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Insights from Our Experts

The Complex Landscape of Net Metering Reform in California: Why an Installed Capacity Charge?

by Mark LeBel on

Rooftop solar in California has grown from an infant industry two decades ago to a 10-gigawatt resource that contributes significantly to customer and electric system needs today. The state is blessed with ample sunshine in many regions, and its urgency on this and other clean-energy innovations was born out of the energy crisis in 2000…

解锁一体化区域电力市场的收益

by Kevin Porter Max Dupuy on

中国的风能和太阳能装机容量仍居世界领先地位,总装机容量超过500吉瓦。此外,中国承诺在2030年前达到碳排放峰值,并在2060年前实现碳中和,为此,中国制定了到2030年,风能和太阳能发电总装机容量达到1200吉瓦,即从2020年起每年新增约80吉瓦可再生能源发电的目标。由此,电网公司也面临着更多风能和太阳能并网所带来的挑战。尽管每个国家的政策、机制和技术情况不尽相同,随着可再生能源的渗透率提高,世界各地的电网运行商和政策制定者将面临类似的挑战。中国已经在消纳风能和太阳能发电方面取得了令人印象深刻的进展,但正如一些研究中提到的,要确保所有这些机制良好地协同工作,还有很多工作要做。 世界各地应对这些挑战的一个基本方法,对中国来说也同样至关重要,那就是建立更多的区域市场,脱离以省为单位的调度方式并向区域经济调度过渡。区域经济调度是指以最小化短期运行成本(理想情况下包括排放的社会成本)为目的运行区域电力系统。在一些地区,如中国西北地区,基于省级的电力调度意味着各省级调度中心在更大地理范围平衡可再生能源和水力发电的作用会受限。 在有充足输电能力的前提下,区域经济调度将促进发电边际成本较低的省份向发电边际成本较高的省份输出电力。特别是,区域经济调度将在更大的范围内平衡风能和太阳能发电,减少这些资源的总体可变性和不确定性,并利用负荷和其他发电资源的多样性优势。这也将有助于减少可再生能源弃电,并以低排放低成本的方式帮助管理和预防缺电。 一、区域市场模式有效缓解市场矛盾 随着中国迈向具有更大跨省输电能力的区域市场,可以借鉴美国的区域市场(RTO)模式。这种模式包括日前和实时电能量和辅助服务市场,区域经济调度,以及所有资源公平竞争的指导原则。南方电网地区已率先开展“区域市场”建设,尽管有关该市场将如何发展的许多细节似乎仍在考量中。与此同时,在中国其他地区,如可再生能源资源丰富的西北地区,区域市场一体化也是一个非常重要的议题。 向区域市场和区域经济调度转变,无论是通过RTO还是类似的模式,都将以多种形式为中国带来实质性的利益:降低运行成本,减少运行备用容量,提高现有输电资产的利用率,通过协调计划发电机组维护和停机以及实时管理电频和电压,提高系统可靠性,完善系统规划。在这里,我们基于美国一些RTO的研究,提供一小部分可获得利益的样本。 首先,通过向RTO结构过渡,可以实现的一个好处是,不再对每笔输电交易收取每千瓦时或每千瓦的输电费用,而是按月或年向所有省级电网公司分摊输电成本。例如,在中国,电力输入省份每输入1千瓦时通常需支付“元/千瓦时”的输电价格。这种每千瓦时的交易费用对参与者之间的电力交易造成了障碍,而若无此交易费用电力交易本来可以具有经济性。从基于交易的输电费用向省级电网公司收取月度或年度输电费用的转变,避免了这一问题,与区域经济调度的转变更相符。 尽管与中国略有不同,美国也有输电交易费用阻碍市场参与者之间进行更多电力交易的经验。在目前覆盖美国约三分之二地区的RTO成立之前,电力公司管理各自的服务区域,导致很高的交易成本。跨越一个以上电力公司服务区域的交易被评估收取单独的输电费用,这种做法被称为“摊大饼电价”(pancaked rates),随着更多的输电系统参与进来,成本迅速叠加。不出所料,这样的输电费用阻碍了电力公司之间进行电力交易。此外,电力公司留出了5%~25%的现有输电容量,以支持这些双边交易,而这些预留容量往往没有得到充分利用。在美国西部和东南部的部分地区,这种做法仍然存在。 所有这些问题在RTO运行的区域市场都不复存在。按RTO输电成本分摊方法,输电被视为一项公共利益,由所有参与者按“美元/千瓦”的接入费用支付,不与单个交易挂钩。“摊大饼”式的输电费用根本不存在,随着交易成本的降低,各方之间的电力交易——包括跨更大地理区域的电力交易大幅增加。RTO的日前和实时电能量市场接受参与者的投标,并在安全限制的基础上进行区域调度,输电资产得到更充分的利用。 二、区域能源调度降低了经济与环境成本 中陆独立系统运行商(The Midcontinental Independent System Operator,简称MISO )是一家业务覆盖美国15个州以及加拿大马尼托巴省的RTO,据估计,2020年,区域经济调度为其成员节省了3.29~3.63亿美元,而输电可用性的改善又为他们节省了2.88~3.13亿美元。