自20世纪90年代初以来，南方电网地区各省之间进行了大量的电力交易。在21世纪初，作为西电东送政策框架的一部分，电力交易得以扩展并规范化。这些交易主要是从资源丰富的云南、贵州和广西，向广东的负荷中心输出，尽管广东也是海南、香港和澳门的净输出地。从云南到广东的所有电力输送都是通过直流线路，而从贵州和广西的输电线路则既有直流也有交流[2]。2019年，广东进口电力为39.4吉瓦，进口占总用电量的30%[3]。
国家政策声明呼吁，广东的省级电力现货市场是覆盖南方电网地区的区域电力市场发展的第一步。现在，广东的现货市场正准备通过试运行阶段开始正式运作，政府机构、交易组织以及市场主体正在考虑如何深化现有的跨省协调，如何设计一个南方电网区域市场，如何从广东现货市场过渡到区域市场设计。这是一系列重要问题，并有望为该地区带来重大利益，包括降低整个地区的成本和排放。南方电网区域市场最重要的潜在短期效益之一，将是利用现货市场价格优化区域资源运行，尤其是与季节性水电模式相关的运行。从长远来看，区域市场对于在更广阔地理区域平衡更高比例的风能和太阳能发电也至关重要。
借鉴美国在区域市场方面的经验，制定南方电网区域市场目标的一个好方法是建立一个“区域输电组织”(RTO) [4]。按照美国RTO的模式，南方电网的RTO可以具有以下几个特点:
统一和有效的区域输电成本分摊方法，制定一套单一的区域规则，在区域内各省分配现有和新建输电基础设施的成本;
统一区域输电规划过程，确定可靠、经济和满足政策目标所需的输电投资;
一个单一的区域系统运营商和市场运营商，监管与广东的现货市场设计相一致的单一的区域“现货市场”，包括:
具有财务约束、实行安全约束的机组组合的节点日前电能量市场;
采用5分钟安全约束的经济调度和结算的节点实时电能量市场;
与日前和实时能源采购协同优化的调频(二级控制)和运行备用(三级控制)市场;
能够与国家电网进行市场对接和协调的运行时间表及市场。
这种RTO途径将为南方电网地区带来几个重要益处。统一的南网RTO的电能量和辅助服务市场将扩展到整个南网区域，这意味着当输电系统没有阻塞时，整个区域将有一个单一的日前和实时的电能量市场价格，由于边际输电损失，价格只有微小的差异。节点市场价格和区域输电规划将有助于指导整个区域的新资源开发，并有助于可再生能源并网，从而降低长期成本。RTO方式还将减少与中国目前的跨省输电定价和省间交易方式相关的省际交易壁垒。许多以美国为背景的研究发现相对于小平衡区，RTO市场能带来更大的利益[5]。
在向RTO转型的过程中，南方电网地区面临两个问题:(1)近期(2020-2021年)，在无需将市场机制和软件扩展到其他省份时，外省的发电商如何积极参与到广东的现货市场中；(2)在未来几年，中国南方电网区域如何建立多省（区）联合的区域市场雏形和全面实施RTO。
南方电网的RTO应该有统一的区域经济调度，并对新增输电线路采用区域决策方式。虽然南网RTO的实施总体上会产生显著净利益[6]，但也将对区域内不同省份的发电商和电力用户产生不同的影响。中国现有的发电和输电价格以及零售电价，往往是为了反映地区发展的优先性而设计的，这表明向一个有效的地区市场迈进可能导致重大的利益转移。政策制定者应该提前考虑到这点并减轻其影响，但最好事后通过非市场机制而不是通过市场解决。区域市场会揭示出经济效益低的发电机组，最好让这些机组（以有序的方式，在合理的可靠性考虑下）尽快退役。对于在会计生命期结束之前提前退役的发电机组，应该以不延长其运行生命周期的方式给予补偿。例如，在发电机组退役之后对所有者进行补偿，而不是通过允许不经济机组继续运行来补偿所有者。
区域输电基础设施的成本分摊
向南方电网RTO转变的一个重要和有益的方面是改变谁来支付区域输电基础设施以及如何设计输电费用。目前，输入省以元/度为每度进口电支付输电价格，这个输电价格是为了回收省间输电线的全部（或大部分）成本。这种方法并没有反映深层的输电使用成本，并对有益的省间电力交易构成了障碍。它也阻碍了按经济调度原则调度整个区域电网。
考虑一个特定小时或一天的例子，比如1）在云南有可用的水电发电容量，其运行成本比在广东的火电运行成本低，2）有足够的输电容量来促进更多从云南到广东的电量流。在这种情况下，减少广东火力发电以增加云南水力发电会为整个区域产生净收益（如节约成本）。然而，即使还有充足的输电容量，按度电收取的输电费用会使得从云南进口电比本地火电更昂贵。这种对进口水电成本的误解会导致高成本的火电机组被调度而产生弃水，虽然按照区域经济调度的原则，火电不应该被调度而也不应该产生弃水[7]。核心问题是基于每度输送电来回收全部省间输电成本是缺乏效率的。省间输电的成本应该通过另外一种方法来回收，从而在有可用输电容量时避免阻碍输电容量的使用[8]。
