寇 巖，劉宇明，郭 亮

（山東電力交易中心有限公司，山東 濟南 250021）

0 引言

2021 年2 月14 日—17 日，美國得克薩斯州（以下簡稱得州）遭遇了極端嚴寒天氣，地區(qū)氣溫最低降至-22 ℃，用電負荷迅速增長。2021 年2 月15 日起，大量發(fā)電設(shè)施停運，用戶大范圍輪流停電，電力市場價格飆升。事件引起了社會的廣泛關(guān)注和國內(nèi)外專家的激烈探討，討論的焦點主要集中在事件產(chǎn)生的原因和電力市場設(shè)計的合理性。

自2015 年《關(guān)于進一步深化電力體制改革的若干意見》（中發(fā)〔2015〕9 號）發(fā)布以來，山東電力市場快速發(fā)展，建立了較為完善的中長期交易市場體系。作為首批現(xiàn)貨市場建設(shè)試點單位，山東于2018 年啟動電力現(xiàn)貨市場建設(shè)，2020 年11 月完成了現(xiàn)貨市場整月結(jié)算試運行，初步建立了“中長期市場+現(xiàn)貨市場+零售市場”的市場體系，但隨著市場規(guī)模的不斷擴大和市場環(huán)境的發(fā)展變化，山東電力市場在市場機制、風(fēng)險防范、應(yīng)急機制等諸多方面，都需要借鑒其他市場的經(jīng)驗、吸取教訓(xùn)，進一步完善。

通過深入分析得州“2.15 停電”事件的原因，結(jié)合山東電力資源稟賦和電力市場發(fā)展的實際，總結(jié)對山東電力市場建設(shè)的啟示。

1 得州“2.15停電”事件基本情況

1.1 事件主要經(jīng)過

當?shù)貢r間2021 年2 月14 日起，得州出現(xiàn)罕見的極端嚴寒天氣，負荷創(chuàng)出冬季新高，得州電力可靠性委員（Electric Reliability Council of Texas，ERCOT）通過調(diào)度系統(tǒng)監(jiān)測到輔助服務(wù)不足，出現(xiàn)了容量短缺和輸電中斷情況。2月15日，系統(tǒng)備用不斷降低，ERCOT依次發(fā)布了一級、二級、三級能源緊急警報（Energy Emergency Alert，EEA），開始啟動輪流停電。截至2月17日，共計2 750萬kW的火電機組和1 700 萬kW 的可再生能源裝機無法并網(wǎng)發(fā)電，分別占總裝機的26.1%和16.8%，供電缺口最大約2 900 萬kW，超過450 萬用戶遭遇停電。隨著氣溫逐漸回升，發(fā)電能力逐步恢復(fù)，2 月19 日上午，電網(wǎng)基本恢復(fù)正常運行［1-4］。

1.2 電力市場運行情況

在整個得州“2.15 停電”事件過程中，電力市場運行情況簡要概括為以下4點。

1）市場持續(xù)運行，并未出現(xiàn)市場中斷。

2）供應(yīng)緊張導(dǎo)致現(xiàn)貨市場價格飆升，達到9 000美元/MWh的市場限價。

3）發(fā)生了與規(guī)則設(shè)計初衷不同的異常情況。一是人為切負荷導(dǎo)致供需變化，得州公用事業(yè)委員會（Public Utility Commission Of Texas，PUCT）發(fā)布緊急行政命令要求ERCOT 將切負荷量累加到實際負荷中，更好地釋放稀缺定價信號，避免了電力供應(yīng)情況的進一步惡化；二是交易規(guī)則中存在發(fā)電高峰時段累計凈利潤限制，當燃料價格飆升導(dǎo)致低報價上限（Low Cap，LCAP）異常超越高報價上限（High Cap，HCAP），PUCT要求暫停使用LCAP，繼續(xù)將9 000美元/MWh的HCAP。實際運行中，ERCOT 在2 月17 日發(fā)電高峰時段累計凈利潤超過了規(guī)則設(shè)定的閾值［5］。

