風(fēng)光電比例持續(xù)提高呼喚電力市場2.0

在高比例接納可再生能源的核心任務(wù)下，2.0市場的創(chuàng)新更多體現(xiàn)在三大構(gòu)成模塊中，分別是更強(qiáng)的市場機(jī)制建設(shè)、更靈活高效的電力供給體系和更高的電力保障能力。

▼德國能源轉(zhuǎn)型成效卓著

2000年《可再生能源法》頒布，德國能源轉(zhuǎn)型正式啟動，它對不同可再生能源發(fā)電的補(bǔ)貼費用及年限給出了明細(xì)化規(guī)定，并確立了未來可再生能源電力供給的目標(biāo)。此時德國光伏度電成本高昂，約為5.5元人民幣，但高額補(bǔ)貼激勵光伏迅速發(fā)展。2010年聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)能源部頒布《面向2050年能源規(guī)劃綱要》明確到2050年可再生能源發(fā)電占比達(dá)80%的目標(biāo)，全面推進(jìn)能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。

德國能源轉(zhuǎn)型成效卓著，2015年德國年發(fā)電總量達(dá)648太瓦時，可再生能源發(fā)電194太瓦時，占發(fā)電總比重的30%。其中尤以風(fēng)光發(fā)電為主，分別占比13.3%與6%。

▼德國電力市場有力支撐能源轉(zhuǎn)型

德國可再生能源的迅速增長與其電力市場建設(shè)密不可分。1998年啟動的德國電力體制改革旨在放開電力市場。最顯著的變化是改變了九家大企業(yè)壟斷發(fā)輸配售的局面，實現(xiàn)了電力生產(chǎn)與輸配環(huán)節(jié)的全面拆分，配電公司也在法律上獨立?，F(xiàn)在，德國已形成了基于現(xiàn)貨、期貨、遠(yuǎn)期及平衡能源市場的較成熟的電力市場體系。改革后形成的輸配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營商及多個自由電力生產(chǎn)商、經(jīng)銷商之間通過平衡基團(tuán)管理、電力交易所或場外交易進(jìn)行著相互間的聯(lián)系。

兩個案例有力證明了德國電力市場的有效性。第一個案例是2014年6月9日中午，光伏發(fā)電功率占比超過50%(圖三a)。那是一個公共假日，需求負(fù)荷低，光照良好,當(dāng)天中午的光伏發(fā)電占比創(chuàng)了記錄。當(dāng)日電力出口達(dá)到高峰，現(xiàn)貨拍賣價格也有所下降(圖三b)，基于9日的情況，遠(yuǎn)期市場價格也有所下降。

第二個典型案例是2015年3月20日的“日食危機(jī)”。德國的光伏裝機(jī)量達(dá)38吉瓦，超過總發(fā)電裝機(jī)容量的20%。日全食將使德國驟然失去約70%的光伏電力，日食結(jié)束時，大量光伏電力又將瞬時涌入，對電網(wǎng)造成巨大沖擊。為應(yīng)對日全食，電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營商在平衡能源市場通過拍賣分別額外購得正負(fù)平衡能源3.8吉瓦和2.75吉瓦，平衡能源儲備總共為日食前的1.5倍，同時市場參與者依據(jù)提前預(yù)測作出規(guī)模巨大的需求響應(yīng)。“日食危機(jī)”安然度過，檢驗了歐洲電力系統(tǒng)適應(yīng)波動性可再生能源的能力，也驗證了德國電力市場的成功。

總體而言，已有的“電力市場1.0”體現(xiàn)出市場機(jī)制下的公平競爭，資源的優(yōu)化配置，有效接納了快速增長的光伏和風(fēng)電。

▼剩余需求負(fù)荷對電力市場設(shè)計提出新要求

由于政策已制訂了未來可再生能源發(fā)電高比例增長的目標(biāo)，而目前市場上低邊際成本的風(fēng)電光伏又能優(yōu)先并網(wǎng)發(fā)電，剩余需求負(fù)荷(residualload)于是成為影響電力市場設(shè)計的一個重要概念。它指除去風(fēng)光發(fā)電外、剩余發(fā)電組合所需承擔(dān)的電力需求量。圖四分別給出了冬夏季可再生能源發(fā)電量與剩余需求負(fù)荷間的普遍關(guān)系，夏季風(fēng)光發(fā)電多，需求總量較小，剩余需求負(fù)荷小;冬季反之。未來還可能出現(xiàn)兩種極端情況：1.最大剩余需求負(fù)荷：用電需求高，同時幾乎不產(chǎn)生風(fēng)能和太陽能，這可能發(fā)生在一個寒冷無風(fēng)的冬夜;2.最小剩余需求負(fù)荷：電力需求低，但同時產(chǎn)生大量風(fēng)能和太陽能發(fā)電，這可能發(fā)生在有風(fēng)和/或陽光明媚的周末或節(jié)假日。

