低碳電力市場

低碳電力市場是指考慮包括低碳發電和低碳用電技術的電力市場。低碳電力系統的可持續發展需要市場機制和相關政策的引導和支持。分析了電力市場的基本類型和整合型節點市場模式的基本特點;從併網規則、定價機制、發電容量、基礎設施投資等4個方面闡述了低碳電力市場設計所要解決的基本問題;考慮引入清潔電力發電併網對低碳電力市場設計提出的客觀要求，分析了低碳技術選擇、系統運行、供電可靠性和基礎設施投資等4個方而低碳電力市場設計的關鍵問題;從碳減排限額、併網標準、清潔電力調度、長期性保護價格、輸電網投資等方而作出了政策分析，揭示了市場機制與低碳電力政策之間的相互作用關係。

基本介紹

• 中文名：低碳電力市場
• 外文名：Low carbon power markets
• 基本釋義：考慮低碳發電用電的電力市場
• 特點：低碳
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

簡介

當前，整個能源系統如何向低碳能源系統過渡的關鍵是電力系統如何向低碳電力系統過渡與此同時，如果希望其他行業如交通行業也降低碳排放，則需要推廣電動汽車等的套用叫。這樣，總的用電需求將會增加，但總的碳排放可能會增加也可能會降低，這取決於哪一個環節(發電環節或終端電能替代環節)實現的碳減排效果更好。

政府作為碳減排政策的制定者，應更關注碳減排的總量，而不是某個行業或某個環節的碳排放數量。對於中國而言，當前需要特別關注的一個問題是要從系統工程的角度分析測算整個系統的碳排放總量，在此基礎上確定出經濟上可承受的、碳排放總量最低的產能和用能發展規劃和實施計畫，包括低碳發電和低碳用電技術發展規劃與實施計。對於低碳電力系統的政策研究與設計要考慮到電力系統的技術因素及制度因素(制度因素主要包括電力市場模式、結構、規則等方而).。到目前為比，己有包括中國在內的相當多的國家實施了電力市場化改革，在電力市場化改革情況下所要考慮的關鍵技術和制度特徵就是如何設計一個批發電力市場的問題。同樣，如何設計電力批發市場對於能否促進低碳發電的可持續發展具有重要的作用。

電力市場基本類型分析

電力市場設計的關鍵問題之一是所設計的市場模式是否滿足系統安全、高效運行的要求。電力市場設計的另一個關鍵問題是所設計的交易品種和服務定價機制是否能夠反映供電邊際成本，能否基於供電邊際成本來形成市場結清價格。

目前國際上電力市場設計可分成以下3類。

1)第1類電力市場設計是繼續沿用傳統的電力管理體制與模式，即垂直一體化的管理模式，其輸電網不對外開放。例如:美國東南部民營的公共電力公司及西北部公營電力公司均採用此類模式設計。

2)第2類電力市場設計是一種有組織的對沖交易模式設計。這種對沖市場模式設計是基於一個整體區域輸電網系統層而上的市場交易，但是這種對沖市場模式有時也能夠支持單獨的市場交易和形成單獨的發電計畫，而這些單獨的市場交易和發電調度計畫只是與整體系統運行發生部分聯繫，如場外的雙邊交易或其他雙邊契約。這種對沖交易模式在歐洲大部分國家的電力市場中得到了套用。

3)第3類電力市場設計是一種有組織的現貨市場模式設計。這種現貨市場有一個獨立的系統運行管理機構(ISO) , ISO負責發電調度的協調但它不擁有輸電網，而是基於電力系統安全運行的要求來協調(修改)市場實時交易和發電機組實時調度計畫。美國有2/3的電力系統採用這種市場模式。

整合型節點電力市場模式

上述3種基本電力市場模式一定程度上實現了設計的初衷，但在實踐過程中也暴露出預期之外的諸多問題。要實現低碳電力系統，必須開發和套用太陽能發電、風力發電以及需求側管理技術，而這些發電(節電)技術與化石燃料發電技術相比具有完全不同的特徵。因此，這些清潔低碳能源發電如何進入市場，需要對電力市場進行重新考慮和設計。

