新能源行业必会基础知识---电力现货问答---第7问---何为电力辅助服务市场？和电力现货市场有什么关系？国外有哪些典型的电力辅助服务市场？

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什么是电力辅助服务市场？电力辅助服务市场与电力现货市场的关系是什么？国外有哪些典型的电力辅助服务市场？

1. 电力辅助服务市场

是遵循市场原则对提供电力辅助服务的主体因提供产品或服务发生的成本进行经济补偿的一种市场机制。

对应不同的辅助服务调用方式，补偿机制可以分为基于统计成本和基于市场价格两种

1. 基于统计成本的方式

通过对历史数据的分析,测算得到不同类型机组提供辅助服务的平均成本，以此为依据设定补偿价格，但随着多种非发电资源的引入和技术的不断讲步，辅助服务成本变化日趋复杂，统计得到的成本难以精确地反映实际发生的成本。

2. 基于市场价格的方式

通过组织市场竞争，按市场出清的边际价格结算辅助服务费用。在经济学上已证实，按边际价格结算是促使市场成员按自身边际成本报价的有效手段，这种方式避开了辅助服务成本信息不对称和繁杂而不精确的成本统计分析，以经济利益驱动市场成员体现其提供辅助服务的成本，从而达到资源优化配置的目的。

随着可再生能源的发展,目前国际上电力辅助服务市场机制研究的重点在于如何激励多元化市场主体，为电力系统提供充裕的灵活性电力资源，以应对可再生能源发电对系统电力平衡和安全稳定运行的影响。

电力辅助服务主要通过强制提供、双边合约交易和集中交易三种方式获取。

1. 强制提供

1. 指在被调度机构调用时，机组必须无偿地提供辅助服务。机组承担强制提供辅助服务的义务，通常是在并网前进行约定的。
2. 这种辅助服务获取方式，通过“公平”计划能够增加辅助服务的资源，但会远远超出实际需求，并且对同一种辅助服务，不考虑不同机组的成本差异，一视同仁，不能降低总辅助服务成本。
3. 目前我国的基本辅助服务和国外电力市场中的一次调频服务都是采用这种获取方式。
4. 但随着可再生能源渗透率的提高，并网发电的常规能源比例逐步下降，强制提供辅助服务对于常规能源发电企业的压力将超出其技术能力和经济承受范围，需要采用更有效率的获取方式。

2. 双边合约

1. 辅助服务的需求方与提供者协商确定辅助服务的数量、质量、价格和支付条件。
2. 这种获取方式最大的优势是便于实现，特别是对于需要特定主体提供的辅助服务(如黑启动、发电机组进相运行提供的无功功率服务等)，但是缺乏透明性,因而不适于可竞争的辅助服务。
3. 双边合约签订时的售方为具备辅助服务提供能力的各种资源源，包括发电机组、储能装置和需求侧资源等;
4. 购买方既可以为调度机构，也可以为辅助服务责任体。

1. 在美国，辅助服务责任体一般为负荷服务商(load serving entity，LSE),根据预测的辅助服务需求按市场占有率分配辅助服务责任，然后利用自身资源或对外购买的辅助服务来履行所分配的辅助服务责任
2. 在欧洲，平衡责任公司(balance responsible party，BRP)负责整合资源，实现自身电力平衡，也可以作为购买方通过双边合约获取辅助服务

3. 集中交易

1. 短期辅助服务主要通过电力辅助服务市场集中交易获取，而长期辅助服务则主要通过长期招标实现。
2. 这是目前竞争电力市场中最常用的方式。通过集中交易方式获取的辅助服务主要是与有功功率平衡相关的服务，包括二次调频、旋转备用、替代备用等;
3. 无功功率平衡服务仍采用强制提供或双边合约的方式获取; 黑启动服务时间跨度大、调用频次低，因此采用强制提供、双边合约或长期招标三种方式获取均可。

2. 电力辅助服务市场与电力现货市场的关系

电力辅助服务市场与电力现货市场有着紧密的内在联系

1. 在竞争性电力市场中，电力现货市场和电力辅助服务市场两者相辅相成。
2. 因为发电机组提供有功功率辅助服务和电能量都占用发电机组容量，因此互为机会成本
3. 如果没有竞争性的电力现货市场，调频和备用等辅助服务的市场估价就没有参考价格。
4. 同样的，如果没有竞争性的辅助服务市场，辅助服务资源的投资和提供就会缺乏合理的激励。
5. 辅助服务欠补偿会造成电力灵活性资源短缺，进而可能造成电力现货市场供不应求、价格高涨、供电可靠性降低，也可能会影响可再生能源消纳;辅助服务过补偿则会造成资源错配，推高供电成本。

在国外典型电力市场中，主要对与有功功率平衡相关的调频、备用等辅助服务品种建立市场交易机制，而无功功率平衡服务由于受就地平衡和传输不经济等限制，与事故恢复服务一起不被包括在集中竞价交易的品种范围之内