RTO的输电基础设施成本方法包括：
认识到区域输电对整个RTO区域的益处[9]；
在RTO 区域向所有省级电网公司（以及最终所有需求侧）按月或年（而不是在每度电交易的基础上）分摊这些区域输电成本[10]。
政府部门应该和RTO管理者一起建立向省级电网公司分摊区域输电成本的规则。按月分摊到每个省级输电公司的输电成本可以根据这个公司每月的峰值负荷（兆瓦）或者月度总耗电量（兆瓦时）来计算（例如，全部资源的总耗电量，无论这些资源在南方电网区域内如何分布）[11]。通过这种方式，区域输电成本的分摊就不会模糊在不同省份分布的不同发电资源的相对运行成本了。这就意味着输电成本的分摊和回收不再影响区域电网的经济调度。
在这种RTO模式下，区域输电成本会被纳入每个省级电网公司的准许输电成本（输电收入）。这些成本会通过省级电网公司对所有消费者采用的输配电价回收。按照目前的情况，省级政府在得到中央政府的批准下，应该继续负责制定和设计这些输配电价[12]。
示例：输电定价和增量成本
考虑这样一种情况：广东的边际发电成本为350元/ MWh，云南有可用的水电，还有200兆瓦的未使用的省间输电容量。该水电站愿意以不低于260元/千瓦时的价格出售水电。根据中国现行的区域输电成本分摊方式，通过一个统一的（不随时间改变的）按进口度电收取的输电费用为100元/MWh。
如果从云南进口水电到广东，必须支付100元/MWh的输电费用，从交易双方的角度看这将是不经济的(260元/MWh + 100元/MWh > 350元/MWh)，所以不会实施交易。本可以从云南进口的200兆瓦的增量成本为7万元/小时(= 200兆瓦×350元/兆瓦时)。
然而，如果该交易不收取输电费用或费用低于90元/MWh，这才是经济的(260元/MWh < 350元/MWh)。供应200兆瓦的增量成本将为52000元/小时。
在交易不收取输电费用的情况下，系统总成本将降低1.8万元/小时。2万元/h (= 200 MW×100 元/MWh)的输电收入差异，如正文所述，可以通过向省级电网公司年度或月度分摊（并最终传递至终端用户）的方式来回收。
向区域市场拓展的下一步
在美国的RTO市场中，加州独立系统运营商(CAISO)在向RTO过渡的问题上为南方电网地区提供了一个有价值的参考。在历史上，CAISO一直是美国西部唯一的ISO/RTO市场。与此同时，美国西部邻近地区是由相对较小的平衡区域拼凑而成，其中大部分是由垂直一体化的电力公司独立运营和规划的。为了开始获得与更好的区域一体化相关的效率提高并在区域电力公司之间建立信心和相互信任 ，CAISO和其中一些电力公司朝着最终可能成为美国西部地区的RTO方向迈出了步伐。首先，2014年，CAISO开始将其实时市场扩展到邻近地区的电力公司，从而建立了一个“能源平衡市场”（EIM）。EIM本着自愿原则，这意味着电力公司可以在任何时候加入或离开，并且可以选择希望让CAISO调度的机组。
CAISO只将可用的输电能力用于调度，而电力公司仍然负责小时前机组安排、采购和备用部署。西部EIM从2014年的2名成员，目前已经增长到9名，预计到2022年还会增加11个成员[13]。该地区正在讨论将CAISO的日前市场扩展到该地区的类似做法。尽管这些步骤未能充分解锁全面的RTO所能带来的全部利益，但它们已使该地区朝这个方向发展，并显著提高了区域系统运行的效率。EIM可以看作是向创建更完善的区域市场迈出的第一步。
在美国西部实施EIM之前，CAISO市场价格与CAISO以外的区域性双边交易中心的价格之间的持续分歧（图）清楚地表明了效率低下。整个美国西部不断增加的可再生能源发电威胁会使该地区的效率低下状况更加恶化，从而加强了实施EIM以及最终实现西部RTO的理由[14]。
图3：2014-2015年CAISO市场（NP15区）与美国西北交易中心（Mid-C）和CAISO市场（SP-15区）与西南美国交易中心（SP15区）之间的平均峰时电价差异[15]
