跨国跨洲电力交易机制研究

黄琨1,周原冰1,曲昊源2,管秀鹏1,高国伟2,陈孚1  

1全球能源互联网发展合作组织,北京市 西城区 100031;2.国网能源研究院有限公司,北京市 昌平区 102209

摘要

跨国跨洲电力交易机制是推动全球能源互联网发展,实现世界能源清洁低碳转型和经济社会可持续发展的重要途径。本文首先分析了跨国跨洲电力交易情况及交易机制现状,在此基础上,根据激励相容、市场规制以及深度博弈等理论,面对跨国跨洲电力互联互通的发展趋势,提出跨国跨洲电力交易机制设计目标与思路。重点针对邻国互联、跨多国远距离互联和区域一体化互联三种场景,创新探索设计相应的跨国跨洲电力交易机制,促进清洁能源大规模开发、远距离传输和大范围配置,为各参与国和市场主体带来价值收益,实现清洁可持续发展目标。

关键词 : 全球能源互联网;跨国跨洲;可再生能源;电力交易机制

0 引言

随着世界各国应对气候变化压力加大,推动能源转型,以清洁可再生能源替代化石能源受到广泛重视,全球可再生能源进入快速发展阶段[1]。构建全球能源互联网,推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求[2]是中国贡献给国际社会解决能源问题,加快能源转型的智慧和方案。全球能源互联网不仅需要跨国跨洲电力互联通道的建设[3],同时还需要建立与此相适应的跨国跨洲电力交易机制,作为大规模开发、大范围配置清洁能源的制度机制支撑。

当前,全球跨国跨洲电力交易主要呈现以下特点:(1)交易范围以洲内邻国间交易为主,远距离跨洲交易较少,且交易电量总体规模较小;(2)参与国家主要集中在市场及电力交易机制较为成熟的欧美地区;(3)交易对象主要是化石能源发电和一部分常规水电,风、光等可再生能源交易比例较低[1]

根据激励相容、市场规制等理论,设计跨国跨洲电力交易机制要以激励各国和市场主体参与交易为出发点,以高效公平的市场运转为保障,从而实现市场对资源的高效合理配置目标[4]

本文首先阐述了当前跨国电力交易基本情况,分析跨国跨洲电力交易面临的问题与挑战。根据激励相容、市场规制等理论,结合全球能源互联网背景下跨国跨洲电力交易发展趋势,提出跨国跨洲交易机制设计目标与思路。在此基础上,围绕不同互联场景下各参与国家和主体的价值需求,分类创新设计跨国跨洲电力交易机制,促进各国积极参与可再生能源的开发和跨国互联互通。

1 跨国电力交易及交易机制现状

1.1 跨国电力交易现状

现阶段全球跨国电力交易以洲内邻国间小范围平衡配置为主,交易量主要集中在欧洲和美洲区域,详见表1[1]。欧洲跨国电力交易中,2015年进口电量达4851 亿kWh,占世界进口总量的64.5%;北美洲呈增长趋势,2015年美国从加拿大进口电量683 亿kWh,以魁北克、曼尼托巴等省水电为主[8];中南美洲交易集中在巴西与巴拉圭之间,2015年巴西从巴拉圭进口电量411 亿kWh,全部来自于大型水力发电。其他区域跨国电力交易总量及所占比例与上述地区有明显差距。

表1 2015年全球各区域电力进口情况
Table 1 Information of world electricity imports in 2015

数据来源:IEA. Electricity information 2017。

1.2 跨国电力交易面临的挑战与机遇

1.2.1 现阶段遇到的问题

目前,与石油、天然气等其他主要能源跨国交易相比,电力跨国交易总体规模较小,在全球能源贸易体系中影响力较弱[9]

同时跨国电力交易市场成熟度及交易机制差异较大[10]。东亚、南亚成熟度较低,主要以长期双边合约交易为主[7],多边能源合作缺少;中南美洲以政府协调下的双边协商为主;北美洲成熟度较高,在开展电能双边交易的基础上,同时开展差价合约等衍生交易;欧洲成熟度最高,跨国电力交易机制较为完善,已实现日前市场联合,并开展跨国电力期货、电力期权、差价合约等多种类型金融衍生品交易[11]

此外,跨国电力交易缺乏完善的平衡机制、价格机制和风险防范机制。即使在欧洲,也存在着跨国输电通道投资动力不足、市场机制灵活度不够等问题,制约着高比例可再生能源大范围交易与消纳[12-13]