类似地,服务于13个州和哥伦比亚特区的PJM发现,区域调度每年可节省6亿美元的成本。这些估计未包含区域经济调度所带来的环境效益,例如减排量。这些效益会在未来几年到几十年随着越来越多的可再生能源并网而大幅增加。 在较大范围内的系统运行还可带来其他效益,因为不仅风能和太阳能的可变性降低了,电力需求的可变性也降低了。由于供需两侧可变性的降低,确保电力系统可靠性所需的备用容量则相应减少。2020年,涵盖14个州的西南电力池(Southwest Power Pool,简称SPP)估计,整个区域需要1514兆瓦的运行备用容量,而如果单个电力公司自己提供备用容量,则需要9068兆瓦,这样算下来就节省了5.42亿美元。MISO估计,由于地理多样性,2020年减少15吉瓦左右运行备用,成本节约在19亿到24亿美元之间。MISO认为从百分比来看,这种地理多样性使得备用容量减少了7%,从25.2%降到18%。PJM估计,由于区域市场所需备用容量的减少,可节省12~18亿美元。同样,这些估计未包含环境效益,比如减排量。 三、区域间电网互联,有效保障系统安全 到目前为止,我们已经讨论了区域内部市场和运行实践的巨大好处,此外,区域间市场通过合作和协调,或通过连接多个区域的大规模输电,或两者兼有,也会带来额外的好处。太平洋西北部和西南沙漠地区之间的电力交换就是一个长期的例子。由于电力需求高峰的时间不同——西北太平洋地区的冬季高峰和西南沙漠地区的夏季高峰——这两个地区有必要选择在各自的高峰需求期间相互传输电力,而不是各自提高系统容量。 从更广泛的角度来看,美国的电网(不包括阿拉斯加和夏威夷)由三大内部电网互联组成:东部电网、西部电网和德克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT),后者覆盖了德克萨斯州的大部分,但不是全部。这三者之间的互联是很有限的——他们基本上独立运行,相互之间的电力传输量很小。国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,简称NREL)评估了在各种不同的假设下(例如,天然气价格低,天然气价格高,等等),通过一系列高压直流输电线路连接美国东部和西部电网会带来何种效益,研究发现,除了一种情景外,其余所有情景下的经济收益都远远超过成本。而且,大部分经济效益来自于更大的输电能力促进了发电运行成本的降低。 在节约成本的同时,地区间更强大的电网互联也能带来可靠性和韧性方面的好处,这一点在2021年2月席卷美国南部的冬季风暴“乌里”中得到了证明。ERCOT与州外电网的连接有限。德克萨斯州冬季需求比预期高得多,发电机组的表现不佳等诸多因素导致了这场危机,在州外如果有更强的电网互联必定会对缓解该危机有所帮助。 与此不同的是,SPP和MISO虽然也面临严寒天气,但通过从没有受到“乌里”影响的其他地区输入电力,最大限度地减少了电力短缺。在风暴的高峰期,MISO从邻近电网输入了大约12吉瓦电力。MISO估计,2011年,作为其多价值项目(Multi-Value Project)输电计划的一部分进行的输电投资,以约65亿美元成本建造,仅在冬季风暴“乌里”期间就带来了约180亿美元的效益。电网战略有限责任公司(Grid Strategies LLC)计算得出,在冬季风暴“乌里”期间,额外增加1 GW德克萨斯州与美国东南部输电的连接,就可以节省近10亿美元。 四、总结 在中国,虽然会存在输电投资是否足够,选址是否正确的担忧,但总的来说,近年来许多高压直流输电线路的建设给中国电力行业带来了益处。换句话说,中国已经具备了成功的开展区域经济调度和区域市场的基础设施。中国面临的挑战是制定一项计划和时间表,将这些市场机制落实到位。正如本文所讨论的,“美国RTO”是实现区域市场的一种模式。 更具体地,我们对中国提出以下几个“下一步”政策建议: 为南方区域电力现货市场的建设制定一个清晰的路线图,由于南方电网是第一个开展区域电力市场工作的地区,这将是在全国范围内建设区域市场迈出的重要一步。我们建议不仅仅停留在对区域内几个省级现货市场的简单关联,而是以类似美国RTO模式形成区域电力市场。这样的区域电力市场除了实施上述的现货市场机制以外,还应该对输电成本分摊和输电规划采取区域一体化的方式;此外,成立一个单一的区域系统运行商(调度中心)和市场运行商,这两者可以属于同一个机构,例如,作为电网公司的一部分,或者也可以单独成立。 制定一项政策规则,由从每一次输电收取度电固定输电费用,转向将区域输电成本按年度或者月度向省级电网公司分摊的做法。国家发改委最近发布的《跨省跨区专项工程输电价格定价方法》中,在从严审批电网公司跨省跨区输电成本和改善电网运行效率等方面迈出了新的步伐。然而,它依旧采用了对每笔交易收取固定电量电价的方法来回收输电成本。这样的输电成本回收方法很可能继续作为实现区域内、跨区经济调度和解锁区域市场相关收益的绊脚石。 相对领先的地区可以率先形成RTO模式的区域市场,而其他地区也能够通过逐步向区域经济调度转变来获得收益。正如我们对中国西北地区电力行业转型提出的建议,应该逐渐改变在该区域内以省为中心的调度方式。西北区域电网公司调度中心应该在审查和调整(目前是以省为基础)运行决策方面发挥更积极的作用。也就是说,为了帮助区域优化风能、太阳能和水电,西北区域电网调度中心应享有调整省级水电和煤电机组安排的权力。 最近几年,中国的政策制定者和行业相关者已经在改善调度运行效率、促进跨省跨区电力交易以及增加太阳能、风能并网发电量方面取得了显著的进展。然而,正如世界上其他国家一样,在区域电力市场改革方面还有许多工作要做。我们希望这些建议能够帮助解锁区域电力市场带来的持续收益,为中国早日实现清洁能源和低碳目标做出贡献。 本文首刊于南方能源观察,11月26日 

