中國儲能網訊：2024年3月，意大利電力市場的自動頻率恢復備用(automatic Frequency Restoration Reserve,aFRR)出現了電價飆升的情況（向下調頻價格達-9000歐元/兆瓦時），引起了廣泛關注。3月15日，意大利能源監(jiān)管機構決定讓意大利國家電網公司（Terna S.p.A）暫停參與畢加索平臺，即歐洲統(tǒng)一的自動頻率恢復和穩(wěn)定運行平臺（The Platform for the International Coordination of Automated Frequency Restoration and Stable System Operation，PICASSO），以應對不平衡價格形成的異常情況。這一問題引起了歐洲各輸電網運營商（Transmission System Operator，TSO）的廣泛討論，歐洲能源監(jiān)管合作機構（European Union Agency for the Cooperation of Energy Regulators，ACER）于7月5日發(fā)布了《平衡能量（Balancing Energy）和用于平衡能量交換及不平衡凈額（Imbalance Netting，IN）處理的跨區(qū)容量（cross-zonal capacity，CZP）定價方法導則》（簡稱為《平衡定價導則》）；8月5日，PICASSO平臺發(fā)布了根據《平衡定價導則》更新的用于平衡能量價格計算的方法。
PICASSO平臺aFRR價格飆升的一個基礎原因是可再生能源的增多導致調節(jié)、平衡需求的增多。但很多市場參與者認為市場競爭不充分、價格機制不夠優(yōu)化等也是價格飆升的重要原因：目前，參與平臺的TSO尚不夠多、競爭不夠充分，需要對價格上下限的設置及價格機制進行優(yōu)化。
在我國，隨著可再生能源發(fā)電比例的逐漸升高，新型電力系統(tǒng)平衡相關問題成為有待解決的關鍵挑戰(zhàn)之一，包括如何保持平衡；如何控制平衡的成本；如何將平衡成本在市場主體之間進行合理分攤，以激勵市場主體主動平衡和提供平衡服務等。
全國統(tǒng)一電力市場的建設有助于擴大平衡的范圍，提高資源配置的效率，但是如果相關交易和定價機制不合理也可能造成一些不可接受的后果，例如過高的平衡成本。
歐洲的統(tǒng)一電力市場建設已進行多年，近幾年進展迅速，在實現統(tǒng)一的日前市場和日內市場的基礎上，近期重點推進統(tǒng)一平衡市場的建設。不同于日前和日內市場，統(tǒng)一平衡市場是強制的集中市場，即如果某個TSO參與了歐洲的統(tǒng)一平衡市場，則該TSO所有的平衡服務都需要在統(tǒng)一平臺進行交易、調度和結算。而對日前市場和日內市場來說，統(tǒng)一市場是可選的：市場主體可以選擇參與統(tǒng)一日前和日內市場，也可以在市場外通過雙邊協(xié)商等形式達成交易，只要在規(guī)定的時間內將相關交易結果提交系統(tǒng)運行機構即可。對強制的集中市場，制定科學、合理的定價機制可以引導市場主體根據其真實的成本和效益報價，從而引導最優(yōu)的交易方案，增加社會福利。我國各地區(qū)的電力現貨市場大多采用集中式市場模式，歐洲統(tǒng)一平衡市場建設的經驗，特別是關于平衡能量定價的相關討論，對我國電力市場建設有很好的借鑒意義。
不同電力市場中的調節(jié)服務定義與分類
電力系統(tǒng)必須保證在每個時刻（至少精確到秒）、每個位置（即電網中的節(jié)點）上電力的供給（即發(fā)電量）和需求（即用電量）相等。因此，每個時刻、每個位置上的電能都可以認為是不同的電力產品。