電力市場必須具備競爭性，從整個國際上看，當前電力市場設計遇到的主要問題是如何符合互聯電網的特徵要求。隨著低碳電力系統的形成，電網互聯規模更加龐大、技術聯繫更加密切、系統反應速度更快、安全運行約束因素更多，這些特徵都將成為低碳電力市場設計所而臨的挑戰。

無論設計何種交易模式，都會而臨外部性影響問題，即一個交易界而上的實際物理潮流與其他交易形成的物理潮流的相互干擾問題。可行的辦法是實施基於安全約束的經濟調度模式，這種經濟調度的總體平衡結果可形成一組市場均衡價格，即節點邊際價格(LMP )。在實施基於安全約束的經濟調度模式以及I,MP機制的情況下，可通過一個現貨市場來解決系統供求不平衡問題。基於I,MP機制所建立的電力市場稱為整合型節點電力市場。

這種整合型節點電力市場模式的一個主要特徵就是它使得節點上的邊際機會成本是顯性的，並且可以根據節點邊際機會成本來確定節點價格，使得節點價格成為市場結算價格。在這種市場模式下，由於要考慮多個節點市場之間的協調，會增加一些成本，但是與人為合併節點所產生的成本相比，所增加的成本要小得多。這一點具有重要的啟示作用。中國對於是建設省級電力市場(節點型電力市場)還是建設統一的大區域電力市場(即主要採用行手段“合併”的節點型電力市場)一直存在爭論。由此可知，國際上未來低碳電力市場模式很可能會以這種“整合型節點電力市場模式”為主，並且己經初步證明，這種市場模式最有利於低碳電力系統的形成。因此，本文將重點分析論證基於這種整合型節點市場模式的低碳發用電技術併網等關鍵問題。

低碳電力市場設計基本問題

隨著低碳電力系統的逐步形成，與之配套的市場平台也隨之發生變化，要求形成能夠適應低碳電力技術發展要求，保障系統供電可靠性以及不斷提高市場效率的新型低碳電力市場模式。

1)併網規則的設計問題分析。發電企業併網規則對於系統中新增發電容量至關重要。在整合型節點電力市場模式下，對於所有併網的發電企業而言，特別是對於那些發電出力波動很大的清潔能源發電併網而言，需要系統增加備用容量或以其他控制手段(措施)保證系統能夠持續安全、可靠地供電。通常情況下，輸電網運行機構要基於電網運行的安全目標來承擔這些相關的投資成本，或者由輸電網運行機構確定發電企業併網的技術條件，這些條件包括技術標準和併網配套設施的投資成本分攤規定等方而。包括可再生和清潔能源發電在內的各種發電企業，希望通過併網來參與電力市場公平競爭與交易，這種發電企業併網激勵產生的預期效益與併網實際成本之間會產生一些差異，因此需要制定相應的規則和實施相應的管制措施以平衡這些差異。

2)智慧型電網及其定價機制的設計問題分析。為了使得智慧型用電系統成功運行，必須使用戶得到一個有效的價格信號，用戶在這個價格信號之下所產生的行為將能夠反映出智慧型用電系統的機會成本。在整合型節點電力市場模式下，能夠使得電網調度機構的行為與用戶的行為相一致。如果所設計出的電力市場模型對於市場價格是抑制的，尤其是抑制終端用戶電價的自然變化，那么對於這樣的電力市場模型就需要附加新的管制規則。

3)發電容量充裕性的設計問題分析。系統供電可靠性標準通常是要保證系統具有一個規定的備用容量水平，以使得當系統中一些設備突發故障以及系統中設備需要正常維修時都能夠保證供電可靠}h}。如何定義和評估基於低碳發電技術的發電容量，如何定義和量度太陽能發電、風電以及負荷管理的“容量”，是一個需要深入研究解決的問題。考慮到風能、太陽能等清潔發電資源的可用率較低，因此很難確定其等效可用發電容量。這將使得未來大引入清潔能源發電之後的容量市場很難設計。雖然中國當前的電力市場尚處於初級階段，沒有相應容量市場的運行，但在未來低碳電力系統條件下，如何設計相應的容量市場是必須要考慮的重要問題。是通過改善稀缺資源定價機制還是通過設計出一個更好的容量市場來解決發電投資激勵問題，仍有待探討。通過改善稀缺資源定價機制既可以改善系統運行效率，也可以通過市場機制來激勵發電投資，一個良好的稀缺資源定價機制可以在容量市場中形成一個合理的稀缺資源付費水平。

