風(fēng)光電比例持續提高呼喚電力市場(chǎng)2.0

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

▼德國能源轉型成效卓著(zhù)

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

德國能源轉型成效卓著(zhù)，2015年德國年發(fā)電總量達648太瓦時(shí)，可再生能源發(fā)電194太瓦時(shí)，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(chǎng)有力支撐能源轉型

德國可再生能源的迅速增長(cháng)與其電力市場(chǎng)建設密不可分。1998年啟動(dòng)的德國電力體制改革旨在放開(kāi)電力市場(chǎng)。最顯著(zhù)的變化是改變了九家大企業(yè)壟斷發(fā)輸配售的局面，實(shí)現了電力生產(chǎn)與輸配環(huán)節的全面拆分，配電公司也在法律上獨立?，F在，德國已形成了基于現貨、期貨、遠期及平衡能源市場(chǎng)的較成熟的電力市場(chǎng)體系。改革后形成的輸配網(wǎng)系統運營(yíng)商及多個(gè)自由電力生產(chǎn)商、經(jīng)銷(xiāo)商之間通過(guò)平衡基團管理、電力交易所或場(chǎng)外交易進(jìn)行著(zhù)相互間的聯(lián)系。

兩個(gè)案例有力證明了德國電力市場(chǎng)的有效性。第一個(gè)案例是2014年6月9日中午，光伏發(fā)電功率占比超過(guò)50%(圖三a)。那是一個(gè)公共假日，需求負荷低，光照良好,當天中午的光伏發(fā)電占比創(chuàng )了記錄。當日電力出口達到高峰，現貨拍賣(mài)價(jià)格也有所下降(圖三b)，基于9日的情況，遠期市場(chǎng)價(jià)格也有所下降。

第二個(gè)典型案例是2015年3月20日的“日食危機”。德國的光伏裝機量達38吉瓦，超過(guò)總發(fā)電裝機容量的20%。日全食將使德國驟然失去約70%的光伏電力，日食結束時(shí)，大量光伏電力又將瞬時(shí)涌入，對電網(wǎng)造成巨大沖擊。為應對日全食，電網(wǎng)系統運營(yíng)商在平衡能源市場(chǎng)通過(guò)拍賣(mài)分別額外購得正負平衡能源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(shí)市場(chǎng)參與者依據提前預測作出規模巨大的需求響應。“日食危機”安然度過(guò)，檢驗了歐洲電力系統適應波動(dòng)性可再生能源的能力，也驗證了德國電力市場(chǎng)的成功。

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

▼剩余需求負荷對電力市場(chǎng)設計提出新要求

由于政策已制訂了未來(lái)可再生能源發(fā)電高比例增長(cháng)的目標，而目前市場(chǎng)上低邊際成本的風(fēng)電光伏又能優(yōu)先并網(wǎng)發(fā)電，剩余需求負荷(residualload)于是成為影響電力市場(chǎng)設計的一個(gè)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，剩余需求負荷小;冬季反之。未來(lái)還可能出現兩種極端情況：1.最大剩余需求負荷：用電需求高，同時(shí)幾乎不產(chǎn)生風(fēng)能和太陽(yáng)能，這可能發(fā)生在一個(gè)寒冷無(wú)風(fēng)的冬夜;2.最小剩余需求負荷：電力需求低，但同時(shí)產(chǎn)生大量風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電，這可能發(fā)生在有風(fēng)和/或陽(yáng)光明媚的周末或節假日。

圖五給出了來(lái)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荷關(guān)系的描述。圖中藍色曲線(xiàn)為2025年可再生能源發(fā)電占比25%的情況下的剩余負荷。圖中紅色曲線(xiàn)為2035年可再生能源發(fā)電占發(fā)電總量60%情況下的剩余負荷，顯然，剩余需求負荷總體不斷減少，傳統電站所需承擔的發(fā)電任務(wù)將越來(lái)越小。2035年極端最小剩余需求負荷有可能達到負25吉瓦，這意味著(zhù)在某些時(shí)刻，可再生能源發(fā)電不僅會(huì )全面覆蓋用電所需還將出現大量盈余。這種情況下，僅靠出口富余電力不足以解決消納問(wèn)題。未來(lái)如何更好地應對可再生能源波動(dòng)，這對電力市場(chǎng)提出更高要求。