但在實際電力市場的組織中，為了簡化交易、減小交易成本、增加流動性，并不會將每個精確的時刻和位置上的電能分別設計為一種產品，而是首先按較大的時間顆粒度（如一個小時或半個小時）和空間顆粒度（如一個省、一個報價區(qū)）設計一些標準化的產品，然后再設計一些可以在更細的時間顆粒度上進行功率調節(jié)的產品。電力市場中，前者一般稱為電能量產品，而后者一般稱為調節(jié)產品或調節(jié)服務。即使是顆粒度較粗的電力需求，一般也無法在電力交割前精確確定，但為了規(guī)避風險，一般需要提前進行交易。因此，提前進行的交易無法保證與實際的發(fā)電、用電一致，實際運行時需要對不一致的情況進行調整。電力市場中，為了功率的實時平衡提供的服務也常被稱為調節(jié)服務。
在不同國家和市場中，對調節(jié)服務可能有不同的定義。在以歐洲為代表的分散式電力市場中，調節(jié)服務主要對應平衡服務，具體包括頻率維持（Frequency Containment Reserves，FCR）、頻率恢復（Frequency Restoration Reserves，FRR）和替代備用（Replacement Reserves，RR），其中FRR又分為人工激活的mFRR和自動激活的aFRR；而在以PJM為代表的集中式電力市場中，調節(jié)服務主要對應調頻服務和備用，而備用又分為同步備用和非同步備用。可以認為，調節(jié)服務解決的是電力現貨市場中電能量產品出清后到實際運行前的實際電力需求與出清的電力供給之間的有功功率不平衡的問題。簡單地說，就是為保證、促進電力的時空平衡而提供的服務。調節(jié)服務解決的問題有兩種類型：電力供需在時間上的平衡及空間上的平衡。其中，時間上的平衡服務與調頻服務、備用服務的概念有重疊，而空間上的平衡可以認為是一種幫助系統(tǒng)運行機構進行阻塞管理、解決阻塞問題的服務。本文討論的即為歐洲統(tǒng)一市場進行標準平衡服務交易的PICASSO平臺中aFRR服務的定價機制。
另外，調節(jié)服務按調節(jié)方向可以分為向上調節(jié)（當系統(tǒng)頻率低于額定頻率時，調度某些發(fā)電機組增加出力或調度某些負荷減少用電，從而使頻率上升至額定頻率）和向下調節(jié)（當系統(tǒng)頻率高于額定頻率時，調度某些發(fā)電機組減少出力或調度某些負荷增加用電，從而使頻率下降至額定頻率），通常兩種調節(jié)服務分別進行交易。
畢加索平臺簡介
根據歐盟2017年11月23日發(fā)布的關于電力平衡的法規(guī)(EU)2017/2195《電力平衡導則》的第21條，需要建立統(tǒng)一的aFRR激活（active）平臺。ACER于2020年1月24日批準了全體TSO關于畢加索平臺實施框架的提案，根據法律規(guī)定，實施該平臺的法律截止日期為30個月后，即2022年7月24日。
畢加索平臺實際于2022年6月1日成功投入運行，比法律規(guī)定的截止日期提前了近兩個月。畢加索平臺的投運意味著在歐洲范圍內實現了國家級aFRR市場的耦合。
具體來說，畢加索平臺從以下方面實現了aFRR交易在歐洲層面的耦合：定義標準的aFRR產品，包括響應時間、持續(xù)時間等；定義一致的aFRR投標的關閘時間；建立一個包括所有TSO投標的統(tǒng)一報價表；采用集中、統(tǒng)一的aFRR激活程序；基于優(yōu)先次序或價格優(yōu)先的原則進行激活（向上調節(jié)的報價為正，向下調節(jié)的報價為負；向上調節(jié)從低到高順次調用，向下調節(jié)從高到低順次調用，調用中考慮區(qū)間可用容量約束），采用協(xié)調一致的平衡能量定價機制。
電力市場中典型的考慮電網約束的定價機制
電力市場中，無論對電能量產品還是有功調節(jié)服務，定價機制都是交易機制設計的核心，需要關注的一個問題是在定價中如何考慮電網分區(qū)和阻塞的影響。這里對電力市場中典型的考慮電網約束的定價機制進行介紹，以便更好地對畢加索平臺的平衡能量定價機制進行理解。
在集中組織的市場中，定價機制包括對產品供給者的定價機制和對產品需求者的定價機制。本文主要討論對供給者的定價機制。另外，如前文所述，調節(jié)服務包括上調服務和下調服務，為簡化分析，無特別說明時，均指上調服務。
