在這兩個地區(qū)，30%以上的電力由非水可再生能源提供（圖ES-1）。2018年，德國的可再生能源發(fā)電量首次超過了煤電發(fā)電量。值得注意的是，與此同時，零售價格構成也發(fā)生了重大變化。在今后的道路上，兩個地區(qū)都有著雄心勃勃的目標。德國已經設定了目標，到2050年可再生能源將占電力消費量的80%，旨在成為能源向“可再生能源時代”過渡的支柱；加利福尼亞的目標是到2030年可再生能源占到60%，到2045年清潔能源實現(xiàn)占比100%—有可能讓其他技術也發(fā)揮作用，實現(xiàn)凈零碳排放。這些變化構成了預期的交通電氣化以及建筑和工業(yè)供暖和制冷的另一個轉變，可能導致電力消費的大幅增長。
圖ES-12018年德國（左上）和加州（右上）的國內凈產量份額（數據來源：德國Fraunhofer太陽能研究所和美國能源信息管理局）。
2008年和2018年德國（左下）和加利福尼亞州（右下）的平均居民零售價格（名義）（資料來源：德國聯(lián)邦供電局（2018年）和自行計算）。
本報告的目標有3個：
1.提供德國和加州氣候和電力政策的總體背景和歷史，描述其電力系統(tǒng)的重要特點，包括監(jiān)管和市場設計，參與者和來源。
2.調查市場和政策是如何演變和改進的，以及促進和適應可再生能源份額增加的努力對這些趨勢的影響。
3.確定進一步實現(xiàn)可再生能源融合的備選辦法，并確定未來的轉折點，在這些轉折點上，監(jiān)管政策或市場設計的變化可能成為實現(xiàn)這一結果的關鍵。
第1節(jié)介紹兩個電力市場及有關的監(jiān)管架構。在第2節(jié)，我們較詳細地描述了兩個地區(qū)的歷史發(fā)展和更廣泛的情況。這為以后分析可再生能源所占份額的增加引起的市場和政策設計的調整提供了背景，我們確定了與比較有關的異同之處。
“在加州，2000-2001年電力危機后的市場改革使該州能夠適應可再生能源的快速增長。”
在20世紀90年代，加州曾采取措施放松對電力行業(yè)的管制，但在2000~2001年電力危機之后，電力市場進行了重大改革，導致了部分的重新監(jiān)管。輸電和配電服務受到監(jiān)管，強有力的行政框架影響投資決策，發(fā)電則在該框架內具有競爭力。2009年，在可再生能源變得尤為重要、氣候變化成為政策首要焦點之前，加州已經推出了日前市場和節(jié)點邊際電價。因此，政府完全有能力適應十年后可再生能源的快速增長。
“相比之下，德國一開始電力產業(yè)結構就存在問題，需要實質性應對不斷增長的可再生能源?！?
相比之下，德國在20世紀90年代末也開始實行市場自由化，大體上保留了其遺留下來的有問題的電力產業(yè)結構，并采取了一種相對混亂的“來試試”的方式（米切爾，2010年），專注于在市場上推廣可再生能源。這種方式只有在一段時間后，問題和弊端才會逐漸顯露出來。例如太陽能光伏不受控制的部署引發(fā)了政策成本危機。此外，政策驅動的可再生能源發(fā)電的迅速推出加劇了德國市場設計的缺陷?；仡欉M一步擴大可再生能源的主要障礙，即電網瓶頸和更廣泛的社會接受問題，從一開始就可以通過更仔細地規(guī)劃和統(tǒng)籌的政策辦法加以避免。2011年，德國也經歷了類似加州能源危機的觸發(fā)事件，當時該國決定逐步淘汰核電，并采用了可再生能源長期目標。這對市場動態(tài)和總體政策方針都產生了重大影響。為此，對電力系統(tǒng)作了重大調整，詳情見下文。
