近年來，由于社會經(jīng)濟發(fā)展對化石能源的過度依賴，能源資源日漸枯竭，同時大量碳排放也導(dǎo)致溫室效應(yīng)日益加重，極端天氣的出現(xiàn)越來越頻繁。國際社會一致認(rèn)為需要對氣候變化采取緊迫行動和強有力的國際合作。1997年12月11日結(jié)束的聯(lián)合國氣候變化框架公約締約方第三次大會上(日本京都會議)通過了《京都議定書》，并于2005年2月16日正式生效，這是人類歷史上首次以法規(guī)的形式限制溫室氣體排放。2015年12月12日在巴黎氣候變化大會上通過、2016年4月22日在紐約簽署的《巴黎協(xié)定》為2020年后全球應(yīng)對氣候變化行動作出安排，并設(shè)定了本世紀(jì)后半葉實現(xiàn)凈零排放的目標(biāo)。當(dāng)前越來越多的國家正在將其轉(zhuǎn)化為國家戰(zhàn)略，提出了無碳未來的愿景。碳中和(Carbon Neutral或Carbon Neutrality)是指中立的(即零)總碳量釋放，通過排放多少碳就采取多少抵銷措施，來達(dá)到平衡。目前已有數(shù)十個國家和地區(qū)提出了碳中和目標(biāo)。
新能源大規(guī)模接入使全世界電力市場面臨挑戰(zhàn)
在上世紀(jì)八九十年代，一些發(fā)達(dá)國家就已經(jīng)將可再生能源發(fā)展(如無特殊說明，本文的“可再生能源”都指風(fēng)、光等新能源)作為能源規(guī)劃中的一環(huán)，此后隨著各國和國際組織紛紛加大了對可再生能源的開發(fā)利用，該時期下針對可再生能源的各種政策方針也層出不窮。截至2019年底，全球共有166個國家制定了可再生能源電力發(fā)展目標(biāo)，143個國家制定和實施了不同的支持政策，常見的經(jīng)濟激勵政策有固定上網(wǎng)電價(FiT)、溢價補貼(FiP)、差價合同(CfD)、綠色證書，此外還有凈電表制(Net Metering)、稅收返還、稅收優(yōu)惠、融資等政策。近年來，可再生能源發(fā)電競爭性拍賣機制為越來越多的國家采用，既包括德國、英國、丹麥等可再生能源市場成熟的國家，也包括拉美、中東、南亞等地區(qū)的可再生能源市場新興國家，競爭性拍賣對降低成本和電價的效果非常顯著。通過競爭性拍賣確定了開發(fā)項目及業(yè)主，也同時確定了拍賣電價，與之配套的電價政策有的執(zhí)行FiT(將拍賣電價作為固定上網(wǎng)電價)，有的則配套采用FiP或CfD，有的直接按拍賣電價由拍賣中標(biāo)項目與電網(wǎng)企業(yè)簽訂中長期協(xié)議。在可再生能源消納保障方面，美國在1990年后陸續(xù)在各州實行了可再生能源配額制，使得可再生能源裝機容量實現(xiàn)了快速增長。澳大利亞在2001年實行了可再生能源配額制，有效地激勵了可再生能源市場的投資意向和發(fā)電項目建設(shè)。英國于2002年實行了可再生能源義務(wù)制度，促進了可再生能源在市場上的競爭力?？稍偕茉磁漕~制的有效實施需要依賴于綠色證書(Tradable Green Certificates，TGC)交易機制和完善的市場體系，綠色證書交易為市場主體完成其配額責(zé)任提供了一個有效的途徑。此外，美國等國家的可再生能源長期購電協(xié)議(PPA)、企業(yè)直購電(VPPA)等模式，對我國也有一定的參考和借鑒作用。