按報價結算（Pay as Bid，PAB）。這種機制下，對所有投標（這里的投標指市場主體為了提供相關服務而申報的數據，包括價格和數量），按其報價進行結算。這種機制實施起來最簡單，不需要進行統(tǒng)一出清價的計算。可能出現的問題包括，無法激勵市場主體按真實成本報價，無法形成清晰的市場價格信號等。
考慮潮流（FLow-based）的節(jié)點邊際定價（Nodal Marginal Pricing，NMP）機制（簡稱FNMP機制）。這種機制下，市場出清中考慮完整的電網約束，考慮電力潮流的實際分布，根據每個節(jié)點的邊際成本（即增加單位負荷導致的系統(tǒng)總成本的增加值）來確定該節(jié)點的統(tǒng)一出清價，作為在該節(jié)點接入的所有供給者的統(tǒng)一結算價。以PJM為代表的集中式電力市場中，大多采用這種定價機制。
考慮潮流（FLow-based）的分區(qū)邊際定價（Zonal Marginal Pricing，ZMP）機制（簡稱FZMP機制）。這種機制下，市場出清中同樣考慮完整的電網約束，考慮電力潮流的實際分布。與FNMP機制不同的是，將物理的節(jié)點分為若干區(qū)域，對每個區(qū)域按照邊際成本的方法確定一個統(tǒng)一的出清價。根據機制設計理論的“參與約束”或“理性約束”，即要求市場主體參與市場比不參與好，對于上調服務投標，市場出清價應不低于報價。
考慮協(xié)調的區(qū)間凈傳輸容量（Coordinated net transmission capacity，CNTC) 的分區(qū)定價機制（簡稱cZMP機制）。這種機制下，首先將所有節(jié)點分為若干區(qū)域，市場出清僅考慮區(qū)域間的可用凈傳輸容量（Cross-Border Capacity，CBC）約束，每個區(qū)域確定一個統(tǒng)一的邊際價格（Cross Border Marginal Price，CBMP），作為區(qū)域內所有中標的投標結算價。CBC提前計算，即根據上一個市場或交易過程后電網的占用情況計算，不同區(qū)域邊界上的可用凈傳輸容量相互獨立。不同區(qū)域邊界上的可用凈傳輸容量“獨立”的特性與實際物理規(guī)律不符，但通過減少可用容量可以促使這個條件成立。
目前，畢加索平臺采用的是第四種定價方式，即cZMP機制。需要指出的是，目前畢加索平臺的出清和定價模塊中，具有考慮物理潮流約束的設計，但目前基于潮流的約束僅用于監(jiān)測用途，并未真正用于出清和定價。
對于后三種定價方式，都需要計算某種邊際價格。而對邊際價格的計算，又有以下五種不同的方式。
一是按微增的方向——左邊際定價方法和右邊際定價方法。如前文所述，邊際價格是增加單位負荷導致的總成本的增加量。計算邊際價格時，負荷增量可以是正的，也可以是負的，分別對應微積分中左導數和右導數的概念。如果取左導數的概念，邊際價格接受的就是最后一個投標報價（對上調服務是最高價格，對下調服務是最低價格）；如果取右導數的概念，接受的就是下一個投標報價。
二是出清和實際調用。電力市場中，由于電網的物理約束、控制系統(tǒng)特性等因素，實際調用的量和市場出清的量不完全一樣。因此，有兩種定價方法：一種是按市場出清的量定價，另一種是按實際調用的量定價。這兩種定價方法也被稱為事前定價方法和事后定價方法。
三是區(qū)內和區(qū)外。這種方式主要對基于區(qū)間凈傳輸容量的定價方法，即cZMP。對某個區(qū)域，如果為了滿足其需求，根據優(yōu)先次序的原則，調用了其他區(qū)域的投標，該區(qū)域的定價至少有兩種選擇：一是按本區(qū)的最后一個中標的投標報價定價，二是按所在的無阻塞區(qū)域的最后中標的投標報價定價。