▼風(fēng)光電比例持續提高呼喚電力市場(chǎng)2.0

德國能源轉型繼續推進(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，到2035年這一比例將提高到55%-60%。針對未來(lái)綠色能源結構全面實(shí)現的情況，進(jìn)階版的電力市場(chǎng)2.0設計被提上日程。

2015年7月德國聯(lián)邦經(jīng)濟能源部頒布修訂后的《電力市場(chǎng)白皮書(shū)》，最終明確了德國對電力市場(chǎng)2.0的設立。電力市場(chǎng)2.0有兩項基本功能，之一是確保容量?jì)涑渥?，之二是?shí)行電力的市場(chǎng)化消納。電力市場(chǎng)2.0引入容量?jì)渑c平衡能源一同應對風(fēng)光等可再生能源的波動(dòng)，同時(shí)明確了對容量市場(chǎng)的摒棄，相應的《電力市場(chǎng)法》及《儲備容量規定》預計將于2016年春相繼出臺。

▼電力市場(chǎng)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(chǎng)的創(chuàng )新更多體現在三大構成模塊中，分別是1)更強的市場(chǎng)機制建設;2)更靈活高效的電力供給體系;3)更高的電力保障能力。

一、更強的市場(chǎng)機制建設。在公平競爭的背景下，價(jià)格信號繼續加強。自由的電價(jià)形成機制還由《電力市場(chǎng)法》的系列規定保障。如圖六所示，未來(lái)在以風(fēng)光為主的可再生能源大規模接入電網(wǎng)時(shí)，電價(jià)的波動(dòng)規律亦將改變。受聯(lián)邦經(jīng)濟能源部委托，相關(guān)能源技術(shù)公司對電價(jià)與可再生能源關(guān)系作出如下模擬：圖中曲線(xiàn)分別反映了在大規模利用太陽(yáng)能發(fā)電前(圖左2002/2006/2010年)與后(圖右2015/2023/2030年)，日內每小時(shí)電價(jià)與日平均電價(jià)(baseprice)的百分比。

在傳統能源結構下，用電高峰使峰值電價(jià)總是出現在每日10：00到14：00點(diǎn)之間，可達日平均電價(jià)的1.2至2倍。隨著(zhù)越來(lái)越多風(fēng)能與太陽(yáng)能的投入，傳統化石能源逐漸退出發(fā)電市場(chǎng)，電價(jià)波動(dòng)更為頻繁劇烈。模擬結果顯示，午間時(shí)段10：00到14：00間的用電高峰恰也是未來(lái)太陽(yáng)能發(fā)電高峰，隨著(zhù)光伏的規模不斷擴大，中午的電力供需矛盾將明顯緩解，這一時(shí)段的峰值電價(jià)曲線(xiàn)趨于平緩。傍晚時(shí)分太陽(yáng)能發(fā)電大幅減弱直至為零，此時(shí)生活用能趨高，而傳統化石能源發(fā)電規模已經(jīng)削減，傍晚將出現全天的峰值電價(jià)。日內電價(jià)峰值將由過(guò)去的雙峰變?yōu)槲磥?lái)的單峰。到2030年日峰值電價(jià)最多可達平均電價(jià)的2.5倍以上，同時(shí)夜間01：00到06：00點(diǎn)的谷期電價(jià)也有抬升：2002和2006年的最低谷期電價(jià)僅為日平均電價(jià)的二分之一，而從2015年起這一數字將提高到0.7左右。這樣的價(jià)格信息反映了綠色能源結構對未來(lái)電力市場(chǎng)的影響?？v向相比圖右2023年傍晚的峰谷價(jià)與日平均電價(jià)相比分別為2.6與0.7，大約是4倍。而到2030年，峰谷價(jià)差明顯縮小，這恰是2.0市場(chǎng)、需求側管理、儲能等多項因素發(fā)揮作用的結果。

