一切為了新能源的德國電力市場設(shè)計(jì)
文: 管文林 廖宇 范征
德國地處歐洲中部，是世界第四，歐洲第一大經(jīng)濟(jì)體。二戰(zhàn)后的德國堅(jiān)信自由市場能夠激發(fā)經(jīng)濟(jì)活力，德國也因此從廢墟中崛起，創(chuàng)造了一系列的經(jīng)濟(jì)奇跡。對于制造業(yè)發(fā)達(dá)的德國，電力消費(fèi)總量也位居歐盟首位，達(dá)到了5970億度，約為中國電力消費(fèi)量的1/10。德國人口8,110萬，最大負(fù)荷約為8,200萬千瓦，擁有約2億千瓦的裝機(jī)容量。德國煤炭資源豐富，長期依賴煤電，自90年代起，德國就推行其能源轉(zhuǎn)型政策，2015年，可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電比例達(dá)到了30%，其中風(fēng)電13.3%、光伏發(fā)電5.9%、生物質(zhì)能發(fā)電6.8%、水電3%，相比之下褐煤發(fā)電24%、硬煤發(fā)電18.2%、核電14.1%、天然氣發(fā)電8.8%。德國因?yàn)槠錁O高的城鎮(zhèn)化水平，電網(wǎng)覆蓋率高，網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)。德國輸電網(wǎng)分為220kV和380kV兩個(gè)等級(jí)，線路總長3.5萬公里。配網(wǎng)層面，高壓配網(wǎng)（60kV到220 kV）7.7萬公里，中壓配網(wǎng)（6 kV到60kV）49.7萬公里，低壓配網(wǎng)（230V到400 V）112.3萬公里。
好的開局：跑步進(jìn)入零售競爭市場
德國在1998年電改初期就面臨著一個(gè)重大的選擇，是從批發(fā)競爭市場開始逐步推進(jìn)改革，還是一步到位進(jìn)入到零售競爭市場。在全國范圍激烈的討論之后，德國人選擇了直接開放電網(wǎng)，賦予所有終端用戶自由選擇供電商的權(quán)力。電改要求原本垂直一體化的大型電力企業(yè)進(jìn)行了有計(jì)劃的業(yè)務(wù)拆分，在這個(gè)過程中許多區(qū)域性的能源集團(tuán)不斷重組和整合，最后形成了如今四大發(fā)電集團(tuán)（E.on、RWE、Vattenfall、EnBW）和四大電網(wǎng)調(diào)度區(qū)域（Tennet、Amprion、50hertz、TransnetBW）的格局。雖然電改于1998年4月28號(hào)德國《電力經(jīng)濟(jì)法》修正案生效后就已經(jīng)啟動(dòng)，但是部分關(guān)鍵市場細(xì)則的討論一直持續(xù)到2001年秋季才有定論。這段時(shí)間內(nèi)，一系列對德國自由化電力市場影響深遠(yuǎn)的規(guī)則被制定出來并在未來被不斷的修改和豐富，其中包括：
電力零售側(cè)放開，終端用戶可以自由選擇售電商
開放電網(wǎng)使用權(quán)，電網(wǎng)運(yùn)營商不參與市場競爭
以平衡結(jié)算單元為主體的電量平衡機(jī)制
日前、日內(nèi)現(xiàn)貨市場與多級(jí)調(diào)頻輔助服務(wù)市場協(xié)同合作的市場結(jié)構(gòu)
依照電壓等級(jí)逐級(jí)套算的過網(wǎng)費(fèi)計(jì)算模型
德國電力在電改前的幾十年中已經(jīng)形成了相對穩(wěn)定的格局，9大電力集團(tuán)直接或間接控制了全國幾乎100%的市場份額，當(dāng)時(shí)也不乏鼓吹壟斷體制優(yōu)勢的學(xué)者。在這種情形下德國能夠直接過渡到零售競爭市場既體現(xiàn)了德國政府銳意改革的魄力，也有歐盟推動(dòng)其成員國電力工業(yè)改革的決心與支持。
