理順電力市場(chǎng)與需求響應的兩個(gè)邏輯關(guān)系

2017年國家發(fā)展改革委出臺的《電力需求側管理辦法(修訂版)》(發(fā)改運行規〔2017〕1690號，以下簡(jiǎn)稱(chēng)1690號文)，提出“各地應擴大需求響應試點(diǎn)實(shí)施范圍，結合電力市場(chǎng)建設的推進(jìn)，推動(dòng)將需求響應資源納入電力市場(chǎng)。支持、激勵各類(lèi)電力市場(chǎng)參與方開(kāi)發(fā)和利用需求響應資源，提供有償調峰、調頻等服務(wù)，逐步形成占年度最大用電負荷3%左右的需求側機動(dòng)調峰能力，保障非嚴重缺電情況下的電力供需平衡”。2021年我國電力供求出現緊平衡狀態(tài)。2022年國家提出電力“保供穩價(jià)”，各省按照“需求響應優(yōu)先、有序用電保底、節約用電助力”的原則，制定和實(shí)施電力需求響應辦法，并取得了明顯的成效。相比于需求響應，電力市場(chǎng)是實(shí)現電力供求平衡特別是電力保供的根本形式。兩者有共同的目標、實(shí)施主體和作用機制。正確認識電力保供的經(jīng)濟規律特別是電力市場(chǎng)與需求響應之間的邏輯關(guān)系，對進(jìn)一步做好電力保供及電力市場(chǎng)和需求響應兩項具體工作都有重要意義。

一、電力市場(chǎng)與需求響應之間的關(guān)系

(一)問(wèn)題表現

1.電力市場(chǎng)與需求響應的時(shí)序關(guān)系

目前絕大多數省(市、區)年度電力市場(chǎng)交易實(shí)施方案、現貨市場(chǎng)交易規則和電力需求響應實(shí)施辦法中都沒(méi)有明確兩者的時(shí)序關(guān)系，這種關(guān)系不僅從電力市場(chǎng)交易組織的角度非常重要，而且影響和決定兩者的功能定位。除個(gè)別省(市、區)外，目前兩者整體上處于獨立或并列運行狀態(tài)。電力市場(chǎng)通過(guò)交易機構組織更大范圍市場(chǎng)主體參與和體現價(jià)格信號的短周期交易包括現貨市場(chǎng)實(shí)現保供，而需求響應則通過(guò)相對獨立的平臺，如省級政府相關(guān)部門(mén)管理的電力需求側管理平臺、智慧能源服務(wù)平臺甚至省級電力公司面向用戶(hù)的信息服務(wù)平臺等組織，將特定時(shí)間市場(chǎng)主體發(fā)、用電負荷變化結果通知電力公司，并通過(guò)獨立資金來(lái)源給予用戶(hù)補償。這種關(guān)系狀態(tài)既不符合1690號文提出的“推動(dòng)將需求響應資源納入電力市場(chǎng)”的要求，也不利于電力保供整體工作的運行。

2.電力市場(chǎng)價(jià)格與需求響應補償標準的大小關(guān)系

在電力短缺或者過(guò)剩的特殊情況下，電力市場(chǎng)價(jià)格理論上應該按用戶(hù)電力失負荷價(jià)值或發(fā)電企業(yè)失出力價(jià)值形成，這樣可能出現暫時(shí)性極高電價(jià)和極低電價(jià)(包括負電價(jià))。由于多種原因，目前我國各省(市、區)電力市場(chǎng)中長(cháng)期分時(shí)段交易價(jià)格和現貨市場(chǎng)價(jià)格基本限制在0～1.5元/千瓦時(shí)的范圍內，只有省間現貨市場(chǎng)價(jià)格可以在0～10元/千瓦時(shí)范圍內變化，個(gè)別省級電力現貨市場(chǎng)價(jià)格變化在0～5元/千瓦時(shí)的范圍內變化。如果把省間現貨市場(chǎng)價(jià)格上限即10元/千瓦時(shí)認定為電力短缺情況下根據用戶(hù)電力失負荷價(jià)值確定的合理電價(jià)水平，可以看出，目前各省電力短缺情況下電力市場(chǎng)價(jià)格并沒(méi)有達到合理水平。反觀(guān)需求響應的補償標準，雖然各省差異很大，但是總體上明顯高于電力市場(chǎng)價(jià)格水平。如某省規定“日前響應原則上1天不多于2次，每次持續時(shí)間不低于1小時(shí)，每日累計時(shí)間不超過(guò)4小時(shí)，響應補貼標準最高為20元/千瓦時(shí)”。這樣將補償標準折算成電量電價(jià)，即補償標準最高為5～20元/千瓦時(shí)。這個(gè)補償標準明顯超過(guò)1.5元/千瓦時(shí)左右的電力市場(chǎng)最高價(jià)格。