二、更靈活高效的電力供給體系。一個(gè)重要的舉措是德國將與周邊鄰國繼續推進(jìn)歐洲電力市場(chǎng)一體化建設。此外，聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò )管理局還將：1、使來(lái)自可再生能源和儲能的電力及靈活用戶(hù)更容易地參與平衡能源市場(chǎng);2、制定更科學(xué)的目標模型以重整過(guò)網(wǎng)費、分攤款項及各項價(jià)格成分;3、引入需求側管理;4、針對大用戶(hù)給予特殊過(guò)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(shí)時(shí)交易最近可截至輸電前45分鐘，現貨交易所(EPEXSPOT)計劃繼續壓縮這一時(shí)間差。

三、更高的電力保障能力。作為容量?jì)涞碾娬緦⒉粎⑴c電力市場(chǎng)交易與競爭，不對自由形成的市場(chǎng)電價(jià)作出影響。容量?jì)渲挥性陔娏灰壮浞诌M(jìn)行，可用平衡能源投入后仍不能滿(mǎn)足用電需求情況下才會(huì )被激活。除容量?jì)渫?，因電網(wǎng)阻塞原因在德國南部還會(huì )進(jìn)行電網(wǎng)(容量)儲備。

▼放棄容量市場(chǎng)

《電力市場(chǎng)綠皮書(shū)》中就容量問(wèn)題提出一個(gè)根本性的討論：德國希望建立一個(gè)自由開(kāi)放的電力市場(chǎng)，還是附帶監管干預容量市場(chǎng)。參與綠皮書(shū)討論的16個(gè)地區中有15個(gè)支持棄用容量市場(chǎng)，延續自由電力市場(chǎng)，最終，德國電力市場(chǎng)2.0明確放棄容量市場(chǎng)。

容量分為兩方面，一方面用于實(shí)時(shí)市場(chǎng)的調頻調峰，一方面用于重大事故的及時(shí)應對。

容量市場(chǎng)被摒棄主要基于以下原因。1、需要國家補貼，電力供應商將容量市場(chǎng)成本轉嫁給終端用戶(hù);2、市場(chǎng)運行復雜，要求極為精準的預測，現實(shí)中錯誤幾乎不可完全避免，極易出現因失誤造成的巨大損失;3、對自由市場(chǎng)的高度干預，在尖峰電價(jià)出現時(shí)，容量市場(chǎng)極易操控電價(jià)。4、尖峰電價(jià)的發(fā)生與時(shí)間預測困難，往往發(fā)生后再進(jìn)行容量投資為時(shí)已晚。

▼電力市場(chǎng)2.0支撐產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新體系

德國電力市場(chǎng)2.0一方面順應可再生能源發(fā)電比例增加的發(fā)展，降低溫室氣體排放，配合促進(jìn)德國在應對氣候變化方面的減排目標;另一方面也為可再生能源的充分開(kāi)發(fā)利用提供了平臺。2.0市場(chǎng)設計一方面確保了市場(chǎng)運行的安全靈活，另一方面通過(guò)加速促進(jìn)歐洲電力市場(chǎng)一體化，引入容量?jì)涠鴹売萌萘渴袌?chǎng)，減少德國能源轉型的成本。用戶(hù)參與電力市場(chǎng)的方式也更多元化，用戶(hù)積極開(kāi)展需求側管理，用電行為可根據市場(chǎng)電價(jià)靈活調整，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(chǎng)還將重點(diǎn)考慮電力領(lǐng)域可持續發(fā)展戰略，促進(jìn)發(fā)明創(chuàng )新。新能源不僅在電力系統中代替化石能源，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)域驅趕出去，輔助實(shí)現熱能及交通領(lǐng)域的低碳目標。最后，基于整個(gè)完整的電力市場(chǎng)體系，分布式發(fā)電、個(gè)人消費者均可通過(guò)智能電網(wǎng)、智能家居等參與市場(chǎng)。電動(dòng)汽車(chē)推廣項目被視作開(kāi)啟可持續移動(dòng)、加強市場(chǎng)靈活性的鑰匙，2.0市場(chǎng)對此列出專(zhuān)項措施予以支持。未來(lái)計劃依托其推進(jìn)靈活的電力供給系統，特別是風(fēng)能和太陽(yáng)能在系統中發(fā)電過(guò)剩，電價(jià)較低甚至為負時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)可以根據來(lái)自市場(chǎng)的價(jià)格信號，控制充電過(guò)程?？梢哉f(shuō)，電力市場(chǎng)2.0對產(chǎn)業(yè)創(chuàng )新體系的支撐作用將不斷增強。

