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电力市场设计|中长期市场和现货市场相关问题的再讨论

 七彩虹a 2018-12-26

【摘要】 电力市场中的很多经验来自国外,电力市场中的很多概念也从国外翻译而来,再加上中文本身的广义性,电力市场中的很多概念都缺乏统一的定义和理解。其中最重要的两个概念就是中长期市场与现货市场。很多场合对中长期市场和现货市场谁更重要、应该首先发展哪个市场的争论,很大程度上是对相关概念理解的不一致。之前有几篇文章对这两个概念进行了分析,但行业中还存在着一些不同的理解。这篇文章里我们对这两个概念再进行系统的梳理,欢迎大家一起讨论。

 

引言


电力市场中的“现货市场”在我国是一个非常有争议的词汇。在国外,不同国家、地区对现货市场(Spot Market)的定义也有不同,比如有的仅将实时市场称为现货市场,日前市场称为远期市场,有的将一周内的交易都称为现货市场。

 

到底什么是现货市场?什么是中长期市场?从市场设计的角度,其主要体现在两个方面:产品的设计及市场的组织。下面分别从这两个角度对相关概念进行分析。

 

一、电力产品的时间粒度

 

电力市场设计中产品的设计电力市场的设计中,首先要确定的就是,市场中交易的是什么产品?这个产品是怎么定义的?如:时间粒度是什么?空间粒度是什么?在产品定义确定的情况下,才可以进行进一步的市场设计,包括交易的时间、交易的地点、交易的方式、出清的方式等。

 

产品的时间粒度的含义产品的时间粒度的含义是,产品是按照这个时间粒度计量、定价、结算的。比如,如果时间粒度是月,电就是按月进行计量、定价、结算的,每个月的电认为是相同的产品,有相同的价格,不同月的电可能有不同的价格。如果时间粒度是小时,电就是按小时进行计量、定价、结算的,每个小时的电认为是相同的产品,具有相同的价格,不同小时的电可能有不同的价格。很多电力市场中定义的“交易时段”实际上就可以认为是电能量产品的时间粒度。

 

时间粒度角度的中长期市场和现货市场根据电力产品的时间粒度,电力交易市场可以分为中长期市场和现货市场。其中,现货市场一般是指时间粒度为小时或更短(如15分钟、5分钟)的市场,中长期市场是指时间粒度大于1天的市场。

 

我国的中长期市场。我国目前普遍存在的省级电力直接交易市场、月度集中竞价市场,都是一种以月度电量为交易产品的市场,也就是说,交易的电力产品的时间粒度为月,一个月内的电的价值都是一样的。在月度电量可以年内滚动的情况下,可以认为其时间尺度是年。从时间粒度的角度,这些市场都是中长期市场。

 

时间粒度上的现货市场。从时间粒度上的现货市场,是指以小时或更小的时间粒度对电力产品进行划分下的电力交易市场。也就是说,现货市场中交易的对象的时间粒度,或者说交易时段是小时或更短的时间,每个交易时段都产生独立的价格。

 

【从中长期市场到现货市场的发展】 从时间粒度这个角度上说,电力市场的发展一般是从中长期市场逐渐过渡到现货市场。也就是说,一般先有较长时间尺度的,比较粗放的交易,然后发展到更小时间尺度的、更加精细的交易。历史上,很多电力市场的形成,也是从相邻电力公司之间的紧急功率交换、经济功率交换等开始的。这种交易经常以年(或月)为单位,两个相邻的电力公司在不同的时间进行不同方向的功率交换。如果两个方向的功率交换数量相同,就不用再互相付费。比如,两个电力公司AB达成了功率交换的协议。7月份,AB送电10亿度电,2月份,BA送电10亿度,则这两笔交易就相互抵消了,互相都不需要再支付相关费用。对无法抵消的部分,事先需要协商确定相关的价格。这种交易可以认为是一种中长期市场,对电力产品的划分没有精细到每个小时。这种市场的好处是计量、结算简单。我国各省电力公司之间也有类似的交易。但是,由于电力系统实际上都是需要实时平衡的,在中长期交易的协议下,很难实现实时的最优交易和最优调度,因此逐渐产生了交易时段为小时或更短的现货市场。

 

二、电力交易的时间及组织方式

 

在交易的产品确定以后,市场设计需要考虑的另外一个问题是:如何进行交易?包括,什么时候进行交易?在哪里进行交易?等等。

 

1、常规产品的交易方式

 

在常规产品的交易方式中,有现货交易、远期交易、期货期权交易等类型,对应的市场为现货市场、远期交易市场、期货期权市场等。这些市场本质的区别,是交易方式的区别,是对某种固定的产品,在不同的时间以不同的形式进行的交易。

 

