、周、季度和年,最长可提前十年的电力期货合约(Futures),并为北欧各竞标区及立陶宛提供电力区域差价(Electricity Price Area Differential,EPAD)合约,以便在系统价格和当地现货价格之间进行套期保值。

根据ENTSO-E和ACER发布的与远期市场相关的政策文件,当前欧洲电力远期市场需要解决的主要问题是流动性、竞争性不足的问题。欧洲统一日前和日内市场的建设对这些问题的解决有一定帮助,但进一步解决需要在远期市场的设计方面进行一些创新。目前,不同机构提出了一些不同的方案,重点包括跨价区的输电容量约束在交易中如何考虑、TSO在交易中的角色,以及远期合同的金融属性等内容。

英国电力市场机制审查及其主要待选改革方案

2022年4月,英国政府在发布的《英国能源安全战略》中承诺对电力市场进行全面审查,以确保其能够支撑电力行业2035年的脱碳,以及安全、可负担的能源供应。2022年7月18日,英国商业部、能源和工业策略部发布了关于对电力市场机制进行审查的咨询文件,提出了一系列可选的市场机制改革方案。经过多次的征求意见,2024年3月,发布了最新的关于电力市场改革方案审查的意见,拟采纳或建议进一步研究的多个方案都与中长期合约有关,认为政府驱动的差价合约(CFD)是鼓励可再生能源投资的首选机制,但还需要进一步完善,包括基于可用容量的支付、限制参与差价合约的容量、采用多市场混合的基准价格等。

由于脱欧的原因,英国电力市场不再是欧洲统一电力市场的一部分,在很多方面有其独立的设计。在电能量市场交易方面,英国采取全国统一价格的方式,在英国内部未再进一步划分价区。也就是说,未将电能量产品按其具体的位置进行进一步的划分,这样,整个英国电力市场的电能量产品都可以互相交易,在一定程度上提高了远期交易的流动性和竞争性。

可以看到,目前英国电力市场对远期市场的关注度主要在政府驱动的市场方面,目标是在实现相关政策目标的前提下,尽量减小对现货市场价格信号的扭曲。

需要指出的是,英国电力市场中可再生能源的差价合约是一种纯金融性的合约,不影响相关电源的具体调度和运行,也不影响已经签订差价合约的电厂在竞争的市场中签订市场化的中长期合同。例如,某电厂A在某时段H签订了执行价格为人民币(下同)400元/兆瓦时,数量为10兆瓦时的差价合约,基准价为规定的多种中长期合约的加权平均价。电厂A基于H时段的发电通过远期市场签订了两个中长期合同,年度合同的数量为5兆瓦时,价格为300元/兆瓦时,月度合同的数量为4兆瓦时,价格为350元/兆瓦时。实际现货市场中,电厂A在H时段的平衡市场提供3兆瓦的上调服务,价格为450元/兆瓦时。电厂A的实际发电量为12兆瓦时。

电厂A在竞争的电力市场中获得的收入包括三部分:年度合同的收入1500元、月度合同的收入1400元、上调服务1350元,总收入4250元,均价354.17元/兆瓦时。

差价合约的执行价为400元/兆瓦时,假设计算出来的市场基准价为310元/兆瓦时,则价差为90元/兆瓦时,差价合约收入为价差与合约量的乘积,即900元。电厂A在H时段的总收入为5150元,均价429.17元/兆瓦时。

如果有另外一个电厂B,差价合约与A相同,不同在于中长期合同的签订情况:年度合同的数量为3兆瓦时,价格为310元/兆瓦时,月度合同的数量为7兆瓦时,价格为360元/兆瓦时。实际现货市场中,电厂B在H时段的平衡市场提供2兆瓦的上调服务,价格为450元/兆瓦时。电厂B的实际发电量为12兆瓦时。

同样,电厂B在竞争的电力市场中获得的收入包括三部分:年度合同的收入930元,月度市场的收入2520元,上调服务900元,总收入4350元,均价362.5元/兆瓦时。电厂B从差价合约中同样可以获得900元的收入。电厂B在H时段的总收入为5250元,均价437.5元/兆瓦时。

可以看到,电厂A和B获得差价合约相同,最后的发电量也相同。但由于在市场中的交易策略不同,最终的总收入不同。电厂B之所以能获得更高的收入,一方面是由于其对市场进行了更准确的预测,将更多的合同电量放到了价格更高的月度市场;另一方面,在中长期交易中有更好的交易策略,取得了更有优势的价格。另外,平衡市场的电量和电价也会影响电厂的收入。如果电厂B在月度市场交易量变为6兆瓦,平衡市场提供的平衡服务变为3兆瓦,则总收入将进一步提高90元。

