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国际视野:对电力现货市场基本规则的建议

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国家能源局近日发布的《电力现货市场基本规则(征求意见稿)》和《电力现货市场监管办法(征求意见稿)》,为达成全国统一市场迈出了重要的一步。这两份文件在许多关键问题上提出了有建设意义的规定——在新能源转型的大背景下,这些市场设计问题在很多国家也已引发了激烈的讨论。

如何设计出运行良好的电力市场,也是睿博能源智库长期以来研究的议题之一。我们非常高兴地看到能源局对此公开征求意见,并在很短时间内,基于我们对中国电力市场的观察和理解,梳理总结出欧洲、美国和其他国家的相关经验,希望可以借此机会提出一些具备实操性的建议,以供参考。

加强电力可靠性:欧盟及美国探索新流程完善季度电力分析

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在全世界范围内,政策制定者都面临着在电网减碳的大前提下维持电力系统可靠性的难题。当下,随着新技术的诞生和学界及业界对低碳系统的理解加深,电网减碳从电力系统的负担转化为其不可多得的机遇,然而,如何抓住这些机遇来实现电力系统转型仍有一些挑战。各国的政策制定者应继续深化电力系统改革来优化电力市场运行和电力资源规划流程。这一改革可以确保在向经济、清洁的新能源系统转型的同时,整个电力系统的可靠性也得以保障。

欧盟和美国的决策者和专家都就此问题展开了热烈的政策讨论,尝试寻找新通路优化电力可靠性展望机制。尽管这些讨论的结果尚未完全成型,且电力可靠性的一些问题仍然存在,各国决策者仍可从这些讨论中汲取一些经验。本文就这些政策讨论中的新想法和做法作以简短总结,以供参考。

基于常规评估的分时电价动态调整思路

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中国的可再生能源增长势头不减,为达成双碳目标打下了良好的基础。随着可再生能源在能源结构中占比越来越高,如何在保障供电稳定性和系统安全的前提下,调整当前电力系统,深化市场改革,实现可再生能源带来的环境及经济效益的最大化,成为了一个亟待解决的挑战。目前包括中国在内许多国家都在尝试解决这一问题,并在很多方面取得了一定进展。其中,分时电价在全中国范围内的推行是一个很重要的里程碑。本文总结分析了中国在此方面做出的努力及成果,并结合国际经验,为地方政府更好地落实国家政策提供了一些思路。

近年来,为了改善电力供需情况,促进可再生能源消纳,国家发改委及能源局出台了许多措施,而分时电价就是其中的几个主要措施之一。分时电价是指将一天分为多个时段,并且针对各时段制定不同的电价。具体来说,是将电价在电力系统紧张,亦即用电需求高、发电资源边际成本高昂时定价在高位;而在系统形势较宽松时定价在低位。通过价格信号引导用户调整用电时间,以达到削峰填谷的作用。有些地区也会考虑冬夏、枯丰水期对系统成本的影响,制定季节性的分时电价。分时电价还有许多立竿见影的环境和经济上的收益,例如带动负荷向低成本、低排放时段转移,以及减少调峰资源(如火电)的需要。在近期的文章中我们就此分享了更多细节。

国家发改委在2021年颁布的《关于进一步完善分时电价机制的通知》提出了一些指导性的意见,旨在拓宽、深化分时电价政策,进一步塑造以新能源为主体的新型电力系统。根据国家指导,各地区也相应出台了省级分时电价政策。这些政策响应了《通知》的号召,许多地区制定了尖峰电价机制、也将峰谷电价差在合理范围内拉大。

值得注意的是,《通知》中还开创性地提出要“建立分时电价动态调整机制”,并且各地区的分时电价政策也对此有所响应。然而,多数省份暂时尚未提出具体、详尽的实施办法。就此,本文将借鉴国际经验并结合中国国情,简短讨论分时电价动态调整机制的重要性,以及以下三点设计思路:常规评估、有据调整、公开方法。

