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引言[1]
以往，用戶的電費主要是按固定價格來收取。而如今，越來越多的國家在考慮對不同用電時段的電量收取不同價格，這就是所謂的“分時電價”。國家發(fā)展改革委于2021年發(fā)布了《關于進一步完善分時電價機制的通知》，要求各省對除個別類型的用戶外都要設計和實施分時電價[2]。這將極大地推進分時電價在中國的實施，并使中國成為少數幾個嘗試在全國范圍內廣泛實施分時電價的國家之一[3]。
實施分時電價有幾點好處：首先，分時電價向用戶發(fā)出價格信號，促使他們改變自己的消費模式，將電力的使用從高電價時段轉向低電價時段，這有助于降低系統(tǒng)總成本。其次，分時電價能更加公平地將電力成本分配給在高價時段用電的用戶。
要實現這些好處，分時電價的費率標準必須要設計得當，能夠準確反映系統(tǒng)內在的成本，而不是靠更簡單的“經驗法則”。按照國家發(fā)展改革委2021年文件的要求，各省已出臺了分時電價實施的配套政策，如何持續(xù)評估和優(yōu)化這些配套政策是值得探討的問題[4]。本文將簡要介紹分時電價費率的設計原則以及美國一些地區(qū)的相關經驗，并重點討論如何設計分時電價的費率結構，從而使經濟和環(huán)境效益最大化。
分時電價設計的目標
1、反映發(fā)電系統(tǒng)的內在成本
本節(jié)概述了電力系統(tǒng)中關鍵的邊際成本構成要素，以及在實施分時電價時如何確定這些要素。
電能量
電能量的邊際成本是指由于用戶負荷增加而需要生產更多能源的成本（或是由于用戶負荷減少而減少能源生產的成本）。一年中每小時生產能源的成本隨用戶的負荷和可用的供應量而波動。
計算電能量的邊際成本有多種方法，其中一種是生產模擬模型，它可以在特定的約束條件下（如發(fā)電機組和輸電限制），以最小成本（即經濟最優(yōu)）的方式，模擬每小時（甚至每幾十分鐘）電力系統(tǒng)的運行情況。這些數據可以匯總為每個月各小時的平均值，以體現經常出現的每日和季節(jié)性模式，并看出邊際成本在何時更高。下圖顯示了美國加州采用生產模擬模型計算的結果。
由于通過輸配電系統(tǒng)向終端用戶輸送能源時會發(fā)生電阻損耗，發(fā)電側供應的電量要高于終端售電量約10%（因國家和地區(qū)而異）。因此，邊際電能量成本應根據估計的輸電和配電損耗程度適當上調，以確保售電的全部成本能反映到邊際成本中。
發(fā)電容量
發(fā)電容量的邊際成本代表了投建額外發(fā)電廠的成本，建設這些發(fā)電廠可能只是為了滿足少數特定時段用戶負荷的增加，否則系統(tǒng)裝機容量會不足（換言之，如能減少用戶高峰負荷就可以節(jié)省電廠投資成本）。引起發(fā)電容量需求增加的這幾個小時通常被稱為失負荷概率峰值小時。由于系統(tǒng)在大多數小時內都有充足容量，一年中大多數時間內的失負荷概率為零。
在失負荷概率峰值小時期間的容量邊際成本，也就是“新增容量凈成本”，是通過取最低成本發(fā)電容量資源的全部平準化成本，減去該機組未來的預期收益來計算的[5]。如果系統(tǒng)的容量普遍過剩，容量邊際成本自然也會變低甚至歸零（這意味著增加一千瓦的負荷不會增加對額外發(fā)電容量的需求）。
將“新增容量的凈成本”分攤到失負荷概率峰值小時上，就會得到一個對總邊際成本中發(fā)電容量成本的估計。圖2顯示了加州的計算結果范例。由于發(fā)電容量成本被分攤在了相對集中的幾個峰值小時上，導致發(fā)電容量的邊際成本相對較高。
和電能量一樣，電阻損耗的存在意味著供應端的容量也應該高出終端用戶需求容量約10%。因此，邊際發(fā)電容量成本應囊括輸配電損耗產生的成本，以確保銷售電力的全部成本都包含在邊際成本的測算中。
輸配電容量
輸配電容量的邊際成本是指在特定的時段內，由于用戶負荷增加而需額外建設的輸配電容量的投資成本，反過來說，是由于客戶用電負荷的減少而節(jié)省的輸配電投資的成本。導致這些額外輸配電容量投資的時段通常也是負荷峰值時段。輸配電容量邊際成本的確定應基于對不同地點用戶的負荷模式的分析。例如，處于炎熱和寒冷氣候中的用戶可能有著不同的負荷模式；同樣，居民和商業(yè)用戶也可能有不同的負荷模式。
將輸配電容量的邊際成本分攤到導致需求的各小時內，可以估算出增加或減少負荷所產生的輸配電容量邊際成本。圖3顯示了加州輸配電容量邊際成本的計算結果。
外部成本
外部因素的邊際成本，例如溫室氣體排放，代表了由于用戶負荷增加而產生的排放成本。在制定了減排目標的地區(qū)，決策部門可以制定為溫室氣體排放定價的政策（如碳稅或排放限額和交易價格）。這些成本的計算方法是將邊際發(fā)電機組的排放率（在能源邊際成本步驟中確定）乘以排放的價格。在有大量可再生能源發(fā)電的時段內，風能或太陽能可能是排放率為零的邊際發(fā)電機。在許多情況下，溫室氣體排放的邊際成本被嵌入到電能量價格中（就像在具有碳價格的電力批發(fā)市場中的情況一樣）。然而，為提高透明度，區(qū)分開這些成本通常對決策部門有利。