四是按調用的原因——統(tǒng)一或分類。對于有功平衡服務，調用的原因可能有多個方面，最主要的就是有功功率平衡和阻塞管理。在定價時，可以對所有的中標投標按統(tǒng)一價格進行結算，也可以對不同功能、基于不同原因調用的投標分別定價。
五是按調用的方向——雙價格或單一價格。在同一個區(qū)域，如果同時調用了上調服務和下調服務，可以對上調服務和下調服務分別定價，也可以對上調服務和下調服務采用相同的價格。
歐洲統(tǒng)一電力市場的平衡能量定價機制
這里對ACER在2024年7月5日發(fā)布的《平衡定價導則》的基本原則進行簡單介紹，這是畢加索平臺2024年8月5日發(fā)布的aFRR平衡能量定價機制的基礎。
一是基于邊際定價方式。ACER組織相關TSO對定價機制進行了討論，大多數TSO認為，按邊際出清價格定價的方式比按報價定價的模式對提高市場效率更有效。因此，原則上平衡能量應采用基于邊際價格的定價方式。
二是設置技術價格上限。根據《平衡定價導則》，平衡能量不應設置絕對的價格上限。但考慮到電力市場競爭不充分等原因，設置技術價格上限可以根據市場的運行情況動態(tài)進行修改（一定時間內連續(xù)兩次滿足《平衡定價導則》中規(guī)定的三個激發(fā)條件之一，例如市場出清價高于當前最高技術上限價格的一定比例，如70%時）。這個條款是《平衡定價導則》中新增加的內容。
三是對無阻塞區(qū)采用統(tǒng)一定價的方式。如果多個aFRR分區(qū)屬于同一個無阻塞區(qū)域，則這個無阻塞區(qū)域內的多個aFRR分區(qū)采用統(tǒng)一的出清價，即整個無阻塞區(qū)域最后一個中標的投標報價。
四是盡量采用左邊際的方法。只要定價區(qū)域內有中標的投標，就采用左邊際的方法，只有在整個區(qū)域內沒有中標的投標時，才會采用右邊際的方法，原因是可以在一定程度上降低電價。
五是采用出清和調用結合的方法。定價可以按市場出清的量定價（稱為價格1），或者按實際調用的量定價（稱為價格2）。根據《平衡定價導則》，應采用兩者中的小者定價。如果無阻塞區(qū)包括多個aFRR區(qū)域，整個區(qū)域的CBMP取每個區(qū)域的價格1和價格2中小者的最大值。這種定價機制下，可能造成最終的市場出清價不滿足機制設計中的“參與約束”，這時候就需要對價格進行調整，以保證最終價格滿足“參與約束”。這個規(guī)則也是《平衡定價導則》新增加的內容。
六是同一個區(qū)域中起不同作用的所有中標的投標采用統(tǒng)一的價格。也就是說，對市場出清的、選中的投標，只要在優(yōu)先次序的投標表里，無論是為了解決什么問題，都采用統(tǒng)一的定價機制。
七是上調和下調采用單一價格。也就是說，在同一個區(qū)域、同一個交易時段內，只有一個市場出清價，上調服務和下調服務均采用相同的價格。
畢加索平臺的aFRR定價機制
畢加索平臺中，aFRR的定價完全滿足《平衡定價導則》的要求，此外，還有以下特殊的性質。
aFRR服務每4秒鐘為一個周期，因此，每4秒每個區(qū)域有一個價格CBMP。
同一區(qū)域不允許同時調用兩個方向的投標。如前文所述，aFRR服務包括上調服務和下調服務，畢加索平臺目前不允許在一個區(qū)域中同時調用上調服務和下調服務。實際上，有些情況下，同時調用上調服務和下調服務可能對整個市場效率是有益的。例如，某個上調服務的報價為30歐元/兆瓦時，某個下調服務的報價為80歐元/兆瓦時，如果同時調用這兩個服務，系統(tǒng)總成本可以降低50歐元/兆瓦時。但允許同時調用兩個方向的投標，會導致相關機制更加復雜。
