德國(guó)是最早實(shí)施能源轉(zhuǎn)型、開放能源市場(chǎng)交易的制造業(yè)強(qiáng)國(guó)，其電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)對(duì)于我國(guó)有可借鑒之處。但學(xué)習(xí)外國(guó)的先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，不只是學(xué)習(xí)其優(yōu)點(diǎn)和成功之處，更應(yīng)學(xué)習(xí)其失敗的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以避免自己的創(chuàng)新之路重蹈覆轍。尤其應(yīng)借鑒在外國(guó)實(shí)驗(yàn)道路上不那么引人注目的嘗試，在此基礎(chǔ)上去偽存真、因地制宜地開拓思路，建設(shè)適應(yīng)本國(guó)國(guó)情的新型電力市場(chǎng)。
在新型電力系統(tǒng)這個(gè)概念出現(xiàn)以前，并不存在一個(gè)與之相對(duì)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的概念。因?yàn)槌宋ǘ牡聡?guó)和中國(guó)這兩個(gè)煤炭產(chǎn)量大、工業(yè)用電量大的強(qiáng)國(guó)之外，其他國(guó)家的能源利用方式各有不同，所以盡管德國(guó)僅僅維持著與廣東體量相當(dāng)?shù)碾娏恳?guī)模，但10年來從曾經(jīng)以火電為主的電力系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向如今既棄核又棄煤、以新能源為主的新型電力系統(tǒng)的過程中，可以為我國(guó)所借鑒和吸取教訓(xùn)的地方實(shí)在太多。
抉擇容量市場(chǎng)
2010年德國(guó)新能源發(fā)電量占比不到20%，2020年占比已達(dá)到44%。十年翻倍的過程中，如果要總結(jié)最大教訓(xùn)的話，個(gè)人認(rèn)為至少有如下三條:
其一，盡管德國(guó)分布式新能源比例已經(jīng)不低，但還是沒有意識(shí)到新能源比例突升的過程中分布式接入配電網(wǎng)，對(duì)電網(wǎng)的沖擊力更大，因此對(duì)配網(wǎng)的靈活性改造和市場(chǎng)設(shè)計(jì)嚴(yán)重滯后，對(duì)新能源安裝商和運(yùn)營(yíng)商的管理也缺乏前瞻性。
其二，直到2015年3月20日遇到前所未有的日全食，德國(guó)光伏遭遇重創(chuàng)后，才開始對(duì)能源消費(fèi)端的遙控、遙測(cè)、遙調(diào)改造，才開始在市場(chǎng)端推動(dòng)需求側(cè)、可中斷負(fù)荷、虛擬電廠等以用戶為主線的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式。
其三，以平衡結(jié)算單元作為核心機(jī)制，來促使新能源電站和售電交易公司注重參與平衡輔助服務(wù)市場(chǎng)和獲利解套補(bǔ)貼，但對(duì)氣象預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、價(jià)格預(yù)測(cè)的強(qiáng)制性和技術(shù)支持都不夠，市場(chǎng)反應(yīng)在初期走了太多彎路。
客觀地說，德國(guó)電力市場(chǎng)在設(shè)計(jì)之初未必不想借鑒現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)，美國(guó)的PJM和北歐的Nordpool就在眼前，但經(jīng)典的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)之所以復(fù)雜，是因?yàn)榛痣姀S的邊際成本和運(yùn)行條件不一樣。如果以新能源為主的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)是從零開始的，這種邊際成本幾乎為零的形態(tài)恰恰是市場(chǎng)設(shè)計(jì)難度最低的。所以在德國(guó)，人們經(jīng)過了很長(zhǎng)時(shí)間才明白，當(dāng)新能源比例提升到25%左右，開始可以和火電抗衡，甚至逐漸成為發(fā)電主體，這才是造成很多問題的根源。