EU’s buildings directive should give EV owners the right to a smart plug

by Jaap Burger Luka De Bruyckere on

The electrification of mobility is in full swing. As electric vehicles (EV) become ever more popular, public charging points are spreading – their numbers have doubled in the last two years in the EU. But public charging points alone will not be enough to power the transition to electrified mobility, we need more (smart) connections…

Worüber keiner reden will: Der bevorstehende Abschied vom Gasnetz

by Andreas Jahn Barbara Saerbeck on

Die Gasindustrie investiert aktuell, was das Zeug hält. 2019 flossen rund 2,5 Milliarden Euro in den Aus- und Neubau der deutschen Gasnetze (BNetzA Monitoring-Bericht). Bis 2030 sind laut Netzentwicklungsplan Gas allein für die Ferngasnetze weitere 2,2 Milliarden Euro vorgesehen, wobei die Ferngasnetzbetreiber sogar Investitionen in Höhe von 7,8 Milliarden Euro für nötig halten. Die Zahlen…

It’s Time to Consider the (Non-Pipeline) Alternatives

by Max Dupuy on

For many years, the topic of regulation of gas distribution utilities has been far from the limelight and has not received the kind of attention that electric utility regulation attracts. But there are an increasing number of reasons to take a fresh look at gas utility regulation. Most importantly, climate goals call for phasing out…

分时上网电价:无现货市场省份的一种选择

by Regulatory Assistance Project on

国家发改委最近发布的《关于进一步完善分时电价机制的通知》中(以下简称“通知”),包括了对尚未建立电力现货市场省份的指示。对于这些省份,通知要求签订的月度和年度合同中的购电价格可在一天内甚至在不同季节有相应变化。 该政策提供了一个可以改善对非现货市场省份发电机组激励措施的机会,让这些省份发电机组的补偿能够随着一天各时段甚至季度而变化——也就是说,根据预设的时间段和价格水平为发电机提供“随时间变化”的发电上网价格,这样的政策将有助于提高系统效率、降低成本并支持可变可再生能源并网。 本文简要概述了对发电机组的分时上网定价,以及在当前非现货市场省份的监管和市场环境下,分时上网电价如何在实践中运作。本文认为,在那些尚未实施电力现货市场的省份,实行分时上网电价的改革可能为过渡到更有效的金融合同和更高效的电力调度提供了机会。最终,实施精心设计的现货市场可能是所有省份的最佳选择,但这里讨论的分时上网定价会是一个有用的渐进步骤。 简述 中国在21世纪初提出过分时上网电价理念,但并未得到广泛实施。