(二)逆反效應

1.削峰響應的逆反效應

在電力短缺情況下，參與需求響應的用戶(hù)原本應該在電力市場(chǎng)中承擔合理的稀缺電價(jià)，比如5元/千瓦時(shí)甚至更高電價(jià)，并且可能在這個(gè)電價(jià)水平下減少或者轉移相應的負荷需求，從而不需要啟動(dòng)需求響應，或者可以減少需求響應的負荷規模。但是，現在卻因為市場(chǎng)價(jià)格限制在相對較低水平(如1.5元/千瓦時(shí))，用戶(hù)在維持用電需求并參與需求響應的情況下，可以按5～20元/千瓦時(shí)的標準獲得補償。這種機制會(huì )誘導有負荷彈性的用戶(hù)不通過(guò)電力市場(chǎng)削峰填谷，而是維持或增加電力短缺時(shí)的負荷需求，甚至不理性地期望電力短缺發(fā)生。部分省(區、市)規定實(shí)際負荷響應率在120%～150%的部分按有效響應電力乘以0.8倍進(jìn)行補貼，超出150%部分則不予補貼，在一定程度上證實(shí)了這種逆反效應的存在。

2.填谷響應的逆反效應

在電力供給過(guò)剩(如午間新能源出力高峰)的情況下，如果電價(jià)反映發(fā)電企業(yè)失出力價(jià)值不夠，電價(jià)該低不低，限制在零電價(jià)而不允許負電價(jià)產(chǎn)生(新能源發(fā)電企業(yè)在0.2元/千瓦時(shí)補貼情況下的最低合理電價(jià)為-0.2元/千瓦時(shí))，通過(guò)需求響應補貼用戶(hù)用電解決消納問(wèn)題的同時(shí)，也不利于發(fā)電企業(yè)通過(guò)多種技術(shù)手段優(yōu)化出力曲線(xiàn)，調整或控制過(guò)剩時(shí)段出力，同時(shí)還不能通過(guò)發(fā)電企業(yè)合理降價(jià)實(shí)現社會(huì )福利最大化。此外，因為相對有利于發(fā)電企業(yè)，還會(huì )導致發(fā)電企業(yè)在過(guò)剩時(shí)段增加出力，使新能源消納更加困難等。

二、需求響應原理及國外相關(guān)經(jīng)驗借鑒

(一)需求響應原理及主要形式

1.需求響應是解決電力供給經(jīng)濟性與可靠性?xún)呻y問(wèn)題的有效方式

電力工業(yè)資本密集與電力負荷需求尖峰化及不確定性的特征，客觀(guān)地產(chǎn)生了滿(mǎn)足用電需求的經(jīng)濟性與可靠性的兩難選擇問(wèn)題。高可靠性供電必然產(chǎn)生相對更大的投資和運維成本，形成很高電價(jià);較低可靠性供電會(huì )形成相對更低的投資和運維成本，產(chǎn)生更容易接受的供電經(jīng)濟性和價(jià)格。供電可靠性與供電成本或價(jià)格的這種非對稱(chēng)關(guān)系如圖1所示，這樣，電力保供本質(zhì)上是電價(jià)與可靠性水平的組合選擇問(wèn)題?？煽啃猿杀救绻挥蓢须娏ζ髽I(yè)或國家承擔，就只能由高負荷時(shí)段甚至電力短缺時(shí)段用電的用戶(hù)承擔。在用戶(hù)數量多、用電負荷特性信息(包括電價(jià)與可靠性需求與效用信息)組合不對稱(chēng)且經(jīng)常變化的情況下，在激勵相容約束條件下吸收用戶(hù)參與或選擇是最有效的方式。比如用戶(hù)在獲得補償后減少或轉移尖峰時(shí)段的負荷需求，只要補償水平低于減少或轉移負荷對應的投資與運維等成本。不同可靠性需求的用戶(hù)的理性選擇會(huì )形成同時(shí)有利用戶(hù)和電力系統的“雙贏(yíng)”效果。