1. 随着辅助服务响应时间的延长，对辅助服务资源的技术要求逐渐降低，相应地其价格也逐渐降低。
2. 例如，调频是价格最高的服务，紧接着是旋转备用和非旋转备用等。
3. 电力现货市场建立后，电力辅助服务市场竞争中起决定作用的主要驱动要素是机会成本。

一些市场将调频分为上调和下调，用来区分由于调节方向不同造成的能效损失和机会成本的差异。在电力灵活性资源稀缺程度不高的地区，电力系统调峰问题一般通过电力现货市场来解决。

电力现货市场与电力辅助服务市场具有强耦合性。

1. 发电机组自身运行特性决定了其在提供电能量与电力辅助服务时具有相互替代和相互依赖关系。
2. 从替代特性来说，受限于自身装机容量，发电机组所提供的电力与电力辅助服务所需使用的容量之和，不能超过其装机容量的限制
3. 从依赖特性来说，发电机组在不同的发电出力水平上，所能提供的最大调频辅助服务容量不同。

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因此，在竞争性电力市场中，电力现货市场和电力辅助服务市场两者相辅相成。

电力现货市场与电力辅助服务市场具有功功率互补性。

1. 从保障发用电功率实时平衡的角度(即从系统或市场的角度)来说，电力现货市场与电力辅助服务市场机制是互补性市场机制。
2. 其中，备用辅助服务市场是保证电力日内和实时(平衡)市场电能量供应充裕性的机制，调频辅助服务市场是保证实时(平衡)市场闭市后偏差电量平衡的机制。

电力现货市场与电力辅助服务市场具有经济互斥性。

1. 从辅助服务提供主体的经济性角度来说，电力现货市场与电力辅助服务市场机制是互斥的。
2. 因为，在同一时间维度的市场上，如现货日前市场和日前备用市场、现货日内市场和日内备用市场、实时(平衡)市场与调频市场(实时备用市场)，发电机组提供电能量与提供备用/调频服务互为机会成本。

从市场设计角度来说，电力辅助服务市场与电力现货市场的出清模式有较大相关性

1. 单独出清模式

1. 多见于分散式电力市场和集中式电力市场初期，比如欧洲各国和加拿大阿尔伯塔;
2. 单独出清模式要考虑电能量和各品种辅助服务的出清次序，一般根据交易标的物价值由高至低的次序，先出清电能量，再依次出清调频、旋转备用和非旋转备用。

2. 联合出清模式

1. 主要应用于发展较为成熟的集中式电力市场中，比如目前的美国、澳大利亚等国家。
2. 联合出清模式将电能量与调频、备用等同时段交易获取的辅助服务放在统一的数学模型中集中优化，求解得到满足系统安全运行约束的短期经济调度出清结果。

学界普遍认为，理论上，在信息足够透明的前提下，电能量市场与辅助服务市场联合出清将获得更佳的整体经济效益，能够更有效地体现辅助服务提供主体的机会成本。

1. 电能量与辅助服务现货市场联合出清模型中囊括诸多变量和约束，该模型求解时间成为其应用的主要技术瓶颈。
2. 在实际应用中，为及时完成出清计算，电力市场技术支持系统开发商从工程的角度，对联合出清模型的约束条件做了大量简化，加之计算机技术的进步，最终得以广泛应用。
3. 但是，市场信息透明的前提在现实中难以完全达成，信息不对称和策略性报价也会在很大程度上影响出清结果的经济性。

3. 国外典型电力辅助服务市场

美国辅助服务市场

1. 美国PJM辅助服务市场提供辅助服务，以在系统发生波动时及时满足系统对于电力供应和实时平衡的需求
2. 每个区域输电组织(regional transmission organization，RTO)和电网用户必须向PJM购买该项服务。
3. 美国PJM辅助服务市场将辅助服务义务分配到负荷服务商(load-serving entities，LSE)。
4. LSE可以利用自己的发电资源或通过与第三方签订合同来满足自己的义务，也可以从PJM辅助服务市场购买该服务。
5. 调频辅助服务是指通过AGC在5min内，调整系统功率维持电网的频率在60Hz的相关服务。

1. 美国加州由加州独立系统运营商(independent system operator，ISO)负责组织所有辅助服务的市场运作以及协调辅助服务提供主体的具体工作。
2. 辅助服务包括AGC、旋转备用、非旋转备用、替代备用、电压支持和黑启动。

1. 前4种辅助服务是在日前市场中与电能量市场联合出清，通过协同考虑电能量和辅助服务实现总购买成本的最小化，避免出现电能量与辅助服务分离、各辅助服务顺序购买中出现的效率损失。
2. 电压支持和黑启动则以中长期合同方式进行交易
3. 调频服务是由已经并入系统、处于运行状态的机组提供。

3. 在实时运行时，这些机织的自动发电控制设备会自动调节机组的出力，从而足系统功率平衡，使系统频率稳定在一定的标准范围之内。
4. 调频辅助服务是通过加州细织的投标竞争的辅助服务市场来获得。

