中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
陳皓勇 華南理工大學(xué)電力經(jīng)濟(jì)與電力市場研究所所長
郭欣 德國PSI軟件公司的高級(jí)業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理
進(jìn)入2022年以來，由于疫情、俄烏沖突以及極端氣象條件，全球能源與電力市場危機(jī)頻現(xiàn)。歐洲天然氣和電力價(jià)格在2021年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的高水平，俄烏沖突爆發(fā)后創(chuàng)下歷史新高，預(yù)計(jì)能源價(jià)格將持續(xù)保持高位。德國、法國明年交付的電價(jià)均在歷史上首次突破1000歐元。
2022年9月30日，歐洲理事會(huì)在比利時(shí)布魯塞爾舉行了一次能源部長特別會(huì)議會(huì)議，討論了此前歐盟委員會(huì)提出的有關(guān)降低能源價(jià)格的緊急干預(yù)措施的提案。歐洲理事會(huì)批準(zhǔn)了妥協(xié)后的文本草案，其中包括一系列立法舉措，例如對非邊際發(fā)電機(jī)組設(shè)置收入上限、對化石工業(yè)的團(tuán)結(jié)捐資、削減電力需求等。由于尚存在分歧，有關(guān)天然氣價(jià)格上限的討論將推遲進(jìn)行。
在能源轉(zhuǎn)型的背景下，歐盟有關(guān)電力市場設(shè)計(jì)的爭論由來已久。早在2012年11月到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。
國際可再生能源署（IRENA）2017年的研究報(bào)告《調(diào)整市場設(shè)計(jì)以適應(yīng)高比例間歇性可再生能源》（Adapting Market Design to High Shares of Variable Renewable Energy）指出，高滲透率的間歇性可再生能源對電力市場的影響特別是對生產(chǎn)成本和市場價(jià)格的影響，在很大程度上取決于電源結(jié)構(gòu)特征。特別是電源結(jié)構(gòu)是否受電量或容量限制，以及其靈活程度。
2022年6月8日，歐盟委員會(huì)主席馮德萊恩在歐洲議會(huì)表示，電力市場需要進(jìn)行重大改革，電力價(jià)格邊際定價(jià)方法不再符合實(shí)際。在2022年6月23日至24日的會(huì)議上，歐洲理事會(huì)要求歐盟委員會(huì)“作為緊急事項(xiàng)繼續(xù)努力，以確保以可承受的價(jià)格保障供應(yīng)能源”。
“能量塊”交易的提出
美國麻省理工學(xué)院F. C. Schweppe教授等在1988年出版的Spot Pricing of Electricity（《電力現(xiàn)貨定價(jià)原理》）成為電價(jià)理論的經(jīng)典文獻(xiàn)，并成為多國電力現(xiàn)貨市場設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。
現(xiàn)貨電價(jià)（或?qū)崟r(shí)電價(jià)）是基于經(jīng)典微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中的社會(huì)福利最大化原理而形成的，綜合考慮了短期與長期、運(yùn)行與規(guī)劃，但其計(jì)算模型仍采用傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的分時(shí)段功率平衡優(yōu)化模型。實(shí)時(shí)電價(jià)理論把整個(gè)交易期間分為若干時(shí)段，然后分時(shí)段按能量（電量）平衡模型進(jìn)行計(jì)算，由于每個(gè)時(shí)段的功率（電力）假設(shè)為常數(shù)，所以能量平衡模型也就是功率平衡模型。