建立分时电价动态调整机制的重要性

中国各地方在2021及2022年陆续出台了完善分时电价政策的相关文件,然而若想最大程度地发挥分时电价的优势,对分时电价的动态调整也必不可少。例如,在太阳能发电资源快速增长的美国加州,政策制定者近年出台了系统化的动态调整机制来调整分时电价峰段划分,用以解决困扰加州已久的居民电价与电力供需情况不符的状态。以加州南部的圣地亚哥区域为例:这一区域内的分时电价设计在十数年间,都沿袭了大规模开发太阳能资源前的电价——电价高峰时段被定为上午11点至下午6点之间,以降低日间用电量。可随着近年来太阳能发电量比重逐渐增加,低成本且环保的电力资源在日间激增。然而傍晚日落时,太阳能出力逐渐减少,又恰逢居民用电高峰,导致傍晚时段电力系统供电紧张。分时电价调整的滞后导致了电价设计与系统成本的脱节。自2017年开始,为了让分时电价“重回正轨”,分时电价的高峰时段被改至傍晚4点到9点。这样一来,日间的太阳能资源能够得到更好的利用,并且傍晚时段的用电高峰也得以控制。政策制定者通过分析系统情况,给正在发生深刻变化的电力系统“把脉”,并及时调整分时电价以应对这些变化。动态调整分时电价不仅放大了可再生能源的经济效益,也缓解了可再生能源并网波动所带来的系统压力。

常规评估

在日新月异的中国电力系统内 ,实施常规评估有益于保证分时电价与系统总成本变化方向相符。理论上来说,随着可再生能源渗透率与电气化程度越来越高,电力系统的供需条件也会随之改变,并且系统电力成本也会发生变化。此外,由于分时电价的确立是建立在对未来几年的预估之上的,对于中国目前正在经历变革的电力系统而言,这些预估的假设基础很可能在未来几年发生较大的变化,使系统电力成本改变、偏离预估值。确保分时电价可以及时跟进电力成本变化的基础是常规评估——此类评估大多通过对边际成本的分析,来确保分时电价的高峰时段可以贴合电力系统供需较为紧张的时段。此处所讨论的边缘成本,在理想条件下不仅包含系统内部的运维成本(如燃料成本),同时也包含对社会和环境所造成的外部成本,例如二氧化碳及废气排放给环境和健康带来的额外成本。自2017始,加州的政策规定覆盖全州的三大售电公司每三年就要上交相关数据并进行评估,以确保分时电价设计和系统边际成本相符。若评估表明现有分时电价和系统成本脱节,那么售电公司会提交新的分时电价标准,经政策制定者批准后,采用新的分时电价。

有据调整

动态调整并不代表随意调整,对分时电价设计的调整应当建立在明确的目标和扎实的分析的基础之上。“明确的目标”具体是指通过推行分时电价希望达到的目的,例如降低系统电力成本,或者如《通知》中强调的,促进新能源消纳等。设计良好的分时电价往往可以同时达到多个目的,然而,没有任何一个分时电价设计可以一举达成所有的目标。在多个目标中分清主次,并围绕中心目标跟进总结,需要以扎实的分析为基础。目前中国的一大优势在于分时电价的大规模推行。各省不同的分时电价设计和电力供需情况,为政策研究提供了优质的异质性数据。通过对这些数据的详细分析,地方政府、省级电网公司、连同电力交易中心,可以量化环境和经济目标达成度,并总结过去经验,在此基础之上指导未来电价的设计。值得注意的是,近来已经有一些省份根据短期发电预期,及时调整了分时电价结构。例如广西在2021年出台了省内分时电价机制,并在2022年8月因来水偏好等原因,暂停实施了该年度夏季(7-9月)尖峰电价,且缩短了高峰电价时段。类似这样的动态调整对发电量预期做出了及时反馈,并调整分时电价以贴合系统实际成本。此外,河南省就在11月5日发布了新的通知,规定每年国网河南省电力公司都将向省发改委报告分时电价执行和电力系统运行的相关情况,并由省发改委进行评估和调整。若各省能将这种调整常态化、公开化,则更易于政策的平稳实施。

公开方法

公开发布分时电价价格形成与峰段划分的方法论,及上述的常规评估、分析报告,有助于稳定社会投资、激发社会各界建言献策。这些方法的公开有利于需求侧资源投资者——例如分布式可再生能源、需求响应、储能——提前预判,按照未来政策走向布局投资。此外,公开资料也有助于研究机构、电力行业从业人士、以及电力用户积极提供建议,以便更有效地完善分时电价的设计。