總結
上面列出的這些邊際成本是整個北美電力系統(tǒng)最常使用的類別。但是，適用于各個電力系統(tǒng)的具體邊際成本類別可能有所不同。將各類邊際成本加在一起，就可產生總的邊際成本。圖4顯示了加州的一項計算結果。需要注意的是，這個每日輪廓圖代表了所有季節(jié)的平均值，而每個季節(jié)的數值可能有高有低。
2、采用透明且前瞻的方法
在快速發(fā)展的電力行業(yè)中，有著許多不同的市場參與者，讓每個人都能了解和響應分時電價的價格信號至關重要。為此，應當通過透明、公開的流程來制定這些費率。在美國的許多州，這些邊際成本的計算和確定要面向公眾征求意見，讓各利益相關方有機會對最終結果發(fā)表意見。例如，加州公用事業(yè)委員和紐約州公共服務委員會都有公開的計算模型用于費率制定。
同樣重要的是，估算邊際成本要具有前瞻性，反映電力系統(tǒng)未來的而非歷史的情況。特別是，應該預測出邊際成本的數值和時段，以了解這些值在相關的時間尺度內可能的變化。
3、準確、易處理及用戶可理解
前述邊際成本分析方法可對一年中每小時電力成本的變化給出非常詳盡和準確的估計。但在面向終端用戶時，最好能把這些邊際成本計算結果匯集起來，換算出統(tǒng)一的高電價或低電價時段，以簡化費率結構，便于用戶理解。在分時電價的設計中，這一步并沒有確切的科學依據，它本質上依賴于決策部門的判斷。圖5顯示了如何將計算結果處理為更容易理解的分時電價。
除了分割高峰與非高峰時段，設計分時電價的另一個重要方面在于設計不同時段之間的相對電價差。為了盡可能釋放出最準確的價格信號（以便于激發(fā)需求側靈活性，并將成本公平分攤給用戶），電網公司應確保將高峰時段和非高峰時段之間邊際成本的絕對差異反映在費率中。
值得注意的是，一些成本并不會隨著用戶行為而改變，例如電力公司總部或行政管理人員的成本等。由于這類成本的存在，電網公司需要收回的總成本并不總是與其邊際成本相符。當電網公司需要從用戶那里收回的成本超過邊際成本時，其費率設計應當盡可能保證價格信號的準確性，與僅依邊際成本確定的費率相比，用戶行為應相差無幾。
分時電價設計的發(fā)展
上面這些原則為制定分時電價提供了一種綜合性指南，該指南在準確性、易處理性和用戶可理解性之間達到平衡。雖然這種費率結構相對于按固定價格收費是一個顯著的改進，但它仍然可能與系統(tǒng)實際的邊際成本有所出入。分時電價的價格結構和收費時段是預先設定的，這可能無法準確反映實際情況。
動態(tài)定價是一種補救辦法，它可以反映系統(tǒng)的實際實時成本。這種電價有可能發(fā)送更準確的信號，但它也更復雜，政策制定部門應該考慮到實行動態(tài)定價的影響。當電力供應持續(xù)幾天都緊張時，用戶也可能更難響應價格信號，因為日間負荷調峰比日內負荷調峰要更難，成本也更高。一個具有高比例可再生能源的系統(tǒng)中，這種波動性還會加劇。
下面的示意圖是一個帶有實時動態(tài)定價的費率設計方案。
結論
分時電價通過向用戶發(fā)出價格信號，讓電力消費調整到一天中成本和排放較低的時段，對于降低系統(tǒng)成本、減少排放有著巨大的潛力。然而，若要達到這種效果，分時電價必須準確地反映系統(tǒng)的內在成本。為了確保廣泛的市場參與者理解并能夠適當地作出反應，分時電價的費率應通過嚴格、前瞻性、透明的過程來制定，以便用戶和市場參與者能夠了解分時電價的時段劃分以及各時段電價水平是如何確定的。
注釋（上下滑動查看）
[1]包含更多技術方法的較長版本，可在睿博能源智庫網站上獲取: https://www.raponline.org/
[2]國家發(fā)改委(2021). 國家發(fā)展改革委關于進一步完善分時電價機制的通知. https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202107/t20210729_1292067.html?code=&state=123
[3]Faruqui, A and Bourbonnais,C.(2020). Time of Use Rates: An International Perspective. https://energyregulationquarterly.ca/articles/time-of-use-rates-an-international-perspectives#sthash.MXrm28DQ.kPIDA5MS.dpbs
[4]高馳(2022).基于常規(guī)評估的分時電價動態(tài)調整思路. https://mp.weixin.qq.com/s/qhf_BzyWhy6jpfcBkgN9rQ
[5]傳統(tǒng)上，天然氣內燃渦輪機是成本最低的發(fā)電容量資源；隨著儲能等替代技術成本的下降，其他資源可能能夠以較低的成本提供發(fā)電容量。
（本文不代表eo立場）