混合电力市场下中长期市场的设计

电力中长期市场的功能及实施方式

电力市场中的中长期市场主要有三个方面的功能,对冲风险、市场管制和政策目标,这里将其分为两大类:第一类是市场驱动的中长期合约,主要起对冲风险、稳定收益的作用;第二类是政府驱动的中长期合约,作用包括控制市场力、解决外部性、保障供给安全等。

在国外电力市场中,这两类功能一般分别由不同类型的中长期合约承担,相关的交易也由不同的机构负责组织。第一类功能,即风险对冲方面的功能,与一般商品的远期合约、期货期权合约所起的作用并无太多差别,一般在专业的金融衍生品的交易机构或电力交易机构进行;第二类功能,即收益调节方面的功能,一般通过专门设计、特殊品种的中长期合约实现,由政府委托的第三方机构负责组织交易。以上两类功能的中长期交易分别由市场和政府驱动,这也是混合电力市场的核心特征:中长期交易包括市场驱动的和政府驱动的两个部分,电力市场是两部分市场的混合。

前文提到,Nord Pool拟开展的电力期货合约、区域差价合约等,其作用主要是第一类功能;英国电力市场审查报告中提到的差价合约,则属于第二类功能,主要起到对可再生能源发电企业补贴的作用。

我国中长期市场存在的问题及分析

目前,我国中长期市场存在的问题主要体现在中长期价格与现货价格的分离,中长期流动性不够,各种成本补偿、收益回收机制泛滥,市场价格引导供需的作用被削弱。

中长期价格与现货市场价格的偏离及影响。正常市场中,起到风险对冲作用的市场化的中长期合约,其价格与现货价格应该是基本一致的。随着时间不断接近现货交易期,中长期价格和现货价格也会不断趋近。但是,我国多个省级电力市场中,中长期价格与现货价格有较大的偏离。例如,某省2024年度交易成交均价、上半年月度交易成交均价、上半年用户侧现货偏差均价分别为463、437.6和343.5厘/千瓦时。中长期市场价格与现货市场价格的偏离导致中长期交易失去了现货市场价格这个“锚”,带来一系列问题并互相交织。一是售电公司等参与中长期市场的主体盈利基础不是对供需情况等的准确预测,而更多是基于对未来市场价格的“猜测”,增加市场主体参与市场交易、制订策略的难度,增加市场的博弈、赌博属性。二是价格的偏离造成现货市场一些机制设计的困难。例如,当前多个市场中普遍存在对发电企业系统运行补偿费用不到位的情况,导致发电企业成本无法全部回收,需要额外建立一些成本补偿机制解决。而无法或不愿将发电系统补偿费补足的一个重要原因是,认为发电企业中长期合同的价格受到了保护,价格中已经反映了发电的综合成本,因此,现货市场仅需要对现货市场交易的偏差电量进行补偿。三是中长期价格和现货价格不合理偏离导致一些不当套利机会,进而促使一系列收益回收机制的制订,在回收部分市场主体超额收益的同时,也会降低市场的获利,影响市场正常套利行为的进行,进而影响市场的流动性。

中长期市场价格和现货市场价格偏离的原因有以下四个方面:一是风险溢价。现货市场的价格是波动的,用户通过缴纳风险溢价,获得稳定的中长期价格。二是供需信息的变化。中长期市场的一个功能是价格发现,中长期市场中的价格通过不断发现新的、更准确的关于供需的信息而变化。三是现货价格的失真。例如,如果因为现货市场价格机制、管制等原因导致现货市场价格偏低,发电企业无法回收应回收的成本,则可能会通过一些策略性行为提高中长期市场的价格,促使全年盈亏的基本平衡。四是中长期市场的管制。如果对中长期交易量进行了管制,例如设置供需比,相当于对供需进行了人为干涉,进而会影响中长期交易的价格;对中长期交易价格的管制也会直接影响成交价。以上原因中,一、二是正常的、合理的原因,三、四造成的中长期市场价格和现货市场价格的偏离则会对市场效率、公平等产生很多不利的影响。

事后决定优先发用电合约的总量和分解曲线。我国电力市场中,许多计划发用电合同的量是事后决定的,这对市场的公平、效率等方面都可能造成不利的影响。例如,对尚未进入市场的非市场用户,是由一些优先发电企业供电的,由于非市场用户的用电量事前不能完全确定,导致优先发电企业的优先发电量也无法事前确定。