结论

在中国电力系统转型为以新能源为主体的新型电力系统的道路上,分时电价是一个不可或缺的里程碑。下一步,可以考虑在中央层面阐明建立分时电价动态调整机制的具体实施准则及时间线,在区域层面进行系统分析及常规评估,并在省级进行分时电价的最终微调。中国在分时电价的实施上已经走在世界前列:国际上,大部分分时电价的实施都还局限在地方层级,而仅有为数不多的国家像中国这样,在国家层面统一实施了分时电价。中国在分时电价上的坚持和成就为电力系统的绿色转型提供了坚实的基础,而分时电价电价设计的完善将进一步助力双碳目标的达成。

本文首刊于《中国电力报》(2022年12月6日)

制定配电系统分时电价:支持系统灵活性,实现低成本电气化

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在世界范围,分时电价机制正在逐渐普及。时至今日,大部分国家的分时电价都是根据使用时间,将发电相关成本分摊到不同的时间段中,同时在各个时间平均分摊电网相关成本。本文的主题是将分时电价机制的概念延展到配电系统定价中。

最近,一些国家和地区已经开始着手处理这一课题。在此,我们关注到了丹麦电力市场正在发生的变化,丹麦在将分时电价用于配电系统定价机制中已先行一步,有些经验可圈可点,我们在此梳理了一些相关经验,也许对世界各地的政策制定者有所启发。

本文修改版首发于《南方能源观察》

 

A policy toolkit for global mass heat pump deployment

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Heat pumps, a critical technology for clean energy systems, are poised to become the most important technology for heating decarbonisation. Currently, the vast majority of heat is provided by fossil fuels. In order to promote and encourage heat pump installations across the globe, the Regulatory Assistance Project, CLASP and the Global Buildings Performance Network have developed this heat pump policy toolkit, which provides a suite of tools, and advice on how to use them, for policymakers interested in promoting this critical technology.

The structure of the toolkit is loosely based on that of a Greek temple, with foundations and pillars, supporting a rapidly growing heat pump market. The interactive toolkit (which includes clickable links throughout) also features short videos that give an overview of each relevant element of the toolkit. These videos make up a short series which complements this document.

This toolkit works as a synthesis of policy approaches to heat pump deployment and a guide to designing the best packages of policies. As you’ll see in the toolkit (and in the graphic below), a complete policy package needs to consider foundational elements and must also take account of each pillar. We provide details, examples and potential issues, and solutions within the various policy elements discussed.

Heat Pump Toolkit temple

Foundational elements of this toolkit recognise the need for coordination and communication around heat pump policy efforts and strategies.

Pillar 1 considers economic and market-based instruments. These instruments are fundamentally associated with balancing the economics of heat use towards clean options, such as heat pumps, so that their lifetime costs are cheaper than fossil-based alternatives.

Pillar 2 considers financial support. Within this pillar, we identify three key elements of financial support for heat pumps — grants and tax rebates, loans and heat-as-a-service packages.

Pillar 3 considers regulations and standards. We look at buildings codes and standards, appliance standards and heat planning and zoning.

To build an effective heat pump policy package, policymakers must consider foundational elements as well as each of the pillars. And even within each pillar, combinations of elements may be appropriate.

Chi Gao

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制定输电价格:完美很难,搞砸容易

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中国在朝着放开电力批发市场的方向稳步前行。谨慎地实施运行调度以及电价改革,改善了电力体系的运行效率,揭示了低成本、零碳排放的可再生能源的真实价值,并提高了系统的总体可靠性。

然而,挑战依旧存在。其中一点尤为特殊,即如何为各受益者公平地分摊及回收输电成本。这个问题没有完美的解决方案,也很容易搞砸。制定正确的(或者至少大部分正确的)输电价格是解决问题的关键,如果这一点没做好,就会削弱其他市场改革的效力,而这些改革对经济效率和低碳转型是非常必要的。

1965年11月,加拿大东部和美国东北部大部分地区停电,这之后社会上便流传着一个或真或假关于电网故障的故事。当时,3000万人断电13个小时,经济停滞不前,民众对失去公共安全的恐惧激增。加拿大的一条输电线路因设备故障而离线,导致一系列的输电线路负荷过载,最终无法运行。防止重蹈覆辙成为当年闹得满城风雨的政治事件。不过,几天后发生的事情则可能只是传言。