在這個(gè)過程中，電能商品實(shí)際上按時(shí)段切分成若干“條”，然后每條又分為若干“段”，如圖1所示。在一個(gè)時(shí)段中，中標(biāo)的發(fā)電商或電力負(fù)荷各取1“段”（即1個(gè)商品），而按統(tǒng)一邊際價(jià)格出清方式，各段負(fù)荷（所有商品）的結(jié)算價(jià)是相同的。
圖1 現(xiàn)貨定價(jià)理論的電力商品模型
經(jīng)典的邊際定價(jià)理論要求所有成員都按全額容量和真實(shí)的電量成本報(bào)價(jià)，這只有在完全競爭市場條件下才能實(shí)現(xiàn)。但完全競爭的電力市場在實(shí)際中并不存在，而市場力則普遍存在，并危及市場安全。因此邊際定價(jià)方法在電力市場中呈現(xiàn)出原理性、基礎(chǔ)性的不足，在一定條件下可能出現(xiàn)致命的電力市場危機(jī)。
當(dāng)前歐盟正在經(jīng)歷的嚴(yán)重電力市場危機(jī)與邊際定價(jià)方法有關(guān)。因?yàn)樘烊粴馐菦Q定歐盟電力市場邊際價(jià)格的發(fā)電燃料，各成員國都經(jīng)歷了與天然氣價(jià)格上漲相關(guān)的電價(jià)飆升。
實(shí)際上，電能的生產(chǎn)和利用都具有時(shí)間連續(xù)性，無論對于發(fā)電商還是電力負(fù)荷，銷售或購買的商品都是具有一定持續(xù)時(shí)間的“能量塊”（energy block），如圖2所示。“能量塊”的面積即電量，火電廠的變動(dòng)成本（煤耗）主要取決于所生產(chǎn)的能量（電量），而用戶也主要關(guān)注不同時(shí)間段內(nèi)電量的使用。
圖2 市場機(jī)制下的電力電量平衡
一直以來，電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行的中心問題都是電力電量平衡，電力市場機(jī)制建設(shè)沒有改變這個(gè)中心問題，只是對發(fā)用電計(jì)劃和調(diào)度計(jì)劃的形成過程作出調(diào)整，由原來政府、電網(wǎng)制定發(fā)用電計(jì)劃變成市場成員通過雙邊協(xié)商自主確定，或通過交易平臺(tái)報(bào)價(jià)，并根據(jù)相應(yīng)的市場規(guī)則形成市場出清價(jià)和出清電量。
電力電量平衡在市場機(jī)制下可用圖2負(fù)荷曲線下不同的“能量塊”（整體負(fù)荷曲線由多個(gè)“能量塊”堆積而成）來表示。縱向綠色和少部分橫向藍(lán)色的“能量塊”對應(yīng)于現(xiàn)貨市場交易，為燃?xì)廨啓C(jī)、抽水蓄能等調(diào)峰電源和需求側(cè)響應(yīng)提供合理的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)（體現(xiàn)電能交易的“最后一公里”的價(jià)值），主要目標(biāo)是以市場手段實(shí)現(xiàn)電力平衡。較深藍(lán)色的“能量塊”對應(yīng)于中長期市場交易，為電能量交易的主要方式，主要目標(biāo)是以市場手段實(shí)現(xiàn)電量平衡。
傳統(tǒng)的基于實(shí)時(shí)電價(jià)理論的電力批發(fā)市場設(shè)計(jì)方案忽略了電能生產(chǎn)和消費(fèi)的時(shí)間連續(xù)性這個(gè)十分重要的特征。按照“同質(zhì)同價(jià)”的市場經(jīng)濟(jì)一般原則，隱含的假設(shè)是同一時(shí)段的電能商品都是同質(zhì)的，因此無法區(qū)別基荷、腰荷和峰荷機(jī)組區(qū)別明顯的技術(shù)特征及成本構(gòu)成。
這種定價(jià)方式無法分辨不同品質(zhì)（特別是靈活性）的電能商品并進(jìn)行合理定價(jià)，由于光伏、風(fēng)電近零邊際成本的特點(diǎn)，隨著占比的不斷提高，將傳統(tǒng)火力發(fā)電在以邊際成本為準(zhǔn)的競價(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，因此火力發(fā)電難以生存。而同時(shí)，光伏和風(fēng)電的隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性給電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制帶來重大挑戰(zhàn)，對靈活性的需求急劇增加。