1.2.2 未来发展面临的挑战

跨国跨洲电力交易进一步向更多地区、更大范围发展,将面临多方面的挑战。

(1) 各国电力市场化程度差异较大,为跨国电力交易机制设计和市场融合带来障碍,跨国电力交易协调的复杂性和难度较高。

(2) 部分国家由于历史纠葛、民族宗教冲突及边界领土纷争等因素政治互信不足,大国博弈也为地区跨国电力合作带来不稳定因素。

(3) 受历史上石油危机影响,部分国家能源安全观较为保守,对大规模外来电力供应的安全性及可靠性存在顾虑。

(4) 部分经济欠发达地区,在没有制度或资金的扶持下,开发、消纳可再生能源,以及与碳交易等结合面临较大困难。

1.2.3 跨国电力交易的机遇

随着全球应对气候变化措施实施以及能源低碳转型,对清洁可再生能源需求不断提升。同时,由于可再生能源全球分布不均衡,可再生能源电力的大范围配置趋势,将推动跨国电力交易需求增长。

近年,各地区不断加快跨国电网互联进程,为跨国电力交易提供了物理基础。例如,为了大规模消纳可再生能源,欧盟不断加快跨国电网建设,欧洲输电运营商联盟提出到2020年所有成员国跨国输电容量至少占本国发电容量的10%,2030年这一比例要达到15%。北美洲、南美洲以及非洲也在积极推进区域内部国家之间的电网互联。

远距离、大容量输电、储能及智能电网等技术进步为电力大范围跨国交易配置提供了技术支撑。高电压、长距离、大容量的海底电缆技术,解决了跨海输电和联网问题。

2 跨国跨洲电力交易机制设计目标与思路

2.1 跨国跨洲电力交易发展趋势

全球环境与能源问题日益凸显,同时清洁可再生能源开发成本快速下降,促使可再生能源将持续迅猛发展,预计清洁可再生能源发电占总发电量比例将从2016年的24.3%提升至2050年的80%以上[14],跨国跨洲电力交易将呈现清洁电力为主导的发展趋势。随着特高压、柔性直流输电、智能电网等技术的广泛应用[15],在清洁能源全球配置需求的驱动下,跨国跨洲电力交易将从欧美向更多地区、更多国家扩展。交易形式和品种将呈现多元化发展、跨界融合的趋势。通过多元化、多类型的交易品种,融合大数据、“互联网+”等信息技术,为市场主体提供更高价值的产品和服务[16]

2.2 跨国跨洲电力交易机制设计目标

综上所述,在全球能源互联网背景下,跨国跨洲电力交易机制的设计应以大规模清洁能源开发、远距离传输和大范围配置为核心,保障电力供应安全,提高系统灵活性,满足不同市场主体利益诉求,适应不同区域市场和监管体制特点,促进多国、多主体利益协调与合作共赢,共同推动全球能源互联网发展。

2.3 跨国跨洲电力交易机制设计思路

在设计跨国跨洲电力交易机制时,运用电力市场理论明确基本交易类型、交易周期、交易品种和交易主体等内容[17]。同时,近十几年来,委托代理理论、拍卖理论等被广泛应用到电力市场机制设计中[18]。在此基础上,为推动全球能源互联网发展,本研究融合经济学、竞争战略、激励相容、博弈论等学科理论,借鉴欧美跨国电力交易经验,对跨国跨洲电力交易机制进行探索,设计思路详见图1。

图1 跨国跨洲电力交易机制设计思路
Fig. 1 The design concept of cross-border and cross-continent electricity trading mechanisms

在跨国跨洲电力交易机制设计中,首要是根据经济学理论,扩大电力市场规模、增加市场参与主体,提高市场活力,丰富电力交易品种,从而降低成本、提高收益,实现规模经济(economies of scale)和范围经济(economies of scope)效应[19]。根据激励相容(incentive compatibility)理论,交易机制设计要使市场主体自愿按照机制设计者所期望的策略采取行动,实现多方市场主体合作共赢[18]。依据竞争战略(competitive strategy)理论,在不同跨国互联情景下,通过不同的价值创造,为各市场主体提供价值收益,确保市场的吸引力[20]。市场建设中,利用博弈论(game theory)创造市场主体平等博弈环境,通过不断的竞争合作调整促进整个系统良性发展[21]。平台经济(Platform Economics)理论强调,在交易机制设计中应引入“互联网+”、云计算等信息技术,消除信息壁垒,去除中介代理,减少无效供给,针对个性化、多元化的需求增强电力交易的互动性,实现供需双方直接对接、市场资源要素的快速流动与高效整合[22]

