《风能》专栏|陈皓勇：破解“能源不可能三角”——欧洲能源危机应对及其启示
《风能》专栏|陈皓勇：破解“能源不可能三角”——欧洲能源危机应对及其启示
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可再生能源可以对欧盟的能源价格产生积极影响，而可再生能源的更快开发利用有助于化石燃料的淘汰和能源供应的安全。 -
确保基本能源需求的满足（包括在危机期间），是除能效措施和公共政策外，市场规则能够发挥作用的关键目标。 -
依托能量网络的能量传输与转换、信息网络的信息传递与控制决策，价值网络是新型能源体系蓬勃发展的关键因素。 -
电能商品交割是基于电网进行的，合理的输配电价定价机制是公平开展电力交易的前提，是有效监管输配电资产的保障。
近两年，欧洲电价明显高于过去几十年的水平，对经济发展和人民生活造成了严重影响。 2021 年夏季，俄罗斯减少对欧洲的能源供应，而随着放宽新冠肺炎疫情限制措施后世界经济的逐渐回升，能源价格开始迅速上涨。俄乌冲突爆发后，俄罗斯向欧盟的天然气输送量大幅下降，天然气供应中断加剧，德国、英国等国家则决定停止进口俄罗斯天然气、煤炭和石油，进一步推高了能源价格。
俄乌冲突加快欧盟能源转型进程。在应对这场危机时，欧盟的目标是确保消费者现在和将来都可以从可持续和可再生资源中获得负担得起的和安全的能源供应。市场机制需要能够支持这些目标的实现，并在必要时进行调整和改进，以适应电源结构中可再生能源的快速增长。
欧盟的电力市场设计方案提供了一个高效、整合良好的市场，使各国可以在正常市场环境下获得统一能源市场的经济利益，确保供应安全，增加社会经济福利，并推动脱碳过程。跨境协调，确保电力系统更安全、更可靠、更高效地运行。在2022年4月发布的报告中，欧盟能源监管合作机构（ACER）估计，2021年欧洲消费者从跨境电力交易中获得的收益约为340亿欧元（约合人民币2668.6亿元），得益于在国内生产不足或成本更高时允许从邻国输入更便宜的电力，或通过为能源生产者提供更大的市场来跨境销售他们的产品，从而避免减少发电量。整合良好的能源市场继续吸引足够规模的私人投资，也是“欧洲绿色协议”（European
Green Deal）目标和到2050年向气候中性经济过渡的重要推动因素。
然而，在导致电价持续高位波动的危机中，从经济和社会角度来看，欧盟电力市场在提供社会可接受的结果方面显现出某些缺陷。尽管可再生能源在能源结构中所占的份额越来越大，但消费者（包括大型工业、中小企业和家庭）面临不可持续的高电费，这在一定程度上与化石燃料（尤其是天然气）的价格直接相关。目前，保护大型工业、中小企业和家庭免受高昂和剧烈波动电价影响的工具已被证明存在局限性。
此外，由于能源危机，生产成本低的发电商（“非边际发电商”，包括可再生能源、核能发电商等）获得了意想不到的超额利润，而他们的最低盈利能力往往受到政策保护。此外，随着低生产成本发电所占比例的增加，以及这些技术更频繁地参与定价，又可能带来市场无法提供可预测的投资回报的风险。这或将对投资额外清洁能源发电和灵活性资源的激励措施产生寒蝉效应。因此，确保对电力市场设计的任何监管干预都能够保障投资积极性是至关重要的。
在此背景下，必须考虑哪些政策变化可以最大限度确保脱碳带来的好处能够惠及大型工业消费者、中小企业和家庭等消费者。这要求允许消费者以反映其实际生产成本的价格获得清洁能源电力，同时确保在电价被天然气等昂贵技术推高时能够采取必要的需求响应措施。