2006年，我國也出臺了《可再生能源法》以推動可再生能源的開發(fā)建設(shè)，隨后我國施行了固定上網(wǎng)電價政策以推動可再生能源的發(fā)展，但隨著可再生能源裝機容量的飛速上升，我國財政支出的“固定電價補貼”也日趨增多，由此帶來的補貼缺口進一步擴大。為改善可再生能源發(fā)展和政策現(xiàn)狀，早在2014年8月，國家能源局就印發(fā)了《可再生能源電力配額考核辦法(試行)》，后又在2016年2月印發(fā)了《關(guān)于建立可再生能源開發(fā)利用目標(biāo)引導(dǎo)制度的指導(dǎo)意見》(國能新能〔2016〕54號)，開啟了我國可再生能源配額制及綠色證書交易模式的探索。伴隨著可再生能源配額制施行的呼聲越來越強烈，2018年3月，國家能源局先發(fā)布了《可再生能源電力配額及考核辦法(征求意見稿)》，同年該征求意見稿又陸續(xù)修改了兩版，明確了考核指標(biāo)、責(zé)任實施主體、義務(wù)主體、指標(biāo)測算方式及考核時間。2019年5月國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)了《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機制的通知》(發(fā)改能源〔2019〕807號)，結(jié)束了我國可再生能源配額制長久的征求意見和爭論，確立了以“可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重”模式為主體的建設(shè)框架。2020年5月又在各地測算的基礎(chǔ)上統(tǒng)籌提出了各省級行政區(qū)域2020年可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重(發(fā)改能源〔2020〕767號)，包括可再生能源電力總量消納責(zé)任權(quán)重和非水電可再生能源電力消納責(zé)任權(quán)重。2021年1月，北京電力交易中心響應(yīng)國家要求，發(fā)布了《可再生能源電力超額消納量交易規(guī)則(實行)》，為可再生能源電力超額消納量交易市場的建立奠定了基礎(chǔ)。
可再生能源參與電力市場交易已成為必然趨勢。隨著可再生能源發(fā)電比例逐步升高、各種類型儲能的成本逐漸降低、智能電表的普及和需求響應(yīng)的引入，世界各國的電力市場都面臨著重大挑戰(zhàn)，需要更新?lián)Q代。
在美國，有關(guān)電力市場規(guī)則的爭論由來已久。早在2017年，美國能源部(Department of Energy)與各大區(qū)域電力市場運營商ISO/RTO就電力市場價格形成機制等問題發(fā)生過激烈爭論。近期，美國電力市場中各類事件接連不斷，引起各方廣泛關(guān)注。當(dāng)?shù)貢r間2020年8月14日，加利福尼亞州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)宣布電網(wǎng)進入二級緊急運行狀態(tài)。8月14日，為了防止電力系統(tǒng)崩潰，CAISO向全州的電力用戶發(fā)布了自2000～2001年加州電力危機以來近20年的第一次三級緊急運行狀態(tài)警告，并對居民用戶實施輪流停電。隨后，8月15日，CAISO又發(fā)布了二級和三級緊急運行狀態(tài)警告各一次并采取切負(fù)荷措施。8月17日、8月18日、9月5日、9月6日，CAISO又各發(fā)布了一次二級緊急運行狀態(tài)。從當(dāng)?shù)貢r間2021年2月14日開始，美國得克薩斯州在極端低溫天氣下再次發(fā)生大范圍輪流停電，數(shù)百萬家庭失去電力供應(yīng)，而且現(xiàn)貨市場價格也已達(dá)到9000美元/兆瓦時的上限。美國總統(tǒng)拜登相繼批準(zhǔn)得州進入緊急狀態(tài)和重大災(zāi)難狀態(tài)。