2005年,由于实施竞价上网政策的挑战,国家发改委发布了《上网电价管理暂行办法》(以下简称“暂行办法”)其中提到将行政设定的上网电价作为临时手段[1],逐步实行峰谷分时、丰枯季节上网电价等制度。 2015 年颁布的电改“ 9 号文”促进了多个省份开展现货市场试点。对于未开展现货市场的省份,无论何时发电,电网公司通常都以相同价格支付发电商。这意味着发电商(和其他资源)并没有根据系统需求获得发电补偿,极大地限制了系统效率的提升和波动性可再生能源并网。 近十年来,随着中国发电结构的变化,每小时发电的边际成本发生了显著变化。在水电、风电和太阳能发电处于边际发电的时间段,边际发电成本通常很低。在傍晚时分,用电需求高,太阳能发电量低,边际成本通常会很高。在边际成本变化很大的电力系统中,向发电商支付一个统一固定价格,并不能为其提供强大激励以支持高效调度或做出高效投资决策。向分时上网定价转变(最终目标是设计良好的现货市场) 可能有助于改善这些激励措施。 分时电价如何运作? 原则上,设计良好的现货市场代表了发电上网定价的最高效形式,并允许上网电价根据当前情况而变化。我们在这里讨论的分时上网电价将适用于那些还没有现货市场的省份。 对于尚不具备小时和15分钟现货市场定价的省份,可以采用与零售用户分时电价类似的机制,实行分时上网电价。在这一机制下,电力交易中心将利用基于对发电成本估计得出的因子,将月度和年度合同中的购电价格转换为各个特定时段的价格进行结算。 为了计算这些分时因子,省级定价部门可以基于电网公司历史或预计系统边际成本和平均成本,使用一个价格区间(如高峰时段)的平均边际系统发电成本与所有价格区间(如一个月)的平均系统发电成本之间的比率。例如,当月平均发电成本为0.30元/千瓦时,高峰期边际发电成本(平均)为0.40元/千瓦时,非峰期边际成本(平均)为0.25元/千瓦时,则峰期因子为1.33,非峰期因子为0.83。假如某发电商的有效合同价格为0.28元/千瓦时,则峰时发电为其支付0.37元/千瓦时,非峰时发电支付0.23元/千瓦时[2]。 分时上网定价与国家发改委的分时电价政策中的有关原则相一致。发电商在电力系统面临供电限制的高峰时段得到的发电补偿应高于非高峰时段。这种方法将支持向经济调度的转变,在经济调度下,成本较低的发电机组在系统价格较低的时期运行,成本较高的发电机组在系统价格较高的时期运行。如果不配合调度的变化,成本较高的发电商可能在上网电价低于其运行成本的时段运行。 这种向经济调度的转变要求电网公司根据热效率和估计的燃料价格来进行机组安排,调度火电和核电机组,根据预测来调度风能和太阳能发电,使用算法或优化来调度水力发电。我们的理解是,电网公司拥有经济调度的技术实力,并且这些年朝着这个方向有着显著的进展,但是发电商补偿(特别是固定的发电上网电价)内在的激励,将继续成为在非现货市场省份实现经济调度的绊脚石。通过为仅在峰值时段和季节运行的发电商增加补偿,分时上网电价能够帮助缓解这一阻碍。 转型机制 2005年国家发改委出台的“暂行办法” 将分时上网电价作为向竞争性电价转变的桥梁,与之类似,分时上网电价可以成为非现货市场省份向现货市场价格过渡的机制。实行分时上网电价还可以让发电商获得管理分小时电价的经验。 分时上网电价也将提供一种有用的储能补偿电价机制。回到上一节的例子,基于成本的储能价格可以使得储能在高峰期放电获得0.40元/kWh的电价补偿,在非峰时支付0.25元/kWh的电价进行充电。这使得尚未实行现货市场定价的省份,能够采取一致的办法,根据系统成本对发电和储能进行补偿。 从西北电力市场开始 西北电网地区可以率先试点分时上网电价。到目前为止,该地区的现货市场尚未成熟,大多省还没建立现货市场,中长期电力市场的参与度相对较高,且西北地区对发展储能的电价机制越来越感兴趣。在还没建立现货市场的省,分时上网电价可以作为西北地区向现货市场过渡的桥梁。 本文首发于南方能源观察(2021年10月20日)   [1] 国家发改委关于印发电价改革实施办法的通知,发改价格[2005]514号,附件一《上网电价管理暂行方法》https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/200506/t20050613_965813.html?code=&state=123. [2] 有效的合同电价,是指在中长期合同市场竞价时,基于发电商可接受的价差范围,最终支付发电商的价格。本方法假定月度和年度发电合同价格可覆盖平均发电成本。

