可再生能源需要日内市场

文摘   2024-11-09 00:06   北京  

来源:

https://gemenergyanalytics.substack.com/p/renewables-need-intraday-market

简要介绍日内市场对太阳能和风能的重要性

Julien Jomaux
2024 年 10 月 30 日
众所周知,预测天气以及随之而来的可再生能源发电量很容易出错,尤其是提前预测。除了与季节性模式相关的趋势之外,提前几周准确预测风能和太阳能发电是不可能的。由于消耗必须实时匹配发电,因此迫切需要一种机制来不断调整先前的预测,从而调整市场位置直至交付。这就是日内市场发挥关键作用的地方。
让我们来探讨一下为什么这些日内市场至关重要,以及如果没有它们会发生什么。

可再生能源无法完美预测

风能和太阳能是推动可再生能源普及的主要动力,它们高度依赖天气条件。不幸的是,准确预测风能和太阳能的发电量非常困难,尤其是当预测范围延伸到更远的未来时。

以下是日前预测和最新预测的比较示例1以及实际发电量。我们可以看到,三者之间的差异可能很大,实际发电量在某些时候会超过日内预测的两倍以上。
2024 年 9 月 25 日 -来源
https://www.elia.be/en/grid-data/generation-data/solar-pv-power-generation-data
当然,预测并不总是不准确的。在晴朗的蓝天或均匀多云的日子里,太阳能发电量更容易预测。最具挑战性的日子是那些有部分云层覆盖的日子,因为准确预测云层的精确位置很困难。下面是 2024 年德国日前预测与实际发电量的比较,表明大幅偏差并不常见。
来源
https://www.energy-charts.info/charts/power_scatter/chart.htm?l=en&c=DE

欧洲电力市场:时间表

欧洲电力市场按照以下时间尺度构建(除空间分布外)2。

  • 远期市场。无论是场外市场还是有组织的市场3,这些市场通常作为对冲现货市场固有波动的工具。市场参与者利用它们来确保长期价格稳定。这些市场可以提前几年到交货前几天结算电力交易。
  • 现货市场
    • 拍卖。定期5,拍卖的组织原则与日前市场类似。
    • 连续。这是日前市场关门时间后进行交易的主要工具。卖方和买方之间的交易可以连续结算(不同于日内拍卖和日前市场的单一价格),直至交割前 15 至 60 分钟,具体取决于国家/地区。
    • 日前市场。日前市场通常被视为欧洲电力市场的基石,买家和卖家在中午之前提交第二天的出价4。每小时价格和竞价区域是针对第二天的24小时制定的。
    • 日内市场
    • 平衡市场。在交付前的特定时间6,输电系统运营商 (TSO) 接管了平衡系统的责任。这是通过各种产品(例如我在之前的帖子中提到的FCR和aFRR )或通过市场各方基于不平衡价格的隐性反应来实现的7。

来源
https://www.kyos.com/faq/what-is-spot-power-trading/

可再生能源需要日内市场

由于我们无法准确预测可再生能源的发电量,因此需要建立短期市场,这一点已得到欧洲最高层的认可,正如我们在欧盟理事会秘书处的这封信中看到的那样:

日内市场对于以最低成本将可变可再生能源整合到电力系统中尤为重要,因为它们使市场参与者能够在交付时间临近时交易短缺或过剩的电力。由于可变可再生能源发电厂只能在交付时间临近时准确估计其发电量,因此通过尽可能接近电力交付时间进入流动市场,为他们提供最大的交易机会至关重要。
这种认识合乎逻辑,因为很明显,仅靠日前市场不足以管理可再生能源。由于关门时间定在前一天中午,必须提前 36 小时预测可再生能源发电量,而这绝不可能毫无误差。

如果偏差很大怎么办?

让我们以 6 月 3 日为例。上午 10 点,德国日前价格为 99 欧元/兆瓦时,这是一个相对典型的情况。然而,日内市场显示的价格如下:

来源
https://energy-charts.info/charts/price_spot_market/chart.htm?l=en&c=DE&week=43

澄清一下:
  • 上午10点记录的最高价格为9122欧元/兆瓦时,比日内价格高出92倍。
  • 日内连续市场平均价格为766欧元/兆瓦时。
  • ID-3 平均值,即过去三个交易小时内执行的所有连续交易的加权平均价格8,接近782欧元/兆瓦时的连续平均水平。
  • ID-1 平均值(即过去交易小时内执行的所有连续交易的加权平均价格)为 2519 欧元/兆瓦时。
显然,随着我们接近实时情况,市场越来越注意到电力短缺,缩小差距变得更具挑战性,导致价格上涨。
如前所述,在某个时候,输电系统运营商 (TSO) 优先于现货市场。平衡责任方内部发电和消费之间的任何偏差9将按不平衡价格计费。以下是 6 月 3 日的不平衡价格,我们可以看到,从上午 8 点到上午 10:30,不平衡价格非常高(上午 9 点达到峰值 14978 欧元/兆瓦时)。