对中长期合约量的保障性约束可能增加市场主体的风险。大多数省级电力市场中,都对发电、用户的中长期合约的比例进行了约束。表面上看,这种约束可以起到保护市场主体、减小风险的作用,避免承受现货市场价格波动的风险。但是在一些情况下,可能会增加市场主体的风险,特别是对那些无法事前准确预测发电能力或用电量的市场主体。

我国中长期市场的改进建议

我国电力中长期市场存在上述问题的一个根源是,希望在同一类中长期合同中实现多方面的功能。由于不同功能的作用机理不同,会导致在合同的参数设计、配套机制设计中出现一些困难。解决的方式是:辨认我国电力市场下,希望中长期合同实现的不同目标,从而设计不同的交易或合同。基本原则包括可实施性、系统性、可接受性三个方面:一是尽量减小与现有机制的变化,方便实施;二是在进行相关机制设计时考虑系统性、长期性、动态性,即在进行相关机制设计时考虑机制之间的相互影响,考虑长期的影响,考虑市场主体的博弈特性;三是新机制实施前后,市场各方的利益没有太大变化,尽量尊重现有的各种边界条件,使市场主体容易接受。

以广东电力市场为例,可通过以下五个步骤对现有的中长期电力市场进行完善和改造。

第一,完善现货市场定价机制,还原现货市场价格反映供需变化、优化资源配置的作用。现货市场和中长期市场会相互影响:现货市场价格机制的不完善会影响中长期市场的价格,而中长期市场价格的不完善也会影响现货市场相关机制的制订。所以要完善中长期市场机制,首先要尽量完善现货市场的定价机制。

第二,建立政府授权合约的概念,理清政府授权合约需要实现的功能。这个工作不涉及市场规则的改变,主要是需要统一市场相关方面的认识,达成共识。市场完善的目标是帕累托改进,即每个市场主体不比改革前差。

第三,将现有的年度、月度中长期合约转变为政府授权合约。现有的年度、月度中长期合约虽然表面上看是市场化的合约,但由于在价格、数量方面都有诸多限制,本质上可以看为一种中长期合约。因此,可以直接将现有的年度、月度的中长期合约市场改造为政府授权合约市场,基于现有的中长期合同管制中对价格、数量的限制,结合政府授权合约希望实现的功能,设置各类市场主体的政府授权合约的相关参数,包括执行价、基准价、合约量等。可以将政府授权合约的义务按一定规则分配给不同类型的用户,同时政府或其代理机构作为兜底的购买方。在合约交易方式方面,现有的市场化交易方式可以认为是一种招标式的政府授权合约交易方式,在此基础上可以再增加一些直接分配等方式。总体上,尽量结合当前中长期交易的相关规则,基于政府授权合约的概念进行适当调整。

第四,增加和放开月、年等市场化合约交易。通过本文介绍的英国差价合约机制可以看到,可以将政府授权合约看作一个纯金融的合约,对各类市场主体的交易量限制条款的设计,应更多地考虑中长期合同的第二类功能,即解决市场不完善、外部性等目标。在此基础上,市场主体可以根据第一类功能,即对冲风险方面的需求,以及个体对市场价格变化的判断,签订数量合适的中长期合约。对这类中长期合约,政府、管制机构和市场运营机构,不必对其价格和交易量进行过于严格的限制。这类合同的交易方式可以采取目前交易中心已有的各种方法,例如,双边、撮合、挂牌、集中交易等,与现有交易的差别仅在于去除或减弱在价格和数量方面的约束。

第五,将现有的计划类合约,例如基数合约、优先发用电合约等,尽量变成标准化的、规范的政府授权合约。需要重点关注的是,合约量及曲线分解方式要在事前确定,尽量不要在事后确定,最好不在现货交易中修改。

结论

新型电力系统背景下,无论是电力系统本身、电力市场,还是面临的环境,都发生了结构性、颠覆性的变化,电力市场机制需要从多方面进行重构。近年来,中长期市场的建设和发展受到越来越多的关注,欧盟、英国等均在中长期市场的建设方面发布了多个用于讨论的文件或执行的规则。我国电力市场与国外电力市场的主要不同之处在于,我国试图用同一种中长期合同实现多方面的目标,这不仅造成中长期市场建设的困难,还导致了现货市场一些机制设计的困难。相关问题的解决,需要统筹考虑,提出系统的解决方案。基本的思路是按照混合电力市场的概念,区分起风险对冲作用的市场化中长期合同和实现多元政策目标的政府授权合约,将现有的年度和月度交易转变为政府授权合同交易,在此基础上放开市场化的中长期合同交易。这样,各种中长期合同各司其职,从风险控制、市场失灵管控、政府多元目标实现等不同角度促进电力市场的良性发展。

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