中國儲能網(wǎng)訊：能源電力轉(zhuǎn)型進程中，如何在高比例新能源接入下統(tǒng)籌安全、綠色、經(jīng)濟效率，是各國面臨的共性挑戰(zhàn)。德國的能源電力轉(zhuǎn)型在探索中快速前行，成效與問題并存，其教訓(xùn)值得警醒，其經(jīng)驗值得借鑒。在電力市場改革方面，德國“市場機制牽引、物理約束價格化”的思路值得學(xué)習(xí)借鑒。針對能源電力轉(zhuǎn)型引發(fā)的突出問題，德國注重發(fā)揮市場的資源配置作用，通過不斷迭代市場機制，將電力系統(tǒng)物理約束轉(zhuǎn)化為市場主體可感知、可響應(yīng)的經(jīng)濟信號與商業(yè)機會，驅(qū)動市場主體聚合海量分散資源主動參與系統(tǒng)平衡和市場交易謀求經(jīng)濟利益，成為促進系統(tǒng)平衡的內(nèi)生動力。
01
德國以電力市場改革破解
能源轉(zhuǎn)型與系統(tǒng)安全的矛盾
（一）德國電力市場改革思路
制度變遷的根本動力在于現(xiàn)有制度的效率損失與新制度預(yù)期收益之間的權(quán)衡。1998年前，德國電力行業(yè)由少數(shù)大型能源企業(yè)采取發(fā)—輸—配—售垂直一體化模式，聯(lián)邦政府嚴(yán)格管控發(fā)電計劃與終端電價。該制度在化石能源主導(dǎo)時期有助于系統(tǒng)穩(wěn)定，但2000年《可再生能源法》實施后，新能源大規(guī)模接入，逐漸出現(xiàn)資源配置效率低、對高波動性電源適應(yīng)性差、市場主體動力不足等問題。為突破這些瓶頸，德國確立了“市場機制牽引、物理約束價值化”的改革思路，將實時平衡、潮流越限、備用容量等電網(wǎng)物理約束轉(zhuǎn)化為可交易的市場產(chǎn)品，更加突出價格信號的引導(dǎo)作用，讓市場主體在逐利行為中協(xié)同保障系統(tǒng)安全，使市場機制兼具效率引擎和安全基石的雙重功能。
（二）德國電力市場改革歷程
市場開放階段（1998年—2005年），激活發(fā)售兩端的競爭活力。1998年德國通過《能源經(jīng)濟法》強制實施“發(fā)輸配售”解綁，引入第三方公平準(zhǔn)入原則，允許任何發(fā)電企業(yè)和售電公司無歧視使用輸配電網(wǎng)絡(luò)。用戶首次獲得自由選擇電力供應(yīng)商的權(quán)利，競爭性的批發(fā)和零售市場隨之形成，市場逐步成為資源跨區(qū)域優(yōu)化配置的“效率引擎”。四大獨立輸電系統(tǒng)運營商（TSO）——Tennet、Amprion、50Hertz和TransnetBW的雛形亦在此階段確立。
監(jiān)管強化階段（2005年—2015年），建立自然壟斷環(huán)節(jié)的激勵機制。針對市場開放初期監(jiān)管缺位與規(guī)則不完善問題，德國于2005年修訂《能源經(jīng)濟法》，由政府部門制定詳細(xì)電網(wǎng)接入規(guī)則、審批輸配電價、監(jiān)督市場公平競爭，并引入激勵性監(jiān)管機制，實施基于五年監(jiān)管周期的收入上限管制，輸電運營商（TSO）可保留低于上限的額外利潤作為獎勵，TSO因此有動力通過技術(shù)創(chuàng)新或管理優(yōu)化消除輸電阻塞，降低運營成本。同時，監(jiān)管機制要求電網(wǎng)運營商承擔(dān)可再生能源并網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資義務(wù)，并通過市場采購輔助服務(wù)等方式保障系統(tǒng)安全和能源轉(zhuǎn)型的同步實現(xiàn)。