英国辅助服务市场

1. 由英国国家电网公司(national grid company，NGC)的辅助服务业务部门(ancillary services business，ASB)负责以经济的方式购买辅助服务，以满足电力系统可靠性的要求，并通过收取用户的附加费来支付这些辅助服务费用。
2. 辅助服务包括频率响应、备用服务、电压与无功功率调节、黑启动等。
3. 辅助服务调度相应地和电能一样安排，各品种辅助服务和电能一起采用竞价方式，事先定价。
4. 这些辅助服务分强制性辅助服务和商业化辅助服务两种提供形式

1. 强制性：要求所有授权经营的发电企业义务提供
2. 商业化：按照市场的规则由部分发电企业协商或竞价提供

1. 频率响应包括动态频率响应和非动态频率响应
2. 动态频率响应是指对系统实时变化提供连续的服务，而非动态频率响应通常是由超过规定的频率偏差所触发。
3. 国家电网通过强制性频率响应、固定的频率响应和需求侧管理的频率响应三个不同的平衡服务来控制频率。

强制性频率响应、需求侧管理的频率响应是通过签订双边合约获得，固定的频率响应通过平衡服务市场获得

北欧辅助服务市场

1. 北欧瑞典、挪威、丹麦、芬兰4个国家的5个主干电网公司分别设立了调度机构，即输电系统运营者，负责实时市场和辅助服务市场的运营，并实现跨国资源的优化配置
2. 北欧辅助服务市场由 Nord Pool通过多边协调交易模式，或实时竞价型和双边合约型的混合模式进行交易，各国都由自己的调度机构负责电网的安全稳定和实时运行。
3. 瑞典和挪威主要由水电提供调频服务，丹麦东部由火电提供、丹麦西部由风电参与，芬兰利用水电和火电联合及直流联络线共同参与
4. 现货市场结束后，市场成员上报自愿的出力(或负荷需求)上调与下调价格。
5. 当系统功率短缺时，按上调价格从低到高的顺序调度，直至满足需求，最后被调度机组的报投资价为此时的调整价格，调度机构将按此价格对辅助服务提供主体进行补偿
6. 当系统功率过剩时，按下调价格从高到低的顺序减出力调度，直至满足要求，调整价格与补偿方法同上。

1. 以挪威为代表的电力市场中，电网公司为输电系统运行机构，负责所辖电网的运行管理、规划及电力市场的运营
2. 调频辅助服务功能的实现由调节市场完成，由于挪威的调频服务对机组有强制要求，且价格固定，因此其服务模式为非竞争型，服务形式分为基础辅助服务和超额辅助服务两种

1. 基础辅助服务是调度机构要求市场主体必须提供的。没有额外报酬;
2. 而超额辅助服务则可以对提供主体进行额外补偿

3. 挪威水电装机容量几乎占系统总装机容量的 100%，而且装机容量远大于尖峰负荷和备用容量的要求。
4. 调度机构要求机组运行在最佳运行点(约为各机组最大出力的 85%)，此时系统已达到较好的安全水平和稳定性要求，因此一般情况下不需要提供超额辅助服务
5. 挪威的调频辅助服务不但保证了系统的安全稳定性，而且还促进了水能的有效使用。

综合国外典型的电力辅助服务市场，具有以下特点:

1. 从辅助服务品种的经济特性来看，有些品种是固定价格的，有些品种是市场定价的。比如，美国的PJM 电力市场和纽约电力市场中，发电计划、系统调度、无功调节和黑启动服务基于成本，价格由市场监管机构制定;调频、能量不平衡和备用服务基于市场，价格由该辅助服务品种的供给和需求共同决定。市场中标者由辅助服务提供主体的报价和能力决定。
2. 从辅助服务的提供主体来看，由于欧美的市场机制和模式灵活，近年来出现了大量非常规电源的技术参与提供辅助服务。从技术上，只要能满足辅助服务要求的各种资源都可以参与辅助服务市场，例如电储能技术和需求响应技术;从模式上，既可以单一资源作为主体参与辅助服务，又可以多个资源聚合为一个主体参与辅助服务，虚拟电厂是其典型代表。考虑到不同主体提供辅助服务效果的区别，美国在755法案中提出了按效果补偿调频服务的要求，英国则通过细分调频服务类型予以区分。
3. 从辅助服务的费用来源来看，所有辅助服务的成本都直接或间接由电力用户承担。在PJM电力市场中，辅助服务责任由大用户或者负荷服务商LSE等电能购买方承担，分担方式是根据其采购电量占市场总电量的比例来分摊，再由责任承担者自行提供或者购买来履行;英国则是将购买辅助服务的费用纳入系统使用费中，从而传导给发电企业和电力用户，另外也通过一定措施激励调度机构节约辅助服务的购买费用。
4. 从辅助服务的效果来看，成熟电力市场中的辅助服务确实起到了保障电力系统和电力市场安全、经济、清洁运行的作用。

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