中國儲能網(wǎng)訊：文 | 國能經濟技術研究院 柴瑋
2015年，以中發(fā)9號文印發(fā)為標志的新一輪電力體制改革實施以來，我國電力管理體制發(fā)生了根本性的變化。傳統(tǒng)電力計劃管理體制包括項目核準、電價審批和分配生產計劃。新中國成立以來，特別是改革開放以來，我國形成了以“用上電、用好電”為目標，“管生（核準項目）又管養(yǎng)（確保投資回收）”的規(guī)劃機制和電網(wǎng)企業(yè)統(tǒng)購統(tǒng)銷的機制，有力推動了我國電力工業(yè)的發(fā)展，建立了世界上規(guī)模最大的電力系統(tǒng)，有效保證了我國經濟社會發(fā)展對電力的需求。
但是，隨著“放開發(fā)電計劃、放開審批電價”，原有規(guī)劃體制的制度性基礎已經被動搖。“計劃生、市場養(yǎng)”將非常難以協(xié)調，原有規(guī)劃方法面臨新的挑戰(zhàn)，不僅需要考慮市場化的電價和電量形成機制，同時還要考慮在“雙碳”目標下規(guī)劃目標從“用上電、用好電”擴展為“用上電、用好電、用綠電”。從國際經驗看，隨著綠電使用比例的增加，終端用戶電價會快速上升，而市場機制能夠最高效率地選擇綠電的技術種類和投產時序，以及配套的電源種類。從這個角度說，“雙碳”目標的提出進一步加大了深化電力市場發(fā)展的客觀需要。2021年第二十二次深改會上通過的《關于加快建設全國統(tǒng)一電力市場體系的指導意見》，進一步吹響了全國范圍內以電力現(xiàn)貨市場為基礎的市場化建設號角，作為電力市場化建設的“龍頭”環(huán)節(jié)——規(guī)劃，其改革也隨之提上日程。
我國電力規(guī)劃環(huán)境的根本性變革
目前，我國電力工業(yè)的發(fā)展已經歷了十三個“五年”規(guī)劃。在傳統(tǒng)的規(guī)劃中，發(fā)電機組的接入位置、電力的價格、機組各年度發(fā)電計劃等均由政府有關部門確定，機組的開機方式、日發(fā)電計劃（量）等，均由電力調度部門安排，機組生產的電量由電網(wǎng)企業(yè)收購。發(fā)電企業(yè)實質上類似于生產車間，完全服從于政府有關部門的計劃安排或電網(wǎng)調度指令。此外，電力運行各項經濟指標，例如電價也由政府確定，機組的效益在建設之初已基本明確。但是隨著電力市場化改革的推進和“雙碳”目標的提出，我國電力規(guī)劃環(huán)境發(fā)生了根本性改變：
一是規(guī)劃階段電源項目不再確定上網(wǎng)電價和上網(wǎng)電量。傳統(tǒng)規(guī)劃電源項目都是依靠政府制定電量計劃、給定電價，隨著批發(fā)環(huán)節(jié)核定電價制度的取消，發(fā)電機組的電價與電量需要通過市場競爭產生。在現(xiàn)貨市場環(huán)境下，電價將通過市場競爭形成，不僅與各機組的報價有關，而且還取決于網(wǎng)架結構（考慮阻塞的影響）、負荷需求等因素?？傊?，電源項目規(guī)劃無法再簡單地依據(jù)以往政府定價和歷史發(fā)電量來預測市場環(huán)境下全生命周期內的發(fā)電量、電價和收入，因為不考慮市場競爭環(huán)境下的規(guī)劃方式和項目投資經濟性的評價方式，準確性會越來越低。
二是商運階段電網(wǎng)企業(yè)不再對發(fā)電企業(yè)的電量進行統(tǒng)購統(tǒng)銷。2015年中發(fā)9號文提出“管住中間、放開兩頭”旨在打破電網(wǎng)企業(yè)“統(tǒng)購統(tǒng)銷”的盈利模式。2021年10月，1439號文件印發(fā)后，推動工商業(yè)用戶都進入市場，全部燃煤機組上網(wǎng)電量通過市場化交易形成，標志著全部發(fā)用電計劃放開具備了政策基礎。隨后，國家發(fā)展改革委印發(fā)了《關于組織開展電網(wǎng)企業(yè)代理購電工作有關事項的通知》，對暫無法直接進入市場的工商業(yè)用戶提供了解決方案，即可由電網(wǎng)企業(yè)代理用戶參與市場化交易。也就是說，電網(wǎng)企業(yè)除了保障居民、農業(yè)用戶用電外，對于其所代理的工商業(yè)用戶是需要通過市場化方式從發(fā)電企業(yè)購電，購電價格隨市場波動，并且傳導至所代理的工商業(yè)用戶。由此可見，傳統(tǒng)體制下電網(wǎng)統(tǒng)銷統(tǒng)購的模式被打破，發(fā)電企業(yè)要生產多少電量不再由電網(wǎng)企業(yè)分配，而是發(fā)電企業(yè)根據(jù)市場交易情況進行經營決策。