Europe’s gas decarbonisation package: Putting new wine in old wineskins?

by Megan Anderson Jan Rosenow on

Putting new wine in old wineskins is a timeworn saying first mentioned in the Bible. Doing so is not a good idea we are taught: ‘the wine will burst the skins, and the wine is lost and the skins as well’ (Mark 2:22). Going against this advice, however, is precisely what is suggested we do…

Getting off the fossil fuel roller coaster

by Bram Claeys Dominic Scott on

When the global economy picks up steam, so do commodity prices. Gas demand bouncing back to pre-Covid levels started a new upswing in the price cycle. We are seeing classic market dynamics at work: demand outstrips supply and prices rise. Electricity and gas prices are skyrocketing from last year’s pandemic-induced depths, leaving people reeling. Experts…

Participating in Power: A Practical Guide to Utility Resource Plans for Local Governments

by David Farnsworth Jake Duncan on

To meet 21st century decarbonization and social equity priorities, utilities need to transform the way they plan power sector investments. One of the most important opportunities to encourage these changes is to become an effective participant in the development of a utility integrated resource plan (IRP). An IRP shapes the thinking of utility executives, regulators,…

China looks to apply flexible time-of-use electricity tariffs nationwide

by Max Dupuy on

One major challenge for decarbonisation is mobilising consumers to play a bigger role in the clean energy transition. As consumers turn to electric appliances, including electric vehicles (EVs) and heat pumps, there are increasing opportunities for them to contribute to grid flexibility at low cost. This flexibility is essential to support the integration of variable…