现货市场。现货市场简单的说,就是一手交钱,一手交货的市场,或者说成交后即时或在较短的时间内(如一天,一般一周内)进行交割的市场。交易的目的主要是为了实现产品的转移、交割。

 

远期合约(Forward Contract)。远期合约是交易双方约定在未来的某一确定时间,以确定的价格买卖一定数量的某种产品的合约。远期市场是指进行远期合约交易的市场,交易按约定条件在未来某一日期交割结算。

 

期货合约(Futures)。期货合约是在交易所中进行的,约定在未来某一确定的时间以约定的价格买进或卖出某种标准数量的产品的合约。其与远期合约的最大的差别是在交易所中进行,以及合约的标准化。

 

远期合约和期货合约都是一种金融衍生品(derivatives,其交易的主要目的都是套期保值或者说规避风险。当然,也会有些市场成员通过这些交易获利。除了远期合约和期货合约,还有期权(Option掉期(Swap等金融衍生品交易品种。

 

【小结】从交易的时间上看,现货市场是交易后马上交割的市场,其他的市场都可以认为是远期市场,即交易后未来某一时间才交割的市场。实际中,远期合约一般指在交易所场外交易的、非标准化的远期签订的合约。在交易所中签订的标准化的远期合约则称为期货合约。除了基本的合约,还有期权、掉期等各种各样的金融衍生品。

 

2、电力产品的交易方式

 

电力现货市场。根据上面对现货市场、远期市场、期货市场的定义,电力市场中,现货市场一般指日及以内进行的电力交易。也就是说,电力现货市场是交易以后一日内交割的市场。有些地区,也有一周内交割的现货市场。注意到,这里对电力现货市场的定义,主要是从交易以后交割的时间的角度,并未对产品本身进行定义。

 

短时间粒度电力现货市场。时间粒度为小时或更短时间的、在日前及日以内进行的交易,显然是现货市场。而在更早的时间如月前、年前进行的交易,可以认为是远期市场(有时也称为中长期市场)。由于短时间、即时都是一个相对的概念,更加严格的定义,是将最后一个、最接近实时的那个市场定义为现货市场,其他的市场都是远期市场。这也是美国一些电力市场中,将实时市场称为现货市场,日前市场也称为远期市场Forward Market)的原因。

 

那么,对时间粒度为月度的电量交易,有没有现货市场呢?理论上,应该也是有的。从交易的组织看,任何产品都有现货市场和远期市场。现货市场是最接近交割期的市场,之前进行交易的市场就是远期市场。目前我国各省进行的电力中长期交易,实际上是以月度电量(或年度电量)为产品的交易,也就是说,其产品的时间粒度比较长,为一个月。对这个月度电量的交易,则有多种形式,包括年度双边协商、年度集中竞价、月度双边协商、月度集中竞价等。一般,月度集中竞价市场是最后一个、最接近交割期的市场,或者说是关门市场。根据本节各类市场的定义,月度集中竞价市场可以认为就是月度电量交易的“现货市场”,而年度双边协商、年度集中竞争等市场是月度电量交易的远期市场。

 

在我国电力市场的研究、市场规则中,很多时候将远期市场也称为中长期市场。这样,“中长期”中的“长”在不同的场合就有了不同的含义:1)交易产品的时间粒度上的长,以及2)交易(成交)时间与交割时间之间的时间间隔的长。将这两个含义用同一个词来描绘,有时候会造成一些歧义、误解,带来一些不必要的争论。

 

建议,统一相关的定义,比如,将时间粒度较长的电力产品的交易市场仍然称为中长期交易,而将交易时间较早的交易市场称为远期市场。

 

3、现货市场和远期市场的关系

 

现货市场和中长期市场,应该先建设哪个?哪个市场更重要?是电力市场设计中经常讨论的一个问题。这里,对从交易组织(交易时间)角度的现货市场和远期市场进行分析和讨论。

 

【从现货市场到远期市场】从交易的时间看,对一个产品来说,一般首先有现货市场,进而才基于现货市场为了规避风险等目的发展出远期市场、期货市场等。也就是说,从交易的组织的角度看,先有现货市场,再有远期市场。这也是国外电力市场发展的基本规律。因为远期市场交易的仍然是现货市场中的产品,没有现货市场,远期市场就失去了基础。简单的说,现有现货市场,再有远期市场;先进行现货市场的设计,再进行相关远期市场、期货期权市场的设计。

 

【现货市场交易量与远期市场交易量】从交易量来看,一般远期市场的交易量远远大于现货市场交易量。这主要是由于,远期市场的主要目的是提前锁定价格、规避风险。对电力市场中大多数实体的发电企业、用户(供电商)来说,其参与远期市场的主要目的,是规避现货市场的价格风险,因此大部分电量一般通过远期市场完成。

 

 

三、现货市场与中长期市场的定义

 