4）由于本次事件采取了輪流限電，而非用戶主動削減負荷，使得需求響應(yīng)難以達到理想效果。

2 得州電力系統(tǒng)和電力市場基本情況

2.1 得州電力系統(tǒng)基本情況

得州位于美國南部，基本上屬于溫帶氣候，南部部分地區(qū)為亞熱帶氣候。得州電力系統(tǒng)主要為ERCOT 調(diào)度區(qū)，覆蓋得州75%的地域面積和90%的負荷。得州頁巖氣資源豐富，區(qū)域內(nèi)第一大電源為天然氣發(fā)電機組，同時以風(fēng)電為主的新能源發(fā)電裝機占比較高。得州電網(wǎng)與外部地區(qū)的互聯(lián)薄弱，系統(tǒng)較為獨立。

裝機容量方面，2020 年底ERCOT 調(diào)度區(qū)內(nèi)總裝機容量約1.08 億kW，其中天然氣發(fā)電機組占比47.45%，新能源發(fā)電占比35.32%，煤電12.50%，核電4.73%。發(fā)電量方面，2020 年得州天然氣發(fā)電量占45.5%，新能源占比25.7%，煤電17.9%、核電10.9%。用電負荷方面，冬季高峰不及夏季高峰，歷史最大負荷為7 482 萬kW，出現(xiàn)在2019 年夏季；最大冬季負荷為6 592 萬kW，出現(xiàn)在2018 年。外部互聯(lián)方面，ERCOT 通過5 回直流聯(lián)絡(luò)線同美國東部電網(wǎng)的西南電力池（Southwest Power Pool，SPP）和墨西哥電網(wǎng)相連，總?cè)萘繛?25萬kW［6-7］。

2.2 得州電力市場主要特點

得州1999 年以立法形式確定開展電力市場化改革，市場主體主要包括發(fā)電方、輸電運營商、用電方、零售商/售電方等。得州電力現(xiàn)貨市場包括日前市場和實時市場。日前市場類似一個金融類的服務(wù)市場，主要發(fā)揮價格的指導(dǎo)作用；實時市場則是把電力市場和電力系統(tǒng)的物理定義相耦合的市場。得州電力市場是單一電能量市場，未建立容量市場［8-11］。在這種市場設(shè)計中，電力商品的價值均通過電能量一個維度來體現(xiàn)。電力供求的短期平衡與長期投資，主要通過現(xiàn)貨批發(fā)市場的電能量價格傳遞經(jīng)濟信號。為了在市場中反映備用資源的稀缺價值，ERCOT于2014 年引入實時備用價格增量（Real-time Reserve Price Adders，RTRPA）指標，通過關(guān)聯(lián)失負荷價值及概率，允許批發(fā)電價在系統(tǒng)資源稀缺時段陡升，從而使邊際機組能夠回收固定成本［12-13］。RTRPA 每15 min 計算一次，在安全約束經(jīng)濟調(diào)度后根據(jù)運行備用需求曲線計算得到，可表示為

式中：VOLL為失負荷價值；PLM為節(jié)點邊際電價；f(R)為失負荷概率函數(shù)，R為實時備用值，當R小于最小系統(tǒng)備用要求時，f(R)=1。

為了解決可靠性調(diào)度時帶來的價格反轉(zhuǎn)問題，ERCOT 又引入了可靠性部署價格增量（Real-time Reliability Deployment Price Adders，RTRDPA）指標ARTRDP，以反映有無可靠性機組組合（Reliability Unit Commitment，RUC）或負荷備用時電能量價格的差異，可表示為

式中：λ為RUC 或負荷備用出力為0 時的電能量價格。

RTRPA 和RTRDPA 在ERCOT 全范圍內(nèi)均只有一個區(qū)域統(tǒng)一值。ERCOT 的實時市場未采用電能量和輔助服務(wù)聯(lián)合出清，實時結(jié)算電價（Real-time Settlement Point Price，RTSPP）PRTSP可表示為

以2 月16 日ERCOT 市場實時市場價格為例進一步說明其稀缺定價機制。如圖1 所示，在大面積停電事故發(fā)生的情況下，僅包含電能量成本的PLM發(fā)生劇烈波動并在部分時段接近零價；大量機組停運導(dǎo)致備用不足，此時RTSPP 還包含了15 min 的RTRPA和RTRDPA，導(dǎo)致最終結(jié)算電價基本持續(xù)達到最高限價水平。