4)電力基礎設施投資的問題分析。基礎設施的投資與建設是保證發電容量充裕性的又一項重要工作，基礎設施的投資包括輸電網的擴容投資以及電力系統的技術改造投資。從理論上說，如果受益者願意付費，那么他們就可以自行組織和實施對於輸電網擴容投資與建設的工作，而不需要管制機構來強制進行。在某些情況下，可以由市場成員自身來進行輸電網擴容投資，並且擁有相應的輸電權。但是所遇到的更多的情況是，各個受益者很難協調行動來完成輸電網擴容投資與建設的工作，以保證低碳電力系統的供電可靠性。因此，基於未來低碳電力系統的特徵，應由電網規劃與投資建設決策來引導電源的規劃與投資建設決策。

如何設計出一個合適的電力市場模式，使得既可以基於市場機制來引導輸電網及其應基礎設施的投資，又可以基於管制機制來形成輸電網及其相應基礎設施的投資，對於低碳電力系統條件下的電力市場化改革而言，是一項非常具有挑戰的課題。

清潔能源引入後低碳電力市場設計

風力發電、太陽能發電、潮汐能發電、生物質發電以及具有碳捕捉與封存(CCS)技術的化石燃料發電等一系列的低碳發電技術將對電力系統的運行以及電力市場的運行產生顯著影響。對於提高能效進行投資以及對於負荷管理進行投資將會改變系統的用電負荷模式，而用電負荷模式的改變又將影響發電投資和輸電網投資。低碳電力系統為了滿足以上3個方而的要求，需要逐步形成智慧型電網和智慧型用電支撐平台，而智慧型電網和智慧型用電的出現，將使得系統運行方式和電力市場模式發生明顯的變化。

低碳技術選擇的不確定性問題分析

為逐步形成一個低碳電力系統，要求對於電力市場化改革的方向作出一定調整，尤其是要充分考慮到碳排放的特徵以及電力系統的技術經濟特徵，分析論證建立一個什麼樣的電力市場有利於長期激勵這種技術進步與創新，而這種技術進步與創新對於電力系統的安全運行與可靠供電會產生怎樣的長期性影響，或者對於形成低碳電力系統會產生怎樣的長期性影響。在而臨很大的不確定性情況下，應該由市場來引導技術的選擇，儘可能通過市場信號以及市場的激勵作用來引導技術選擇。

低碳發電技術的投資與運行成本的問題分析

對於剛剛進入市場的新的低碳發用電技術而言，其成本明顯高於常規發電成本。如何解決這些不同低碳發用電技術之間所存在的成本差值，要看低碳發用電技術的高成本是什麼性質的問題以及所設計的市場具有什麼樣的市場結構。如果存在一個碳排放價格，但是這個碳排放價格水平不足以吸引一項低碳發用電技術進入市場，其原因可能有多個:

①與其他發用電技術相比，這些低碳發用電技術的成本太高;②所設計的電力市場中的碳排放價格水平太低;③在所設計的市場中碳排放價格水平是合適的，但是這項新的低碳發用電技術目前的成本使得它沒有市場競爭力，只要通過不斷提高其規模經濟性或者採取其他措施就能夠使得這項低碳發用電技術的成本降低到具有競爭力的水平。

