德國能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略與電力市場2.0

劉璇 何繼江

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(dòng)，它對(duì)不同可再生能源發(fā)電的補(bǔ)貼費(fèi)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(shí)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(lì)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(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(dòng)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(shí)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(dú)立。現(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(gè)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(gè)案例有力證明了德國電力市場的有效性。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50%（圖三a）。那是一個(gè)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(jià)格也有所下降（圖三b），基于9日的情況，遠(yuǎn)期市場價(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(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(shí)，大量光伏電力又將瞬時(shí)涌入，對(duì)電網(wǎng)造成巨大沖擊。為應(yīng)對(duì)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(chǔ)備總共為日食前的1.5倍，同時(shí)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(yàn)了歐洲電力系統(tǒng)適應(yīng)波動(dòng)性可再生能源的能力，也驗(yàn)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(duì)電力市場設(shè)計(jì)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（residual load）于是成為影響電力市場設(shè)計(jì)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(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(shí)幾乎不產(chǎn)生風(fēng)能和太陽能，這可能發(fā)生在一個(gè)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(shí)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(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(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(duì)可再生能源波動(dòng)，這對(duì)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(jì)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(duì)未來綠色能源結(jié)構(gòu)全面實(shí)現(xiàn)的情況，進(jìn)階版的電力市場2.0設(shè)計(jì)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(duì)電力市場2.0的設(shè)立。電力市場2.0有兩項(xiàng)基本功能，之一是確保容量儲(chǔ)備充足，之二是實(shí)行電力的市場化消納。電力市場2.0引入容量儲(chǔ)備與平衡能源一同應(yīng)對(duì)風(fēng)光等可再生能源的波動(dòng)，同時(shí)明確了對(duì)容量市場的摒棄，相應(yīng)的《電力市場法》及《儲(chǔ)備容量規(guī)定》預(yù)計(jì)將于2016年春相繼出臺(tái)。

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(jià)格信號(hào)繼續(xù)加強(qiáng)。自由的電價(jià)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(shí)，電價(jià)的波動(dòng)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(duì)電價(jià)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(shí)電價(jià)與日平均電價(jià)（base price ）的百分比。

在傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)下，用電高峰使峰值電價(jià)總是出現(xiàn)在每日10：00 到14：00點(diǎn)之間，可達(dá)日平均電價(jià)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(jià)波動(dòng)更為頻繁劇烈。模擬結(jié)果顯示，午間時(shí)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(shí)段的峰值電價(jià)曲線趨于平緩。傍晚時(shí)分太陽能發(fā)電大幅減弱直至為零，此時(shí)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(jià)。日內(nèi)電價(jià)峰值將由過去的雙峰變?yōu)槲磥淼膯畏濉５?030年日峰值電價(jià)最多可達(dá)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(shù)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(jié)構(gòu)對(duì)未來電力市場的影響?？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、需求側(cè)管理、儲(chǔ)能等多項(xiàng)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(gè)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(chǔ)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(fèi)、分?jǐn)偪铐?xiàng)及各項(xiàng)價(jià)格成分；3、引入需求側(cè)管理；4、針對(duì)大用戶給予特殊過網(wǎng)費(fèi)。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(xiàn)貨交易所（EPEX SPOT）計(jì)劃繼續(xù)壓縮這一時(shí)間差。

三、更高的電力保障能力。作為容量儲(chǔ)備的電站將不參與電力市場交易與競爭，不對(duì)自由形成的市場電價(jià)作出影響。容量儲(chǔ)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(huì)被激活。除容量儲(chǔ)備外，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(chǔ)備。

放棄容量市場

《電力市場綠皮書》中就容量問題提出一個(gè)根本性的討論：德國希望建立一個(gè)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(gè)地區(qū)中有15個(gè)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(shí)時(shí)市場的調(diào)頻調(diào)峰，一方面用于重大事故的及時(shí)應(yīng)對(duì)。

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(shí)中錯(cuò)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(duì)自由市場的高度干預(yù)，在尖峰電價(jià)出現(xiàn)時(shí)，容量市場極易操控電價(jià)。4、尖峰電價(jià)的發(fā)生與時(shí)間預(yù)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(duì)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(tái)。2.0市場設(shè)計(jì)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(chǔ)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(jià)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)熱能及交通領(lǐng)域的低碳目標(biāo)。最后，基于整個(gè)完整的電力市場體系，分布式發(fā)電、個(gè)人消費(fèi)者均可通過智能電網(wǎng)、智能家居等參與市場。電動(dòng)汽車推廣項(xiàng)目被視作開啟可持續(xù)移動(dòng)、加強(qiáng)市場靈活性的鑰匙，2.0市場對(duì)此列出專項(xiàng)措施予以支持。未來計(jì)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(jià)較低甚至為負(fù)時(shí)，電動(dòng)汽車可以根據(jù)來自市場的價(jià)格信號(hào)，控制充電過程。可以說，電力市場2.0對(duì)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(duì)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(jiān)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(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(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場深度融合的能源產(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(hào)文及10個(gè)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(shí)時(shí)電價(jià)成為現(xiàn)實(shí)，這將使能源互聯(lián)網(wǎng)所構(gòu)想的儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車應(yīng)用的許多新模式能夠?qū)崿F(xiàn)，個(gè)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(gè)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(gè)標(biāo)志性的政策突破。

有了這個(gè)明確的目標(biāo)和任務(wù)，借鑒德國電力市場的具體設(shè)計(jì)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(chǔ)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(jià)，我們也能對(duì)傍晚的電價(jià)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(dòng)迎接能源互聯(lián)網(wǎng)與電動(dòng)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(dòng)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。