3 跨国跨洲电力交易机制

根据上述设计思路,按照邻国互联、跨多国互联和区域一体化互联三种场景,充分考虑参与国家和主体面临的不同制约因素,以及不同的价值需求,针对性创新设计全球能源互联网跨国跨洲电力交易机制,详见表2所示。

表2 全球能源互联网跨国电力交易机制
Table 2 Cross-border electricity trading mechanisms for global energy interconnection

3.1 邻国互联交易机制设计

相邻国家电网通过边境输电线路相连是跨国电网互联中最基本和常见的场景,如图2所示。根据两国交易主体和电量输送方式不同,主要分为“点对网”和“网对网”互联。

图2 邻国互联示意图
Fig. 2 Sketch map of neighbouring country interconnection

3.1.1 “点对网”

在跨国输电线路建设时在送端国家建设配套电源或明确送出电源,满足受端国家电力供应需求。根据电力市场实际运行情况及激励相容理论,当送端可再生能源比例较低时,可与调节性较好的常规电源打捆形成稳定的交易电量送出,共同提高跨国输电通道利用率。当送端可再生能源比例较高时,出力波动性增强,为保障跨国输电的投资收益,需配套相应的补贴机制。

(1)可再生能源打捆交易:当两国间电力调度与电力市场协同程度较低时,采用“长期购电协议(power purchase agreement,PPA)+临时调节交易”机制。通过签订PPA约定打捆比例及各打捆电源价格,确保可再生能源以约定的价格出售给受端市场主体,使供需双方不受短期市场价格波动影响。该机制有利于保障可再生能源发电企业的收入,对于项目获得投资、贷款及其他政策性支持也具有积极作用。同时在两国间开展临时调节交易,充分利用通道剩余可用空间,发挥跨国互联的资源互补和调节互济积极作用,实现调节资源在两国间的共享。

当两国间电力调度与电力市场协同程度较高时,采用邻国主体统一集中交易机制,通过跨国电力交易平台进行投标,分别对电能及辅助服务进行出清,通过市场化方式实现资源优化配置,发现跨国跨洲电力交易价格信号,提高跨国电力交易的市场化程度。

(2)可再生能源直接交易:随着可再生能源的大规模开发,发电量逐渐提高,可直接参与跨国跨洲电力交易。当两国协同程度较低时,为确保市场主体的长期受益,采用“PPA+辅助服务”交易机制。PPA除约定可再生能源价格外,还可捆绑销售可再生能源绿色证书,使购电方满足可再生能源配额要求。跨国互联使两国共享辅助服务资源,辅助服务供应商通过跨国联网线路提供备用与调频服务,获得补助服务补偿。

当受端国家电力市场向送端国家可再生能源企业开放时,可再生能源企业直接参与受端国家市场进行报价,并通过差价合约方式予以补贴,提升其价格竞争力。除参与受端国家的电能市场外,在技术成熟条件下,可再生能源企业可参与受端国家的辅助服务市场,通过提供系统服务获得收益。

3.1.2 “网对网”

送受端电网互相连接形成两国互联电网,送端电网通过汇聚网内电源外送电能,没有固定的送出电源。此时根据电力市场经济学理论应充分发挥规模经济效益,扩大市场范围,促进市场主体有效竞争,提高市场活力。

当两国电力市场化程度较低时,两国电网公司代理双方市场主体进行协商,内容包括但不限于送受电规模、曲线及交易价格等。在此基础上,双方电力调度机构可根据系统运行情况开展临时调节交易,当一国系统调节资源不足时,可向另一国申请支援,临时调整跨国输电线路的出力水平,满足两国系统运行要求。当两国电力市场化程度较高时,采用统一集中交易机制,由两国市场主体共同竞价,根据通道的传输能力进行出清。采用以容量电价为主的两部制电价锁定部分固定收益,吸引对输电线路项目的投资。

3.2 跨多国远距离互联交易机制设计

清洁能源的远距离大范围配置对跨多国远距离电力交易机制设计提出了新需求,与邻国互联场景不同,跨多国远距离互联输电通道需要经过一个或多个过境国。在交易机制设计时运用竞争战略理论重点解决多国利益分配问题,满足过境国“无落点”和“有落点”两种不同情景下市场主体价值收益需求,促进多国共同协作与合作。

3.2.1 过境国“无落点”

跨国输电线路仅穿越过境国,与过境国电网无电力连接,如图3所示。此时过境国不参与跨国跨洲电力交易,送受端两国电力交易机制可参照邻国互联场景。过境国在土地征用、线路建设、运营维护等方面均为跨国电能输送做出贡献,在获得成本补偿的基础上,根据其市场价值采用固定分成和成立合资公司两种机制,以“过境费”的形式分享跨国跨洲电力交易收益[23]