圖1 供電可靠性與成本或價(jià)格變化的非對稱(chēng)關(guān)系

2.需求響應的兩種類(lèi)型及具體形式

國外從用戶(hù)響應動(dòng)機的角度將需求響應分為價(jià)格型需求響應和激勵型需求響應兩類(lèi)。價(jià)格型需求響應的主要形式有分時(shí)電價(jià)、尖峰電價(jià)和實(shí)時(shí)電價(jià)等。激勵型需求響應的主要形式有直接負荷控制、可中斷負荷、需求側競價(jià)、緊急需求響應和容量或輔助服務(wù)計劃等。按照這個(gè)分類(lèi)，目前我國電力市場(chǎng)屬于價(jià)格型需求響應，而需求響應則屬于激勵型需求響應。這個(gè)分類(lèi)揭示了電力市場(chǎng)與需求響應的內在聯(lián)系，也為兩項工作的有機整合提供了思路。

(二)協(xié)調電力市場(chǎng)與需求響應之間關(guān)系的國外經(jīng)驗

國外電力市場(chǎng)與需求響應之間經(jīng)歷了從先后或主補關(guān)系到一體化融合的轉變過(guò)程。需求響應是美國在電力市場(chǎng)改革后，針對需求側管理如何在競爭市場(chǎng)中充分發(fā)揮作用以維持電力系統可靠性和提高市場(chǎng)運行效率而提出來(lái)的，因此，需求響應最初作為電力市場(chǎng)的補充，疊加在電力市場(chǎng)上發(fā)揮作用。隨著(zhù)電力工業(yè)發(fā)展(如新能源比例增加等)，電力系統經(jīng)濟可靠運行對需求彈性提出了更高的要求，使電力市場(chǎng)與需求響應逐漸融為一體。美國聯(lián)邦管制委員會(huì )(FERC)2008年發(fā)布了719號法令，允許需求響應參與電力市場(chǎng)競價(jià);2011年發(fā)布745號和755號法令，要求每個(gè)區域輸電組織或獨立操作系統(RTO/ISO)支付需求響應資源公平的市場(chǎng)出清價(jià)格;2020年發(fā)布專(zhuān)門(mén)針對需求側資源利用的2222號法令，推動(dòng)包括需求響應在內的需求側資源通過(guò)聚合的方式參與電力現貨市場(chǎng)。目前，美國主要電力市場(chǎng)的需求響應占峰值負荷的比例達到了5%～12%。如在美國加州電力市場(chǎng)，有用電彈性的公用事業(yè)和負荷聚合商直接參與日前、實(shí)時(shí)和輔助服務(wù)市場(chǎng)，通過(guò)減少負荷和補償水平的組合投標反映其用電彈性，對市場(chǎng)運行和調度給予最優(yōu)的反應，需求響應已經(jīng)成為加州電力市場(chǎng)的有機組成部分。

(三)處理電力市場(chǎng)價(jià)格與需求響應補償標準大小關(guān)系的國外經(jīng)驗

理論上，需求補償標準應該等于市場(chǎng)價(jià)格。在電力短缺特殊情況下，當市場(chǎng)價(jià)格高于補償標準時(shí)，用戶(hù)認為補償標準偏低而不中斷負荷需求，使用買(mǎi)方市場(chǎng)勢力迫使電力供求平衡責任者提高補償標準;當市場(chǎng)價(jià)格低于補償標準時(shí)，市場(chǎng)主體愿意提供超過(guò)系統需要的可中斷負荷，電力供求平衡責任者可以選擇報價(jià)更低的用戶(hù)響應，使補償標準與市場(chǎng)價(jià)格相等。