圖1 2021年2月16日ERCOT實時市場價格

3 得州“2.15停電”事件的原因分析

得州“2.15 停電”事件并非單一原因?qū)е拢嵌嘀匾蛩丿B加導(dǎo)致，主要包括以下幾個方面。

3.1 極寒天氣負荷激增

得州2 月份歷史平均氣溫在5～15 ℃之間，此次極端的冬季風(fēng)暴造成氣溫下降至-22 ℃。得州約60%的家庭取暖方式為電取暖，這使得在持續(xù)的寒冷天氣中得州電網(wǎng)負荷激增。2020 年1—2 月最大負荷約5 610 萬kW，而2021 年2 月14 日負荷達到約6 920 萬kW，增長超過1 300 萬kW，增長率超過23%，創(chuàng)出冬季歷史最大負荷［14-16］。

3.2 暴風(fēng)雪低溫導(dǎo)致發(fā)電出力下降

罕見的暴風(fēng)雪導(dǎo)致大量風(fēng)力渦輪機凍結(jié)。2月14 日上午，得州約一半的風(fēng)力渦輪機（容量約1 250萬kW）“凍結(jié)”，無法提供出力。常規(guī)火電同樣因為極寒天氣導(dǎo)致出力不足，事件期間有2 600 萬kW火電離網(wǎng)，主要原因包括天然氣供應(yīng)不足、天然氣管道損壞、煤堆結(jié)冰、河流結(jié)冰冷卻水來源受阻等［17-19］。

3.3 電網(wǎng)對外聯(lián)絡(luò)不足

得州電網(wǎng)相對獨立，對外的聯(lián)絡(luò)和功率交換不足。得州天然氣、風(fēng)能和太陽能等能源資源豐富，基本可實現(xiàn)能源自給，得州電網(wǎng)與美國其他電網(wǎng)通過少量直流互聯(lián)、聯(lián)系薄弱，平均電力交換能力僅約100萬kW，在極端條件下無法獲取足夠的外部支援。

3.4 電力市場設(shè)計問題

得州電力市場采用稀缺定價機制，發(fā)電商利用系統(tǒng)備用容量不足時段的高電價，進行固定成本回收，而在容量充裕的條件下難以產(chǎn)生高電價，不利于發(fā)電商回收容量成本。因此，該機制可能導(dǎo)致能源轉(zhuǎn)型期電源建設(shè)充裕度不足，給市場帶來不確定風(fēng)險。

4 得州”2.15 停電”對于山東電力市場建設(shè)的啟示

4.1 山東電網(wǎng)概況

山東電網(wǎng)以500 kV 為主干網(wǎng)架，2020 年底省內(nèi)電源總裝機容量約1.2億kW，以煤電為主。從負荷情況來看，近年來高溫和低溫極端天氣條件下負荷屢創(chuàng)新高。2020年，受高溫、悶熱天氣影響，山東電網(wǎng)全網(wǎng)最高用電負荷達到9 022.4 萬kW。山東電網(wǎng)對外聯(lián)絡(luò)能力強于得州電網(wǎng)，“十三五”以來，山東電網(wǎng)已相繼建成錫盟—濟南、榆橫—濰坊、扎魯特—青州、上海廟—臨沂、山東—河北5 條特高壓輸電通道，實現(xiàn)與寧夏、內(nèi)蒙古、山西、河北等省區(qū)電力互聯(lián)互通，構(gòu)建起“三交三直”跨省區(qū)輸電格局。2020年“外電入魯”最大負荷達到2 198.2 萬kW，占全網(wǎng)最大負荷比例接近四分之一［20-21］。

4.2 山東電力市場概況

近年來，山東電力市場規(guī)模不斷擴大，2020年電力用戶市場化交易電量1 983億kWh，占山東省全社會用電量的28%。交易品種不斷豐富，現(xiàn)階段在未開展電力現(xiàn)貨交易時，主要以雙邊協(xié)商、集中競價、掛牌等方式開展中長期電能量交易，靈活開展發(fā)電權(quán)交易、合同轉(zhuǎn)讓交易［22］。