首要的沖突，就是是否需要容量市場(chǎng)。
容量市場(chǎng)的理論來自英美體系。隨著新能源安裝量的不斷上升，傳統(tǒng)電廠的發(fā)電比例日益下降，對(duì)電網(wǎng)調(diào)控，尤其是調(diào)峰調(diào)頻容量產(chǎn)生了更多和更高的需求。對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益下降的傳統(tǒng)電廠來說，在能量市場(chǎng)上無法與邊際成本幾乎為零的新能源競(jìng)爭(zhēng)，也可從容量市場(chǎng)上獲得一些補(bǔ)償。
以英國(guó)和美國(guó)為首的一些國(guó)家很早就開始設(shè)立容量市場(chǎng)，讓各種電廠尤其是傳統(tǒng)電廠除了在能量市場(chǎng)里履行一般性的電力交易和供電義務(wù)外，還必須履行一定的容量備用義務(wù)，強(qiáng)制性和預(yù)先性地滿足一定的電力工業(yè)長(zhǎng)期性和臨時(shí)性的備用責(zé)任，以確保長(zhǎng)期電力供應(yīng)安全。提供這一部分容量供應(yīng)的電廠可以獲得一部分補(bǔ)貼，以此吸引一些新的電力投資，引導(dǎo)資源配置，同時(shí)也可避免短時(shí)間內(nèi)容量緊張導(dǎo)致電力交易市場(chǎng)極端價(jià)格的形成。
為此這些國(guó)家設(shè)計(jì)了容量市場(chǎng)并形成了幾種不同的模式。僅在歐洲，就有法國(guó)的強(qiáng)制容量備用、西班牙的戰(zhàn)略補(bǔ)償、英國(guó)的集中容量拍賣等幾種不同的模式。
從宏觀來看，容量市場(chǎng)確實(shí)是能量市場(chǎng)的一個(gè)有力的補(bǔ)充。但容量市場(chǎng)的設(shè)計(jì)很大程度上受到整個(gè)電力市場(chǎng)及能量市場(chǎng)設(shè)計(jì)的制約和影響。在歐洲日益推崇并推動(dòng)統(tǒng)一的全歐電力交易市場(chǎng)背景下，再來看各國(guó)對(duì)容量市場(chǎng)的態(tài)度和設(shè)計(jì)，的確是一件耐人尋味的事情。
法國(guó)作為一個(gè)電力體制依然保持濃厚工業(yè)化壟斷氣息的國(guó)家，100%的輸電網(wǎng)和95%的配電網(wǎng)依然被法國(guó)電力公司緊緊控制，再加上70%的電源來自核電這種參與調(diào)頻比較困難的電源，因此在法國(guó)，帶有濃厚計(jì)劃經(jīng)濟(jì)色彩的強(qiáng)制性容量證書承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)的體制就非常容易被人接受。
而在西班牙，由于最初西班牙政府以大躍進(jìn)的方式提供了超出市場(chǎng)水平的新能源補(bǔ)貼，結(jié)果造成了難以預(yù)期的補(bǔ)貼窘境又不得不強(qiáng)行廢止之后，爆發(fā)增長(zhǎng)的新能源市場(chǎng)對(duì)傳統(tǒng)電站的打擊也是毀滅性的，因此西班牙政府開始和能夠保證備用電力裝機(jī)容量的電廠簽訂長(zhǎng)期合同，以每年獲得固定補(bǔ)償作為固定投資的回收補(bǔ)助，縮短電廠投資回收期。但這種體制對(duì)短期的調(diào)頻容量和需求側(cè)價(jià)格傳導(dǎo)的影響作用較淺，還需要更多其他機(jī)制進(jìn)行補(bǔ)充。