三是電力供給側和需求側的界限更加模糊?，F(xiàn)貨市場環(huán)境下的新型電力系統(tǒng)，電力的生產不再局限于發(fā)電，負荷側也逐步參與市場，發(fā)、用的雙向互動將對電力市場和電力系統(tǒng)的運行產生重要影響。未來隨著電動汽車普及、儲能技術規(guī)模化和智能電網(wǎng)技術的成熟，電能生產者和使用者的界限將愈加模糊。負荷側更頻繁、更主動地參與電力市場，意味著傳統(tǒng)規(guī)劃方式下，僅考慮典型日負荷曲線不能滿足需要，而必須考慮在價格引導下，負荷側主體響應電力系統(tǒng)運行需要可能做出的用電行為調整以及給電力系統(tǒng)帶來的影響。
四是高比例新能源的發(fā)展將使電源的盈利模式產生變化。由于受目前技術水平限制，新能源多為一次能源、不可控電源，與電力系統(tǒng)的穩(wěn)定連續(xù)運行構成矛盾，而傳統(tǒng)電源則多為一次能源、可控電源，但是大部分電源會產生碳排放。隨著高比例新能源的發(fā)展，未來電力系統(tǒng)中的電源功能會發(fā)生兩極分化，零碳的風光等電源成為了提供電量為主、頂峰（尤其是季節(jié)性頂峰）容量為輔的電源，傳統(tǒng)碳排放電源會成為提供頂峰容量保證系統(tǒng)可靠性為主、電能量生產逐步減少的電源。由電能量市場和輔助服務市場構成的傳統(tǒng)電力市場將需要考慮提供可靠性的頂峰容量電源的容量成本回收問題，因此，需要在考慮系統(tǒng)可靠性的基礎上，建立包括電能量市場、輔助服務市場以及容量成本回收機制（稀缺電價機制、容量市場機制或容量補償電價機制）在內的電力市場體系。由此可見，仍按照電源傳統(tǒng)市場環(huán)境下盈利模式來評估電源收益，引導項目投資規(guī)劃顯然已經不適用于新型電力系統(tǒng)建設的要求。
五是新型電力系統(tǒng)建設使變動成本的范疇發(fā)生變化。傳統(tǒng)規(guī)劃普遍認為煤電機組的主要變動成本是燃料，水電、風電、光伏、核電等可再生能源的變動成本近似為零或很低，這主要是由于計劃體制下電網(wǎng)企業(yè)對電力實行統(tǒng)購統(tǒng)銷，將所有用戶視為一個用戶，所有生產者視為一個生產者，生產者內部不同類型的電源要互相協(xié)同完成用戶側的需要。而在市場環(huán)境下，每個發(fā)電企業(yè)都將為與自己簽約的用戶負責，不再義務承擔其他電源的調節(jié)責任，這樣就會使調節(jié)成本顯性化（也被稱為消納成本）。眾所周知，新型電力系統(tǒng)最為稀缺的就是靈活調節(jié)資源，那么反向理解就是“不可控”電源（主要包括風電、光伏、徑流式水電）和“不可調”電源（主要包括核電、背壓式熱電和直流專項工程輸送的外受電），由于其不能控制、無法準確預知或難以跟隨負荷進行調整，所以會產生經濟上的損失，這個損失就是這些“不可控”和“不可調”電源的消納成本。消納成本必須在電力現(xiàn)貨市場中才能夠量化，并且隨每天的機組組合、調節(jié)資源類型和負荷情況等因素發(fā)生變化。而消納成本就是“不可控”和“不可調”電源的變動成本組成部分，甚至對部分電源在部分地區(qū)可能占到其電價的50%左右。這些傳統(tǒng)規(guī)劃方法眼中的低變動成本電源，變動成本卻大幅上升，確實是市場化帶來的“逆直覺”現(xiàn)象。
綜上，我國傳統(tǒng)的規(guī)劃方式已經難以適應新型電力系統(tǒng)建設和電力市場發(fā)展的需要，電力企業(yè)的“鐵飯碗”也已經不復存在，新形勢下迫切需要對電力規(guī)劃提出新方法與新模式。
國際電力市場中的經濟性規(guī)劃