深度整合階段（2016年至今），引領(lǐng)分散式波動性資源主動響應(yīng)市場需求。隨著能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略推進，德國新能源發(fā)電占比激增，對系統(tǒng)實時平衡與電網(wǎng)安全帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。市場改革重心由“促進競爭”轉(zhuǎn)向“適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型”。2016年德國出臺《電力市場法案》，聚焦于建立適配高比例、波動性電源及各類分散主體的市場體系。通過縮短日內(nèi)市場交易關(guān)閉時間、降低輔助服務(wù)準(zhǔn)入門檻、推行“再調(diào)度2.0”等機制，實現(xiàn)了從“單一電能量交易”向“物理約束與經(jīng)濟激勵深度耦合”的質(zhì)變：既通過價格信號引導(dǎo)各類市場主體實時響應(yīng)，又通過偏差考核、輔助服務(wù)交易等將實時平衡、線路阻塞等物理約束轉(zhuǎn)化為市場主體可參與的經(jīng)濟機會。
02
德國將物理約束轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟價值的
“激勵相容”市場設(shè)計理念
德國市場設(shè)計過程中以“激勵相容”理論為核心指導(dǎo)原則，將市場主體在追求自身利益最大化的行為，轉(zhuǎn)化為促進系統(tǒng)整體目標(biāo)實現(xiàn)的內(nèi)生動力。其核心思路為，通過市場機制將電網(wǎng)運行的物理約束，如潮流越限、頻率偏差、供需不平衡等物理問題，系統(tǒng)性轉(zhuǎn)化為市場主體可感知、可響應(yīng)、可獲利的經(jīng)濟信號和商業(yè)機會，在分散決策框架下實現(xiàn)系統(tǒng)安全與經(jīng)濟效率的協(xié)同優(yōu)化，為高比例新能源接入提供可持續(xù)的制度基礎(chǔ)。
（一）建立市場主體充分競爭的電能量市場，引導(dǎo)電力資源高效配置
一是實施區(qū)域電價機制，更好地實現(xiàn)國內(nèi)電力商品的無阻礙競爭。在歐洲統(tǒng)一電力市場框架下，德國與盧森堡構(gòu)成統(tǒng)一競價區(qū)。區(qū)域內(nèi)，實施統(tǒng)一的出清價，消除因電網(wǎng)阻塞形成的貿(mào)易壁壘，確保電力自由高效流動。區(qū)域電價機制化解了新能源企業(yè)對線路阻塞引發(fā)電價下行、消納率降低、成本回收困難的顧慮，有效激勵電源企業(yè)向風(fēng)光資源稟賦最優(yōu)的北部地區(qū)集中開發(fā)。區(qū)域外，根據(jù)跨國輸電通道阻塞程度形成國內(nèi)外的差異化電價，確保德國在跨國傳輸容量內(nèi)，通過更廣闊的市場范圍優(yōu)化資源配置，高效利用法國核電、挪威水電等他國靈活性資源協(xié)助國內(nèi)調(diào)峰保供。
二是再調(diào)度機制應(yīng)對潮流越限，實現(xiàn)電力商品與電網(wǎng)阻塞的分離。當(dāng)市場交易結(jié)果與電網(wǎng)物理約束沖突（如線路潮流超限）時，輸電系統(tǒng)運營商（TSO）通過再調(diào)度機制直接調(diào)整電源機組出力，在不修改市場價格的基礎(chǔ)上解決線路阻塞問題。TSO依據(jù)發(fā)電成本基礎(chǔ)估算補償被調(diào)用機組因計劃改動導(dǎo)致的收入損失，并將成本分?jǐn)傊料嚓P(guān)責(zé)任主體。這種“市場定價+物理修正”模式，避免了節(jié)點電價在阻塞頻繁時產(chǎn)生的價格波動過大、投資信號扭曲等問題，保持了市場的穩(wěn)定性和可預(yù)測性，實現(xiàn)了價格信號的有效性與電網(wǎng)物理安全性的協(xié)同。
（二）建立自下而上的平衡機制與輔助服務(wù)市場，以經(jīng)濟激勵筑牢系統(tǒng)安全防線