▼德國電力市場(chǎng)2.0對中國的啟示

德國能源轉型的一系列創(chuàng )新可以用中國當前語(yǔ)境下的能源互聯(lián)網(wǎng)概念來(lái)概括。德國的E-energy通過(guò)通信系統與能源系統的深度融合在技術(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(chǎng)2.0則為接納高比例可再生能源提供了有效的市場(chǎng)體系。這兩者成為德國能源轉型的堅實(shí)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)展的指導意見(jiàn)》將“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源簡(jiǎn)稱(chēng)為能源互聯(lián)網(wǎng)，認為它是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)?；ヂ?lián)網(wǎng)+使得交易開(kāi)放是能源互聯(lián)網(wǎng)的主要特征之一，因而建設能源互聯(lián)網(wǎng)，必須要“建立多方參與、平等開(kāi)放、充分競爭的能源市場(chǎng)交易體系”。在能源互聯(lián)網(wǎng)所期待的能源市場(chǎng)交易體系中，電力市場(chǎng)交易體系無(wú)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(gè)配套文件已經(jīng)確立以市場(chǎng)化為方向，以電力市場(chǎng)建設為核心任務(wù)，以售電側放開(kāi)為突破口。隨著(zhù)電力市場(chǎng)的建設，特別是現貨市場(chǎng)的建設將最終使實(shí)時(shí)電價(jià)成為現實(shí)，這將使能源互聯(lián)網(wǎng)所構想的儲能和電動(dòng)汽車(chē)應用的許多新模式能夠實(shí)現，個(gè)人、家庭、分布式能源等小微用戶(hù)靈活自主地參與能源市場(chǎng)的愿景也能夠實(shí)現。

然而能源互聯(lián)網(wǎng)構劃的愿景遠不止這些，這篇包含大量行業(yè)前沿技術(shù)創(chuàng )新內容的文件最強調的卻不是技術(shù)，而是“三分技術(shù)、七分改革”。能源互聯(lián)網(wǎng)的建設需要什么樣的能源體制機制改革?德國電力市場(chǎng)2.0可以說(shuō)為中國能源體制改革，特別是電力體制改革提供了一個(gè)很好的范本。首先要明確，電力體制改革的核心目標不是市場(chǎng)化本身，而是持續提升可再生能源占比，以及基本淘汰化石能源的遠期目標。根據中國2030年可再生能源在一次能源中占比重20%的目標，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，這就是15年后的電力市場(chǎng)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(kāi)發(fā)利用目標引導制度的指導意見(jiàn)》，明確了2020年非水可再生能源配額為9%，這是一個(gè)標志性的政策突破。

有了這個(gè)明確的目標和任務(wù)，借鑒德國電力市場(chǎng)的具體設計可以有很多，將剩余需求負荷作為電力市場(chǎng)運營(yíng)的重要考慮因素，并為極端剩余需求負荷情況做好預案，努力確保足夠的容量?jì)涠槐亟ㄔO容量市場(chǎng)。有了德國電力市場(chǎng)2.0的范例，我們將歡迎更強的市場(chǎng)機制建設，我們能夠預期光伏的發(fā)展將拉低白天的電價(jià)，我們也能對傍晚的電價(jià)高起有所準備而不是恐慌。利用互聯(lián)網(wǎng)+作為創(chuàng )新要求，我們將主動(dòng)迎接能源互聯(lián)網(wǎng)與電動(dòng)汽車(chē)、智能家居以及與工業(yè)系統等方面的深度融合，主動(dòng)營(yíng)造新型的開(kāi)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(chǎng)互相促進(jìn)、協(xié)同發(fā)展，共同支撐中國的能源轉型，更大的機遇則是，中國將因此成為全球第三次工業(yè)革命的引領(lǐng)者。