電力市場化國家在市場化改革初期，也面臨和我國一樣需要調整規(guī)劃方法的問題。經過不斷的努力，在世界范圍內，電力市場的理論已經比較成熟，這些國家（區(qū)域）建立的競爭性電力市場已經運行了20~30年，適應市場化的規(guī)劃方法也隨之成熟。筆者分析了美國PJM和紐約州電力市場以及歐洲電力市場中電力規(guī)劃方式，并由此對成熟電力市場中電力經濟性規(guī)劃機制和特點進行了總結。
典型國家（區(qū)域）市場電力規(guī)劃方式
美國PJM電力市場。美國PJM運營的電力市場覆蓋美國13個州以及哥倫比亞特區(qū)的區(qū)域。PJM的規(guī)劃體系包括可靠性規(guī)劃、市場效率（經濟性）規(guī)劃、電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)劃和局部電網(wǎng)規(guī)劃四部分。PJM每年進行一次滾動規(guī)劃。PJM在完成該區(qū)域的可靠性（發(fā)電充裕度）規(guī)劃后，會進行市場效率規(guī)劃。市場效率規(guī)劃環(huán)節(jié)需要對輸電規(guī)劃方案的經濟效益進行量化。在市場效率規(guī)劃過程中，規(guī)劃人員會提出多種提高市場效率的方案。市場效率規(guī)劃通過比較這些方案的效益與成本比值，在此基礎上提出方案優(yōu)選建議。這些規(guī)劃方案必須通過PJM的門檻測試和經濟性測試，以此來評價規(guī)劃方案的經濟性。效益是由“電能量市場效益”和“可靠性定價效益”兩個指標共同決定，其中電能量市場效益包括系統(tǒng)發(fā)電成本和用戶購電成本，可靠性定價模型效益與容量市場的費用相關。效益的量化計算主要通過電力市場長周期（時序8760小時）仿真軟件完成，長周期仿真軟件與PJM市場的技術支持系統(tǒng)所采用的出清模型基本相同。仿真計算數(shù)據(jù)包含了整個美國東部互聯(lián)電網(wǎng)的輸電系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)和負荷的詳細數(shù)據(jù)。所有的市場主體都可以使用相關仿真數(shù)據(jù)進行計算。通過仿真計算后的優(yōu)選規(guī)劃方案和建設時序，提交PJM輸電規(guī)劃委員會，經各市場主體討論和審查后進而形成最終的PJM經濟性規(guī)劃方案。
美國紐約州電力市場。NYISO（New York ISO）負責紐約州電力市場運營和電力系統(tǒng)規(guī)劃。在經濟性規(guī)劃方面，NYISO每年會進行阻塞評估和資源集中規(guī)劃（CARIS）。CARIS以歷史5年和未來10年為周期，分析紐約州主干網(wǎng)架的阻塞情況。通過對用戶購電成本中阻塞成分的量化分析，提出最嚴重的阻塞通道。針對這些通道，提出減少阻塞的可選規(guī)劃方案。規(guī)劃方案中，除了常規(guī)的新建輸電設備，也包括在阻塞區(qū)新建機組和實施需求側管理等方案。通過量化計算各個規(guī)劃方案對市場的經濟效益，對方案進行排序和優(yōu)選。其中，評價每個規(guī)劃方案對全市場經濟效益的核心指標是紐約州范圍內系統(tǒng)總發(fā)電成本降低金額的現(xiàn)值，降低的金額即是在“有”和“無”緩解阻塞的規(guī)劃方案情況下系統(tǒng)發(fā)電成本的差值。與PJM一樣，規(guī)劃方案的效益分析也采用電力市場仿真系統(tǒng)進行計算。仿真系統(tǒng)的核心算法基于NYISO的市場出清優(yōu)化和節(jié)點邊際電價模型。規(guī)劃人員會構造規(guī)劃周期內紐約州電力系統(tǒng)的電源側、電網(wǎng)側、負荷側以及煤價、氣價等一次能源的仿真數(shù)據(jù)。規(guī)劃人員采用仿真系統(tǒng)計算每個規(guī)劃方案在整個規(guī)劃周期（15年）內的經濟效益現(xiàn)值，以實現(xiàn)對不同規(guī)劃方案效益成本比的計算。另外，規(guī)劃決策還會參考其他指標，包括失負荷損失費用、購電成本、容量市場費用、碳排放費用等。值得注意的是，除容量市場費用外，所有效益指標均通過電力現(xiàn)貨市場仿真量化分析獲得。