山東電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點正在持續(xù)深入開展，現(xiàn)貨市場采用全電量競價模式，基于節(jié)點電價出清方式確定發(fā)電側(cè)和用電側(cè)現(xiàn)貨電能量市場價格。中長期電能量市場采用雙邊協(xié)商、集中競價和掛牌交易等組織方式。電力零售市場由售電公司與電力用戶通過市場化交易形成零售合同［23］。

4.3 山東電力市場建設(shè)獲得的啟示

在“2.15 停電”事件中，得州電力市場持續(xù)運行，市場機制本身并未失效，ERCOT 對外發(fā)布的信息使公眾能夠在第一時間了解事態(tài)的發(fā)展情況，三級預(yù)警機制在一定程度上保障了電網(wǎng)的持續(xù)運行。同時，事件所帶來的經(jīng)驗和教訓(xùn)，對于電力系統(tǒng)發(fā)展和電力市場建設(shè)運營都是十分寶貴的。對于山東電力市場來說，建議從以下6個方面進行總結(jié)。

4.3.1 需要建立科學(xué)的市場容量充裕性保障機制

國際上常用的容量充裕性保障機制主要分3類，分別是容量補償機制、容量市場以及稀缺定價機制。得州市場采用的就是稀缺定價機制，但該機制容易造成實時電價劇烈波動，不適合我國國情。容量市場需要組織者基于未來裝機容量和負荷預(yù)測來制定需求曲線，以此為市場主體提供反映供需的容量價格信號，交易周期長達數(shù)年。現(xiàn)階段我國電能量市場尚未完善，未來市場機制變化仍有一定不確定性，啟動容量市場條件不成熟。

建議按照先建立完善容量補償機制，條件成熟后探索建立容量市場的順序，健全容量充裕性保障機制。山東電力現(xiàn)貨市場中的容量補償電價執(zhí)行99.1 元/MWh，基于節(jié)點邊際電價的全電量競價策略能夠與中長期交易報價策略相匹配。但對于不同類型、不同容量、不同投運年限的發(fā)電機組來說，仍需要更加精確、完善的容量補償機制，防止出現(xiàn)較大的過度補償或補償不足。未來在電能量市場發(fā)展成熟后，可參考賓夕法尼亞州-新澤西州-馬里蘭州互聯(lián)電網(wǎng)（Pennsylvania-New Jersey-Maryland，PJM）的方案，構(gòu)建具有需求彈性的容量需求曲線，探索建立容量市場。

4.3.2 優(yōu)化省間市場與省內(nèi)市場銜接機制

缺少外部支援是本次得州停電事件的重要原因之一。山東電網(wǎng)對外聯(lián)絡(luò)能力較強，但在電力市場環(huán)境下，需要完善省內(nèi)與省間市場的銜接機制。省間交易現(xiàn)階段以點對網(wǎng)、網(wǎng)對網(wǎng)為主，應(yīng)合理簽訂省間中長期交易合同，并通過合同的剛性執(zhí)行，保障省內(nèi)能源供應(yīng)和能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。在緊急情況下，充分發(fā)揮電網(wǎng)公司作為購電主體的作用，及時進行增購交易，保障全省電力供應(yīng)安全［24-25］。

4.3.3 需要提高中長期交易靈活性

從國外成熟電力市場經(jīng)驗看，一般會建立電力金融衍生品市場，市場主體并通過其套期保值的功能實現(xiàn)價格風(fēng)險管理，降低現(xiàn)貨市場的價格波動的風(fēng)險。在美國，從事電力金融產(chǎn)品交易和結(jié)算的交易所主要是紐約商業(yè)交易所（New York Mercantile Exchange，NYMEX）和洲際交易所（Intercontinental Exchange，ICE）。以PJM 市場為例，NYMEX 共有11種與其相關(guān)的期貨或期權(quán)類電力金融產(chǎn)品。電力金融產(chǎn)品的交易管理模式提高了電力金融產(chǎn)品的流動性，同時降低了風(fēng)險和交易成本，為發(fā)電商、負荷服務(wù)商等電力市場成員提供了強大而靈活的風(fēng)險規(guī)避工具。電力市場價格的波動也吸引了大量投機商參與到電力金融產(chǎn)品的交易中來，并產(chǎn)生了大量的能源金融衍生產(chǎn)品，從而進一步繁榮了美國的金融市場。在歐洲，歐洲能源交易所、中歐電力交易所和北歐地區(qū)的NordPool 均為投資者提供不同類型的電力金融合約［26-27］?，F(xiàn)階段國內(nèi)尚未啟動電力金融衍生品市場的建設(shè)，但用電側(cè)可以通過簽訂電力中長期合同，有效地鎖定大部分用電量的價格，盡可能規(guī)避現(xiàn)貨市場的價格波動風(fēng)險。電力用戶的實際用電量受生產(chǎn)運營、天氣等多種因素影響，可能不斷發(fā)生變化，因此需要中長期交易有足夠的靈活性，才能夠保障較高的中長期合同覆蓋率。目前，在現(xiàn)貨市場環(huán)境下，山東電力中長期市場中可進行D-3 日（D為運行日）交易，建議進一步提高中長期交易靈活性，為市場主體規(guī)避現(xiàn)貨市場的價格風(fēng)險提供更完善的市場機制。