歐盟在2016年12月公布的新電力市場設(shè)計方案中尖銳指出“當(dāng)今能源市場規(guī)則是為了滿足過去的以傳統(tǒng)火力發(fā)電和沒有需求響應(yīng)的能源系統(tǒng)而設(shè)計出來的”。由于光伏、風(fēng)電低邊際成本的特點，把傳統(tǒng)火力發(fā)電在以邊際成本為基礎(chǔ)的現(xiàn)貨競價交易中擠出，使得市場出清價格降低，甚至出現(xiàn)負(fù)值，導(dǎo)致火力發(fā)電難以生存。而同時，光伏和風(fēng)電的不可預(yù)測性、波動性，給電力系統(tǒng)的安全可靠性和靈活性帶來了挑戰(zhàn)。在2012年11月至2013年2月歐盟針對電力市場問題的調(diào)查中，被調(diào)查者一致認(rèn)為確保市場更健康地運行和市場進一步融合對于電力安全供給十分關(guān)鍵，對現(xiàn)有市場設(shè)計是否能夠充分吸引投資以保障發(fā)電容量充裕度則觀點各異。相當(dāng)多的觀點認(rèn)為可再生能源的補貼機制、優(yōu)先發(fā)電和電力平衡責(zé)任缺失扭曲了市場。
2016年9月28日，臺風(fēng)和暴雨等極端天氣襲擊了新能源發(fā)電占比高達(dá)48.36%的澳大利亞南部地區(qū)電網(wǎng)，最終導(dǎo)致澳大利亞南部大停電，50小時后才全部恢復(fù)供電。這是世界上第一次由極端天氣誘發(fā)新能源大規(guī)模脫網(wǎng)導(dǎo)致的電網(wǎng)大停電事故。電力市場環(huán)境下報價低的風(fēng)電侵占報價高的燃?xì)鈾C組發(fā)電空間、大規(guī)模安裝光伏自發(fā)電系統(tǒng)導(dǎo)致用電負(fù)荷減少、天然氣市場波動及輸送管道地緣格局不利等因素導(dǎo)致澳大利亞南部電網(wǎng)燃煤機組及燃?xì)鈾C組大量退出運行，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量逐年減少。“9·28”事故當(dāng)日，澳大利亞南部電力系統(tǒng)慣量呈現(xiàn)歷史最低，頻率振蕩時間最短、切機容量最大，是導(dǎo)致大停電事故的重要原因。
美、歐、澳的電力市場問題有一些共同點：一是電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行需要保持多樣化的發(fā)電機組類型(電源結(jié)構(gòu))，當(dāng)前電力市場設(shè)計雖然對新能源有利，但對傳統(tǒng)電源沖擊過大，無法確保電力系統(tǒng)的長期可靠性與彈性;二是電力市場需要對靈活性資源合理定價，才能保障可再生能源的消納，當(dāng)前電力市場設(shè)計無法對靈活性資源提供合理的經(jīng)濟激勵。因此，歐美在二十多年的電力市場運營經(jīng)驗基礎(chǔ)上，進行了各種各樣的更新和嘗試。由于我國棄風(fēng)、棄光問題嚴(yán)重，建立有利于新能源消納的電力市場機制也已成為當(dāng)前的緊迫任務(wù)。
“雙碳”目標(biāo)下的電力市場體制機制創(chuàng)新
隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的舉措將使電源結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)特性出現(xiàn)重大變化，在為我國電力行業(yè)的發(fā)展帶來重大機遇的同時，也存在一定的風(fēng)險和挑戰(zhàn)。建立有利于新能源消納的電力市場體制機制已成為當(dāng)前的緊迫任務(wù)，國外能源轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗值得借鑒。