图3 过境国“无落点”示意图
Fig. 3 Sketch map of the scenario of no grid connection for transit country

固定分成是指约定对年输电效益的一定比例进行分成,向过境国政府缴纳固定比例或固定金额的分红、税金等。具体的税率或分成比例在项目启动前由输电线路所有者和过境国政府通过谈判方式约定。向过境国承诺相对稳定的收益,有利于项目启动和推动项目谈判。

当过境国积极参与跨国输电线路建设,愿意参与投资并承担风险时,由过境国电网公司与送受端国家共同投资成立跨国输电公司,负责过境线路的建设与运维。过境国政府收取跨国输电公司的企业经营税,同时过境国电网公司作为股东获得项目分红。与固定分成相比,这种机制更为灵活,有利于实现过境国与送受端国家的利益共享与风险共担。

3.2.2 过境国“有落点”

跨国输电线路与过境国有电气连接,与当地电网相连,如图4所示。此时过境国可以仅作为输电服务提供者,不参与跨国跨洲电力交易,通过收取过境费、提供无功补偿、调频等辅助服务获取收益。也可以作为跨国跨洲电力交易的“中介”,将交易分解为送端国家至过境国和过境国至受端国家两部分交易,通过接力方式完成跨国电力的交易与传输。该机制将跨多国远距离电力交易的复杂问题拆分成多个邻国交易的基本模型,各国间交易机制可参考邻国互联场景,具有较强的实操性,可以有效促进各大洲互联。

图4 过境国“有落点”示意图
Fig. 4 Sketch map of the scenario of grid connection for transit country

同时可以通过配套使用“配额制”和“联合平衡”等创新服务机制,促进发达国家积极参与跨国跨洲电力交易,带动欠发达地区就业增长和经济发展。配额制指给发达国家分配欠发达地区清洁电力指标,根据指标额度购买欠发达地区送出的清洁电力,支持清洁电力开发与传输。联合平衡机制指发达国家可将距离较近的欠发达地区纳入该国平衡市场,通过辅助服务提高电力系统的灵活性,同时使欠发达地区获得系统调节服务收益。

3.3 区域一体化互联交易机制创新

当地区国家形成区域一体化市场时,为满足全球能源互联网对于跨国跨洲电力交易的要求,将电能实物交易机制优化、多类型衍生品与“互联网+”创新交易协同融合纳入一体化市场中,吸引多元市场主体,挖掘提供多元化交易和服务价值,提高市场活力,实现各类交易品种和市场主体之间的协同价值,如图5所示。

3.3.1 电能实物交易机制优化

(1)扩大市场范围。运用经济学理论扩大日前、日内与实时平衡市场联合范围,使不同地区发电资源互补,降低可再生能源波动性,同时可减少各控制区内调节电量的调用,提高电力系统运行的经济性,实现规模经济和范围经济效应,推动整个系统良性发展。

图5 区域一体化互联交易机制创新
Fig. 5 Trading mechanism innovation in the scenario of regional integration interconnection

(2)缩短交易周期。由于可再生能源出力预测精度随着交易时间的临近逐渐提高,开展更为短期的现货交易,使交易电量尽可能贴近实际发电量,可减少系统实时平衡与阻塞管理的压力,实现资源高效优化配置。

(3)精确价格信号。价格信号是市场交易机制的核心,采用节点电价体现不同区域间电力交易流向与阻塞成本,精确考虑局部地区输电能力及电网运行情况,引导合理投资,提高输电通道利用率。

(4)优化输电容量分配。为有效应对波动性可再生能源大规模接入对跨国输电带来的阻塞等挑战,构建长期金融输电权体系,优化跨国输电容量分配机制,避免跨国输电通道容量浪费,实现跨国输电通道的高效合理分配。

(5)强化辅助服务。为满足可再生能源对于系统辅助服务的需求,扩大辅助服务市场范围,充分利用电力生产与消费跨地区、跨时区互补性,减少独立电力系统对于备用容量和调频资源的需求。鼓励虚拟电厂、储能商、电动汽车等新生市场主体参与交易,丰富电力系统运行调节手段,激发市场活力。同时不断丰富交易品种类型,引入爬坡类产品、系统惯性、灵活调节服务等提高系统灵活性[24]

3.3.2 引入多类型衍生品交易

(1)远期容量交易。远期容量市场是应对可再生能源高比例接入给系统可靠性带来挑战的主要市场化途径,通过双边交易、集中竞价交易拍卖未来三至五年的发电容量证书,统筹各国发电资源,利用市场化价格信号引导并激励发电投资。