實(shí)際上，由于情景不同等原因，國外電力市場(chǎng)價(jià)格與需求響應補償標準呈現出相同的高度相關(guān)性。根據美國加州獨立操作系統(ISO)市場(chǎng)監管部2022年發(fā)布的《2021年需求響應問(wèn)題和績(jì)效報告》，2021年美國加州電力日前市場(chǎng)不同時(shí)間需求響應投標價(jià)格分布如圖2所示。圖中橫坐標表示時(shí)間，激勵型需求響應全年僅發(fā)生在7月9日等7天，每次有公用事業(yè)和第三方參與需求響應投標，其中公用事業(yè)參與又分為可靠性需求響應資源(RDRR)和代理資源響應(PDR)兩種類(lèi)型?？v坐標表示投標減少的電力負荷。圖中各色塊表示投資價(jià)格或激勵型補償水平?？梢钥闯?，圖中主要色塊為暗紅色，這個(gè)色塊表示995美元/兆瓦時(shí)及以上價(jià)格，而目前加州電力市場(chǎng)價(jià)格上限為1000美元/兆瓦時(shí)。由于電力短缺情況下電力批發(fā)市場(chǎng)交易價(jià)格一般會(huì )達到上限，可以認為加州需求響應補償標準與電力市場(chǎng)價(jià)格基本相等。

圖2 美國加州日前市場(chǎng)需求響應投標價(jià)格分布

三、相關(guān)政策建議

(一)明確目前電力市場(chǎng)與需求響應之間的先后關(guān)系

目前各省(市、區)實(shí)施的需求響應基本上都是激勵型需求響應，而且主要針對削峰和填谷兩種情景，特別是電力保供下的削峰情景。電力市場(chǎng)屬于價(jià)格型需求響應。在兩種需求響應類(lèi)型中，電力市場(chǎng)或價(jià)格型需求響應機制是經(jīng)濟理論和國內外電力市場(chǎng)改革實(shí)踐中已經(jīng)證明的解決電力供應經(jīng)濟性與可靠性?xún)仍诿艿闹饕緩?，應該?yōu)先發(fā)揮電力市場(chǎng)引導資源優(yōu)化配置的作用，并在供求不平衡情況下通過(guò)價(jià)格信號實(shí)現經(jīng)濟與可靠性兼顧的科學(xué)平衡的能力和作用。對于市場(chǎng)機制發(fā)揮作用后仍然存在的電力缺口，引入科學(xué)的激勵型需求響應機制。建議在維持“需求響應優(yōu)先，有序用電保底，節約用電助力”的電力保供原則的前提下對“需求響應優(yōu)先”做進(jìn)一步補充說(shuō)明，如“價(jià)格型需求響應優(yōu)先，激勵型需求響應配合”，或者直接提出“電力市場(chǎng)優(yōu)先，需求響應配合，有序用電保底，節約用電助力”。