一是以經(jīng)濟責(zé)任為核心，構(gòu)建自下而上的平衡體系。德國應(yīng)用經(jīng)濟學(xué)中“科斯定理”，設(shè)計平衡責(zé)任單元作為市場交易與系統(tǒng)平衡的基本主體，由平衡責(zé)任單元代理各類發(fā)電、用電資源，形成具備明確責(zé)任邊界的整體參與市場運行，并將系統(tǒng)失衡的外部成本內(nèi)化為責(zé)任主體的內(nèi)部成本。平衡責(zé)任單元的核心職責(zé)是對單元內(nèi)全部資源的發(fā)用電量進行整體預(yù)測，統(tǒng)籌參與市場購入不足電量或出售多余電量，并向TSO提交覆蓋單元內(nèi)所有資源的總交易計劃和發(fā)用電計劃。當(dāng)實際發(fā)用電與提交計劃出現(xiàn)偏差時，TSO將依據(jù)偏差幅度向?qū)?yīng)平衡責(zé)任單元征收平衡費用，該費用直接對應(yīng)系統(tǒng)為消除偏差所產(chǎn)生的平衡調(diào)節(jié)成本，形成“誰偏差，誰付費”的剛性約束，激勵平衡責(zé)任單元主動提升預(yù)測精度和調(diào)節(jié)能力，從源頭上構(gòu)建自下而上的平衡力量，降低海量主體的波動風(fēng)險向系統(tǒng)層面的傳導(dǎo)。
二是以市場化采購為手段，將安全約束轉(zhuǎn)化為商業(yè)機會。德國應(yīng)用“激勵相容”原則構(gòu)建平衡市場[1]，面對實際運行中難以預(yù)判的負(fù)荷偏差、新能源預(yù)測誤差和機組停運等情況，TSO組織平衡市場采購不同時間尺度的調(diào)節(jié)能力，具備靈活性資源的平衡責(zé)任單元可通過提供輔助服務(wù)獲取市場化收益，其收益水平與調(diào)節(jié)響應(yīng)速度、精度等系統(tǒng)需求直接掛鉤，形成“提供的靈活性越契合系統(tǒng)需要，獲得的回報越豐厚”的正向激勵。同時，充分的市場競爭有效壓低了保障系統(tǒng)基礎(chǔ)安全的輔助服務(wù)成本。在成本分?jǐn)偔h(huán)節(jié)，嚴(yán)格遵循“受益者付費”原則，基礎(chǔ)安全保障成本由全體用戶分?jǐn)偅囟ㄆ胶庳?zé)任單元偏差導(dǎo)致的調(diào)節(jié)成本通過不平衡費用精準(zhǔn)傳導(dǎo)至對應(yīng)責(zé)任主體。
（三）逐步迭代再調(diào)度與平衡市場機制，適應(yīng)海量分散式資源的接入
一是修改再調(diào)度機制，實現(xiàn)市場從“被動應(yīng)對”到“主動化解”的升級。德國推動再調(diào)度機制從行政指令逐步轉(zhuǎn)化到市場響應(yīng)。傳統(tǒng)再調(diào)度1.0機制以行政指令調(diào)整10MW及以上大型常規(guī)電廠的發(fā)電曲線，成本高昂且靈活性不足。隨著新能源發(fā)電占比持續(xù)提升，2020年前再調(diào)度成本呈現(xiàn)快速上漲態(tài)勢。針對這一問題，德國于2021年10月推出再調(diào)度2.0機制，通過降低調(diào)節(jié)資源準(zhǔn)入門檻、納入可再生能源機組、引入“調(diào)節(jié)補償+成本分?jǐn)偂睓C制，以經(jīng)濟收益推動分散式機組主動調(diào)整出力，參與資源數(shù)量從80個增至約6萬個。目前，德國正在推進“再調(diào)度3.0”機制，擬進一步打破資源類型限制，將調(diào)節(jié)范圍擴展至電動汽車、戶用光伏儲能系統(tǒng)、熱泵等更廣泛的分散式資源，并持續(xù)強化市場激勵對物理約束的主動化解能力。