(2)金融衍生品交易。不仅包括电力期货、电力期权、差价合约等常见品种,同时引入绿色电力期货、价格封顶/封底期货等创新品种,提高电力金融市场活跃度,更好地促进跨国跨洲电力交易。

(3)碳排放权交易。在全球能源互联网情景下,碳金融交易服务开展碳排放权及碳即期等配额类交易品种和碳远期、碳期货、碳期权等金融衍生类交易品种;碳市场信息化服务开展资讯类服务、管理类服务、资源对接服务类等交易品种。通过碳排放权交易激励电力行业中传统能源清洁化技术升级,促进能源结构化转型。

(4)绿色证书交易。在各国现有绿色证书交易制度基础上,建立全球绿色电力认证体系,采用双边协商交易、持续挂牌交易等方式交易绿色电力供应商所持有的绿色证书。市场主体可将跨国跨洲电能交易和绿色证书交易有机结合,协同优化交易策略,实现收益最大化。

3.3.3 基于“互联网+”的创新交易模式

(1)云电能。依据平台经济理论,借鉴互联网淘宝和滴滴模式,搭建电能交易“云平台”,应用“互联网+”、云计算等新兴技术,提供更加精准的产品和服务,让市场主体直接参与到市场选择与交易过程中。

(2)电能银行。将具备电能存储功能与具有储能需求的市场主体大范围互联,形成电能银行系统。将输电网络中过剩电能传输到距离最近、效率最高的储能系统中;再依靠实时用电需求完成电能与需求匹配交易,将电能从银行中取出。

(3)电能社群。随着社交网络的迅猛发展,电能社群可促进区域一体化互联的进一步开放与融合。社群用户可在社群中发布产品、投资意向等信息;用户可以自发组织形成交流群,共同对提供的各类信息进行分析和协商,达成交易协定或合作协议。

(4)大数据增值服务。跨国跨洲电力交易将产生海量数据,应用大数据及云计算将市场主体交易行为数据化,通过数据整合分析为市场主体提供数据驱动的创新服务。同时还可提供基于数据基础的各类咨询、投融资、综合解决方案等服务,实现对海量数据深度价值的挖掘与实现。

4 结论

跨国跨洲电力交易是构建全球能源互联网、实现世界能源清洁低碳转型和经济社会可持续发展的重要支撑,本文在分析现阶段跨国电力交易特点基础上,根据发展趋势,明确设计目标,提出设计思路,针对性创新设计跨国跨洲电力交易机制。在邻国互联场景中,重点采用长期购电协议及相关辅助服务机制;在跨多国远距离场景中,重点明确过境国参与交易的收益方式;在区域一体化互联场景中,重点通过协同融合电能实物交易,电力金融衍生品和“互联网+”的创新交易,为各参与国和市场主体创造价值,促进多国、多主体利益协调和合作共赢,实现大规模清洁能源开发、远距离传输和大范围配置,共同推动全球能源互联网发展。

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The Study on Cross-Border and Cross-Continent Electricity Trading Mechanisms

HUANG Kun1, ZHOU Yuan-bing1, QU Hao-yuan2, GUAN Xiu-peng1, GAO Guo-wei2, CHEN Fu1
(1. Globle Energy Interconnection Development and Cooperation Organization, Xicheng District, Beijing 100031, China;2. State Grid Energy Research Institute Co., Ltd., Changping District, Beijing 102209, China)

Abstract: Cross-border and cross-continent electricity trading is one of the most important factors to realize clean energy transmission and utilization in the global energy interconnection.This paper first analyzes the present development of the crossborder and cross-continent electricity trading mechanisms.The prospects and the innovative cross-border and crosscontinent electricity trading mechanisms are then presented and explored, based on three different interconnection scenarios:the neighbouring country interconnection, multi-country interconnection and regional integration interconnection. By taking these mechanisms, the clean energy can be accessed through the large-scale development, long-distance transmission and wide-range configuration. This will play a critical role in creating win-win benefits for all participating countries and market players, and promoting the development of the global energy interconnection.

Keywords: global energy interconnection; cross-border and cross-continent; renewable energy; electricity trading mechanism


作者简介:

黄琨

黄琨(1977),女,高级经济师,主要研究方向为能源政策、电力市场、跨国电力交易、电力监管等。E-mail:kun-huang@geidco.org。

周原冰(1971),男,高级工程师,主要研究方向为能源电力战略与规划、能源政策、电力市场交易、新能源开发、电网前沿技术等。

曲昊源(1990),女,工程师,主要研究方向为电力市场、电力体制改革等。

(责任编辑 张鹏)

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    图1