近年來，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對化石能源的過度依賴，能源資源日漸枯竭，同時(shí)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(huì)一致認(rèn)為需要對氣候變化采取緊迫行動(dòng)和強(qiáng)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(huì)上(日本京都會(huì)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(huì)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(dòng)作出安排，并設(shè)定了本世紀(jì)后半葉實(shí)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(gè)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(shí)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(gè)國家制定了可再生能源電力發(fā)展目標(biāo)，143個(gè)國家制定和實(shí)施了不同的支持政策，常見的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策有固定上網(wǎng)電價(jià)(FiT)、溢價(jià)補(bǔ)貼(FiP)、差價(jià)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(jī)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(jià)的效果非常顯著。通過競爭性拍賣確定了開發(fā)項(xiàng)目及業(yè)主，也同時(shí)確定了拍賣電價(jià)，與之配套的電價(jià)政策有的執(zhí)行FiT(將拍賣電價(jià)作為固定上網(wǎng)電價(jià))，有的則配套采用FiP或CfD，有的直接按拍賣電價(jià)由拍賣中標(biāo)項(xiàng)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(shí)行了可再生能源配額制，使得可再生能源裝機(jī)容量實(shí)現(xiàn)了快速增長。澳大利亞在2001年實(shí)行了可再生能源配額制，有效地激勵(lì)了可再生能源市場的投資意向和發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)。英國于2002年實(shí)行了可再生能源義務(wù)制度，促進(jìn)了可再生能源在市場上的競爭力。可再生能源配額制的有效實(shí)施需要依賴于綠色證書(Tradable Green Certificates，TGC)交易機(jī)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(gè)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(tái)了《可再生能源法》以推動(dòng)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(jià)政策以推動(dòng)可再生能源的發(fā)展，但隨著可再生能源裝機(jī)容量的飛速上升，我國財(cái)政支出的“固定電價(jià)補(bǔ)貼”也日趨增多，由此帶來的補(bǔ)貼缺口進(jìn)一步擴(kuò)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(qiáng)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(shí)施主體、義務(wù)主體、指標(biāo)測算方式及考核時(shí)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(jī)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(shí)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(chǔ)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(yùn)營商ISO/RTO就電力市場價(jià)格形成機(jī)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(shí)間2020年8月14日，加利福尼亞州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(CAISO)宣布電網(wǎng)進(jìn)入二級緊急運(yùn)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(jī)以來近20年的第一次三級緊急運(yùn)行狀態(tài)警告，并對居民用戶實(shí)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(yùn)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(yùn)行狀態(tài)。從當(dāng)?shù)貢r(shí)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(jià)格也已達(dá)到9000美元/兆瓦時(shí)的上限。美國總統(tǒng)拜登相繼批準(zhǔn)得州進(jìn)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(jì)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(jì)出來的”。由于光伏、風(fēng)電低邊際成本的特點(diǎn)，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(jià)交易中擠出，使得市場出清價(jià)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(shí)，光伏和風(fēng)電的不可預(yù)測性、波動(dòng)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(yùn)行和市場進(jìn)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(jì)是否能夠充分吸引投資以保障發(fā)電容量充裕度則觀點(diǎn)各異。相當(dāng)多的觀點(diǎn)認(rèn)為可再生能源的補(bǔ)貼機(jī)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(tái)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(shí)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(bào)價(jià)低的風(fēng)電侵占報(bào)價(jià)高的燃?xì)鈾C(jī)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(dòng)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(jī)組及燃?xì)鈾C(jī)組大量退出運(yùn)行，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)間最短、切機(jī)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(diǎn)：一是電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行需要保持多樣化的發(fā)電機(jī)組類型(電源結(jié)構(gòu))，當(dāng)前電力市場設(shè)計(jì)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(jià)，才能保障可再生能源的消納，當(dāng)前電力市場設(shè)計(jì)無法對靈活性資源提供合理的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。因此，歐美在二十多年的電力市場運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)遇的同時(shí)，也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。建立有利于新能源消納的電力市場體制機(jī)制已成為當(dāng)前的緊迫任務(wù)，國外能源轉(zhuǎn)型的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒。