传言是这么说的:电力恢复后,美国总统林登·约翰逊召集了该地区所有电力公司(几乎都是投资者所有)的首席执行官来华盛顿特区,商讨如何确保这样的灾难不会再次发生。在一群身着深灰色西装的男人指指点点,支支吾吾,推脱责任后,约翰逊红着脸,拳头砰地一声砸在桌子上,冲他们说道,除非问题很快得到解决,否则他将接管“这些该死的公司”并将其合并成一个国有电力机构。

高管们匆匆离去。此后五年左右的时间里,东北地区电力系统进行了深度改革。这是“紧密型电力库”(tight power pools)时代的开始——新英格兰、纽约、宾夕法尼亚-新泽西-马里兰(PJM)——其特点是电力公司共享发电和输电资产,由中央系统运行商管理,负责确保系统安全(实时可靠性)和资源充足(长期投资的充足性)。通过让可靠性成为一种共同的责任,即通过扩大需要管理的发电和输电资源组合,分散风险,这样总成本降低了,系统范围停电的可能性也大大降低了。

这些“紧密型电力库”就是如今竞争激烈的批发市场和监管这些市场的区域输电组织(RTO)的前身。这些实体的一个关键组成部分——也许是关键的部分——是它们共享的公平开放的输电系统。使其可行的关键是设定输电网络服务价格从而回收这些输电资产的总成本,并且所有参与者为输电网络服务支付相应的价格。

这就是诀窍所在。服务于RTO的输电系统资产可能由不止一个公司拥有——事实上是许多公司——但它们被视为属于一个所有者,并由一个所有者运行。每个人为使用大电网支付相应的价格;但是他们支付多少取决于他们在电网总负荷中所占份额(通常以同时峰值负荷需求的兆瓦数来衡量,但在某些情况下,也以兆瓦时来衡量)。这被称为一个地区的负荷分担比率,通常由负荷服务实体(例如,电力购买者)支付。对于满足低于一定电压阈值需求(例如345 kV)的电网资产,通常全部由其所在地区的负荷服务实体支付,除非有人认为这些资产对整个系统的可靠性起着必要作用。

尽管这些听起来简单明了,一旦有了对新输电设备的需求,这就会变得复杂起来。新发电机组的并网,通常由发电商支付,被称之为“参与者资金”,这可用来涵盖电网升级的成本,而如果没有新的发电资源,则不需要产生这些成本。但这其中也有细微差别,比如需要投资来满足负荷增长或国家政策的要求。这些成本是全部还是部分应由系统所有用户或部分用户承担,取决于谁造成了这些成本以及谁从中受益。

“成本产生者”应支付的原则源于经济学理论和公平观念。而且,一般来说,收益遵循成本因果关系:产生成本的人通常是从中受益的人。但情况并非总是如此,这就是成本分摊问题有时难以解决的地方,特别是在碳排放受限的世界里,电力系统的需求和使用都在不断演化。

其实没有简单的公式。在约翰逊总统敲桌子之后的50年里,美国州和联邦监管机构已经数百次修改和完善了输电成本分摊和定价规则。如今,为应对气候挑战、可变可再生资源的投资增加,相关规则正再次受到审查。联邦能源管理委员会(FERC)已经与各州监管机构联合成立了一个输电价格工作小组来处理这些棘手的问题。预计将在2022年晚些时候提出改革建议。

这对中国有什么有益启示吗?