4.3.4 對電力零售市場的啟示

零售市場應(yīng)獨立于批發(fā)市場單獨設(shè)計。批發(fā)市場的市場機制考慮電網(wǎng)運行與電力交易的融合，實現(xiàn)社會福利最大化。批發(fā)市場交易一方面體現(xiàn)出發(fā)電側(cè)的發(fā)電權(quán)替代，效率更高的機組發(fā)電替代效率低的機組；另一方面通過價格的波動反映出供需的變化，體現(xiàn)電力的商品屬性。而零售市場與電網(wǎng)運行并無太多直接聯(lián)系。

一個完整的電力市場應(yīng)包含批發(fā)市場和零售市場。兩個市場參與主體、運營模式、交易機制、價格形成機制均不相同，運行即相對獨立，又要相互協(xié)調(diào)、銜接，由于零售市場中沒有發(fā)電商，不能獨立構(gòu)成完整的電能量市場，零售市場建設(shè)一般以成熟的批發(fā)市場為基礎(chǔ)，兩個市場通過售電公司緊密地聯(lián)系在一起。從交易主體來看，售電公司通常作為兩個市場之間的“防火墻”，能夠減少風(fēng)險在兩個市場之間的直接傳遞。從交易時序來看，零售交易一般先于批發(fā)市場交易，這就要求零售市場的交易主體，特別是售電公司形成對批發(fā)市場價格的相對穩(wěn)定預(yù)期，才能夠制定價格機制合理的零售套餐，供電力用戶選擇。數(shù)量龐大的中小電力用戶通過選擇售電公司的零售套餐，簽訂零售合同，以保持較為穩(wěn)定的用電價格。同時，售電公司一方面通過代理零售用戶參與批發(fā)市場交易，獲取一定利潤；另一方面，其購銷價差可能倒掛，面臨市場風(fēng)險。

從國外經(jīng)驗來看，中小電力用戶通?？紤]價格相對穩(wěn)定的零售合約，例如整個得州市場固定價格類和可變價格類（不同月份為不同的固定價）占比達到98%，此類套餐用戶的電費不會受到批發(fā)市場價格波動的影響。有一家名為Griddy 的售電公司推出按照現(xiàn)貨市場的價格向終端用戶收取電費的市場費率零售套餐，由于通常情況下現(xiàn)貨市場平均價格低于中長期市場平均價格，約29 000 家電力用戶選擇了這種零售套餐。本次事件期間現(xiàn)貨市場價格飆漲，此類用戶電費大漲，單日電費動輒高達數(shù)百美元，給很多用戶的財務(wù)狀況帶來了極大困難。從設(shè)計上來看，市場費率類套餐更適合于負荷彈性大的電力用戶，可以在高價時段主動響應(yīng)，減少用電或不用電，而在低價時段多用電，從而降低用電成本［28-31］。

在維護零售市場秩序方面。目前，山東電力零售市場仍存在售電公司與零售用戶間信息不對稱，個別不法售電公司虛假宣傳，甚至違規(guī)取得用戶的交易平臺賬號進行操作等問題，需要交易機構(gòu)配合政府主管部門與監(jiān)管機構(gòu)，加強對于零售市場秩序的分析與監(jiān)測，保障用戶的知情權(quán)和選擇權(quán)，維護市場秩序。