在新的背景下，設(shè)計(jì)正確體現(xiàn)靈活性資源價(jià)值的新市場機(jī)制就十分關(guān)鍵，也對傳統(tǒng)的電力市場理論提出了重大挑戰(zhàn)。作者提出的基于連續(xù)時(shí)間商品模型（即“能量塊”，如圖3）的電力市場理論有望為這些問題的解決提供新思路。
圖3 連續(xù)時(shí)間電能商品模型
歐洲電力市場的
“能量塊”交易及分析
“能量塊”交易方式在歐洲電力市場中已普遍采用。德國購電方式采用圖4所示的標(biāo)準(zhǔn)化“能量塊”產(chǎn)品。而偏差則由自備電廠、自備電源、可控負(fù)荷或外購電來調(diào)節(jié)。
圖4 德國電力市場的標(biāo)準(zhǔn)化“能量塊”交易
德國的現(xiàn)貨市場設(shè)計(jì)了一種平衡基團(tuán)（或平衡結(jié)算單元）的機(jī)制。平衡基團(tuán)是一個(gè)虛擬的市場基本單元，在此單元中，發(fā)電和用電量必須達(dá)到平衡。當(dāng)單元內(nèi)部達(dá)不到自平衡時(shí)，必須買入或賣出電量來保持平衡。平衡基團(tuán)管理人負(fù)責(zé)每天預(yù)測該區(qū)域內(nèi)流入與流出電量，根據(jù)需要買入或賣出電量平衡該區(qū)域電量，并制成計(jì)劃上交給輸電網(wǎng)公司，而輸電網(wǎng)公司會(huì)根據(jù)這些表格在內(nèi)部平衡之后制定出全區(qū)域的計(jì)劃。當(dāng)預(yù)測和實(shí)際發(fā)生偏差時(shí)，平衡基團(tuán)必須承擔(dān)系統(tǒng)的平衡費(fèi)用。
平衡基團(tuán)的機(jī)制是德國電力市場設(shè)計(jì)的核心，一方面保證了電量可以像證券一樣進(jìn)行交易，另一方面保證了電力系統(tǒng)發(fā)電和用電的平衡，維護(hù)了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。
德國約有2700多個(gè)交易公司和430多個(gè)平衡基團(tuán)，可以說是一種分而治之的平衡機(jī)制。平衡基團(tuán)的預(yù)測和平衡控制做得越好，系統(tǒng)需要的平衡功率就越少，所以有人甚至認(rèn)為這一市場機(jī)制是德國可再生能源高消納的秘密之一。平衡基團(tuán)的機(jī)制也在很大程度上促進(jìn)了可再生能源預(yù)測的發(fā)展，因?yàn)槊恳粋€(gè)平衡基團(tuán)都必須認(rèn)真做預(yù)測，不好的預(yù)測會(huì)直接影響到平衡基團(tuán)的收益。
虛擬電廠是負(fù)責(zé)平衡基團(tuán)的電力交易公司上市的必備工具。典型的商業(yè)模式是用預(yù)測服務(wù)賺錢，同時(shí)用于可再生能源現(xiàn)貨直銷，再用于現(xiàn)貨交易。由于客戶相同，也不增加營銷和管理費(fèi)用，可以說是一舉三得，可以充分發(fā)揮規(guī)模經(jīng)濟(jì)的效應(yīng)。簡單地說就是，每兆瓦的服務(wù)價(jià)格決定虛擬電廠的市場活力。平臺(tái)經(jīng)濟(jì)是規(guī)模經(jīng)濟(jì)，所以虛擬電廠規(guī)模越大，集成功率的兆瓦數(shù)越高，盈利也越佳。
常見的商業(yè)模式還有自動(dòng)發(fā)電優(yōu)化控制即自動(dòng)調(diào)節(jié)平衡基團(tuán)的能量平衡（控制偏差），以及利用虛擬電廠集中采購能源后參與現(xiàn)貨市場。由于現(xiàn)貨市場上的可再生能源越多，成交的電價(jià)越低，所以電力交易公司的盈利一直在下降，市場競爭越來越激烈。由以上分析也可以看出，“能量塊”本質(zhì)上是平衡基團(tuán)或虛擬電廠功率特征的體現(xiàn)。