答案是肯定的。如果跨省输电服务是按每千瓦时收取的,而大电网的电力传输必须经过每个省的输电,那么就会出现两个缺点。其一,它对可用输电容量的使用施加了不经济的成本。也就是说,它不当地反映了未使用的输电容量的价值,从而阻碍了各省之间本来有经济性的电力交易。第二,阻碍了按经济调度原则对整个区域电网进行调度。

一种类似于美国区域输电组织的方法能解决这些问题。可以在全国建立一些这样的区域实体,每个都有一套统一的区域规则来分摊区域输电成本,一个统一的区域输电规划过程,一个单一的区域系统运行商和一个单一的区域市场运行商(这些不一定在同一个机构内)来监管一个统一的区域市场(请点击“规划投资如何与市场衔接”,“广东现货市场如何进阶”,以及“南方区域市场怎么建”。了解我们对此议题与中国南方电网地区相关的深入讨论)。

RTO式的方法认识到区域输电对整个区域是有益的。根据峰值负荷的分担份额,按月或按年将输电成本分摊给该地区所有省级电网公司(最终分配给所有用户)。或者,可以按照一个公司每月总电量消耗(MWh)相对于该地区总电量消耗的函数来分摊成本。关键是不以固定每千瓦时输电价格和交易量为基础回收成本。这将大大有助于确保输电成本不会掩盖不同省份不同发电资源的相对运营成本。这将意味着,输电成本的分摊和回收将与区域电网的经济调度分开。

最终,消费者将支付这些成本。通过被纳入每个省级电网公司的准许输电成本(输电“收入要求”),这些成本将在省级电网公司让客户支付的输配电价中回收。省级政府可以像目前一样,在中央政府批准的情况下,继续负责制定和设计输配电价。

改革输电成本分摊和回收,可令在更广阔的地域范围内进行经济调度成为可能,这将为中国的家庭和企业带来深远而直接的利益。同时,电网可以更容易,成本也更低地消纳大量可变可再生资源。与世界其他地区的情况一样,这将需要一个不断审查和完善的过程。随着使用新方法的经验的增长,人们也将准备好迎接新的挑战,诸如设计输电阻塞收费和金融输电权。这些都是未来需要讨论的,当前要为今后铺路而打好基础。

本文首发于《南方能源观察》

解锁灵活性资源促进建筑电气化-以热泵为例

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在中国总的碳排放中,建筑运行产生的排放大概贡献了约20%,其中3/4来自于与建筑相关的用电和供热的化石燃料非直接燃烧。为了满足中国政府提出的2030碳达峰和2060碳中和目标,高比例发展可再生能源,大力开发建筑节能潜力以及电气化将是建筑领域脱碳的关键。热泵对于电力系统的贡献在于1)热泵是一种极为高效的电气化供热/制冷方式,从而减少能耗,降低排放;2)热泵可以更多地利用清洁的可再生能源发电(风电、光伏);3)由于其灵活可控的特点,可以通过低谷用电减少用电峰值负荷,以及在系统需要时提供辅助服务以增加系统的可靠性;4)减少输配电扩容和升级需要,降低所需的可再生能源投资。

我们希望进一步讨论如何更好地利用热泵,并促进热泵在提供电力系统灵活性方面的作用。要实现这一目标,需要市场和政策的共同作用,并加强电力系统改革的多个方面。本篇文章主要在结合具体案例的基础上,分两个部分为中央和地方政策制定者给出建议:热泵作为一种灵活的资源,发挥需求响应的潜力;电力和供热综合资源规划。

中国电力报就此主题对作者进行了采访,文章刊登于中国电力报及其微信公众号,文章标题为:将热泵技术融入清洁供热

国际视野:对创建“全国统一电力市场”的下一步工作建议

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近日,国家发展改革委、国家能源局发布了《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》 (发改体改〔2022〕118)。该文件为电力市场改革又向前迈出了重要一步,比如,该政策中制定了总体目标,要求在2025年前,国家市场与省(区、市)/区域市场协同运行,电力中长期、现货、辅助服务市场一体化设计、联合运营。同时,还提出优化电力市场总体设计”,“建设全国统一的电力市场体系,统一交易规则和技术标准等关于电力市场建设的要求。 

基于国际相关经验,以及对中国电力市场的了解,本文分别从以下五点提出落实该政策可考虑实施的建议,仅供参考: 

  • 以统一的算法优化区域调度的区域现货市场,是清洁能源转型的重要组成部分 
  • 中长期合同利用金融手段比物理手段更灵活、更利于可再生能源发电并网 
  • 电力现货市场的一个关键功能是在调度决策中反映不同资源的真实边际成本 
  • 输电定价不应成为统一区域市场和调度的壁垒 
  • 支持发电机容量成本回收的措施应谨慎加以限制。 

本文首登于南方能源观察(2022318