對(duì)于英國(guó)而言，其國(guó)土孤懸歐洲大陸之外，其電力系統(tǒng)僅與法國(guó)有200萬千瓦的直流電纜連接，這一特殊地理環(huán)境使得英國(guó)長(zhǎng)期維護(hù)一種信念，即電網(wǎng)必須保持足夠的備用容量來維護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定。因此英國(guó)在其國(guó)家電網(wǎng)的主導(dǎo)下，設(shè)計(jì)了一個(gè)與能量市場(chǎng)并行的容量市場(chǎng)，呼吁所有的電廠包括核煤水氣風(fēng)光等都來競(jìng)拍未來容量。但最后發(fā)生的結(jié)果卻和設(shè)計(jì)者預(yù)想的大相徑庭，傳統(tǒng)電廠通過報(bào)出相對(duì)低價(jià)獲取了超過80%的容量市場(chǎng)，原本設(shè)想以此激勵(lì)新能源和儲(chǔ)能投資的狀況并未出現(xiàn)，使得容量?jī)r(jià)格反而成為額外的多重收益被傳統(tǒng)電廠收入囊中。
德國(guó)的情況和這些歐洲主要國(guó)家又有很多不同。德國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行水平相對(duì)較高，電源分布合理且充盈，德國(guó)地理位置處于歐洲中部，可獲歐盟大電網(wǎng)的充分備用支持。最后也是最重要的，由于新能源持續(xù)高速發(fā)展，新能源補(bǔ)貼已成為德國(guó)政府巨大的負(fù)擔(dān)，終端電價(jià)持高不下，德國(guó)為了支持能源轉(zhuǎn)型已經(jīng)接近可以承受的極限。
因此德國(guó)最后沒有采納容量市場(chǎng)的設(shè)計(jì)，最重要的原因應(yīng)該是三個(gè)：第一，成本太高，在德國(guó)發(fā)電容量已經(jīng)超配的情況下，引入容量市場(chǎng)將是一筆很大的花費(fèi)，為此德國(guó)決定忍受能量交易市場(chǎng)上，因系統(tǒng)備用不足可能出現(xiàn)的每年20個(gè)小時(shí)左右的超過3000歐元/兆瓦時(shí)的短暫高價(jià)。第二，德國(guó)有其他國(guó)家沒有的也是其電力市場(chǎng)體制最大特點(diǎn)的調(diào)頻備用市場(chǎng)，這對(duì)單純的能量交易市場(chǎng)和發(fā)電廠的收益都是一個(gè)補(bǔ)充。第三，德國(guó)希望堅(jiān)定不移地深化能效管理，強(qiáng)調(diào)靈活需求側(cè)響應(yīng)的新能源消納之路，因此反而希望看到市場(chǎng)能量交易價(jià)格出現(xiàn)適應(yīng)供需變化的價(jià)格體現(xiàn)。
容量市場(chǎng)不是不重要，但德國(guó)做出只開展能量市場(chǎng)的選擇，當(dāng)然是更多考慮到接納更大比例新能源的用意：因?yàn)闆]有容量市場(chǎng)，就必然會(huì)在市場(chǎng)上出現(xiàn)尖峰高電價(jià)和負(fù)電價(jià)，而這種強(qiáng)烈的價(jià)格信號(hào)對(duì)用戶側(cè)會(huì)形成極大的刺激和約束，這是試圖實(shí)現(xiàn)碳中和的國(guó)家必須要考慮的要素。
由此我們應(yīng)該很容易得出結(jié)論：歐美迄今為止的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)，尤其是現(xiàn)貨市場(chǎng)當(dāng)然不可能提前或者專門考慮到大規(guī)模的新能源消納，但好的電力市場(chǎng)體制或者說足夠?qū)I(yè)的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)者，必然要具備這種隨時(shí)可以調(diào)整也知道怎么調(diào)整的能力，去接納更多新型能源并網(wǎng)接入的可能，甚至要足夠靈活和強(qiáng)大到包容用戶側(cè)大量安裝新耗能裝置、新發(fā)電設(shè)備的程度。
挑戰(zhàn)負(fù)電價(jià)
負(fù)電價(jià)是第二個(gè)以新能源為主的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)的難題。