歐洲電力市場。在歐洲，不僅各個國家進行了電力市場化改革，也形成了歐洲跨國電力市場。所以不僅歐洲各個國家內部需要進行輸電經濟性規(guī)劃，跨國的輸電通道經濟性規(guī)劃對歐洲電力市場也有著重要影響。英國能源監(jiān)管機構Ofgem要求英國國家電網(wǎng)公司（實時平衡市場運營商）每年對未來10年電力系統(tǒng)進行規(guī)劃和評估。在Ofgem的監(jiān)管下，英國國家電網(wǎng)公司必須選擇適當?shù)碾娋W(wǎng)規(guī)劃方案和合理的投運時間，目標是使英國的電力用戶經濟利益最大化。需要量化分析每個規(guī)劃方案的凈效益（效益-投資），根據(jù)凈效益對不同的規(guī)劃方案的建設時序進行優(yōu)選。在歐洲跨國市場的輸電經濟性規(guī)劃方面，歐洲輸電運營商聯(lián)盟ENTSO-E提出了評價跨國輸電通道規(guī)劃的多維考慮因素，包括社會經濟福利、可再生能源消納、碳排放等。其中社會經濟福利是輸電規(guī)劃方案的核心評價指標，社會經濟福利效益等于生產者剩余、消費者剩余和所有價區(qū)的阻塞租金三部分相加，即需要仿真計算新建的跨國輸電通道能否達到在全歐范圍內的發(fā)電企業(yè)效益提升、用戶購電成本降低等效果，以此決定跨國輸電通道互聯(lián)落點、輸電容量和建設時序。
國外電力市場經濟性規(guī)劃經驗總結
一是經濟性是規(guī)劃體系的關鍵考量。在宏觀層面，經濟性規(guī)劃具有政府強制要求的背書，例如美國FERC的890法案要求電力市場運營機構的規(guī)劃體系要包括經濟性規(guī)劃和成本分攤設計。歐洲的EC 347/2013指令要求ENTSO-E建立效益成本方法體系以實現(xiàn)對每十年期的輸電投資組合評估（TYNDP）。在執(zhí)行層面，每個電力市場運營機構，均建立了完整的規(guī)劃體系，美歐電力市場在進行電力系統(tǒng)規(guī)劃時，在保障供電可靠性和運行安全性基礎上，均進行全市場的經濟性規(guī)劃。PJM市場的區(qū)域輸電發(fā)展規(guī)劃（RTEP）包括了可靠性規(guī)劃、市場效率規(guī)劃、電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)劃和局部電網(wǎng)規(guī)劃。NYISO綜合電力系統(tǒng)規(guī)劃體系（CSPP）包括了可靠性規(guī)劃（RNA）、經濟性規(guī)劃（CARIS）和公共政策輸電網(wǎng)規(guī)劃。
二是以全市場的效益最大化為目標。從各國規(guī)劃經驗來看，雖然規(guī)劃考量各有側重，例如PJM電力市場主要采用電能量市場效益和可靠性定價模型效益，紐約州電力市場的主要效益指標為每個不同類型的解決方案帶來的全市場發(fā)電成本降低金額，歐洲跨國電力市場的新建輸電線路的效益指標為全市場的社會經濟福利效益增加值，綜合考慮了發(fā)電側、電網(wǎng)側和用電側的效益，但共同點是他們所有規(guī)劃方案都需要評估對全市場的經濟效益的影響，并計算效益成本比（高成本方案未必有效、低成本方案未必無效），以實現(xiàn)社會福利最大化。
三是經濟性規(guī)劃決策需要基于嚴謹?shù)姆抡媪炕治?。電力系統(tǒng)仿真可以對發(fā)電側、電網(wǎng)側和負荷側的各類元件實現(xiàn)詳細的物理和經濟的建模，在考慮電網(wǎng)運行安全的基礎上，通過模擬一定周期（如8760小時）內的市場連續(xù)出清過程，獲得各類經濟性指標。電力市場經濟性規(guī)劃正是要依據(jù)仿真計算出的各類經濟性指標來進行規(guī)劃方案評估和排序。目前電力市場仿真技術已被國外電力市場運營機構、市場交易主體等機構廣泛地應用于市場價格預測、電力系統(tǒng)規(guī)劃、新能源消納、新建電源經濟性評估等多種重要應用場景。
對我國的啟示
預則立、不預則廢。我國正處在實現(xiàn)第二個百年奮斗目標和“雙碳”目標的關鍵時期，全國統(tǒng)一電力市場體系相關文件的印發(fā)必將推動電力行業(yè)運營機制改革，我國電力系統(tǒng)規(guī)劃應當博采眾家之長，學習基于電力市場機制的先進規(guī)劃方法和經驗。
