低碳电力市场设计与政策分析

　　摘要：低碳电力系统的可持续发展需要市场机制和相关政策的引导和支持。分析了电力市场的基本类型和整合型节点市场模式的基本特点；从并网规则、定价机制、发电容量、基础设施投资等４个方面阐述了低碳电力市场设计所要解决的基本问题；考虑引入清洁电力发电并网对低碳电力市场设计提出的客观要求，分析了低碳技术选择、系统运行、供电可靠性和基础设施投资等４个方面低碳电力市场设计的关键问题；从碳减排限额、并网标准、清洁电力调度、长期性保护价格、输电网投资等方面作出了政策分析，揭示了市场机制与低碳电力政策之间的相互作用关系。

　　关键词：低碳电力系统；市场设计；清洁能源并网；政策分析；智能电网

　　０、引言

　　当前，整个能源系统如何向低碳能源系统过渡的关键是电力系统如何向低碳电力系统过渡。与此同时，如果希望其他行业如交通行业也降低碳排放，则需要推广电动汽车等的应用。这样，总的用电需求将会增加，但总的碳排放可能会增加也可能会降低，这取决于哪一个环节（发电环节或终端电能替代环节）实现的碳减排效果更好。政府作为碳减排政策的制定者，应更关注碳减排的总量，而不是某个行业或某个环节的碳排放数量。对于中国而言，当前需要特别关注的一个问题是要从系统工程的角度分析测算整个系统的碳排放总量，在此基础上确定出经济上可承受的、碳排放总量最低的产能和用能发展规划和实施计划，包括低碳发电和低碳用电技术发展规划与实施计划。

　　对于低碳电力系统的政策研究与设计要考虑到电力系统的技术因素及制度因素（制度因素主要包括电力市场模式、结构、规则等方面）。到目前为止，已有包括中国在内的相当多的国家实施了电力市场化改革，在电力市场化改革情况下所要考虑的关键技术和制度特征就是如何设计一个批发电力市场的问题。同样，如何设计电力批发市场对于能否促进低碳发电的可持续发展具有重要的作用。本文重点研究和设计低碳经济环境下的电能批发市场，揭示市场机制与低碳电力政策之间的相互影响作用。

　　１、低碳电力市场设计基本问题

　　１．１电力市场基本类型分析

　　电力市场设计的关键问题之一是所设计的市场模式是否满足系统安全、高效运行的要求。电力市场设计的另一个关键问题是所设计的交易品种和服务定价机制是否能够反映供电边际成本，能否基于供电边际成本来形成市场结清价格。

　　目前国际上电力市场设计可分成以下３类。

　　１）第１类电力市场设计是继续沿用传统的电力管理体制与模式，即垂直一体化的管理模式，其输电网不对外开放。例如：美国东南部民营的公共电力公司及西北部公营电力公司均采用此类模式设计。

　　２）第２类电力市场设计是一种有组织的对冲交易模式设计。这种对冲市场模式设计是基于一个整体区域输电网系统层面上的市场交易，但是这种对冲市场模式有时也能够支持单独的市场交易和形成单独的发电计划，而这些单独的市场交易和发电调度计划只是与整体系统运行发生部分联系，如场外的双边交易或其他双边合同。这种对冲交易模式在欧洲大部分国家的电力市场中得到了应用。

　　３）第３类电力市场设计是一种有组织的现货市场模式设计。这种现货市场有一个独立的系统运行管理机构（ＩＳＯ），ＩＳＯ负责发电调度的协调但它不拥有输电网，而是基于电力系统安全运行的要求来协调（修改）市场实时交易和发电机组实时调度计划。美国有２／３的电力系统采用这种市场模式。