如果凈額處理下出現反直覺價格，應調整相關區(qū)域價格以消除反直覺問題。凈額處理是指，如果一個地區(qū)具有下調的需求，另外一個地區(qū)具有上調的需求，則兩個需求可以直接對沖。反直覺價格是指，aFRR交易中，潮流從價格高的地區(qū)流向價格低的地區(qū)。例如，A、B兩個區(qū)域都有100兆瓦的上調需求，之間的傳輸極限是50兆瓦，A的上調報價為30歐元/兆瓦時，容量為50兆瓦；B的上調報價為50歐元/兆瓦時，容量為200兆瓦。市場出清的結果為A區(qū)的aFRR中標50兆瓦，B區(qū)的aFRR中標150兆瓦，輸電容量被用完，兩個區(qū)域之間發(fā)生了阻塞。按照前述的定價原則，A區(qū)的出清價為30歐元/兆瓦時，B區(qū)的出清價為50歐元/兆瓦時。由于aFRR交易結果為從B區(qū)流向A區(qū)，即從高價區(qū)流向低價區(qū)，因此出現了反直覺現象。根據畢加索平臺的規(guī)則，這種情況下將調整A區(qū)的價格，改為50歐元/兆瓦時，以避免出現反直覺現象。但這種方法會導致市場出清價格的升高。
通過優(yōu)化形成每個區(qū)域的最終價格。對每個區(qū)域首先根據前述原則確定一個目標價格，然后設置多個優(yōu)化目標及各目標的權重，通過優(yōu)化程序確定每個區(qū)域最終的價格。優(yōu)化目標有多個，包括：目標值偏差最小，即每個區(qū)域的最終價格與目標價格的差最?。黄钭钚?，即不同區(qū)域之間的價格差最小。以上兩個目標中，第一個目標的權重遠遠大于第二個目標；但第二個目標可能會導致一些地區(qū)價格升高。
討論及啟示
歐洲平衡市場的定價機制引起了很多爭議，最近也進行了一些討論和修改，這些爭議、討論和修改，對我國電力市場建設有很多方面的啟示作用。
一是電力市場交易機制設計中，定價機制一方面常常是多解的，另一方面對市場主體的報價策略會有很大影響，因此，定價機制是交易機制設計的一個核心內容，也是經常有爭議的一個內容。
二是定價機制的選擇有多個方面，包括按報價結算/按統(tǒng)一出清價結算、節(jié)點定價/分區(qū)定價、基于實際潮流/基于跨區(qū)凈輸電容量等，每種定價機制各有優(yōu)缺點和適用條件。不考慮策略性報價，從市場結算價格的角度，以下選擇可能導致價格升高（這里指對上調服務）：分區(qū)定價、基于跨區(qū)凈輸電容量、右邊際、市場出清量定價、區(qū)外定價和多功能統(tǒng)一定價。但由于不同的定價機制會影響市場主體的報價策略，考慮市場博弈的情況，以上選擇對市場價格的影響需要結合市場實際情況進行定量評估。
三是2024年3月意大利出現的平衡能量價格升高的問題，可能有多方面的原因。在2024年8月5日畢加索平臺發(fā)布的最新定價方法中，將定價方法從基于市場出清的方法改為基于實際調用的方法，并增加了技術價格極限方面的約束，在一定程度上會緩解價格升高，但導致價格升高的因素并未完全解決。從市場效率及可持續(xù)發(fā)展的角度看，需要結合市場目標等因素綜合考慮。
四是電力市場中影響調節(jié)服務價格的因素，除了以上定價機制，還有一些其他的因素，例如市場力、需求的設定等。因此，可以通過以下方式降低電價：加強競爭、減少市場力，包括增加市場供給者的類型和數量，簽訂長期合同等；合理設定各類調節(jié)服務的需求，避免因需求設定過大而提高市場價格；更精細化計算、考慮電網約束，避免由于建模和計算原因減小區(qū)域間可用傳輸容量而提高電價。
五是我國電力市場普遍采用集中式、全電量的市場模式，與歐洲的分散式、增量出清的模式不同。但是，在定價機制的選擇上，歐洲電力市場很多成功的經驗和失敗的教訓對我國電力市場設計都具有借鑒意義。在基于實際物理潮流、考慮較詳細的電網約束、采用機組組合的集中式電力市場模式下，市場定價和結算機制也可以有多種選擇。
六是市場定價機制的選擇，常常取決于市場的具體結構和市場目標，沒有適合所有情況的最佳定價機制。定價需要滿足一些基本的要求，其中一個重要的要求是參與約束，即市場主體參與市場不會比不參與差。這個要求對應到平衡服務的定價機制就是：對上調服務，價格不低于報價；對下調服務，價格不高于報價。如果在某個定價模型下得到的初始價格不滿足該約束，則需要通過調整價格等方式保證該約束的滿足。集中式電力市場中設置的對一些機組的全成本補償機制，即是為了滿足這方面的約束。