圖五給出了來自弗勞恩霍夫研究所就可再生能源發(fā)電比與極端剩余需求負(fù)荷關(guān)系的描述。圖中藍(lán)色曲線為2025年可再生能源發(fā)電占比25%的情況下的剩余負(fù)荷。圖中紅色曲線為2035年可再生能源發(fā)電占發(fā)電總量60%情況下的剩余負(fù)荷，顯然，剩余需求負(fù)荷總體不斷減少，傳統(tǒng)電站所需承擔(dān)的發(fā)電任務(wù)將越來越小。2035年極端最小剩余需求負(fù)荷有可能達(dá)到負(fù)25吉瓦，這意味著在某些時刻，可再生能源發(fā)電不僅會全面覆蓋用電所需還將出現(xiàn)大量盈余。這種情況下，僅靠出口富余電力不足以解決消納問題。未來如何更好地應(yīng)對可再生能源波動，這對電力市場提出更高要求。

▼風(fēng)光電比例持續(xù)提高呼喚電力市場2.0

德國能源轉(zhuǎn)型繼續(xù)推進(jìn)，計劃到2025年使其電力需求的40%-45%由可再生能源發(fā)電承擔(dān)，到2035年這一比例將提高到55%-60%。針對未來綠色能源結(jié)構(gòu)全面實現(xiàn)的情況，進(jìn)階版的電力市場2.0設(shè)計被提上日程。

2015年7月德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)能源部頒布修訂后的《電力市場白皮書》，最終明確了德國對電力市場2.0的設(shè)立。電力市場2.0有兩項基本功能，之一是確保容量儲備充足，之二是實行電力的市場化消納。電力市場2.0引入容量儲備與平衡能源一同應(yīng)對風(fēng)光等可再生能源的波動，同時明確了對容量市場的摒棄，相應(yīng)的《電力市場法》及《儲備容量規(guī)定》預(yù)計將于2016年春相繼出臺。

▼電力市場2.0的三大模塊

在高比例接納可再生能源的核心任務(wù)下，2.0市場的創(chuàng)新更多體現(xiàn)在三大構(gòu)成模塊中，分別是1)更強(qiáng)的市場機(jī)制建設(shè);2)更靈活高效的電力供給體系;3)更高的電力保障能力。

一、更強(qiáng)的市場機(jī)制建設(shè)。在公平競爭的背景下，價格信號繼續(xù)加強(qiáng)。自由的電價形成機(jī)制還由《電力市場法》的系列規(guī)定保障。如圖六所示，未來在以風(fēng)光為主的可再生能源大規(guī)模接入電網(wǎng)時，電價的波動規(guī)律亦將改變。受聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)能源部委托，相關(guān)能源技術(shù)公司對電價與可再生能源關(guān)系作出如下模擬：圖中曲線分別反映了在大規(guī)模利用太陽能發(fā)電前(圖左2002/2006/2010年)與后(圖右2015/2023/2030年)，日內(nèi)每小時電價與日平均電價(baseprice)的百分比。

在傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)下，用電高峰使峰值電價總是出現(xiàn)在每日10：00到14：00點之間，可達(dá)日平均電價的1.2至2倍。隨著越來越多風(fēng)能與太陽能的投入，傳統(tǒng)化石能源逐漸退出發(fā)電市場，電價波動更為頻繁劇烈。模擬結(jié)果顯示，午間時段10：00到14：00間的用電高峰恰也是未來太陽能發(fā)電高峰，隨著光伏的規(guī)模不斷擴(kuò)大，中午的電力供需矛盾將明顯緩解，這一時段的峰值電價曲線趨于平緩。傍晚時分太陽能發(fā)電大幅減弱直至為零，此時生活用能趨高，而傳統(tǒng)化石能源發(fā)電規(guī)模已經(jīng)削減，傍晚將出現(xiàn)全天的峰值電價。日內(nèi)電價峰值將由過去的雙峰變?yōu)槲磥淼膯畏?。?030年日峰值電價最多可達(dá)平均電價的2.5倍以上，同時夜間01：00到06：00點的谷期電價也有抬升：2002和2006年的最低谷期電價僅為日平均電價的二分之一，而從2015年起這一數(shù)字將提高到0.7左右。這樣的價格信息反映了綠色能源結(jié)構(gòu)對未來電力市場的影響?？v向相比圖右2023年傍晚的峰谷價與日平均電價相比分別為2.6與0.7，大約是4倍。而到2030年，峰谷價差明顯縮小，這恰是2.0市場、需求側(cè)管理、儲能等多項因素發(fā)揮作用的結(jié)果。