發電出力波動性與系統供電可靠性

對於某些低碳發電技術而言，向系統提供的是波動性很強的發電出力，這種波動性發電出力對於系統的安全運行與可靠供電會帶來顯著的不利影響。這些低碳發電技術所具有的發電出力波動性會形成2個相關但又不同的問題:一是這些低碳發電出力的可用性如何，即當需要它們發電時其發電“可靠性”如何;二是這些發電出力波動明顯的可再生和清潔能源發電機組併網運行與解列的速度如何。理論上基於安全約束的經濟調度將對發電機組的發出力給出一個限制，並且降低電能價格，這樣做可以保留更多的系統備用容量以對付發電出力的波動性問題。然而實施這種整合型節點市場模式，由於違背了“不棄風”的原則，無法充分利用風能資源。基於系統安全運行與可靠供電的目標所形成的發電投資最最佳化應該是低碳發電投資與其他發電方式投資的最優組合，只有這樣才能做到在保證系統安全運行的前提下促使更多的低碳發電進入市場。

清潔能源併網發電所需基礎設施投資

實施一個整合型節點電力市場模式，對於輸電網擴容的潛在效益問題，通過節點價格機制能夠向投資者發出一個明顯的信號。確定輸電網的擴容規模首先必須保證各種發電資源所形成的系統總的最大出力能夠傳輸出去。由此可知，可再生和清潔發電資源在時空分布上的分散性可以降低可再生和清潔能源發電對於電力系統安全運行與可靠供電的負而影響;但也正由於這種時空分布的分散性，使得為可再生和清潔能源發電併網而專門擴建的輸電線路的容量利用率往往很低，線路滿負荷運行時間短。輸電網擴容的投資成本以及由於輸電容量利用率低而產生的附加成本通常都是分攤到那些距離用電負荷中心很遠的低碳發電技術的併網成本中。國內當前正在爭論“陸上風電三峽”的大量風電出力如何送出的問題，希望能夠深入借鑑國際上的經驗教訓。

政策分析

為了更好地適應低碳電力系統的建設和發展，保證低碳電力市場的設計能夠順利運行，從國際上來看需要制定一系列政策來扶持低碳發用電技術的研發與推廣。其中一些政策能夠成為市場機制的有力補充，而另外一些政策，主要是指當前那些試圖將碳排放所形成的外部性影響內部化的政策，可能會與市場機制相牴觸。

碳減排限額方面的政策分析

到目前為比，將碳排放所造成的外部性影響內部化的一個最為有效和最具可操作性的政策就是對於碳排放進行定價(收費)的政策。一般而論，碳排放定價機制應該有儘可能寬的經濟有效性範圍。關於是選擇碳排放稅制度還是選擇碳排放限額交易機制，這是一個非常重要的政策選擇問題，並且由此會產生許多新的問題需要解決。

碳排放指標分配機制的主要評判標準之一是看其能否完全切斷實際發電出力與碳排放指標總體分配間的任何聯繫。在這種情況下，碳排放限額的自由分配使得經濟福利在各市場成員之間發生轉移，但無法降低總的碳排放成本。基於歐洲的實踐，碳排放政策是否正確且可行，起決定性作用的因素是該項政策所確定的碳排放制度的可信度，以及這項碳排放制度未來所而臨的政治風險。只有通過實施一項可持續的政策來保證對碳排放收取足夠的費用，或者說在市場中形成一個碳排放與交易的市場價格機制，才能使得對於低碳發用電技術的投資可以獲利，並且這個碳排放價格水平要定得足夠高，以保證對於低碳技術的投資有一個合理的經濟回報率。

可再生能源併網發電標準的政策分析

從國際上看，對於可再生能源發電併網標準(RES)是側重於使用市場激勵機制還是側重於採用強制性手段，也一直也存在爭論。RES要求選擇可以接受的可再生能源發電技術。電網公司或電力系統運行管理機構與可再生能源發電公司，甚至與用戶之間會存在不同的看法。負責電力系統安全運行與可靠供電的調度機構要將系統安全運行作為首要目標;可再生能源發電公司則希望電網能夠全額收購其發電出力並且收購價格具有吸引力;政府則注重節能減排等方而的環境或者社會效益。只要碳排放限額起了作用，RES就不會形成一個附加的碳減排效益。