　　１．２整合型节点电力市场模式

　　上述３种基本电力市场模式一定程度上实现了设计的初衷，但在实践过程中也暴露出预期之外的诸多问题。要实现低碳电力系统，必须开发和应用太阳能发电、风力发电以及需求侧管理技术，而这些发电（节电）技术与化石燃料发电技术相比具有完全不同的特征。因此，这些清洁低碳能源发电如何进入市场，需要对电力市场进行重新考虑和设计。电力市场必须具备竞争性，从整个国际上看，当前电力市场设计遇到的主要问题是如何符合互联电网的特征要求。随着低碳电力系统的形成，电网互联规模更加庞大、技术联系更加密切、系统反应速度更快、安全运行约束因素更多，这些特征都将成为低碳电力市场设计所面临的挑战。

　　无论设计何种交易模式，都会面临外部性影响问题，即一个交易界面上的实际物理潮流与其他交易形成的物理潮流的相互干扰问题。可行的办法是实施基于安全约束的经济调度模式，这种经济调度的总体平衡结果可形成一组市场均衡价格，即节点边际价格（ＬＭＰ）。在实施基于安全约束的经济调度模式以及ＬＭＰ机制的情况下，可通过一个现货市场来解决系统供求不平衡问题。基于ＬＭＰ机制所建立的电力市场称为整合型节点电力市场。

　　这种整合型节点电力市场模式的一个主要特征就是它使得节点上的边际机会成本是显性的，并且可以根据节点边际机会成本来确定节点价格，使得节点价格成为市场结算价格。在这种市场模式下，由于要考虑多个节点市场之间的协调，会增加一些成本，但是与人为合并节点所产生的成本相比，所增加的成本要小得多。这一点具有重要的启示作用。中国对于是建设省级电力市场（节点型电力市场）还是建设统一的大区域电力市场（即主要采用行政手段“合并”的节点型电力市场）一直存在争论。由此可知，国际上未来低碳电力市场模式很可能会以这种“整合型节点电力市场模式”为主，并且已经初步证明，这种市场模式最有利于低碳电力系统的形成。因此，本文将重点分析论证基于这种整合型节点市场模式的低碳发用电技术并网等关键问题。

　　１．３低碳电力市场设计基本问题

　　随着低碳电力系统的逐步形成，与之配套的市场平台也随之发生变化，要求形成能够适应低碳电力技术发展要求，保障系统供电可靠性以及不断提高市场效率的新型低碳电力市场模式。

　　１）并网规则的设计问题分析。发电企业并网规则对于系统中新增发电容量至关重要。在整合型节点电力市场模式下，对于所有并网的发电企业而言，特别是对于那些发电出力波动很大的清洁能源发电并网而言，需要系统增加备用容量或以其他控制手段（措施）保证系统能够持续安全、可靠地供电。通常情况下，输电网运行机构要基于电网运行的安全目标来承担这些相关的投资成本，或者由输电网运行机构确定发电企业并网的技术条件，这些条件包括技术标准和并网配套设施的投资成本分摊规定等方面。包括可再生和清洁能源发电在内的各种发电企业，希望通过并网来参与电力市场公平竞争与交易，这种发电企业并网激励产生的预期效益与并网实际成本之间会产生一些差异，因此需要制定相应的规则和实施相应的管制措施以平衡这些差异。

　　２）智能电网及其定价机制的设计问题分析。为了使得智能用电系统成功运行，必须使用户得到一个有效的价格信号，用户在这个价格信号之下所产生的行为将能够反映出智能用电系统的机会成本。在整合型节点电力市场模式下，能够使得电网调度机构的行为与用户的行为相一致。如果所设计出的电力市场模型对于市场价格是抑制的，尤其是抑制终端用户电价的自然变化，那么对于这样的电力市场模型就需要附加新的管制规则。