二、更靈活高效的電力供給體系。一個重要的舉措是德國將與周邊鄰國繼續(xù)推進(jìn)歐洲電力市場一體化建設(shè)。此外，聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局還將：1、使來自可再生能源和儲能的電力及靈活用戶更容易地參與平衡能源市場;2、制定更科學(xué)的目標(biāo)模型以重整過網(wǎng)費、分?jǐn)偪铐椉案黜梼r格成分;3、引入需求側(cè)管理;4、針對大用戶給予特殊過網(wǎng)費。在交易層面，歐洲能源交易所(EEX)就靈活高效性也將作出創(chuàng)新：目前電力實時交易最近可截至輸電前45分鐘，現(xiàn)貨交易所(EPEXSPOT)計劃繼續(xù)壓縮這一時間差。

三、更高的電力保障能力。作為容量儲備的電站將不參與電力市場交易與競爭，不對自由形成的市場電價作出影響。容量儲備只有在電力交易充分進(jìn)行，可用平衡能源投入后仍不能滿足用電需求情況下才會被激活。除容量儲備外，因電網(wǎng)阻塞原因在德國南部還會進(jìn)行電網(wǎng)(容量)儲備。

▼放棄容量市場

《電力市場綠皮書》中就容量問題提出一個根本性的討論：德國希望建立一個自由開放的電力市場，還是附帶監(jiān)管干預(yù)容量市場。參與綠皮書討論的16個地區(qū)中有15個支持棄用容量市場，延續(xù)自由電力市場，最終，德國電力市場2.0明確放棄容量市場。

容量分為兩方面，一方面用于實時市場的調(diào)頻調(diào)峰，一方面用于重大事故的及時應(yīng)對。

容量市場被摒棄主要基于以下原因。1、需要國家補(bǔ)貼，電力供應(yīng)商將容量市場成本轉(zhuǎn)嫁給終端用戶;2、市場運(yùn)行復(fù)雜，要求極為精準(zhǔn)的預(yù)測，現(xiàn)實中錯誤幾乎不可完全避免，極易出現(xiàn)因失誤造成的巨大損失;3、對自由市場的高度干預(yù)，在尖峰電價出現(xiàn)時，容量市場極易操控電價。4、尖峰電價的發(fā)生與時間預(yù)測困難，往往發(fā)生后再進(jìn)行容量投資為時已晚。

▼電力市場2.0支撐產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系

德國電力市場2.0一方面順應(yīng)可再生能源發(fā)電比例增加的發(fā)展，降低溫室氣體排放，配合促進(jìn)德國在應(yīng)對氣候變化方面的減排目標(biāo);另一方面也為可再生能源的充分開發(fā)利用提供了平臺。2.0市場設(shè)計一方面確保了市場運(yùn)行的安全靈活，另一方面通過加速促進(jìn)歐洲電力市場一體化，引入容量儲備而棄用容量市場，減少德國能源轉(zhuǎn)型的成本。用戶參與電力市場的方式也更多元化，用戶積極開展需求側(cè)管理，用電行為可根據(jù)市場電價靈活調(diào)整，使高度信息化的能源體系與工業(yè)4.0深度融合。

2.0市場還將重點考慮電力領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)發(fā)明創(chuàng)新。新能源不僅在電力系統(tǒng)中代替化石能源，電將更廣泛地用于制熱、交通和工業(yè)，把化石能源從這些領(lǐng)域驅(qū)趕出去，輔助實現(xiàn)熱能及交通領(lǐng)域的低碳目標(biāo)。最后，基于整個完整的電力市場體系，分布式發(fā)電、個人消費者均可通過智能電網(wǎng)、智能家居等參與市場。電動汽車推廣項目被視作開啟可持續(xù)移動、加強(qiáng)市場靈活性的鑰匙，2.0市場對此列出專項措施予以支持。未來計劃依托其推進(jìn)靈活的電力供給系統(tǒng)，特別是風(fēng)能和太陽能在系統(tǒng)中發(fā)電過剩，電價較低甚至為負(fù)時，電動汽車可以根據(jù)來自市場的價格信號，控制充電過程?？梢哉f，電力市場2.0對產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新體系的支撐作用將不斷增強(qiáng)。