当前，欧洲的能源危机即所谓“能源不可能三角”（energy trilemma）的体现。“能源不可能三角”有多种不同的解释，但总体内涵大同小异，也就是任何一种能源都不可能做到既供给充足，又价格便宜，还清洁环保，或能源安全、能源平等、环境可持续性不可能同时实现。为应对当前的能源危机，欧盟拟采取一系列改革措施。
欧盟破解“能源不可能三角”的改革方案
一、激励和加快可再生能源的开发利用
2022年5月18日，欧盟正式公布了名为“REPowerEU”的能源计划，涉及随后5年内高达2100亿欧元的资金规模，包括增加可再生能源和液化天然气进口，降低能源需求，从而达到减少对俄罗斯能源依赖、加快转向绿色能源的目的。通过“REPowerEU”计划，欧盟委员会提出了一系列支持可再生能源加速部署和推进能源系统整合的举措。其中，包括到2030年将可再生能源占比目标提高到45%的提议，通过修改立法简化可再生能源项目许可或加快在建筑物中安装太阳能光伏的义务。持续的能源危机要求加速欧洲在“REPowerEU”计划中提出的清洁能源转型。加快可再生能源的开发利用和终端用能电气化对于最终结束当前的紧急情况是必要的，因为它们将立即和结构性地减少对化石燃料的依赖，且有助于电力、供暖和制冷、工业与交通部门实现脱碳目标。由于运行成本低，可再生能源可以对整个欧盟的能源价格产生积极影响。此外，可再生能源的更快开发利用将有助于化石燃料的淘汰和能源供应的安全。在此背景下，市场机制应该利用数字化的优势，促进消费者共同投资和共享可再生能源，并提供需求响应以规避价格高峰，为他们带来直接利益，并降低整个系统的价格。欧盟委员会认为，有必要加快对可再生能源的投资，这是即将到来的市场改革最重要的指导原则之一。
二、根据真实生产成本为非边际技术定价
欧盟改革的主要目标之一是让消费者更好地获得成本更低的可再生能源和其他类型的非边际发电机组（如核电）的电力，并在更长的时间内提供更稳定的价格。与此同时，发电商的收入将更密切地反映他们的具体生产成本，并减少对日前市场短期边际价格的依赖，后者由满足负荷需求的最后一台最昂贵的机组（通常是天然气机组）的价格决定。对于进入市场的新非边际发电技术，实现这一目标的一种可能方法是使用不同回报结构的长期合同，具体则取决于相关投资是否获得公众支持。
在市场条件下进行投资，长期购电协议（PPA）有助于确保项目收入的长期稳定，而不受日前市场短期价格的影响。因此，将激励发电商、供应商及工业和非工业消费者签订此类购电协议，并加强远期市场的流动性。双向差价合约（CfD）同样可用于减少高电价对消费者的影响。这些长期回报机制还将提供足够稳定和可预测的收入来源，以激励必要的投资。此外，作为2022年10月6日欧洲理事会第2022/1854号条例的一部分，对于非边际发电机组的收入限制措施已经开始暂时实施。
三、减少天然气对于短期市场的影响
非边际发电技术的新收入结构，可能会改变基于边际定价的短期市场。
这些市场将在继续确保供需实时平衡、始终使用最便宜的可用电力来满足需求、促进跨境流动和市场耦合运作等方面发挥作用，同时避免影响到所有发电商的收入。鉴于可再生能源发电占比的不断提高，短期市场的作用将变得越来越重要。
改革方案将涵盖如何改善诸如需求响应和储能等灵活性资源在短期市场上的竞争，这可能有助于减少天然气发电在短期市场作为灵活性的来源。随着时间的推移，将逐步淘汰天然气发电以符合欧盟的脱碳目标。
四、对于消费者的保护措施
能源危机对消费者造成了沉重打击，尤其是能源贫困和弱势群体已经在为满足基本能源需求而挣扎。确保基本能源需求的满足（包括在危机期间），是除能效措施和公共政策外，市场规则能够发挥作用的关键目标。这场危机还打击了工业和服务业，增加了用能成本，尤其是对于能源密集型行业来说，这导致了产能减少，甚至临时或永久性停业和裁员。