二是平衡市場擴容，實現(xiàn)從“集中式調(diào)節(jié)”到“廣域資源深度參與”的轉(zhuǎn)型。根據(jù)“交易成本”理論，分散式資源因規(guī)模小、分布散，直接參與市場的交易成本較高，而推廣聚合模式和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品可有效降低參與成本，推動分散式資源規(guī)?；M入市場?；谏鲜隼碚?，德國逐步改革平衡市場規(guī)則。2011年，允許新能源機組通過自主壓減出力參與平衡市場。2016年，進一步降低準(zhǔn)入門檻，將最小出價規(guī)模從5MW降至1MW，同時引入聚合機制，鼓勵分布式光伏、風(fēng)電、儲能及需求響應(yīng)資源聚合后參與平衡市場競標(biāo)，大幅降低了分散式資源的交易成本。此外，TSO聯(lián)合運營的平衡市場通過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化與跨國采購，進一步擴大資源池并降低整體成本。至2021年，分散式資源在德國平衡市場的參與比例顯著提升，僅調(diào)頻市場中聚合資源份額便超30%，有效激活了海量分散式資源的調(diào)節(jié)潛力，為高比例新能源接入下的系統(tǒng)穩(wěn)定性與經(jīng)濟效率提供了堅實支撐。
03
德國多元化平衡結(jié)算體系的商業(yè)模式創(chuàng)新
經(jīng)過數(shù)十年的市場培育和機制持續(xù)迭代，德國形成了高度多元化的電力市場生態(tài)體系，在經(jīng)濟激勵與多元資源稟賦的共同作用下，市場主體逐步分化出特色鮮明、各有側(cè)重的商業(yè)模式，不僅提升了單個平衡責(zé)任單元的運營效率與經(jīng)濟效益，更共同支撐了能源轉(zhuǎn)型背景下電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。其中，通過數(shù)字化技術(shù)聚合分布式電源、負(fù)荷、儲能等多元資源形成的虛擬電廠，代表了資源綜合優(yōu)化與市場深度參與的前沿形態(tài)。
（一）德國平衡責(zé)任單元商業(yè)模式分類
基于德國市場機制的持續(xù)迭代，平衡責(zé)任單元逐步發(fā)展為以下三類：
（1）以整合鋼鐵、化工等可調(diào)負(fù)荷為主的平衡責(zé)任單元。該類單元以市場價格信號為導(dǎo)向，在優(yōu)化內(nèi)部用電曲線的過程中，同步提供調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)以獲取經(jīng)濟回報。以鋁生產(chǎn)企業(yè)Trimet Aluminium SE的埃森工廠為例，其內(nèi)部120個電解槽負(fù)荷已進行靈活調(diào)節(jié)改造，可在數(shù)分鐘內(nèi)穩(wěn)定完成±20%的功率調(diào)節(jié)，通過參與平衡服務(wù)獲取市場收益，在電力供應(yīng)緊張或電價處于極端高位時段，負(fù)荷可降至零并維持2—4小時，以此實現(xiàn)用能成本的有效控制。
（2）專注于新能源預(yù)測的平衡責(zé)任單元。該類平衡責(zé)任單元由專業(yè)售電商聚合分布式光伏/風(fēng)電資源，通過提升短期、超短期預(yù)測精度降低偏差成本。部分平衡責(zé)任單元同時聚合儲能資源，提升內(nèi)部自平衡水平與調(diào)節(jié)效能。例如，歐洲領(lǐng)先可再生能源商Statkraft管理覆蓋數(shù)千個陸上風(fēng)電和光伏的平衡責(zé)任單元，通過利用高精度發(fā)電預(yù)測和自動交易系統(tǒng)，優(yōu)化日前和日內(nèi)市場的售電策略，顯著降低發(fā)電波動產(chǎn)生的不平衡成本，通過精準(zhǔn)市場交易實現(xiàn)經(jīng)營收益最大化。
（3）聚合分布式電源、負(fù)荷、儲能等多種資源形成平衡責(zé)任單元。該類單元通過對內(nèi)部聚合資源的統(tǒng)一預(yù)測與自主調(diào)度，在降低交易成本和偏差成本的同時，對外提供調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)。虛擬電廠是第三類主體的典型形態(tài)，依托數(shù)字化聚合技術(shù)將分散資源整合為具備與集中式電廠同等市場參與能力的“虛擬機組”，助力平衡責(zé)任單元增強自平衡水平并提升參與輔助服務(wù)市場的競爭力，實現(xiàn)多元收益疊加，降低綜合用能成本。