在以傳統(tǒng)電源為主體的電力市場(chǎng)下，發(fā)電企業(yè)實(shí)行競(jìng)價(jià)上網(wǎng)，供應(yīng)曲線與需求曲線交叉的價(jià)格就是市場(chǎng)出清價(jià)格，電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的基本規(guī)則是按照不同發(fā)電類型的邊際成本進(jìn)行優(yōu)先排序，競(jìng)價(jià)時(shí)按照邊際成本由低到高排序。當(dāng)可再生能源進(jìn)入市場(chǎng)后，電力批發(fā)價(jià)格會(huì)出現(xiàn)下跌。一種特殊的情況是，當(dāng)可再生能源發(fā)電量本身就滿足用電負(fù)荷時(shí)，批發(fā)電價(jià)就是零。而更為極端的情況是，當(dāng)可再生能源發(fā)電量超過用電負(fù)荷需求，市場(chǎng)處于供大于求的狀態(tài)，此時(shí)市場(chǎng)批發(fā)電價(jià)跌至零以下，這就出現(xiàn)了所謂的負(fù)電價(jià)。出現(xiàn)負(fù)電價(jià)的時(shí)間大多是在陽光燦爛或大風(fēng)的節(jié)假日時(shí)段，例如圣誕節(jié)之夜。
如果沒有負(fù)電價(jià)，包括可再生能源在內(nèi)的各類電源都會(huì)出于經(jīng)濟(jì)利益盡可能多發(fā)電，從而加劇電力市場(chǎng)供大于求的狀況。因此，市場(chǎng)設(shè)計(jì)中缺少負(fù)電價(jià)的弊端愈發(fā)凸顯。常規(guī)電源中，除了燃?xì)鈾C(jī)組可以靈活啟停外，煤電、核電等都不適于頻繁啟?；蚩焖偕舷抡{(diào)節(jié)出力，不僅技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)，而且成本代價(jià)也非常高。當(dāng)在某個(gè)時(shí)段可再生能源出力非常之大，足以滿足甚至超過用電負(fù)荷，導(dǎo)致電力批發(fā)市場(chǎng)電價(jià)為零或?yàn)樨?fù)時(shí)，系統(tǒng)中的煤電等常規(guī)電源為了避免啟停帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，不得不在電力市場(chǎng)上按照負(fù)電價(jià)競(jìng)價(jià)，寧可“倒貼錢”也要獲得繼續(xù)發(fā)電的權(quán)利。
但是，負(fù)電價(jià)要不要及時(shí)傳導(dǎo)到用戶側(cè)，德國(guó)電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)者們一直猶豫不決。當(dāng)電力市場(chǎng)批發(fā)電價(jià)非常低，為零甚至為負(fù)時(shí)，理論上用戶用電價(jià)格也應(yīng)下降，用戶應(yīng)該得到相應(yīng)的實(shí)惠。但現(xiàn)實(shí)情況非常復(fù)雜。在德國(guó)，用戶一般都與售電商簽訂售電服務(wù)協(xié)議，協(xié)議期限通常是一年，給用戶的電價(jià)在協(xié)議期限內(nèi)是固定的。售電商代表用戶到市場(chǎng)上參與電力買賣交易，在批發(fā)電價(jià)基礎(chǔ)上加上輸配電價(jià)、各種稅費(fèi)(包括可再生能源電價(jià)附加費(fèi))，在考慮售電商合理收益后，來確定用戶的電價(jià)。售電商直接參與市場(chǎng)交易，其價(jià)格與市場(chǎng)實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，但與用戶電價(jià)并不發(fā)生聯(lián)動(dòng)。因此售電商本身需要承擔(dān)很大的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，如果這一年電力市場(chǎng)批發(fā)電價(jià)非常低，而給用戶的協(xié)議價(jià)格定高了，那么下一年用戶就會(huì)拋棄原來的售電商，轉(zhuǎn)向價(jià)格更低廉的售電商;反之，如果這一年電力批發(fā)市場(chǎng)電價(jià)非常高，而給用戶的協(xié)議價(jià)格定低了，售電商就要承擔(dān)損失。