改革将涵盖当前紧急情况下价格管制的不同方案选择，从而确保在紧急情况下以合理的价格为某些消费者提供最低水平的电力供应。清洁能源一揽子计划包含许多条款，可以帮助消费者控制他们的消费、管理预算、从可再生能源获取低成本电力⸺_包括自发自用。全面有效地实行这些改革措施，将有助于缓解持续的危机和提高韧性。改革将研究一些可能的立法修改，以更好地赋权和保护家庭与工业用户，如利用数字化技术让消费者成为产消者来实现能源共享。
此外，欧盟将采取措施提高市场透明度、监管能力和完整性。“Regulation（EU）1227/2011 on wholesale market integrity and transparency”（REMIT）是欧盟关于能源市场完整性和透明度的规定，于2011年生效。它为欧盟电力市场提供了一个统一的监管框架。在新的背景下，REMIT将与时俱进，提高透明度、监管能力，以支持新的电力市场设计方案。
欧盟改革措施对我国能源发展的启示
欧盟的改革措施对我国能源发展和破解“能源不可能三角”带来了积极的启示。
一、构建“能量-信息-价值”协同与融合的新型能源体系
随着新型电力系统、综合能源、电力电子和数字化等技术的发展与应用，新型能源体系将呈现出如图1所示的“能量-信息-价值”三层网络架构的形态。
图1 新型能源体系的三层网络结构
电能作为一种清洁、方便且容易传输、转换和控制的能量形态，在能源转型中处于中心环节，其他能量形式通常需要转换为电能，并相互耦合在一起。电力与其他各类型能源的生产、传输与使用往往需要通过各种类型的网络来进行，如电网、热网、燃气网等。由于本质上这些网络传递的都是能量，只是能量的表现形式不同，因此，可以将之统称为能量网络。能量网络之间存在着能量耦合，不同的能量网络之间必然存在通过能量转换设备（燃气轮机、发电机、空调等）进行的不同能量形式的转换，并遵循严格的物理学规律。
除传统有线、无线通信技术外，近年来，随着5G、WiFi6、LPWAN（低功耗广域网）、HPLC（高速电力线载波通信）等新型通信技术的普及，在物理层面的能量网络之上，新型电力系统又建立了可实现信息处理、运行优化和实时控制的信息网络。由于大规模可再生能源的接入，电源侧的随机性与波动性日益增强，储能和需求侧响应的广泛参与成为新型电力系统运行的必要手段，也使得新型能源体系更趋复杂。新型能源体系包含的种类繁多的分布式资源的协同控制，离不开高可靠性、高效率的信息网络的支持。
在传统电力系统中，大型集中式发电厂生产电能并经由多级变压器与输配电线路进行输送。与之相对的是相对简单的电力产业链形态，即传统发电商集合竞价、购电商批发购电（或由电网统购统销）、用户按合同（或相关规定）缴纳电费。然而，随着可再生能源的不断接入、分布式储能的建设与投运，在新型电力系统中，传统的集中化交易的市场将逐步转变为多层级耦合、多交易品种协同的复杂开放性市场，还与供热市场、一次能源市场相耦合。新型能源体系的价值传递将从原来的简单流向变得复杂多样。依托能量网络层面的能量传输与转换、信息网络层面的信息传递与控制决策，由价值规律主导的价值网络是新型能源体系得以蓬勃发展的关键因素。
二、构建“价值-价格”相匹配的价格与市场机制