从前面的分析看,对现货市场有两种定义:1)从交易的产品的时间粒度,或者说交易时段来看,现货市场中交易的电力产品的时间粒度或交易时段小于等于1小时2)从交易组织或达成的时间看,现货市场交易达成后在较短的时间内,如一天内或一周内进行交割。在大多数国家和地区的电力市场中,这两个特征是合一的。也就是说,现货市场一般是指日前及日以内进行的(部分市场包括周内交易),交易时段为小时或更短时间的电力市场。本文后面的分析中,没有特殊说明,现货市场都指这个意义上的现货市场。

 

中长期市场,也有两种定义:1)从交易的产品的时间粒度,或者说交易时段来看,中长期市场种交易的电力产品的时间粒度或交易时段较长,如一年、一月。2)从交易组织或达成的时间看,中长期市场有时候指远期市场,即达成交易后在未来某一时间才交割的市场。本文后面的分析种,没有特殊说明,将第二种意义的中长期市场称为远期市场。

 

四、建设现货市场和远期市场的必要性

 

1、建设现货市场的必要性

 

这里,现货市场是指相对交易时段为月,以月度电量为交易产品的中长期市场而言。建设交易时段细化到小时及以内的现货市场,相对中长期市场主要的优势就是发电调度、发电资源配置更加优化。

 

在仅有月度电量交易市场而没有现货市场的情况下,月度的竞价一般基于发电企业的平均成本,调度机构在日常调度中的调度原则是“等比例进度”。显然,这种调度下的发电计划与按发电煤耗的等微增率原则调度的发电计划是不一致的。也就是说,这种调度方法无法实现系统发电成本的最小化。另一个角度,就是由于没有采用最优调度,系统的发电成本增加了。

 

现货市场种,发电企业每天可以根据其机组的情况进行报价,调度机构根据每个时段的供需情况进行市场出清。在市场设计合理,没有市场力的情况下,可以实现最优的发电调度,实现系统发电成本的最小化。

 

现货市场相对中长期市场优化的空间有多大,后者说发电成本可以降低多少,与发电机组的类型、成本特性、不同机组之间的差异、负荷曲线等很多因素有关。有些系统优化的空间大,有些系统优化的空间小。

 

实际中,对某个地区、某个省,是否需要建设现货市场,何时建设现货市场,需要进行成本效益的分析。一方面分析当前建设现货市场的效益,另一方面分析当前建设现货市场的相关成本。对于发电成本特性相差不大,负荷曲线比较平缓的地区,不必过于急于开展现货市场。

 

2、远期市场建设的必要性

 

这里,远期市场是指,在建设了时间粒度细化到小时以内的现货市场以后,在交割前一定时间进行交易的市场。为了简化描述,这里的远期市场包括了一般意义的远期合约(Forward market)交易市场以及期货(Futures)、期权等金融衍生品市场。

 

各个国家、各个地区在建设电力现货市场时,一般都会同时建设相关的远期市场。这是由于,由于电力需求的波动性以及电力必须保持供需平衡的按要求,现货市场电价的波动性不可避免,而且在很多市场中波动会很大。这就对市场参与者,包括发电企业和用户带来了很大的风险。通过远期合约来提前锁定价格、规避现货市场价格风险,是必须提供给市场成员的一个工具。美国加州2001年的电力危机的其中一个原因,就是不允许相关电力公司签订长期合同。

 

五、远期合约(中长期合约)的属性和交割

 

经常讨论的一个问题是:电力市场种远期合约(中长期合约)应该是金融的还是物理的?在(走进电力市场:电力市场中的物理合同和金融合同及其结算)已经讨论这个问题,这里进一步简单讨论。

 

合约本身没所谓金融和物理之分,所谓的金融和物理主要体现在以下两个方面:


1)合约的标的物,是物理的产品还是一个金融产品。比如,合约的标的物是实际使用或发出的电,还是某个价格指数(如多个节点电价的某种平均价,两个地区的价格差,不同时间的价格差等)。如果合约的标的物是实际的某种产品/物质/能量,我们可以认为其是一个物理合约。

 

2)合约的交割方式,是物理交割还是金融或者说财务交割?(1)如果是物理交割,就意味着必须用合约中规定的标的物的实物进行交割,比如说电。这种情况下,同时需要确定违约责任:如果没有按照约定的量交割,对违约方的惩罚措施。(2)如果允许财务交,需要定义一种参考价格,如果没有物理交割,就按照事先定义好的某个市场的价格交割。

 

对电力市场中的物理的电的交易,不同国家、地区市场中对电力合约设计的差异的一个重要方面就是交割方式及违约处理方式的不同。

 