对于南方电网来说，这种渐进式战略可能也是向区域市场过渡的有效途径。在类似于EIM的结构下，区域调度中心可以把广东的实时电能量市场调度软件扩展到整个区域，最好但不一定将整个电网模式和节点价格扩展到整个区域。中国南方电网可以成为EIM的系统运行商。其他省份调度协调人员将向区域调度中心提交日前和小时前机组安排计划和经济报价，区域调度中心将根据这些机组安排计划和报价对整个南方电网区域的机组进行调度。如果调度协调得很好，EIM可以与一个或多个省级日前市场兼容。虽然EIM仅限于实时调度和利用可用输电容量，但EIM价格可以为市场主体提供信号，以改进他们的日前和小时前机组安排计划，并且可以成为区域日前市场中区域安全受限的机组组合的桥梁。例如，在美国西部能源平衡市场中，市场主体已经改变了他们的机组组合，以更充分地利用加州中午的低成本太阳能发电[16]。
这种利用EIM作为下一步的优势在于建立对区域市场收益的信心。西部能源平衡市场大约需要两年的时间来建立，包括扩展CAISO的建模软件、规则的制定和文书，以及对市场主体的培训[17]。
建立南方电网RTO的其他考虑
区域输电规划。南方电网区域的跨省输电规划已经由南方电网完成。然而，在市场环境中，输电规划过程需要变得更加公开和透明，以便向市场主体提供信息从而他们可以做出对发电和其他资源投资的合理决策。此外，随着区域市场的形成和区域资源结构的变化，输电规划方法将需要进行调整。潜在的变化包括输电网经济性的变化;波动性再生能源发电对输电经济的影响，包括LMPs在有效选址中的作用，以及LMPs在拥塞管理中的重要性。
与其他市场协调。缺乏ISO/RTO市场之间的协调一直是美国的弱点。对于中国南方、华中、西北和东部电网来说，在区域市场之间有一个基本的、协同的市场设计，联合输电规划和成本分摊，以及协调运行是非常重要的。虽然设计可以随着时间的推移而演变，但美国的经验表明，在RTO发展过程的早期就开始考虑市场对市场的协调问题是很重要的。
建立南网RTO ：总结
综上所述，我们建议建立一个南方电网区域输电组织，这是国家要求南方电网以广东起步建立一个区域现货市场的最好方法。南方电网RTO将包括:
一套统一的区域规则，将区域输电成本分摊给该地区的省级电网公司;
一种解决输电费用的方法，不会掩盖不同省份不同发电资源的相对运营成本；
一个统一的区域输电规划过程，确定可靠、经济和满足政策目标所需的输电投资;
一个单一的区域系统运营商和市场运营商，监管统一区域“现货市场”。
区域RTO将带来许多好处并改善该区域长期存在的问题。为了形成一个南方电网RTO，一些有价值的过渡措施可能更容易实施，可以获得一些(但不是全部)区域一体化的好处，并可以作为全面实现RTO的踏脚石。此外，RTO所需的几个基础需要更近期的步骤。我们就可能采取的过渡期措施和步骤提出若干建议，以供考虑：
制定规则，将区域输电成本分摊给区域内的省级电网公司(不以进出口交易为基础)。
一旦广东现货市场全面运行，开始着手软件升级和市场规则变化，使广东的实时电能量市场扩展到南方电网地区的其他省份。实时市场可以扩展，即使其他RTO功能还没有到位。
开始考虑区域日前市场的设计，包括机组组合流程，辅助服务采购和其他市场规则。
制定公开透明的输电规划流程，以支持根据资源和负荷做出的投资决策，并加入输电项目的经济评估。这个规划过程将包括指导输电投资决策的公开可用的规划标准(可靠性、经济性、政策)。虽然美国输电规划和投资实践有许多不足之处并仍在演变过程中，美国RTO输电规划还可以是一个有用的参考[18]。
开始制定促进和维持区域市场所需的管理机制和争端解决机制。
我们注意到，2020年2月国家发改委在一份政策声明中，提出到2025年实现全国统一的电力交易组织体系，重点强调了交易组织的作用[19]。我们建议，发布一份关于区域统一现货市场形成的附加政策声明将是有用的，它应该不仅规定了交易组织的角色和时间表，还应规定出调度机构和区域政府的角色和时间表，以及他们在这些任务中必须如何协同工作。这会帮助铺平向南网RTO过渡的道路。
结论
本文在更广泛的电改工作（如各种政策声明中所述）正在付诸实践支持能源革命，降低成本，减少排放，整合波动性可再生能源资源， 以及提高可靠性的背景下，讨论了电力市场的设计和实施。世界各国的政策制定者也面临着这些挑战。南方电网地区已经取得了巨大的进展——包括广东现货市场试点的设计——并在这些领域有潜力成为中国和世界的榜样。
同其他国家一样，南方电网地区的市场设计无疑将是一个不断讨论和修订市场规则的过程。在国际讨论中，有一点很明显，看待市场的最佳方式是将其视为“工具”，以满足政府的政策目标，包括提高效率、减排和可靠性的目标。当市场产生的结果与政策目标不符时，就有必要修改市场规则和规章。仅仅是市场并不能单独满足这些目标，它们需要与各种规划过程密切协调，包括输电和需求侧资源的规划过程。