市场机制可以概括为“供需决定价格，价格引导供需”，电价形成机制是电力市场建设的关键。目前，各国电力现货市场的设计依然建立在传统电力系统经济调度（最优潮流）和边际定价的理论基础之上。在实际中，传统现货市场或多或少都出过问题：（1）现货市场价格变化剧烈，给市场主体带来很大的财务风险，需要另外引入金融交易等避险措施；（2）大多数电力用户并无能力（或无意愿）对快速变化的现货价格作出响应，需要倚赖售电公司将批发市场的现货价格转化为简单的购电套餐，未达到通过实时电价增强供需方互动的理论设计目标，也导致电改红利被售电公司等中间商截留，传导不到用户侧，违背了电改的初衷；（3）现货价格不能完全覆盖固定成本，导致发电投资容量不足，需要另设容量市场；（4）在可再生能源大规模接入的背景下，现货价格偏低甚至成为负值，无法保证常规能源机组的合理收益，等等。因此，在能源转型和可再生能源大规模接入的背景下，传统电力现货市场理论逐渐引起各方质疑。当前的全球能源危机所导致的电力市场问题进一步加深了这种质疑，已越出电力市场专业领域而引起各方的广泛关注。欧盟的电力市场“再改革”方案即与此有关。
电能商品交割是基于电网进行的，合理的输配电价定价机制是电力交易能够公平开展的前提，是有效监管输配电资产的保障。由于经济环境、地域位置、文化和政治各异，各国制定电价的方法并不相同，典型的输配电定价方法有邮票法、兆瓦公里法、边际潮流法、合同路径法等。当下，会计成本定价方法是我国采用的主要电价制定方法。在推进能源革命的背景下，目前的输配电定价方法存在准许成本核定困难、不同类型用户之间交叉补贴、无法理清各个环节输配电价成本的问题，阻碍了有效监管机制的实施，导致输配电价无法有效引导电网的有效投资。面对新型能源体系建设，需要进一步研究输配电网成本的合理分摊方法，解决输配电价存在的交叉补贴问题，提出适合我国国情的输配电定价方案，提高电网公司的运营效率。
价值规律是市场经济的基本规律。商品价格受供求关系的影响，围绕价值上下波动，是价值规律的表现形式。西方古典政治经济学创立者亚当·斯密在《国富论》一书的第1篇第7章《论商品的自然价格和市场价格》中，论述了自然价格与市场价格的关系，指出市场价格会受供求影响而上下波动，但自然价格起着“中心价格”的作用。各种意外的因素会将商品的市场价格抬到自然价格以上或强抑到自然价格之下，但不管有什么障碍，市场价格终究会趋向于接近自然价格。亚当·斯密所说的自然价格，即本文所说的价值。对于价值或自然价格的不同认识形成了不同的经济学流派。电力市场是独一无二的人为设计的市场，是人类创造的新生事物，必须回归经济学的理论源头，并结合新型电力系统的技术特点进行深入思考和研究，才能找到可行的市场化改革之路。
为应对气候变化，全球已有130多个国家和地区提出了碳中和目标，它的关键在于能源转型，而新型电力系统是实现能源转型的重要载体。新型电力系统及与之耦合的能源系统是一个大规模、随机性、混杂性、分布式、网络化的复杂系统。其建模、分析、优化与控制属于典型的多学科交叉问题，涉及电力系统、电力电子、热能动力、优化与控制、信息与通信、经济管理、人工智能等学科。实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革，需要在新型电力系统基础理论与方法方面开展“从0到1”的原始创新，并紧密结合工程应用开展研究。2021年诺贝尔物理学奖被授予“对我们理解复杂系统的开创性贡献”。其中的一半授予真锅淑郎（Syukuro Manabe）和克劳斯·阿塞尔曼（Klaus Hasselmann），以表彰他们“对地球气候的物理建模、量化可变性和可靠地预测全球变暖”的贡献。复杂系统理论正是理解新型能源体系及其相关经济、社会、环境等系统的“钥匙”，如能进一步加以研究和应用，必可为破解“能源不可能三角”提供全新的思路和方法。 CWEA
可再生能源时代的电力市场与数字化专题
来源 |《风能》杂志
作者 |《风能》杂志特约评论员 张树伟
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