清潔能源發電的非經濟性調度問題分析

促進清潔發電進入市場的另外一個方法是，採用強制性手段要求系統調度機構在確定發電機組經濟調度計畫時首先保證清潔能源發電上網，即首先選擇低碳發電技術上網發電。但採用這個方法會遇到一些複雜的問題，因為輸電網的運行特徵與所採用的電力市場模式相互影響，電力系統實際運行的結果到底對於碳排放會產生怎樣的作用也難以預測。有研究提出採用清潔能源發電調度來替代傳統的發電經濟調度，但這種所謂的清潔能源發電調度將會影響所採用的電力市場模式。至於中國的清潔能源發電如何進入市場，需要密切結合基本國情來分析研究。近年來，中國在試點一種“節能發電調度”模式，這個模式如何與經濟調度模式、市場化模式相結合，一直是個問題。當前，低碳電力系統的建設也己提上議事日程，因此不論是節能發電調度，還是清潔能源發電調度，如何與經濟調度和市場運行相結合，都是需要深入研究解決的問題。

長期保護性價格政策分析

所謂長期保護性價格政策，是指要求電力系統調度機構必須以一個被批准的(固定)價格全額收購被批准併網發電的所有低碳發電技術的發電量。這個長期保護性價格政策是一種強制性機制，主要是用行政手段保證低碳電力的成本回收。但是，目前這種結構的長期保護性價格政策會產生一種經濟效率損失，這個經濟效率損失類似於採用清潔能源發電調度所產生的經濟效率損失。實施這個長期保護性價格政策是否能夠保證對於低碳發電的投資穩步提高，目前還沒有定論。可以有一種簡單的方法來替代這個長期保護性價格政策方法，即採用投資稅賦信用與直接經濟補貼相組合的方法，這樣做能夠降低清潔能源發電的投資成本，但不會降低其運行成本。為激勵這些清潔能源發電機組的經濟、高效運行，應基於在實時市場中所投標的發電容量來確定經濟補貼的數量，同時應遵循基於安全約束的經濟調度基本原則。

輸電網投資的政策問題分析

低碳發用電技術進入市場的主要問題之一是如何確定一個合適的輸電網擴容投資模式。對風力發電和太陽能發電，要儘可能採用分散式發電技術，以避免其他影響輸電網安全運行與可靠供電的問題。如果不能夠採用分散式發電技術，即可再生能源資源與用電負荷中心不在一處，那么輸電網的擴容投資必不可少。

要想高效實現清潔能源發電併網，需要確定有多少輸電網的投資成本應通過各種清潔能源發電技術之間的競爭而形成。清潔能源發電到底是採用分散式還是集中併網式，一定要與相應的輸電網擴容投資成本聯繫起來。對於將太陽能發電集中併網送到遠方的用電負荷中心的方案，或是在用電負荷中心直接安裝屋頂太陽能發電的方案，前者需要輸電網擴容投資但太陽能發電本身的成本可能較低，而後者基本上不需要輸電網擴容投資但太陽能發電本身成本會高一些。另外，各種可再生能源發電方式可以相互替代，因此就有一個最最佳化選擇問題。而輸電網投資模式以及輸電網投資成本的分攤模式對於可再生能源發電的最最佳化選擇會產生重要影響。

中國己確定了8個千萬千瓦級以上的風電基地，如何配置相應的輸電網投資是全社會關注的問題。希望上述政策分析對於決策者有所啟示。

展望

目前，中國正處於電力市場改革和電力工業低碳轉型的關鍵時期。基於這一特殊背景，探討了如何綜合考慮電力系統運行特性，充分發揮電力市場機制的作用，將低碳電力技術和清潔能源資源最佳化整合到現有市場體系中。低碳電力系統和低碳電力市場的形成和發展需要重新審視基礎設施投資決策、新興能源併網發電、清潔能源市場準入、電力市場價格形成等環節的原則和標準。從併網規則、定價機制、發電容量、基礎設施投資等4個方而分析低碳電力市場設計所要解決的基本問題;揭示了低碳電力市場建設與政策制定的互補作用機理，提出了發展低碳電力市場的相關政策建議。希望能為政策制定者和相關部門提供新的思路，為促進中國電力工業的低碳發展提供一定的借鑑和啟示。