波折不斷：電改中行業(yè)協(xié)會(huì)的興起與沒落
各國電改中，如何處理電網(wǎng)的自然壟斷屬性，如何計(jì)算過網(wǎng)費(fèi)一直都是難點(diǎn)。德國最初選擇了一個(gè)與其他歐洲國家截然不同的電網(wǎng)使用與過網(wǎng)費(fèi)計(jì)算方案。在德國的電改初期，電力相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)對于部分規(guī)則的制定有著相當(dāng)大的影響力，這其中有著一定的歷史因素。德國歷史上長期由大量的小國組成，居民生活和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)調(diào)區(qū)域性，反映到電力行業(yè)中即區(qū)域性的電力壟斷。垂直一體化的大型能源集團(tuán)和各地政府控制了德國電力幾乎所有的市場份額。為了更好的劃分地盤，電力行業(yè)協(xié)會(huì)就成為了代表著各方利益進(jìn)行協(xié)商談判的代表人和協(xié)調(diào)人。電改啟動(dòng)一個(gè)月后，德國電網(wǎng)、發(fā)電與工業(yè)協(xié)會(huì)就開始討論市場放開后的相關(guān)細(xì)則，這就是德國區(qū)別于其他歐盟國家的行業(yè)協(xié)商制度。電網(wǎng)監(jiān)管方案和過網(wǎng)費(fèi)的計(jì)算方案是歷次協(xié)商的焦點(diǎn)。第一次行業(yè)協(xié)會(huì)協(xié)商后得出的過網(wǎng)費(fèi)計(jì)算方案較為簡單，即從接入點(diǎn)到發(fā)電端之間采用直線距離計(jì)算過網(wǎng)費(fèi)。但是這種計(jì)算方法忽略了地理上的電力傳輸和各類附加條件，在公平性上受到了廣泛的質(zhì)疑。第二次行業(yè)協(xié)會(huì)協(xié)商將過網(wǎng)費(fèi)改為依照電壓等級(jí)逐層計(jì)算。不久后進(jìn)行的第三次行業(yè)協(xié)會(huì)協(xié)商將負(fù)荷同時(shí)系數(shù)納入到用戶的網(wǎng)絡(luò)使用成本計(jì)算中，并設(shè)計(jì)了基于對比法的過網(wǎng)費(fèi)評(píng)價(jià)體系，但是由于參與的行業(yè)協(xié)會(huì)制定了對自己有利的條款，導(dǎo)致部分用戶所要交的過網(wǎng)費(fèi)大幅度提升，引起了這部分用戶的抗議。最終歐盟對德國這一特立獨(dú)行的做法進(jìn)行了干涉。德國于2005年將相應(yīng)的監(jiān)管權(quán)力收歸政府所有，由德國聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)局負(fù)責(zé)。此后德國輸配電價(jià)的總額度根據(jù)成本加成合理收益法來確定，09年后為了激勵(lì)電網(wǎng)運(yùn)營商控制成本，采取了限制最高收入的監(jiān)管方法并沿用至今。
由此可見，德國電改雖然初期邁的步子很大，但是政府對于相關(guān)監(jiān)管權(quán)力的回收，以及對于電網(wǎng)作為自然壟斷者收益的控制還是經(jīng)歷一段曲折的路程。
能源轉(zhuǎn)型：政府搭臺(tái)，企業(yè)唱戲