4.3.5 規(guī)范做好市場信息披露

EROCT 的信息披露機制，值得借鑒，針對本次的極寒天氣，ERCOT 的氣象專家事前對市場主體進行提醒，發(fā)布運行信息，并公布了應(yīng)對預(yù)案。寒潮到來之后，ERCOT 向市場主體發(fā)出了能源緊急警報，之后開始輪流停電。

事后，ERCOT 針對停電事件，于2 月24 日發(fā)布第一份官方報告，還原了事件的時間線，介紹了2 月14—19 日各類型發(fā)電容量退出情況等；4 月6 日，ERCOT 發(fā)布第2 份官方報告，繼續(xù)披露其所獲的事件期間發(fā)電機組故障數(shù)據(jù)，并表示8 月份公布更為詳細的事件報告。

日常運行中，ERCOT 還會通過官方網(wǎng)站對外披露豐富的市場信息，包括實時披露市場調(diào)度區(qū)內(nèi)日前市場和實時市場價格等［32］。

我國電力市場建設(shè)中十分重視信息披露工作，但總的來說在信息披露的及時性、規(guī)范性、內(nèi)容豐富性等方面還需要進一步提升。隨著電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點工作的推進，山東電力市場體系和市場機制逐步完善，市場價格受到發(fā)電充裕度、發(fā)電成本、電網(wǎng)運行情況、負荷變化等多重因素影響，市場主體對市場相關(guān)信息的需求十分迫切，需要盡快完善信息披露機制，嚴格按照國家文件要求梳理好公眾信息、公開信息、私有信息，一方面“應(yīng)披盡披”，另一方面不能過度披露，泄露私有信息。在信息披露形式上建議多借鑒國外成熟市場運營機構(gòu)的經(jīng)驗，提升市場主體的服務(wù)體驗。

4.3.6 建立科學(xué)的市場應(yīng)急處理機制

ERCOT 在本次事件的應(yīng)對中，基于能源緊急警報機制按步驟執(zhí)行應(yīng)急響應(yīng)程序，從全系統(tǒng)角度盡量減少了損失。在市場監(jiān)管方面，2 月15 日，負責(zé)監(jiān)管ERCOT 電力市場的得州公用事業(yè)委員會（Public Utility Commission of Texas，PUCT）下發(fā)緊急行政指令進行干預(yù)，避免因規(guī)則漏洞導(dǎo)致電力供應(yīng)情況的進一步惡化，是十分必要的。從整體上看，得州相關(guān)部門在授權(quán)允許范圍內(nèi)嚴格執(zhí)行了既定的規(guī)則、法律，但由此也暴露出另一層面的問題，即規(guī)則本身是否合理、機制本身是否完善。

電力除了商品屬性，還具有必需品屬性。預(yù)防“百年一遇”極端事件的可靠性部署成本或許是全社會難以承受的，但是制定漸進性、針對性、可行性兼?zhèn)涞膽?yīng)急響應(yīng)程序則可以做到臨危不亂，減小可控制的損失。在完善應(yīng)急響應(yīng)程序的基礎(chǔ)上，山東電力市場需要充分吸取市場化程度較高國家的經(jīng)驗，發(fā)揮我國的政治、經(jīng)濟體制優(yōu)勢，研究建立規(guī)范、靈活的極端條件下政府干預(yù)機制，盡量減小極端事件對民眾、社會的影響，同時也保持市場規(guī)則的嚴肅性，促進電力市場的長期可持續(xù)的發(fā)展。

5 結(jié)語

得州“2.15停電”事件是在極端天氣下電力系統(tǒng)遭遇考驗的一次典型事件，而電力市場的規(guī)則和運營機制也受到檢驗，個別機制所出現(xiàn)的異常情況通過行政手段進行糾正。此次得州停電事件的經(jīng)驗和教訓(xùn)對于山東電力市場建設(shè)有重要借鑒意義，在“碳達峰、碳中和”目標背景下，應(yīng)建立科學(xué)的市場容量充裕性保障機制和省間市場與省內(nèi)市場銜接機制，保障電力供應(yīng)；不斷提高中長期交易靈活性，健全電力零售市場機制，規(guī)范市場信息披露機制，充分滿足市場主體的交易和服務(wù)需求；建立科學(xué)的市場應(yīng)急處理機制，防止類似事件的發(fā)生。