德國能源供應(yīng)對俄羅斯有較大的依賴性，俄烏沖突爆發(fā)之前俄羅斯天然氣已經(jīng)占到德國單日進(jìn)口量的37%，而在2020年俄羅斯天然氣更是占到德國全年天然氣使用量的55.2%。在當(dāng)前的能源危機(jī)下德國電力市場也受到了一定的沖擊，但并沒有失控以至崩潰，這與其科學(xué)的市場設(shè)計(jì)方案是分不開的。如果在現(xiàn)有基礎(chǔ)上加以一定的改進(jìn)，比如增大物理合同和減小金融合同的比例，應(yīng)能度過難關(guān)。
北歐電力市場也引入了“能量塊”交易。北歐電力批發(fā)市場主要采用日前市場、日內(nèi)市場與實(shí)時(shí)市場互為補(bǔ)充的市場模式，3個(gè)市場有著不同的功能定位。
北歐電力市場采用的報(bào)價(jià)方式為塊（block）報(bào)價(jià)，塊報(bào)價(jià)是連續(xù)幾個(gè)小時(shí)的報(bào)價(jià)集中到一起而進(jìn)行的報(bào)價(jià)，機(jī)組的啟停成本平攤到這幾個(gè)小時(shí)中，塊報(bào)價(jià)必須整體被接受，也就是我們所說的“能量塊”。電力交易所會(huì)根據(jù)發(fā)用雙方的提交的報(bào)價(jià)來形成發(fā)電曲線和用電曲線，最終兩條曲線的交點(diǎn)即為系統(tǒng)電價(jià)（system price）。
在系統(tǒng)無約束出清形成系統(tǒng)電價(jià)后，電力交易所會(huì)進(jìn)一步將區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的限制考慮到出清模型中去，從而形成分區(qū)電價(jià)（zonal price）。在日前市場，每天被分為24個(gè)競價(jià)時(shí)段，每小時(shí)為1個(gè)競價(jià)時(shí)段。市場參與者既可以對每個(gè)小時(shí)分別報(bào)價(jià)，也可以對連續(xù)幾個(gè)小時(shí)整體報(bào)價(jià)，還可以進(jìn)行靈活報(bào)價(jià)，也就是只約定某1個(gè)或某幾個(gè)小時(shí)的電量和電價(jià)，但不約定具體是哪幾個(gè)小時(shí)。
從2017年起，包括英國牛津能源研究所、國際新能源署和希臘政府在內(nèi)的組織機(jī)構(gòu)開始討論新能源大規(guī)模接入條件下的“雙市場”設(shè)計(jì)方案（two-market design）?！半p市場”設(shè)計(jì)方案通過在供給側(cè)和需求側(cè)為不同類型的電力（“按需”和“可用”）創(chuàng)建分開的市場機(jī)制來解決這些問題。
對于供給側(cè)而言，可調(diào)度電廠將在“按需”（on demand）或靈活市場中運(yùn)營，在需要時(shí)按照優(yōu)先順序表進(jìn)行調(diào)度，并按和目前大致相同的方式進(jìn)行支付。間歇性電源將參與“可用”（as available）市場；原則上，它們將在可用的情況下運(yùn)行，并且至少在最初階段按特定來源電力的平準(zhǔn)化成本進(jìn)行結(jié)算。
“可用”和“按需”發(fā)電資源的不同成本和運(yùn)行也將體現(xiàn)于零售市場中。電力用戶將能夠選擇“按需”或“可用”電力及其組合（因此他們需要安裝不同的計(jì)量電表）。從“能量塊”的視角，“雙市場”設(shè)計(jì)方案即把整體負(fù)荷曲線分為“按需”和“可用”兩類“能量塊”分別組織報(bào)價(jià)。
我國電力市場
“能量塊”交易的實(shí)現(xiàn)
《關(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場體系的指導(dǎo)意見》（發(fā)改體改〔2022〕118號(hào)）提出“立足我國能源資源稟賦、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等實(shí)際國情，借鑒國際成熟電力市場建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮國內(nèi)市場優(yōu)勢，適應(yīng)電力行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行規(guī)律和發(fā)展需要，科學(xué)合理設(shè)計(jì)市場模式和路徑?！?