早在德國電力市場自由化改革之前，德國就在探索用可再生能源替代傳統(tǒng)能源的方法。1990年頒布的《電力上網(wǎng)法》就已經(jīng)規(guī)定了可再生能源的相關(guān)補(bǔ)貼促進(jìn)政策。2000年，該法正式被《可再生能源法》替代，標(biāo)志著德國能源轉(zhuǎn)型正式成為國家戰(zhàn)略重點(diǎn)。自此德國可再生能源發(fā)展進(jìn)入快車道，高額的補(bǔ)貼和全額上網(wǎng)的保障機(jī)制吸引了大量的資金。但是這種固定補(bǔ)貼機(jī)制的激勵(lì)的效果僅在于促進(jìn)裝機(jī)容量的擴(kuò)大，德國北部多風(fēng)電，南部為負(fù)荷中心的電力供需結(jié)構(gòu)反而為電網(wǎng)的擁塞控制帶來的困難。此外電網(wǎng)運(yùn)營商只負(fù)責(zé)銷售新能源并管理平衡賬戶，使得市場資源并不能得到最優(yōu)的配置，很多有價(jià)值的信息也沒有得到足夠的利用。德國政府意識(shí)到這個(gè)問題后通過多次修訂《可再生能源法》穩(wěn)定住了可再生的增長速度，但是政策調(diào)控相比于市場具有更大的滯后效應(yīng)，加上終端用戶必須支付不斷增長的可再生能源附加費(fèi)，普通民眾對于發(fā)展可再生的支持度也逐年降低。在這種情況下，德國于2014年對《可再生能源法》做出了重大的修訂，對可再生能源項(xiàng)目全面引入市場化的補(bǔ)貼機(jī)制。即對可再生能源電站不再滿額補(bǔ)貼，而是根據(jù)前一個(gè)月該可再生能源的市場交易均價(jià)和固定補(bǔ)貼的差額計(jì)算出市場化交易獎(jiǎng)金，最終可再生能源電站的收益為市場博弈收入+市場化交易獎(jiǎng)金+管理獎(jiǎng)金，后者為鼓勵(lì)既有可再生能源電站加入市場競爭而給出的額外補(bǔ)貼。
對于任何一個(gè)國家來說，可再生能源發(fā)電這一目前還相對昂貴的電力生產(chǎn)方式勢必會(huì)增加消費(fèi)者的負(fù)擔(dān)。德國在這方面的處理可謂相當(dāng)?shù)穆斆鳎环矫嫱ㄟ^合理規(guī)劃與配額制引導(dǎo)增量的投資，另一方面通過市場化的交易機(jī)制和輔助服務(wù)市場鼓勵(lì)市場成員利用預(yù)測數(shù)據(jù)等有價(jià)值的信息優(yōu)化存量的資源配置。由此看來，德國2050年可再生能源發(fā)電量達(dá)到80%的目標(biāo)并不是一個(gè)天方夜譚。
在不斷摸索中前進(jìn)的德國電力體制設(shè)計(jì)中，應(yīng)該說有兩點(diǎn)是最大的特色也是為了消納新能源而度身打造的：平衡結(jié)算單元與獨(dú)立調(diào)頻市場。這都是為了應(yīng)對新能源的不穩(wěn)定性。
平衡結(jié)算單元是一個(gè)虛擬存在的很難用語言描述的特殊名詞。我們可以把它理解為對新能源是否能按照預(yù)測準(zhǔn)確發(fā)電的一個(gè)描述參數(shù)，凡是不能維持區(qū)域內(nèi)發(fā)電和用電平衡的平衡結(jié)算單元----背后實(shí)際上是新能源電站運(yùn)營商，就必須從電網(wǎng)公司那里購買調(diào)頻調(diào)峰電量---這個(gè)時(shí)候設(shè)置在電網(wǎng)公司側(cè)的調(diào)頻市場，實(shí)際上不僅可以幫助電網(wǎng)公司維持系統(tǒng)安全，也是新形勢下電網(wǎng)營收的一個(gè)創(chuàng)新來源。
調(diào)頻市場通常分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、三次調(diào)頻。一次調(diào)頻儲(chǔ)備是根據(jù)所有ENTSCO-E區(qū)域同步連接的輸電網(wǎng)統(tǒng)一共同操作的，它可以在30秒鐘之內(nèi)正比于頻率的變化自動(dòng)激活。一次調(diào)頻儲(chǔ)備適用于解決持續(xù)0到15分鐘內(nèi)的波動(dòng)。二次調(diào)頻儲(chǔ)備是用來平衡控制區(qū)內(nèi)的電力供求以及頻率控制，它由相關(guān)的輸電網(wǎng)運(yùn)營商直接控制的，能在5分鐘內(nèi)完全啟動(dòng)。三次調(diào)頻儲(chǔ)備要在15分鐘內(nèi)完全啟動(dòng)。三次調(diào)頻儲(chǔ)備適用于一次電力波動(dòng)時(shí)間在15分鐘到1個(gè)小時(shí)之間或者幾小時(shí)內(nèi)多次電力波動(dòng)的情況。