那么,是什么原因导致了这种情况?这可能是多种因素造成的,我无法确定所有因素。但是,其中一个因素是太阳能发电的预测误差。上午 10 点,太阳能发电量为 12.8 GW ,比 2 小时前的预期少了近 4 GW,比下午 6 点的日前预测少了近 7 GW,如下表所示。
来源
https://energy-charts.info/charts/power_forecast/chart.htm?l=en&c=DE
由于市场参与者力求避免惩罚性不平衡价格,日内市场开始以更高的价格交易,随着实时价格的临近,价格继续攀升。如果没有日内市场,TSO 需要实时采取的纠正措施将更加重要。因此,日内市场在减轻“平衡负担”方面极为有价值,尤其是当我们纳入更多依赖天气的发电来源时。然而,还应注意,大型传统发电厂和联络线也增加了不可预测性,因为潜在的意外停电会导致严重的不平衡。

如果没有短期市场会发生什么:阿尔巴尼亚的案例?

不幸的是,并非所有国家都拥有流动性强的日内市场,阿尔巴尼亚就是一个例子。该国正在将其能源市场融入欧洲市场。该国已采取多项措施,包括在 2021 年建立平衡市场,并在 2023 年推出日前市场,该市场现已与科索沃合并。然而,该国仍然缺乏日内市场,其所有市场的整体流动性仍然很低。

因此,阿尔巴尼亚的可再生能源发电商目前通常有义务管理自己的不平衡,在没有日内市场的情况下面临重大挑战。让我们来看看不同情况下风能和太阳能等可再生能源的后果:
  1. 上网电价支持(按发电量付费):在这种情况下,生产者无需支付任何不平衡价格,因为他们会根据实际发电量获得固定报酬。不平衡风险实际上转移给了买方。
  2. 差价合约(按标价付费)支持:发电商必须在日前市场上出售其发电量。日前预测和实际发电量之间的任何差额都必须由发电商以不平衡价格支付。阿尔巴尼亚实行双重定价制度,负不平衡和正不平衡的价格不同。
  3. 不受政府协议支持:与第二种情况类似,生产者必须按照相应的不平衡价格承担任何不平衡的成本。
以下是 2024 年 7 月阿尔巴尼亚每小时的平均不平衡价格。这说明了无法通过日内交易纠正预测的可再生能源发电商可能遭受的财务影响。
根据OST数据制定自己的图表。

实际上,在 2024 年 7 月,负不平衡价格约为 100 欧元/兆瓦时,而正不平衡价格通常约为 20 欧元/兆瓦时。这意味着,如果生产商高估了其发电量,他们将不得不向 TSO 支付负不平衡价格。相反,如果生产商的发电量超过预期,他们将只能获得正不平衡价格。
这会带来重大的财务风险10因为 24 小时或更长时间内的预测误差可能会很大,尤其是对于特定位置11。为了降低这种风险,阿尔巴尼亚最近举行的大型太阳能和风能拍卖会都采用了按发电量付费系统。一旦市场流动性足够,就会引入按指定量付费系统,但最高金额会有上限(必须有人出资)。虽然这个上限为生产者提供了高平衡成本的保护,但人们也可以说,它削弱了准确预测的动力。

综上所述

预测可再生能源发电量永远不会完全准确,预测错误是不可避免的。这凸显了短期市场(如日内市场)的必要性,以帮助更实时地平衡供需。此外,这些市场的流动性对于确保买家和卖家能够始终如一地匹配交易至关重要。因此,电力市场(包括日内市场)的市场耦合对于可再生能源的发展至关重要,尤其是对于阿尔巴尼亚这样的小国而言。

1
每小时更新一次。
2
电力与时间和位置有关。
3
例如请参阅站点EEX 
4
一些国家的登机口关闭时间略有不同。
5
欧洲大陆有三次日内拍卖。
6
欧洲各国的规定并不相同,但一般在 15 至 60 分钟之间。
7
所有国家都不允许。
8
请参阅此处的定义。
9
请参阅此处以了解更多信息。
10
这种双重不平衡定价系统带来了巨大的财务风险。然而,即使在单一不平衡价格系统中,生产者通常也处于不利地位。由于不平衡价格通常与天气预报误差有关,因此当生产者未能达到预测时,他们通常会面临更高的成本。当系统短缺且不平衡价格较高时,生产者通常会自己遇到短缺,从而导致巨额财务处罚。
11
如上例所示,单个位置比较大的地理区域(例如整个国家)更容易出现偏差。





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