價格機制是市場機制的核心，市場決定價格是市場在資源配置中起決定性作用的關(guān)鍵。由于電價問題的復(fù)雜性、電力工業(yè)在國民經(jīng)濟中的基礎(chǔ)性地位以及電力產(chǎn)品的公共性，電價問題牽一發(fā)而動全身，并且與其他能源價格緊密相關(guān)，還曾經(jīng)作為國家宏觀調(diào)控的手段，甚至牽涉到社會穩(wěn)定問題(可稱之為“電價的社會性”)。當(dāng)前的電價結(jié)構(gòu)和電價水平(尤其是折舊和財務(wù)費用)是我國長期以來各種電價政策歷史沉淀的產(chǎn)物，由于電廠的建設(shè)和運行壽命周期跨度可長達(dá)幾十年，不同歷史階段的電價政策和投融資政策對當(dāng)前成本和價格的構(gòu)成有重大影響(可稱之為“電價的歷史性”)。電價問題又可分為“價值問題”(即電能價值分析)和“價格問題”(即電價形成機制)兩個方面。“價值問題”具有理想性(即回答“最理想的價格應(yīng)該是什么”)，而“價格問題”具有現(xiàn)實性(各利益主體將基于價格進行真金白銀的結(jié)算)。價格是價值的表現(xiàn)，并且不能偏離價值太遠(yuǎn)。在計劃經(jīng)濟模式下，最理想的電價水平應(yīng)等于電能的真實價值;在市場經(jīng)濟模式下，市場電價應(yīng)圍繞電能真實價值上下波動。在可再生能源大規(guī)模接入的背景下，電能除了容量價值、電量價值，還具有靈活性、安全性和彈性價值等多種不同的價值，使得問題更加復(fù)雜，其分析和研究需要建立在對新型電力系統(tǒng)運行特性深入認(rèn)識的基礎(chǔ)上并緊密結(jié)合相關(guān)經(jīng)濟學(xué)理論。
類似于德國電力市場設(shè)計，電力市場交易過程可用不同的(橫向的或縱向的)“能量塊”填充負(fù)荷曲線下的面積，實現(xiàn)電力電量平衡，建立如圖所示的中長期與現(xiàn)貨(日前、日內(nèi)、實時)交易相協(xié)調(diào)、電量與電力型交易相結(jié)合的電力市場目標(biāo)模式，這也符合我國當(dāng)前電力市場建設(shè)所采用的“中長期交易+現(xiàn)貨市場”的基本框架。不同“能量塊”的組合將形成不同的短期運行發(fā)電組合(即運行方式)和內(nèi)涵不同的價格。主能量交易可采用分段競價(或水平拍賣)或合同交易機制，實時平衡與輔助服務(wù)交易采用分時競價(或垂直拍賣)機制。對于基荷、腰荷機組(負(fù)荷)，即圖中的橫向“能量塊”，可按負(fù)荷持續(xù)時間定價，進行集中競價或開展合同交易。對于峰荷機組(或需求響應(yīng)資源)，可基于實時電價，針對圖中的綠色和褐色縱向“能量塊”進行集中競價。此外，借鑒德國電力市場平衡結(jié)算單元的設(shè)計思路，可再生能源應(yīng)以就地消納為主要形式，并減少大電網(wǎng)平衡的負(fù)擔(dān)。
一般情況下，對于光伏、風(fēng)電等可再生能源機組，由于功率曲線難控，電能商品品質(zhì)低，但因環(huán)保效益顯著，可全額消納，或根據(jù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定約束在一定功率波動范圍內(nèi)消納，并以比市場最低價更低的價格結(jié)算電量。在這種情況下，系統(tǒng)總負(fù)荷扣除可再生能源機組出力后，可能形成功率缺口，例如美國加州電力系統(tǒng)著名的“鴨子曲線”，將顯著增加電力系統(tǒng)的靈活性需求和調(diào)峰困難。如果可再生能源搭配儲能或購買調(diào)峰容量、提高其電能品質(zhì)后，也可以參與圖中橫向能量塊的交易;在加裝自動發(fā)電控制系統(tǒng)(AGC)后，響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度指令下調(diào)功率，參與分時交易的輔助服務(wù)市場。