負(fù)電價(jià)對(duì)用戶主動(dòng)購買和使用綠色電力套餐的引導(dǎo)特別重要。隨著新能源裝機(jī)和發(fā)電占比不斷提升，出現(xiàn)負(fù)電價(jià)的次數(shù)和時(shí)長(zhǎng)都會(huì)增加，但是用什么樣的方式將電價(jià)傳導(dǎo)到用戶側(cè)，使終端電價(jià)引導(dǎo)消費(fèi)生產(chǎn)，的確是一個(gè)難題。
因?yàn)橐蔀橐患揖G色售電商并且在市場(chǎng)上存活實(shí)在太難了。由于可再生能源長(zhǎng)期預(yù)測(cè)性差，而短期現(xiàn)貨市場(chǎng)的價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)高，售電商一旦風(fēng)險(xiǎn)管理失誤就會(huì)帶來慘痛的后果。很多綠色售電商也擁有可再生能源發(fā)電資產(chǎn)，如果售電出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)售一體的資產(chǎn)組合管理就會(huì)遭受巨大損失。為了在各類電力市場(chǎng)中博得更多收益，綠色售電商還會(huì)將儲(chǔ)能、需求響應(yīng)等資源納入到資產(chǎn)組合中，進(jìn)行集中優(yōu)化(即所謂的虛擬電站)，如果沒有一個(gè)合適的算法和一定的數(shù)據(jù)處理能力還是無法在市場(chǎng)上立足。所以留下來的綠色電力運(yùn)營(yíng)商，幾乎個(gè)個(gè)都把負(fù)電價(jià)出現(xiàn)的時(shí)刻充分利用，以虛擬電廠或者負(fù)荷聚合的方式主動(dòng)抓取負(fù)電價(jià)的機(jī)遇創(chuàng)造綠色利潤(rùn)。
如果市場(chǎng)設(shè)計(jì)者在最初沒有這樣的決心接受負(fù)電價(jià)，并且決意將其傳導(dǎo)到消費(fèi)側(cè)，從現(xiàn)貨到產(chǎn)銷者直達(dá)的市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)鏈條建立不起來的話，分布式新能源就很難借由市場(chǎng)的價(jià)格引導(dǎo)，以最快的速度突破30%~40%這個(gè)新能源高比例并入電網(wǎng)最艱難的階段。
首創(chuàng)平衡結(jié)算單元
新能源的不穩(wěn)定性必然會(huì)增加備用容量的需求，如果不采用市場(chǎng)的方式解決就意味著必然要賦予電網(wǎng)更強(qiáng)的調(diào)度權(quán)。電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)在這一點(diǎn)上從一開始就以火電發(fā)電側(cè)承擔(dān)更多義務(wù)為基礎(chǔ)，因?yàn)槿藗兓ㄙM(fèi)了很長(zhǎng)的時(shí)間才認(rèn)識(shí)到時(shí)間維度上的調(diào)頻能力比空間上的協(xié)調(diào)更加重要。
在德國(guó)，經(jīng)濟(jì)高效容納可再生能源的最大障礙被認(rèn)為是投資者和生產(chǎn)商無法根據(jù)市場(chǎng)的變化，確定何時(shí)何地需要多少電力并由此來做出運(yùn)營(yíng)的決定。能源市場(chǎng)的組織方式必須使價(jià)格信號(hào)盡可能不失真，并且保持足夠的敏感度。而讓用戶們對(duì)價(jià)格敏感的考量卻從一開始就被忽略了。
所以德國(guó)最獨(dú)特的市場(chǎng)設(shè)計(jì)就是平衡結(jié)算單元。這個(gè)設(shè)計(jì)一開始被糟糕的翻譯——“平衡基團(tuán)”給埋沒了，“平衡基團(tuán)”讓人無法明白它的作用。發(fā)電商和大型能源供應(yīng)商進(jìn)行電力交易，交易分為期貨和現(xiàn)貨交易。期貨一般提前一個(gè)月到6年進(jìn)行，而現(xiàn)貨交易在電力輸送的前一天和當(dāng)天進(jìn)行，即日前交易和日內(nèi)交易。當(dāng)發(fā)電商因故障無法滿足原發(fā)電計(jì)劃，或者新能源發(fā)電因預(yù)測(cè)錯(cuò)誤導(dǎo)致供需不平衡時(shí)，可以在日內(nèi)交易進(jìn)行調(diào)節(jié)。