（二）虛擬電廠體現(xiàn)了德國物理需求與市場激勵的融合成效
德國虛擬電廠的蓬勃發(fā)展并非單純的技術(shù)驅(qū)動，而是根植于電力市場機制的完善與電網(wǎng)需求的內(nèi)在邏輯。德國以市場機制的完善奠定了虛擬電廠的制度基礎(chǔ)，以商業(yè)模式的豐富驅(qū)動了虛擬電廠的發(fā)展，使虛擬電廠在最大化利益的過程中，自然響應(yīng)電網(wǎng)物理約束與系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求，形成“市場主體逐利”與“系統(tǒng)安全穩(wěn)定”激勵相容的可持續(xù)生態(tài)。
以德國最大的獨立虛擬電廠運營商Next Kraftwerke為例，該公司運營5個平衡責(zé)任單元，聚合了超13000兆瓦的分布式資源，涵蓋生物質(zhì)、風(fēng)、光、儲能及可調(diào)負(fù)荷等多種類型，通過多元化市場參與，實現(xiàn)收益疊加。一是參與平衡市場競標(biāo)提供平衡服務(wù)。聚合靈活資源競標(biāo)提供平衡服務(wù)，將電網(wǎng)對頻率穩(wěn)定的物理需求直接轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟收益。二是參與現(xiàn)貨市場優(yōu)化交易。利用精準(zhǔn)預(yù)測和優(yōu)化調(diào)度能力，幫助聚合的分布式資源優(yōu)化市場策略，在實時市場內(nèi)修正預(yù)測偏差，規(guī)避平衡責(zé)任單元機制下的高額偏差懲罰。三是接受再調(diào)度指令。當(dāng) TSO為解決線路阻塞啟動再調(diào)度時，該虛擬電廠內(nèi)部資源可根據(jù)再調(diào)度指令調(diào)整出力，獲得經(jīng)濟補償。
04
對我國電力市場改革的啟示與建議
德國在高比例新能源電力系統(tǒng)建設(shè)過程中構(gòu)建了一個“規(guī)則清晰、激勵相容、持續(xù)迭代”的市場化生態(tài)，讓海量市場主體能夠主動“算清經(jīng)濟賬”、協(xié)同保障系統(tǒng)安全。相較于德國，我國能源電力系統(tǒng)具有自身鮮明的特色和戰(zhàn)略特征，一方面，能源安全戰(zhàn)略和民生保供的剛性約束構(gòu)成不可逾越的底線；另一方面，市場體系建設(shè)仍處于“計劃與市場并行”的轉(zhuǎn)型階段，電網(wǎng)企業(yè)和主要發(fā)電集團不僅是商業(yè)主體，也是承擔(dān)國家能源安全與民生保供政治責(zé)任的骨干主體。
電力市場化改革不能簡單復(fù)制德國模式，必須在“能源安全、民生保供”的剛性前提下，將德國的“術(shù)”轉(zhuǎn)化為適合中國國情的“道”，通過精細(xì)化的市場設(shè)計，使政策目標(biāo)與市場信號形成協(xié)同。一方面充分發(fā)揮央企保供和系統(tǒng)調(diào)節(jié)的壓艙石作用，另一方面激活分散式資源等各類主體的內(nèi)在響應(yīng)活力，推動形成兼顧系統(tǒng)安全、綠色低碳與經(jīng)濟效率的新型電力市場體系。建議從以下方面著手：
一是完善多元主體的權(quán)責(zé)與準(zhǔn)入規(guī)則。逐步明晰分布式光伏聚合商、虛擬電廠、需求響應(yīng)等新型市場主體的權(quán)責(zé)邊界，確立其參與市場、承擔(dān)偏差責(zé)任、維護系統(tǒng)安全和響應(yīng)調(diào)度指令的基本義務(wù)。建立靈活、分層的市場主體注冊與準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，簡化參與流程，降低參與門檻，推動多元主體公平有序參與市場競爭。