這樣的調(diào)頻市場設(shè)計(jì)對不同的電源種類都產(chǎn)生了不同的推動(dòng)投資效應(yīng)，其前提是調(diào)頻市場的價(jià)格是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電力市場上的通常價(jià)格，而且為之提供的電廠必須靈活機(jī)動(dòng)得以適應(yīng)不斷變化的新能源----而這恰恰是為了接納新能源最重要的。
能源安全：站在十字路口的思考
如果要給去年德國的電力工業(yè)一個(gè)關(guān)鍵詞，必定是“能量市場 2.0”（Strommarkt 2.0）。德國在前期能源轉(zhuǎn)型成功的基礎(chǔ)上，正處在另一個(gè)拐點(diǎn)，德國既要確保國家擁有長期可靠而又靈活的電力結(jié)構(gòu)，同時(shí)又想繼續(xù)擴(kuò)大可再生能源發(fā)電的并網(wǎng)規(guī)模。德國從新能源比例升高的喜悅中冷靜下來，仔細(xì)審視能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略帶來的種種問題與后果。在未來很長一段時(shí)間內(nèi)傳統(tǒng)的化石能源電站對于保證電力供應(yīng)的安全穩(wěn)定依然具有不可替代的作用。燃?xì)怆娬倦m然由于其優(yōu)異的調(diào)節(jié)速度能夠很好的對沖可再生能源的波動(dòng)性，但是德國使用的燃?xì)夂艽蟪潭壬线€必須從俄羅斯進(jìn)口，鑒于目前西方和俄羅斯的緊張關(guān)系，燃?xì)怆娬救匀挥幸欢ǖ牟淮_定性，可見當(dāng)前系統(tǒng)安全還是要依賴傳統(tǒng)火電。但是近兩年低迷的批發(fā)電價(jià)對于傳統(tǒng)能源電站無疑是一個(gè)重大的打擊，甚至在市場出現(xiàn)負(fù)電價(jià)時(shí)有些傳統(tǒng)能源電站為了避免巨額的啟停損失而寧愿虧損也要按照負(fù)電價(jià)競價(jià)。受此影響，部分傳統(tǒng)能源電站面臨關(guān)閉的風(fēng)險(xiǎn)。德國測算過，如果按照目前的發(fā)展趨勢，到2022年，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的電力裝機(jī)容量缺口會(huì)達(dá)到1500萬千瓦之多，占目前德國峰值負(fù)荷近20%。為了解決這個(gè)問題，德國各大科研機(jī)構(gòu)紛紛給出了自己的解決方案，其中共有4種容量市場構(gòu)建模型和多種能量市場改革方向。德國政府也高度重視此次改革，首先征集所有解決方案出了一份綠皮書，之后向全社會(huì)公開征求意見并邀請不同領(lǐng)域的專家就其中的解決方案進(jìn)行對比。最終德國政府于2015年年底發(fā)布了《能源變革白皮書》，宣布了“能量市場2.0”計(jì)劃，才終結(jié)了這場持續(xù)了一年的是選擇容量市場還是優(yōu)化能量市場的爭論。
《能源變革白皮書》決定不選擇任何的容量市場模型，表明德國最終還是不愿意承擔(dān)引入一個(gè)新市場所帶來的風(fēng)險(xiǎn)和交易成本。而所謂的“能量市場2.0”其實(shí)是包含20條改革措施的一攬子計(jì)劃，其中比較重要的有：