在每小時(shí)交付電量之前，發(fā)電商、電力供應(yīng)商將自己的發(fā)電計(jì)劃或者電力需求預(yù)測(cè)傳遞給平衡結(jié)算單元，這個(gè)平衡結(jié)算單元可以由幾個(gè)發(fā)電商和電力供應(yīng)商共同組成，或者由一個(gè)大型發(fā)電集團(tuán)對(duì)內(nèi)所有機(jī)組匯合一起單獨(dú)成立，在一個(gè)平衡結(jié)算單元中，各電力企業(yè)需滿足每個(gè)15分鐘內(nèi)電力的供需平衡，當(dāng)內(nèi)部無法平衡時(shí)，可以和其他平衡結(jié)算單元的電力企業(yè)進(jìn)行電力交易，否則就要接受導(dǎo)致電網(wǎng)供需不平衡的罰款。
在相互關(guān)聯(lián)的電力市場(chǎng)中，平衡結(jié)算單元將是確保市場(chǎng)參與者財(cái)務(wù)平衡的最佳工具。在新能源比例不斷增長(zhǎng)的時(shí)候，可以預(yù)期測(cè)量的平衡周期將從15分鐘降低到至少5分鐘甚至更短的時(shí)間。時(shí)間越短，對(duì)系統(tǒng)解決頻率問題的幫助就更大，但對(duì)自動(dòng)化和數(shù)字化水平要求更高。在一個(gè)高度分散的市場(chǎng)中，生產(chǎn)和消費(fèi)單位規(guī)模都很小，通過物聯(lián)網(wǎng)算法交易和自動(dòng)運(yùn)行平衡對(duì)這些單位進(jìn)行交互式通信和控制成為必然。
平衡結(jié)算單元是支撐著新能源入網(wǎng)比例從40%~60%這一最關(guān)鍵的階段的有效設(shè)置。由此在分布式配電網(wǎng)和微電網(wǎng)中，每個(gè)發(fā)電商、零售商、電力交易商甚至消費(fèi)者都可以與輸電網(wǎng)公司簽訂合同，成為一個(gè)平衡結(jié)算單元，無論他們?cè)谀睦镌O(shè)置物理饋入點(diǎn)。2018年開始，德國(guó)電力市場(chǎng)進(jìn)入2.0階段，一個(gè)重要的舉措就是必須增強(qiáng)電網(wǎng)各部分各角色的靈活性，而靈活性絕不僅僅是設(shè)備或者系統(tǒng)能力上的靈活，市場(chǎng)設(shè)計(jì)也必須保持高度的靈活性。
由于靈活性選項(xiàng)的潛力如此多樣，比如各種儲(chǔ)能，因此沒有必要專門推廣個(gè)別技術(shù)。從經(jīng)濟(jì)角度來看，最有成本效益的解決方案應(yīng)該來自開放的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。做到這一點(diǎn)的關(guān)鍵是盡可能不失真地給出價(jià)格信號(hào)，但這個(gè)信號(hào)在調(diào)頻服務(wù)上遇到了時(shí)間顆粒度和功率度不斷下沉的趨勢(shì)。
在德國(guó)、比利時(shí)和北歐的很多國(guó)家，傳統(tǒng)的調(diào)頻調(diào)峰被重新歸類成了FCR(頻率抑制備用)、FRR(頻率恢復(fù)備用)、RR(替代備用)，其中FRR還分為手動(dòng)aFRR和自動(dòng)mFRR。FCR通常的作用區(qū)域在1分鐘左右，aFRR在5分鐘，mFRR在15分鐘左右。但是在火電比例更低，新能源頻率震蕩更加激烈的英國(guó)，甚至還推出了EFR(增強(qiáng)型頻率響應(yīng)服務(wù))，即在1秒或者更短時(shí)間里對(duì)頻率偏差實(shí)現(xiàn)100%有功功率輸出的一種調(diào)頻服務(wù)，在這之下還有動(dòng)態(tài)遏制(DC)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定(DM)和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)(DR)。
1秒下的頻率響應(yīng)，容量需求不大但是要快，100千瓦甚至50千瓦的設(shè)備控制就成為常態(tài)。如果它們碰巧不在一個(gè)區(qū)域，那么跨區(qū)域的虛擬電廠連接和運(yùn)營(yíng)就成為必須。這種顆粒度的下沉和空間維度的跨越，是迄今為止德國(guó)這樣新能源比例已經(jīng)很高的市場(chǎng)模型遇到的最核心的挑戰(zhàn)。