需要承認這兩個地區(qū)之間的諸多不同。首先，在德國，進口硬煤和國產褐煤占總消費量的比例很高，而在加州，煤炭生產不在州內，煤電的比例一直較小，目前加州煤炭提供的電力只占總電力的4%，并將被完全淘汰。其次，德國市場與其他市場有著高度聯(lián)系，不僅是因為它位于歐洲中心，而且受歐盟內部能源市場的監(jiān)管。盡管加州16%的電力從鄰國進口，但正式的批發(fā)市場聯(lián)系卻是有限的。第三，在德國，工業(yè)消費者在消費中所占比例高于加利福尼亞或其鄰國：這也許可以解釋為什么德國優(yōu)先考慮工業(yè)加工以使需求更加靈活，而加利福尼亞則側重于居民消費者。第四，德國的電力部門在全國排放量中所占的比例超過了加州。最后，加州零售市場的主要份額受到管制，而德國市場則完全自由化。
“歷史差異正在縮小，因為這兩個地區(qū)都在試圖前往電力系統(tǒng)從未到達過的領域。”
然而，這兩個地區(qū)之間的相似之處超過了它們之間的差異----現(xiàn)在如此，而且在今后的歲月里可能更甚。這兩個國家都選擇了明確減少核能、碳捕獲和儲存等大規(guī)模技術作為緩解途徑。這些選擇的歷史原因各不相同，但其結果是，可再生能源的作用必須擴大，以實現(xiàn)社會目標----增長經濟，減少常規(guī)空氣污染物，特別是應對氣候變化。隨著最近決定逐步淘汰煤炭，德國的能源組合必然會更接近加州。此外，盡管它們的監(jiān)管傳統(tǒng)有些不同，而且加利福尼亞（部分）的受監(jiān)管零售市場提供的政策選擇對于德國不適用，但仔細觀察，這些差異會縮小。最后，最重要的共同主題是，兩個地區(qū)都在試圖前往從未到達過的領域。
“隨著可再生能源比例的增加，效率和公平問題已成為監(jiān)管應對措施的主要關注內容?！?
在第3節(jié)，我們在此背景下考慮如何設計和改革市場和政策，以適應可再生能源在電力系統(tǒng)中所占份額的增長。如上所述，我們注意到德國，在成本并不特別令人擔憂的長期"來試試"階段之后，隨著可再生能源發(fā)電達到較高水平，市場和政策設計方面進行了實質性改革，以提高政策的成本效益，使市場更高效3。與此相反，加州的市場政策變化更為漸進，且不一定是因為可再生能源增加驅動。至少在最近，德國的政策演變可能被看作是通過法律和監(jiān)管改革發(fā)展起來的一種更為謹慎的能源轉變，而在加州，這一過程是由實驗推動的。這兩個地區(qū)都經歷了能源成本的上漲，這引發(fā)了對推廣可再生能源的激進政策的一些反對，而且都開始擔心剛性管理的缺陷，這些缺陷有時會為可再生能源投資提供低效或不公平的激勵。表ES-1概述了電力部門的重要發(fā)展和最新趨勢以適應可再生能源。
該報告在第4節(jié)最后對政策和今后的道路進行了評估。我們從五個角度來評估加州和德國電力行業(yè)的新發(fā)展。
表ES-1電力部門適應可再生能源的演變
電力市場。在價格模式、采購做法和區(qū)域融合方面，這兩個地區(qū)（大體上）都走在較好的道路上。（其中一個例外是德國電網瓶頸的加重，可利用的風能在北方，而需求主要在南方。）所有地區(qū)都有改進的空間，前進的道路或多或少都很明確。我們有機會從彼此的經驗和今后的選擇中學習。例如，德國可能采用加州式的地區(qū)或節(jié)點定價作為對受限電網的補救措施，而加州將受益于模仿德國的區(qū)域合作舉措。評估概述見圖ES-2，具體描述詳見第4.1節(jié)。
可再生能源采購。兩個地區(qū)很好的過渡了可再生能源作為外來技術的時期，現(xiàn)在面臨著將大規(guī)?？稍偕茉吹碾娏ο到y(tǒng)融合。分配問題，例如我們在哪里建廠以及如何分配政策成本，變得更加重要。德國依靠集中采購模式。在加利福尼亞的分散管理方法中，不受監(jiān)管的社區(qū)選擇匯總器的出現(xiàn)逐漸地導致客戶流失。接下來，加州面臨著一個選擇：要么嘗試調整其可再生能源政策，以適應分散的電力市場環(huán)境，要么通過一個更加集中的機制集中其采購決策，這種機制再次從個體零售供應商手中奪走了自由裁量權。趨勢概述見圖ES-3，具體說明詳見第4.2節(jié)。
圖ES-2電價模型與區(qū)域市場融合路徑