保證電價(jià)由市場自由決定，即允許短時(shí)間內(nèi)的超高電價(jià)和負(fù)電價(jià)
強(qiáng)化平衡結(jié)算單元的作用，將其電量結(jié)算的時(shí)間間隔縮短到了15分鐘
允許更多類型的技術(shù)參與到調(diào)頻輔助服務(wù)市場中
引入更多機(jī)制補(bǔ)貼需求側(cè)的靈活性，如可中斷負(fù)荷未來可以參與輔助服務(wù)市場
此外德國電力日內(nèi)現(xiàn)貨市場的交易時(shí)限被延長到了送電前的30分鐘，以此激發(fā)短期預(yù)測性能好的可再生能源更多的參與市場交易，也給予了各大發(fā)電集團(tuán)優(yōu)化自己機(jī)組組合更大的空間。
展望未來：選擇并不可怕
現(xiàn)在回頭看德國這些年的電力改革，德國政府在新政策推行前小心論證，積極聽取行業(yè)內(nèi)不同意見的作風(fēng)的確兼顧到了大多數(shù)市場成員的利益。市場也給了改革以積極的反饋，電力批發(fā)交易層面，目前德國所屬的期貨交易所EEX和現(xiàn)貨交易所EPEX為歐洲最活躍，流動(dòng)性最高的電力交易所，場內(nèi)交易比例不斷上升，德國電力期貨交易量已經(jīng)超過了1.7萬億度。電力零售端也同樣活躍，共有超過1100家的售電公司活躍在德國的市場中，每年都有一批新的售電公司帶著新的商業(yè)模式出現(xiàn)，無論是綠色電力套餐、虛擬電站還是分布式光伏共享售電社區(qū)，在一個(gè)合理的制度環(huán)境和激勵(lì)下，市場成員總能帶給我們無限的驚喜。根據(jù)歐盟最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，德國電力市場中目前市場占有率超過5%的大型發(fā)電集團(tuán)的市場份額為36%，電力工業(yè)的集中度在不斷降低。相較于大多數(shù)的歐盟國家德國都顯示出了更優(yōu)異的競爭環(huán)境?；凇澳芰渴袌?.0”計(jì)劃的一系列措施也在通過立法過程落實(shí)中。德國電改似乎總是面臨著各種選擇題，但是德國人用實(shí)踐告訴我們：如果你不知道終點(diǎn)在哪里，無論選哪一條路都是對的；如果你知道終點(diǎn)在哪里，那就別管那些選擇，自己開一條最近的路過去。
此外，我們不得不給出這樣的結(jié)論：假如新能源的發(fā)展愿景是一樣的堅(jiān)持和宏偉，那么德國的電力市場設(shè)計(jì)無論是歷程還是目的都是和中國最相似的。德國的電力市場化改革也是遵循“放開兩頭管中間”的原則，只在發(fā)電側(cè)和售電側(cè)引入競爭。既對原有電力公司的發(fā)電股份進(jìn)行私有化和重組，成立兩個(gè)以上發(fā)電公司進(jìn)行競爭；在售電環(huán)節(jié)打破原有配電公司的售電壟斷，成立不擁有配電網(wǎng)的售電公司，開放零售市場，提供電力用戶供電選擇權(quán)。于此同時(shí)成立電力批發(fā)交易中心，通過網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電力交易，并對交易過程中的資金流動(dòng)和信息交換進(jìn)行控制。電力市場化后，隨著新能源電站的不斷增多，在電力市場中涌現(xiàn)了形形色色的市場角色和機(jī)構(gòu)：上網(wǎng)代理，交易中介，虛擬電廠運(yùn)營，預(yù)測分析，投資管理商等等不一而足。
這樣的活躍與創(chuàng)新，使得改革不僅充滿了紅利，還平添了許多樂趣。一切為了新能源，而新能源回報(bào)給德國的，是無止境的行業(yè)領(lǐng)先和無上限的優(yōu)美環(huán)境和能源安全。