但是這個(gè)挑戰(zhàn)真正的麻煩并不在市場(chǎng)端。
解決調(diào)頻備用容量問題的一種方式是在更大的區(qū)域，比如歐洲范圍內(nèi)進(jìn)行區(qū)域平衡市場(chǎng)設(shè)計(jì)。近年來，歐洲地區(qū)和國(guó)家電力市場(chǎng)逐漸融合，整合更加緊密。國(guó)家電力市場(chǎng)受益于跨境電力交易的可能性，可以更好地平衡消費(fèi)和發(fā)電的差異，此外，歐洲的需求高峰并不總是同時(shí)出現(xiàn)。由于內(nèi)部市場(chǎng)的這種超區(qū)域平衡，可以保留較少的容量。計(jì)劃外停電的概率也不斷降低，因?yàn)樵诟蟮氖袌?chǎng)中供需可以更好地匹配，個(gè)別線路的故障可以更容易地得到補(bǔ)償。這意味著供應(yīng)安全將得到加強(qiáng)，歐洲的發(fā)電成本將下降。
但是區(qū)域市場(chǎng)對(duì)協(xié)作的要求極高，對(duì)市場(chǎng)套利的預(yù)防和容忍度也極高。德國(guó)、比利時(shí)、英國(guó)快速爆發(fā)的電池儲(chǔ)能市場(chǎng)會(huì)讓很多電網(wǎng)公司的專家感到憤怒，因?yàn)槊恳幻腌娺@些電池的收益可能就是那些專家一年的薪水。在澳洲和英國(guó)，這樣的市場(chǎng)設(shè)計(jì)的確催生了很多暴發(fā)戶。
要么就選擇另外一種方式，就是索性把這些調(diào)頻需求堆積到輸電網(wǎng)調(diào)度，但空間維度的電力不平衡發(fā)展到極致就是造成德國(guó)電網(wǎng)南北的極度不平衡以及傳輸瓶頸，最后不得不進(jìn)入電網(wǎng)干預(yù)再調(diào)度(Redispatch)模式。
再調(diào)度模式即加強(qiáng)現(xiàn)實(shí)版的中心化調(diào)度，用日間現(xiàn)貨市場(chǎng)的價(jià)格成本去改變?nèi)涨笆袌?chǎng)的調(diào)度格局，在遇到系統(tǒng)傳輸瓶頸時(shí)，人為干預(yù)阻塞的線路兩側(cè)的傳統(tǒng)電廠和新能源電站，并參照現(xiàn)貨市場(chǎng)的價(jià)格結(jié)算并計(jì)入可再生能源能源補(bǔ)貼池，電網(wǎng)公司在過去的十年因?yàn)樾履茉丛絹碓蕉喽a(chǎn)生的再調(diào)度費(fèi)用平均為5億歐元。
再調(diào)度原來只針對(duì)10兆瓦以上的電廠，隨著新能源占比提升，終于在2021年底開始進(jìn)入到一個(gè)新的海量模式：所有100千瓦以上的機(jī)組、新能源電站、儲(chǔ)能等各種發(fā)電設(shè)備都必須具備再調(diào)度的能力。這就意味著那些藏在配電網(wǎng)里的新能源們要被挖出來主動(dòng)參與電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。
德國(guó)電網(wǎng)98%是配電網(wǎng)，其配電網(wǎng)是能源轉(zhuǎn)型的重要基石。德國(guó)配電網(wǎng)由900多家公司運(yùn)營(yíng)，電網(wǎng)規(guī)模不同，供需條件各異，配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和發(fā)展的復(fù)雜性很高。由于德國(guó)90%以上的可再生能源發(fā)電接入配電網(wǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)不得不開始在配電網(wǎng)側(cè)提供更多的靈活性和可控性資源來消納新能源。未來的配電網(wǎng)，即所謂的智能配電網(wǎng)擁有復(fù)雜的分布式供電系統(tǒng)，必須應(yīng)對(duì)復(fù)雜的雙向潮流，需要安裝智能電表等測(cè)量裝置，且在低壓側(cè)支持儲(chǔ)能設(shè)備和電動(dòng)汽車并網(wǎng)，這需要配電網(wǎng)對(duì)低壓端口進(jìn)行調(diào)控和雙向通信，不論中壓還是低壓都將配有復(fù)雜的線路保護(hù)。