智利是世界上第一個進行電改的國家，為鼓勵可再生能源消納并增加競爭，2014年引入了時間跨度長達(dá)20年的帶時標(biāo)的能量塊(time block)交易，允許發(fā)電機組在一天中針對特定的時段進行投標(biāo)，而不是限定必須24小時供應(yīng)電力。智利的帶時標(biāo)能量塊交易取得了預(yù)期的效果，增強了競爭，促進了可再生能源消納，電價大幅下跌，受到了各方面的稱贊。2021年3月31日，美國政府公布了一項2萬億美元的就業(yè)計劃，該計劃力爭讓美國在2035年之前實現(xiàn)100%零碳電力。值得注意的一個細(xì)節(jié)是，該計劃規(guī)定聯(lián)邦市政設(shè)施應(yīng)從所在區(qū)域電網(wǎng)采購“7?24”全時段清潔電力，并與其小時級負(fù)荷曲線相匹配，這恰恰是我們所提的“能量塊”交易的概念。在“能量塊”交易的初級階段，可采用比較簡單的分時段交易。2020年11月25日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《2021年電力中長期合同簽訂工作的通知》(發(fā)改運行〔2020〕1784號)中，為拉大峰谷差價，明確提出“交易雙方簽訂分時段合同”(即國家發(fā)展改革委電力中長期合同“六簽”要求之“分時段簽”)，目前江西等省份正在進行試點。
在世界范圍，風(fēng)電和光伏發(fā)電的快速增長對電力系統(tǒng)的靈活性提出了前所未有的要求。2018年11月13日，國際能源署發(fā)布的世界能源展望提出“靈活性是電力系統(tǒng)的新口號”。對于發(fā)電機組，靈活性的提升主要體現(xiàn)在：深度調(diào)峰(降低最小技術(shù)出力)、快速啟停、增強爬坡能力(即提高加減負(fù)荷速度)。對于熱電機組，熱電解耦也是增強靈活性的方式。在美國加州電力市場(CAISO)和中部大陸電力市場(MISO)，建立了靈活爬坡產(chǎn)品交易，取得了良好的效果。我國在實踐中總結(jié)出來的深度調(diào)峰交易值得肯定，該交易方式首先在東北電力輔助服務(wù)市場建立，并且在全國推廣。作為國家電力體制改革專項試點，自2017年1月在東北地區(qū)啟動以來成效顯著，深入挖掘了電網(wǎng)調(diào)峰潛力，促進了風(fēng)電、核電等清潔能源消納，顯著提高了電網(wǎng)安全運行水平和供熱可靠性。
在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)單一的“源隨荷動”(即根據(jù)負(fù)荷變動情況調(diào)節(jié)發(fā)電功率)模式將轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;源隨荷動、荷隨網(wǎng)動”的友好互動模式，柔性負(fù)荷、虛擬電廠等新技術(shù)和商業(yè)模式也受到廣泛關(guān)注。柔性負(fù)荷是指在一定時間段內(nèi)靈活可變的負(fù)荷，包含具備需求彈性的可調(diào)節(jié)負(fù)荷或可轉(zhuǎn)移負(fù)荷、具備雙向調(diào)節(jié)能力的電動汽車、儲能、蓄能以及分布式電源、微電網(wǎng)等，其用電行為可對價格信號作出靈活響應(yīng)，是電力系統(tǒng)靈活性的重要來源。在供電無法滿足用電需求增長的大城市，柔性負(fù)荷的削峰填谷作用還可對保障電網(wǎng)的安全運行起到關(guān)鍵作用。我國目前處于市場發(fā)展的初級階段，還缺乏完整的市場運營規(guī)則和電價形成機制，尚不能通過經(jīng)濟手段及時有效地調(diào)節(jié)市場供需，負(fù)荷調(diào)度更多表現(xiàn)為以分時電價和有序用電為代表的需求側(cè)管理。在電力市場環(huán)境下，引入柔性負(fù)荷參與交易，有利于提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平及靈活性，并帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。隨著市場建設(shè)的推進，柔性負(fù)荷參與現(xiàn)貨市場和輔助服務(wù)市場的條件逐步具備，并已在廣東等省區(qū)投入實際運行。(陳皓勇 廖宇)