▼德國電力市場2.0對中國的啟示

德國能源轉(zhuǎn)型的一系列創(chuàng)新可以用中國當(dāng)前語境下的能源互聯(lián)網(wǎng)概念來概括。德國的E-energy通過通信系統(tǒng)與能源系統(tǒng)的深度融合在技術(shù)層面為接納高比例可再生能源提供了解決方案，電力市場2.0則為接納高比例可再生能源提供了有效的市場體系。這兩者成為德國能源轉(zhuǎn)型的堅實保障。

2016年2月24日國家發(fā)改委、能源局和工信部聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》將“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源簡稱為能源互聯(lián)網(wǎng)，認(rèn)為它是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)。互聯(lián)網(wǎng)+使得交易開放是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要特征之一，因而建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)，必須要“建立多方參與、平等開放、充分競爭的能源市場交易體系”。在能源互聯(lián)網(wǎng)所期待的能源市場交易體系中，電力市場交易體系無疑是最關(guān)鍵的。電力體制改革已經(jīng)為能源互聯(lián)網(wǎng)做了許多重要鋪墊，電改9號文及10個配套文件已經(jīng)確立以市場化為方向，以電力市場建設(shè)為核心任務(wù)，以售電側(cè)放開為突破口。隨著電力市場的建設(shè)，特別是現(xiàn)貨市場的建設(shè)將最終使實時電價成為現(xiàn)實，這將使能源互聯(lián)網(wǎng)所構(gòu)想的儲能和電動汽車應(yīng)用的許多新模式能夠?qū)崿F(xiàn)，個人、家庭、分布式能源等小微用戶靈活自主地參與能源市場的愿景也能夠?qū)崿F(xiàn)。

然而能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)劃的愿景遠(yuǎn)不止這些，這篇包含大量行業(yè)前沿技術(shù)創(chuàng)新內(nèi)容的文件最強(qiáng)調(diào)的卻不是技術(shù)，而是“三分技術(shù)、七分改革”。能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)需要什么樣的能源體制機(jī)制改革?德國電力市場2.0可以說為中國能源體制改革，特別是電力體制改革提供了一個很好的范本。首先要明確，電力體制改革的核心目標(biāo)不是市場化本身，而是持續(xù)提升可再生能源占比，以及基本淘汰化石能源的遠(yuǎn)期目標(biāo)。根據(jù)中國2030年可再生能源在一次能源中占比重20%的目標(biāo)，大體可以粗略地測算出可再生能源占電力比重45%左右的目標(biāo)，這就是15年后的電力市場要完成的歷史任務(wù)。3月3日，國家能源局發(fā)布《國家能源局關(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》，明確了2020年非水可再生能源配額為9%，這是一個標(biāo)志性的政策突破。

有了這個明確的目標(biāo)和任務(wù)，借鑒德國電力市場的具體設(shè)計可以有很多，將剩余需求負(fù)荷作為電力市場運(yùn)營的重要考慮因素，并為極端剩余需求負(fù)荷情況做好預(yù)案，努力確保足夠的容量儲備而不必建設(shè)容量市場。有了德國電力市場2.0的范例，我們將歡迎更強(qiáng)的市場機(jī)制建設(shè)，我們能夠預(yù)期光伏的發(fā)展將拉低白天的電價，我們也能對傍晚的電價高起有所準(zhǔn)備而不是恐慌。利用互聯(lián)網(wǎng)+作為創(chuàng)新要求，我們將主動迎接能源互聯(lián)網(wǎng)與電動汽車、智能家居以及與工業(yè)系統(tǒng)等方面的深度融合，主動營造新型的開放共享的能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系。能源互聯(lián)網(wǎng)也將與電力市場互相促進(jìn)、協(xié)同發(fā)展，共同支撐中國的能源轉(zhuǎn)型，更大的機(jī)遇則是，中國將因此成為全球第三次工業(yè)革命的引領(lǐng)者。