這些巨大的變化發(fā)生之快，讓很多配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商猝不及防。至今，還只有少數(shù)配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商擁有效率極高的監(jiān)控系統(tǒng)，不論配電網(wǎng)還是輸電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商，未來必須要快速且經(jīng)常性地應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)的發(fā)電曲線、潮流逆向，以及配網(wǎng)側(cè)頻繁無功補(bǔ)償裝置投切和電壓調(diào)節(jié)等新的挑戰(zhàn)。
所以，德國(guó)的再調(diào)度2.0還包含那些小于100千瓦，但是已經(jīng)具備被配電網(wǎng)公司完全自由調(diào)度的新能源設(shè)備，大大小小的配電網(wǎng)公司即市縣一級(jí)的供電公司也將走出輸電網(wǎng)公司的保護(hù)區(qū)，獨(dú)立自強(qiáng)地應(yīng)對(duì)更多市場(chǎng)和技術(shù)端帶來的改變。除去發(fā)電廠側(cè)的AGC電廠自動(dòng)化和輸電網(wǎng)的EMS能量自動(dòng)化控制，整個(gè)未來電網(wǎng)的能力擴(kuò)建幾乎全部積聚在配電和用戶端，如地理信息系統(tǒng)GIS，智能表計(jì)AMI，需求側(cè)響應(yīng)DSM，資產(chǎn)管理Asset，電力交易系統(tǒng)Trading，能效管理分析EA，車網(wǎng)互動(dòng)V2G等，在可預(yù)期的未來有很多創(chuàng)新點(diǎn)。
在德國(guó)，隨著新能源不斷發(fā)展，電力市場(chǎng)改變最多的不是用戶的錢包、電網(wǎng)的投入、學(xué)術(shù)界的設(shè)計(jì)能力，也不是更加合理的價(jià)格水平和能源投資的分布，而是全社會(huì)、各相關(guān)方對(duì)電力市場(chǎng)認(rèn)知能力的高度提升，而這種提升又會(huì)催生更多的交易品種和復(fù)雜設(shè)計(jì)，然后再提升各方的競(jìng)價(jià)與參與能力，而讓整個(gè)競(jìng)爭(zhēng)處于良性之中。
所以，好的電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)在于能不能吸引更多角色進(jìn)入市場(chǎng)開展競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作，從而在降低系統(tǒng)總成本的前提下，以收益和價(jià)格為刺激信號(hào)不斷提升參與方的能力，從而逼迫市場(chǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)入更高水平的正循環(huán)。
這是一種和精英主義邏輯背離的實(shí)用主義邏輯?？陀^地說，中國(guó)電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)最大的問題可能就是那種害怕出現(xiàn)問題的過度焦慮感，總是想保持在各種維度和變數(shù)下的絕對(duì)正確。從這個(gè)角度來看，德國(guó)電力市場(chǎng)20多年來就像一個(gè)漏雨的頂棚，每年要縫縫補(bǔ)補(bǔ)的地方很多，似乎很難成為學(xué)習(xí)的榜樣。但真正的學(xué)習(xí)，要從改變學(xué)習(xí)的邏輯開始。以新能源為主體的時(shí)代正在到來，我們要習(xí)慣面對(duì)變化。
本文刊載于《中國(guó)電力企業(yè)管理》2022年05期，作者系德國(guó)華人新能源協(xié)會(huì)創(chuàng)始人
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