政策設計。盡管政策各不相同，但這兩個地區(qū)的成本效益都有了類似的提高，可再生能源采購更加嚴格。通過改善稀缺性定價，仍有機會實現(xiàn)更好的融合—也就是說，不僅是一般的千度電支持，暫時和地理的稀缺也開始考慮在內。此外，氣候政策已成為可再生能源投資的重要助力，但將可再生技術政策納入氣候政策也將是挑戰(zhàn)。這兩個地區(qū)都有碳定價和配套政策的組合，而且碳市場（歐盟排放交易體系和加州的限額交易計劃）現(xiàn)在已經足夠穩(wěn)固，有助于更嚴格的減排。
圖ES-3可再生能源采購
圖ES-4可再生能源政策設計
然而，如何將可再生能源政策與碳定價結合起來，則不那么明確。預計碳定價將為投資提供比技術支持政策更有效的信號；然而，通過碳市場以外的補貼推動可再生能源的政策降低了碳價格。如何定位碳定價，使其在促進技術投資方面發(fā)揮有效作用？近期趨勢和可能的路徑見圖ES-4，具體說明詳見第4.3節(jié)。
靈活性要求。大量可再生能源的出現(xiàn)暴露了可再生能源供應多樣化的重要性，并使需求側資源的激活成為迫切的整合問題。因此，市場和監(jiān)管演變的第四個領域是將需求與可再生能源供應的時間安排結合起來。對許多經濟學家來說，基于時間的電價為實現(xiàn)這種協(xié)調提供了一個直觀的選擇（“正確把握消費者價格”）。智能電表技術可以支撐這種定價在兩個地區(qū)開展，監(jiān)管措施也會隨之出現(xiàn)。然而，基于時間的定價的潛力在很大程度上仍未開發(fā)，原因是消費者不情愿，包括數據安全關切、潛在的分配問題以及利率設計中的一般問題，這些問題與有效定價和回收嵌入式系統(tǒng)固定成本的目標相沖突。第4.4節(jié)所述的圖ES-5說明了迄今缺乏進展的情況，并提出了可能的前進道路。
電氣化。這兩個地區(qū)都承認運輸、供暖/制冷以及新工業(yè)流程電氣化的作用。這些技術要么已經具備，要么至少處于早期開發(fā)階段。缺乏有形基礎設施，例如電動車充電和其他功能，缺乏監(jiān)管框架，不成熟的市場體系是將供需納入市場平衡的障礙，阻礙了電力部門在更廣泛的經濟中的脫碳作用。圖ES-6（見第4.5節(jié)）說明了目前在電氣化交通方面缺乏進展，并提出了可能的前進道路。
ES-5需求彈性和零售價格設計
圖ES-6將電氣化納入主流
這五個視角描述了一個不斷變化的范例。到目前為止，可再生能源已被用于技術發(fā)展和共同利益，例如創(chuàng)造就業(yè)機會和改善空氣質量，但它們越來越多地被用于氣候行動----使其他部門電氣化和去碳化。這一目標將使可再生能源成為電力系統(tǒng)的中心。我們發(fā)現(xiàn)德國和加州正朝著同一個方向前進，在試圖實現(xiàn)這一結果的過程中，提出了同樣的問題。
“這兩個地區(qū)正在進入新一輪的市場和政策設計，以尋求擴大電氣化作用的解決方案?！?
第5節(jié)的結論是，德國和加州正朝著一條需要新的政策和立法，最終需要政策創(chuàng)新的道路匯聚在一起。許多政策選擇仍處于提議階段，但最終的實施將啟動新一輪的市場和政策設計，這將再次開拓前沿，為如何融合更高比例的可再生能源提供新的證據。
加州和德國現(xiàn)在面臨著幾個問題。碳定價對電力部門去碳化能起到什么作用？配套政策是否需要或最終將被淘汰？最后，可再生能源的適當中期目標是什么？預期電力使用的迅速擴大和化石燃料直接燃燒產生的排放在其他部門的轉移，可能使擴大電氣化的作用成為比電力部門完全去碳化更重要的優(yōu)先事項。與此同時，至少在德國，電網瓶頸和新電廠的稀缺構成了一個障礙，日益限制了可再生能源的擴張。
德國和加利福尼亞提供了持續(xù)的機會進行聯(lián)合試驗和交流想法。迄今為止，它們的經驗不僅供彼此使用，而且也為沿著去碳化經濟道路前進的其他地區(qū)提供了借鑒。