價(jià)格機(jī)制是市場機(jī)制的核心，市場決定價(jià)格是市場在資源配置中起決定性作用的關(guān)鍵。由于電價(jià)問題的復(fù)雜性、電力工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的基礎(chǔ)性地位以及電力產(chǎn)品的公共性，電價(jià)問題牽一發(fā)而動(dòng)全身，并且與其他能源價(jià)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(huì)穩(wěn)定問題(可稱之為“電價(jià)的社會(huì)性”)。當(dāng)前的電價(jià)結(jié)構(gòu)和電價(jià)水平(尤其是折舊和財(cái)務(wù)費(fèi)用)是我國長期以來各種電價(jià)政策歷史沉淀的產(chǎn)物，由于電廠的建設(shè)和運(yùn)行壽命周期跨度可長達(dá)幾十年，不同歷史階段的電價(jià)政策和投融資政策對當(dāng)前成本和價(jià)格的構(gòu)成有重大影響(可稱之為“電價(jià)的歷史性”)。電價(jià)問題又可分為“價(jià)值問題”(即電能價(jià)值分析)和“價(jià)格問題”(即電價(jià)形成機(jī)制)兩個(gè)方面。“價(jià)值問題”具有理想性(即回答“最理想的價(jià)格應(yīng)該是什么”)，而“價(jià)格問題”具有現(xiàn)實(shí)性(各利益主體將基于價(jià)格進(jìn)行真金白銀的結(jié)算)。價(jià)格是價(jià)值的表現(xiàn)，并且不能偏離價(jià)值太遠(yuǎn)。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)模式下，最理想的電價(jià)水平應(yīng)等于電能的真實(shí)價(jià)值;在市場經(jīng)濟(jì)模式下，市場電價(jià)應(yīng)圍繞電能真實(shí)價(jià)值上下波動(dòng)。在可再生能源大規(guī)模接入的背景下，電能除了容量價(jià)值、電量價(jià)值，還具有靈活性、安全性和彈性價(jià)值等多種不同的價(jià)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(yùn)行特性深入認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上并緊密結(jié)合相關(guān)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論。
類似于德國電力市場設(shè)計(jì)，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(shí)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(shí)時(shí))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(yùn)行發(fā)電組合(即運(yùn)行方式)和內(nèi)涵不同的價(jià)格。主能量交易可采用分段競價(jià)(或水平拍賣)或合同交易機(jī)制，實(shí)時(shí)平衡與輔助服務(wù)交易采用分時(shí)競價(jià)(或垂直拍賣)機(jī)制。對于基荷、腰荷機(jī)組(負(fù)荷)，即圖中的橫向“能量塊”，可按負(fù)荷持續(xù)時(shí)間定價(jià)，進(jìn)行集中競價(jià)或開展合同交易。對于峰荷機(jī)組(或需求響應(yīng)資源)，可基于實(shí)時(shí)電價(jià)，針對圖中的綠色和褐色縱向“能量塊”進(jìn)行集中競價(jià)。此外，借鑒德國電力市場平衡結(jié)算單元的設(shè)計(jì)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(jī)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(dòng)范圍內(nèi)消納，并以比市場最低價(jià)更低的價(jià)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(jī)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(chǔ)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(dòng)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(shí)交易的輔助服務(wù)市場。
智利是世界上第一個(gè)進(jìn)行電改的國家，為鼓勵(lì)可再生能源消納并增加競爭，2014年引入了時(shí)間跨度長達(dá)20年的帶時(shí)標(biāo)的能量塊(time block)交易，允許發(fā)電機(jī)組在一天中針對特定的時(shí)段進(jìn)行投標(biāo)，而不是限定必須24小時(shí)供應(yīng)電力。智利的帶時(shí)標(biāo)能量塊交易取得了預(yù)期的效果，增強(qiáng)了競爭，促進(jìn)了可再生能源消納，電價(jià)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(xiàng)2萬億美元的就業(yè)計(jì)劃，該計(jì)劃力爭讓美國在2035年之前實(shí)現(xiàn)100%零碳電力。值得注意的一個(gè)細(xì)節(jié)是，該計(jì)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(shí)段清潔電力，并與其小時(shí)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(shí)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(yùn)行〔2020〕1784號)中，為拉大峰谷差價(jià)，明確提出“交易雙方簽訂分時(shí)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(shí)段簽”)，目前江西等省份正在進(jìn)行試點(diǎn)。
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(jī)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(qiáng)爬坡能力(即提高加減負(fù)荷速度)。對于熱電機(jī)組，熱電解耦也是增強(qiáng)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(shí)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(xiàng)試點(diǎn)，自2017年1月在東北地區(qū)啟動(dòng)以來成效顯著，深入挖掘了電網(wǎng)調(diào)峰潛力，促進(jìn)了風(fēng)電、核電等清潔能源消納，顯著提高了電網(wǎng)安全運(yùn)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(dòng)”(即根據(jù)負(fù)荷變動(dòng)情況調(diào)節(jié)發(fā)電功率)模式將轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;源隨荷動(dòng)、荷隨網(wǎng)動(dòng)”的友好互動(dòng)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(shí)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(dòng)汽車、儲(chǔ)能、蓄能以及分布式電源、微電網(wǎng)等，其用電行為可對價(jià)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(yùn)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(yùn)營規(guī)則和電價(jià)形成機(jī)制，尚不能通過經(jīng)濟(jì)手段及時(shí)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(shí)電價(jià)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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。隨著市場建設(shè)的推進(jìn)，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(shí)際運(yùn)行。(陳皓勇 廖宇)