(二)引入電力失負荷價(jià)值定價(jià)完善電力市場(chǎng)價(jià)格形成機制

高需求響應補償標準和低市場(chǎng)價(jià)格的組合表面上能夠在“穩價(jià)”的前提下“保供”，實(shí)際上，高需求響應補償標準是對的，但是，如果高可靠性用戶(hù)的市場(chǎng)價(jià)格按低可靠性用戶(hù)形成，參與需求響應的高可靠性用戶(hù)在沒(méi)有承擔可靠性成本的情況下卻獲得了與可靠性成本相當的補償，這種利益機制會(huì )誘導形成更大的削峰需求，間接地增加“保供”難度。為避免這種逆反效應，必須根據經(jīng)濟規律，按照用戶(hù)電力失負荷價(jià)值或發(fā)電企業(yè)失出力價(jià)值形成電力短缺或過(guò)剩時(shí)的市場(chǎng)價(jià)格，制定相應的價(jià)格上、下限，釋放特殊情景下準確的市場(chǎng)價(jià)格信號，發(fā)揮電力市場(chǎng)引導市場(chǎng)主體實(shí)現供求平衡包括電力保供的根本作用。事實(shí)上，非系統原因引起的電力短缺的持續時(shí)間很短，比如一年內10小時(shí)，即使產(chǎn)生10元/千瓦時(shí)的稀缺電價(jià)，對全年市場(chǎng)交易價(jià)格的影響也只提高約0.76%((10÷1.5)×(10÷8760))。如果再綜合考慮供求過(guò)剩時(shí)出現的低電價(jià)甚至負電價(jià)，允許電力市場(chǎng)電價(jià)在供求不平衡情況下按經(jīng)濟規律形成的全年平均電價(jià)，不一定比目前限制供求不平衡狀態(tài)電價(jià)的全年平均電價(jià)更高，能夠“保供”同時(shí)也能“穩價(jià)”，并且在長(cháng)期內用形成的資源優(yōu)化配置效益降價(jià)。但是，按經(jīng)濟規律形成的電價(jià)卻可以更好地引導市場(chǎng)主體優(yōu)化發(fā)用電行為，比如在電力短缺時(shí)由于有高電價(jià)引導用戶(hù)削峰填谷，不需要使用激勵型需求響應，可以產(chǎn)生資源優(yōu)化配置效益，并節省需求響應激勵費用。從這個(gè)意義上講，目前的激勵型需求響應補償標準正在倒逼電力市場(chǎng)價(jià)格形成的科學(xué)化。從政策角度看，與其支付補償費用激勵用戶(hù)削減負荷，不如補貼用戶(hù)直接響應電力市場(chǎng)。建議政府用激勵型需求響應的補償費用補貼承擔稀缺電價(jià)的用戶(hù)。

(三)逐步把需求響應整合到電力市場(chǎng)體系中

根據1690號文“推動(dòng)將需求響應資源納入電力市場(chǎng)”的要求和國外需求響應經(jīng)驗，建議逐步把目前激勵型需求響應整合到電力市場(chǎng)體系中。

首先，把目前需求響應實(shí)施平臺統一到各省電力交易機構平臺上。省級電力交易機構組織需求響應，既符合國家相關(guān)文件要求，也有相應的技術(shù)條件，有利于更有效地實(shí)施電力保供。目前，廣東電力需求響應已經(jīng)由電力交易機構組織實(shí)施。

其次，促進(jìn)負荷響應資源直接參與市場(chǎng)，形成需求響應的市場(chǎng)化補償機制。與電力市場(chǎng)價(jià)格形成機制相比，目前各省需求響應補償類(lèi)型多，標準差異大，缺乏科學(xué)或規范的形成機制;補償資金來(lái)源沒(méi)有體現“誰(shuí)受益、誰(shuí)承擔”原則，個(gè)別省還根據資金來(lái)源決定補償標準。需求響應提供者以適當的形式直接參與市場(chǎng)獲得收益，同時(shí)解決了補償標準形成機制和補償資金來(lái)源兩個(gè)問(wèn)題。山東省需求響應補償標準中電量補償標準按現貨市場(chǎng)價(jià)格決定，貴州省補償標準上限根據需求響應啟動(dòng)時(shí)電力市場(chǎng)價(jià)格水平相機決定，這說(shuō)明了需求響應補償標準按電力市場(chǎng)價(jià)格形成的合理性和可操作性。

再次，通過(guò)整合需求響應資源提高電力市場(chǎng)體系和機制建設水平。隨著(zhù)新型電力系統建設的推進(jìn)和社會(huì )用電需求的不確定性增加，電力系統經(jīng)濟可靠供電的內在矛盾將越來(lái)越大，客觀(guān)上需要更多負荷響應資源參與。根據國外電力市場(chǎng)和需求響應經(jīng)驗，需求響應除通過(guò)可中斷負荷等能夠有效解決電力短缺問(wèn)題外，還特別適合在輔助服務(wù)市場(chǎng)、容量市場(chǎng)中發(fā)揮作用。把目前激勵型需求響應資源系統整合到電力市場(chǎng)中，既有利于電力市場(chǎng)體系和機制建設，也能夠拓展需求響應資源的應用空間，增加其經(jīng)濟價(jià)值，為解決電力供給的經(jīng)濟性與可靠性?xún)呻y選擇提供新的有效途徑。