江西省是我國首個(gè)將“能量塊”交易引入電力中長期交易的省份，采用適合中國國情的簡化“能量塊”——分時(shí)段電量作為交易標(biāo)的物。從2019年開始，江西電力交易中心、華北電力大學(xué)團(tuán)隊(duì)、華南理工大學(xué)團(tuán)隊(duì)組成聯(lián)合項(xiàng)目組，緊密結(jié)合我國國情和江西省情，經(jīng)過模擬交易、結(jié)算試運(yùn)行、正式運(yùn)行三個(gè)階段后，形成了完整的江西省電力中長期分時(shí)段交易市場體系，取得了良好效果。市場運(yùn)行平穩(wěn)有序，較好地應(yīng)對了當(dāng)前能源危機(jī)、煤價(jià)上漲、電力短缺等多方面的挑戰(zhàn)。
江西電力中長期市場分為不分時(shí)段的常規(guī)交易模式和分時(shí)段時(shí)段交易模式。考慮江西省以火電為主的電源結(jié)構(gòu)和負(fù)荷的季節(jié)性特點(diǎn)，首先按月進(jìn)行電量的時(shí)段劃分。在電力供需緊張的月份將交易時(shí)段劃分為尖峰、高峰、平、谷4時(shí)段；在電力供需平穩(wěn)的月份將交易時(shí)段劃分為峰、平、谷3時(shí)段。以各時(shí)段電量為交易標(biāo)的，形成多個(gè)獨(dú)立的子市場，各市場分別組織交易，獨(dú)立結(jié)算。在雙邊自主協(xié)商的基礎(chǔ)上，通過競價(jià)或滾動(dòng)撮合方式形成分時(shí)段價(jià)格，體現(xiàn)電能分時(shí)價(jià)值，合理反映峰谷價(jià)差。江西電力市場將從3時(shí)段或4時(shí)段的月度電量交易逐步細(xì)化為24時(shí)段的日“能量塊”交易，并與現(xiàn)貨交易相銜接，推動(dòng)電力市場平穩(wěn)過渡至“中長期交易+現(xiàn)貨交易”的全市場模式。
2022年1月，廣州電力交易中心修編完善了《南方區(qū)域跨區(qū)跨省電力中長期交易結(jié)算實(shí)施細(xì)則》，按照模擬試運(yùn)行、試點(diǎn)結(jié)算試運(yùn)行、全面結(jié)算試運(yùn)行三個(gè)階段，積極穩(wěn)妥推進(jìn)分時(shí)結(jié)算工作。2022年3月，廣州電力交易中心對試點(diǎn)送電類別開展24時(shí)段分時(shí)結(jié)算（即24小時(shí)“能量塊”結(jié)算），按照“照付不議、偏差結(jié)算”原則，對中長期合同按合約結(jié)算，更好反映不同時(shí)段、不同負(fù)荷水平下電力的時(shí)空價(jià)值。
分時(shí)段結(jié)算工作為中長期與現(xiàn)貨市場的銜接奠定了重要基礎(chǔ)，是推動(dòng)南方區(qū)域統(tǒng)一電力市場建設(shè)的重要舉措。在北京電力交易中心2022年5月發(fā)布的《跨區(qū)跨省電力中長期交易實(shí)施細(xì)則（修訂稿）》中也明確提出，跨區(qū)跨省交易的標(biāo)的物為分時(shí)段電能量。
價(jià)值理論是一切經(jīng)濟(jì)學(xué)理論的出發(fā)點(diǎn)和基石，電價(jià)形成機(jī)制是電力市場建設(shè)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。當(dāng)前全球電力市場危機(jī)的根源之一是能源轉(zhuǎn)型背景下始于化石能源時(shí)代的傳統(tǒng)電力市場價(jià)格形成機(jī)制不再適用。電價(jià)理論是電價(jià)形成機(jī)制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)理論，其研究主要包括兩個(gè)部分：一是電能成本（價(jià)值）分析，二是電力市場中價(jià)格形成方式的設(shè)計(jì)。
在可再生能源大規(guī)模接入的背景下，由于新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理和穩(wěn)定特性更加復(fù)雜，電能價(jià)值將更加復(fù)雜化。除了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的容量價(jià)值、電量價(jià)值，電能還具有靈活性、安全性（如慣性、調(diào)頻和備用）和彈性等多種不同的價(jià)值。只有在對不同電能價(jià)值深入分析的基礎(chǔ)上，兼顧效率與公平，讓市場這只“看不見的手”和政府這只“看得見的手”協(xié)同配合、形成合力，精心構(gòu)建適合我國國情的電價(jià)形成機(jī)制，電力市場改革才能順利推進(jìn)。
歐洲應(yīng)對電力市場危機(jī)的主要方向是讓天然氣價(jià)和電價(jià)脫鉤，“能量塊”交易有助于這個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。作為一種能正確體現(xiàn)電能價(jià)值的交易方式，“能量塊”交易在國內(nèi)外電力市場已得到關(guān)注和采用，取得了良好效果，也能對電力市場危機(jī)的破解提供解決思路，值得進(jìn)一步研究。