美国PJM为代表的全电量竞价、具有日前市场和实时市场的电力市场中,一般不要求远期合约必须物理交割,也就是说允许远期合约财务交割:按照实时市场的电能价格交割。比如,某电厂和某用户签订了在某个小时供电100MW的合同,如果电厂实际的出力仅有80MW,则80MW电物理交割,另外20MW电财务交割(相当于电厂从实时市场按照实时市场的价格购买了20MW的电去履约)。

 

在以英国为代表的双边交易+平衡机制的电力市场中,希望大多数远期合约物理交割。对实际发电、用电量和远期合约量不匹配的部分(不平衡电量),按照平衡市场的价格(不平衡价格)结算。不同国家、地区的平衡市场有不同的价格机制。典型的是双价格机制,即对市场主体的与系统平衡状态(整体是缺电Short,还是过剩Long)相同的不平衡量(多发少用,或者少发多用),采用惩罚性的价格,而对市场主体的与系统平衡状态相反的不平衡量,采用非惩罚性的价格。这种方法对经济信号有一定扭曲,并不利于规模小的市场主体。一些国家已经改为单价格机制:所有的不平衡量都按照平衡市场的边际成本价格结算。英国平衡机制的详细介绍请参考(走进电力市场:英国电力平衡市场的报价和结算机制)。实际上,如果平衡市场采用边际成本定价机制,其结果与美国PJM为代表的实时市场的效果从不平衡结算的角度就非常相似了。

 

由于电力的特殊性,对事前签订的远期合约,很难确保一定物理交割。不同市场的不同实际上很大程度上在于其违约机制,或者说不平衡电量的价格机制的不同。另外一方面,不同的市场模式下,对签订的远期合约,物理执行的方式、难度不一样。对英国电力市场,发电机组可以通过向调度机构提交与其提交的远期合同曲线(Contract Notification)一致的出力曲线(Physical Notification)来实现远期合约的物理交割;对美国PJM电力市场,发电机组可以通过自计划、自调度方式保证远期合约的物理执行。对通过PJM统一计划、调度的机组,如果其签订了远期合同,可以认为是一种物理交割+财务交割结合的方式:如果市场价格比自己的成本高,就按合约量物理交割;如果非常低,低于自己的可变成本,就采取采取交割的方式,自己减小发电,从实时市场购买电力来履约。

 

关于平衡机制的详细分析见(走进电力市场:电力市场集中竞价的经济学原理分析 (六 平衡机制及定价))。


总结和建议

 

我国目前电力市场领域存在的关于现货市场和中长期市场的争论,一部分原因是相关概念理解的不一致

 

不同角度的现货市场。从上面的分析看,现货市场有两个角度:1)产品时间尺度方面的定义精细化,时间粒度或者说交易时段到小时以内;2)产品交易后较短时间内交割,如一日或一周。在大多数电力市场中,这两个角度是一致的:在一日或一周内组织的交易,一般都是以小时或更短的时间作为交易时段的。

 

我国的中长期市场。但在我国目前的电力市场中,从这两个角度定义的现货市场不一样。我国目前各省的电力市场中,交易的产品的时间粒度一般为月。从这个角度,其是一个中长期市场。但是,从交割时间看,月度集中竞价一般在实际交割前若干天进行,可以认为是交易后短期内就交割。从这个意义上,月度集中竞价可以认为是一种“现货市场”。而在集中竞价之前进行的年度双边协商、年度集中竞价是一种远期交易市场。

 

【市场发展:中长期市场到现货市场】从交易产品的时间尺度(粒度)上,市场发展的进程是从长时间尺度到短时间尺度,逐渐细化。我国的一些专家强调要先发展中长期市场,再发展现货市场,也主要是这个意思。先通过比较粗时间粒度的电力产品交易(月度电量交易)培养市场意识,进行相关软件、硬件、监管能力等的建设,然后逐渐再开展更小时间粒度的现货市场。

 

【市场建设:现货市场到远期市场】从交易组织、达成的的时间上,应首先设计、建立现货市场(即时、准即时),然后根据现货市场的设计进行不同时间尺度的远期市场的设计和建设。考虑到电力现货市场价格的波动性,远期市场和现货市场一般需要同时建设,初期进行简单的远期市场建设,逐渐进行标准化的、更多种类型的远期市场、期货期权市场。

 

【交易量:远期交易为主】考虑到电力现货市场中价格的波动性,一般大多数交易在远期完成,现货市场中进行交易的量一般较小。但这并不意味着远期交易重要,现货交易不重要。远期交易的价格是由现货市场价格决定的,是现货市场价格在远期的一个估计。

 

【远期合约的交割】对标的物为物理的电力的合约,不同合约的差别很大程度在交割方式,或违约责任/不平衡结算机制方面。对不平衡量英国、欧洲采用平衡市场和不平衡结算的机制,美国采用实时市场的方法。平衡市场采用边际价格出清,不平衡量采用单一价格结算的情况下,其与美国的实时市场方法差别已经较小。

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