二是建立“自平衡”驅(qū)動的經(jīng)濟約束機制。借鑒德國“平衡責(zé)任單元”機制，探索建立面向一定規(guī)模資源的“虛擬平衡責(zé)任單元”或聚合責(zé)任機制，推動發(fā)用電組合對其凈偏差負(fù)責(zé)并承擔(dān)經(jīng)濟結(jié)算成本。實行“誰受益/誰造成問題，誰付費”原則，設(shè)計科學(xué)、透明且有足夠強度的偏差考核與價格機制，激勵市場主體提升預(yù)測精度和調(diào)節(jié)能力，促進自下而上的系統(tǒng)平衡。
三是設(shè)計靈活的成本傳導(dǎo)與收益分配機制。建立“受益者付費”原則下的輔助服務(wù)、阻塞管理等系統(tǒng)成本分?jǐn)倷C制，設(shè)計科學(xué)的容量成本回收和經(jīng)濟補償機制，對為系統(tǒng)提供可靠備用能力的主體給予合理回報，確保電源、儲能、需求響應(yīng)等主體有能力、有動力保供，為市場運行提供安全托底。
四是建立市場規(guī)則持續(xù)迭代的適應(yīng)性機制。設(shè)立常態(tài)化的市場規(guī)則評估和修訂流程，定期對市場運行效果、新技術(shù)和新業(yè)態(tài)發(fā)展進行評估，助力市場規(guī)則優(yōu)化完善。針對新興技術(shù)和業(yè)務(wù)模式，建立快速響應(yīng)的規(guī)則調(diào)整機制，允許試點和創(chuàng)新先行。強化市場規(guī)則公開透明，確保各類市場主體能夠及時了解規(guī)則變化，提升市場的可預(yù)期性和信任度。
五是強化政策與市場的協(xié)同推進。在市場機制尚未完全成熟階段，建議優(yōu)先培育市場主體、鼓勵機制創(chuàng)新，形成政策與市場良性互動的改革格局。優(yōu)化補貼、激勵等政策工具與市場機制的配合，更好地發(fā)揮有效市場和有為政府的協(xié)同作用，確保市場收益能清晰、及時地傳導(dǎo)至市場主體。
六是由點及面，開展試點示范并逐步推廣?？蛇x擇具備條件的區(qū)域，如新能源高滲透區(qū)域、工業(yè)園區(qū)或經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，先行開展虛擬電廠、分布式聚合、偏差結(jié)算等市場機制試點，測試相關(guān)市場規(guī)則的實際運行效果，評估對資源配置和系統(tǒng)安全的影響。以試點經(jīng)驗為基礎(chǔ)，逐步完善相關(guān)政策和市場規(guī)則，為全國范圍推廣提供數(shù)據(jù)支撐和風(fēng)險預(yù)判，降低改革過程中的不確定性。
七是加快數(shù)字化與智能化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。推進電力系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，完善數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控、智能調(diào)度等基礎(chǔ)設(shè)施，為分布式資源聚合、虛擬電廠運營、輔助服務(wù)市場化等新業(yè)態(tài)提供技術(shù)支撐。推動建立全國統(tǒng)一或區(qū)域協(xié)同的數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)市場主體和系統(tǒng)運營方的信息互通與協(xié)同，為高比例新能源接入和廣域資源優(yōu)化配置奠定基礎(chǔ)。
注：作者李晨陽、陳光供職于國網(wǎng)（蘇州）城市能源研究院，郭莉、徐箏供職于國網(wǎng)江蘇省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院。