　　３）发电容量充裕性的设计问题分析。系统供电可靠性标准通常是要保证系统具有一个规定的备用容量水平，以使得当系统中一些设备突发故障以及系统中设备需要正常维修时都能够保证供电可靠性。如何定义和评估基于低碳发电技术的发电容量，如何定义和量度太阳能发电、风电以及负荷管理的“容量”，是一个需要深入研究解决的问题。考虑到风能、太阳能等清洁发电资源的可用率较低，因此很难确定其等效可用发电容量。这将使得未来大量引入清洁能源发电之后的容量市场很难设计。虽然中国当前的电力市场尚处于初级阶段，没有相应容量市场的运行，但在未来低碳电力系统条件下，如何设计相应的容量市场是必须要考虑的重要问题。是通过改善稀缺资源定价机制还是通过设计出一个更好的容量市场来解决发电投资激励问题，仍有待探讨。通过改善稀缺资源定价机制既可以改善系统运行效率，也可以通过市场机制来激励发电投资，一个良好的稀缺资源定价机制可以在容量市场中形成一个合理的稀缺资源付费水平。

　　４）电力基础设施投资的问题分析。基础设施的投资与建设是保证发电容量充裕性的又一项重要工作，基础设施的投资包括输电网的扩容投资以及电力系统的技术改造投资。从理论上说，如果受益者愿意付费，那么他们就可以自行组织和实施对于输电网扩容投资与建设的工作，而不需要管制机构来强制进行。在某些情况下，可以由市场成员自身来进行输电网扩容投资，并且拥有相应的输电权。但是所遇到的更多的情况是，各个受益者很难协调行动来完成输电网扩容投资与建设的工作，以保证低碳电力系统的供电可靠性。因此，基于未来低碳电力系统的特征，应由电网规划与投资建设决策来引导电源的规划与投资建设决策。

　　如何设计出一个合适的电力市场模式，使得既可以基于市场机制来引导输电网及其相应基础设施的投资，又可以基于管制机制来形成输电网及其相应基础设施的投资，对于低碳电力系统条件下的电力市场化改革而言，是一项非常具有挑战的课题。

　　２、引入清洁能源发电后低碳电力市场设计的关键问题

　　风力发电、太阳能发电、潮汐能发电、生物质发电以及具有碳捕捉与封存（ＣＣＳ）技术的化石燃料发电等一系列的低碳发电技术将对电力系统的运行以及电力市场的运行产生显著影响。对于提高能效进行投资以及对于负荷管理进行投资将会改变系统的用电负荷模式，而用电负荷模式的改变又将影响发电投资和输电网投资。低碳电力系统为了满足以上３个方面的要求，需要逐步形成智能电网和智能用电支撑平台，而智能电网和智能用电的出现，将使得系统运行方式和电力市场模式发生明显的变化。

　　２．１低碳技术选择的不确定性问题分析

　　为逐步形成一个低碳电力系统，要求对于电力市场化改革的方向作出一定调整，尤其是要充分考虑到碳排放的特征以及电力系统的技术经济特征，分析论证建立一个什么样的电力市场有利于长期激励这种技术进步与创新，而这种技术进步与创新对于电力系统的安全运行与可靠供电会产生怎样的长期性影响，或者对于形成低碳电力系统会产生怎样的长期性影响。在面临很大的不确定性情况下，应该由市场来引导技术的选择，尽可能通过市场信号以及市场的激励作用来引导技术选择。

　　２．２低碳发电技术的投资与运行成本的问题分析

　　对于刚刚进入市场的新的低碳发用电技术而言，其成本明显高于常规发电成本。如何解决这些不同低碳发用电技术之间所存在的成本差值，要看低碳发用电技术的高成本是什么性质的问题以及所设计的市场具有什么样的市场结构。如果存在一个碳排放价格，但是这个碳排放价格水平不足以吸引一项低碳发用电技术进入市场，其原因可能有多个：

　　①与其他发用电技术相比，这些低碳发用电技术的成本太高；②所设计的电力市场中的碳排放价格水平太低；③在所设计的市场中碳排放价格水平是合适的，但是这项新的低碳发用电技术目前的成本使得它没有市场竞争力，只要通过不断提高其规模经济性或者采取其他措施就能够使得这项低碳发用电技术的成本降低到具有竞争力的水平。