一是在電力市場環(huán)境下進行電力規(guī)劃。目前我國電力的運行、調度方式等已經由傳統(tǒng)的計劃方式轉為市場方式，電力規(guī)劃應順應形勢發(fā)展需要，在電力市場環(huán)境下開展電力規(guī)劃工作。具體體現(xiàn)在以下三個方面：首先是電力市場環(huán)境下電價、電量對規(guī)劃的影響。現(xiàn)貨市場下的電價與電量由市場競爭決定，而且均體現(xiàn)電能量的時間和空間的不同價值，因此電力規(guī)劃也需要充分考慮量、價的時序曲線。其次是電源位置（接入點）的影響。邊際電價與系統(tǒng)阻塞有很大關系，阻塞可能使邊際電價在局部時段出現(xiàn)大幅的變化，為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要對電源的位置（接入點）進行評估。最后是省內與省外規(guī)劃的協(xié)調。充分考慮省外送入電源/線路的影響，深入研究對省內電價的影響，在經濟性評估的基礎上，統(tǒng)籌做好省內和省外電源規(guī)劃。
二是運用仿真工具為科學規(guī)劃提供支撐。新型電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)運行方式將會更加復雜，系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性將會受到更大的挑戰(zhàn)。為更加準確地對電源、電網(wǎng)新（擴）建規(guī)模等進行規(guī)劃，需要考慮接入位置、投資時序等各個因素的影響，并據(jù)此來進行經濟性分析，因此要利用電力系統(tǒng)仿真軟件進行量化計算，為電力系統(tǒng)規(guī)劃提供決策依據(jù)。
三是將容量成本回收機制納入規(guī)劃方案。保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，是電力系統(tǒng)長期規(guī)劃中的一項重要內容。經典現(xiàn)貨市場理論以機組發(fā)電生產的短期邊際成本決定市場出清價格，但是單純依賴現(xiàn)貨市場電能量價格會給市場的穩(wěn)定運行帶來隱患，尤其是在以風光為代表的可再生能源發(fā)電占比不斷提高的電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)可靠性需要通過建立容量成本回收機制予以保障。缺乏合理的容量成本回收機制，會使得發(fā)電投資風險增加，難以有效引導充足的發(fā)電容量投資，從長期來看無法保證發(fā)電容量充裕性，這將危及電力系統(tǒng)安全及電力市場穩(wěn)定。因此，在電力規(guī)劃過程中，必須充分考慮并設計容量成本回收機制。
四是將電網(wǎng)領域作為規(guī)劃重點，賦予電源側一定的自主性。從美國以及英國等國家的電力規(guī)劃體系中可以看出，其重心在于電網(wǎng)規(guī)劃，這由電力市場的性質所決定。在成熟的電力市場中，電網(wǎng)負責輸電，輸電費由相關部門核定；發(fā)電具有較強的自主靈活性，可根據(jù)電網(wǎng)現(xiàn)狀以及公開的相關信息進行決策。因此，在電力市場環(huán)境下，政府部門的規(guī)劃重點應圍繞電網(wǎng)企業(yè)開展，同時加大電網(wǎng)信息公開力度，向社會公布電網(wǎng)短期以及長期建設方案，每年定期評估電網(wǎng)規(guī)劃的影響。此外，應賦予發(fā)電企業(yè)一定的自主選擇權，引導發(fā)電企業(yè)通過市場競爭進行投資決策。
市場機制只能發(fā)揮電力系統(tǒng)存量的最大效率，卻無法與規(guī)劃產生的紅利規(guī)模相比，同樣市場機制也不能彌補規(guī)劃失誤產生的損失?；谑袌霏h(huán)境下的規(guī)劃機制，可以充分與市場機制銜接，大幅提高電力系統(tǒng)效率，同時以更加經濟的路徑實現(xiàn)“雙碳”目標。因此，在我國當前深入推進電力市場化改革的關鍵時期，規(guī)劃機制的變革勢在必行，并且將會對電力行業(yè)助力我國實現(xiàn)第二個百年奮斗目標和“雙碳”目標作出巨大的貢獻！
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2022年01期.
