繼湖南、浙江等省出現(xiàn)“拉閘限電”之后，美國得州大停電徹底刷屏，正值“30·60”雙碳目標(biāo)啟動之際，在新能源大發(fā)展以及電力市場改革不斷深化的當(dāng)口，“缺電”又成為全社會的隱憂。如何在保障電力供應(yīng)充裕的同時，實(shí)現(xiàn)能源綠色轉(zhuǎn)型目標(biāo)，一時眾說紛紜。促進(jìn)不同電源均衡發(fā)展，保證合理的電力供應(yīng)充裕度，是當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型和市場改革需要重點(diǎn)考慮的問題。


（一）美國得州的極端天氣大停電

近期，美國得克薩斯州經(jīng)歷百年一遇的暴雪天氣侵襲，最低溫度達(dá)到-26℃，引發(fā)用電新高，但嚴(yán)寒也導(dǎo)致天然氣管道冰堵，因燃料供應(yīng)不足導(dǎo)致占得州40％以上裝機(jī)的天然氣機(jī)組出力受限嚴(yán)重，很大比例的風(fēng)電和煤電也因受凍不能發(fā)電，全州發(fā)生大范圍停電。

每次大停電都是革新電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與體制的契機(jī)，而在導(dǎo)致得州大停電的眾多原因當(dāng)中，已有很多專家進(jìn)行了詳細(xì)分析，也指出歸因于可再生能源的發(fā)展缺乏邏輯，畢竟在極端情況下指望間歇性能源來提供容量支撐，就像天塌了希望矮個子去頂一樣純屬奢望。毫無疑問，得州大停電罪魁是極端天氣導(dǎo)致的發(fā)電設(shè)備大面積故障和負(fù)荷需求高漲，同時得州電網(wǎng)與外部弱聯(lián)系無法獲得有效支援，缺少天然氣儲備等問題也被關(guān)注。

事實(shí)上，天氣突變造成電價飆升在得州屢有發(fā)生，很重要的原因在于得州實(shí)行的稀缺電價機(jī)制。在體現(xiàn)電力供應(yīng)稀缺度方面，得州沒有容量市場，電廠容量價值體現(xiàn)在現(xiàn)貨市場的稀缺價格上，電能量市場價格上限為9000美元/(MW·h)，稀缺價格不僅包括發(fā)電主體的報價，還包括備用價格增量、可靠性價格增量。其中，備用價格增量為價格上限與失負(fù)荷概率的乘積，失負(fù)荷概率確定方法為，假定近3年超短期負(fù)荷預(yù)測與實(shí)際負(fù)荷偏差擬合成的預(yù)測均值為M，標(biāo)準(zhǔn)差為Sd，備用容量為R；當(dāng)R<m時，失負(fù)荷概率取值為100%；否則，為單位正態(tài)分布在（R-M）/Sd右邊的積分。（參考喻蕓 荊朝霞：美國得州電價飆升背后的市場設(shè)計）

該機(jī)制能有效體現(xiàn)備用容量的稀缺性，即如果發(fā)電不足的情況下，用戶需要承受高電價，而由高電價收益驅(qū)動市場主體投資新建電廠，實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的充裕度。通過正態(tài)函數(shù)來確定失負(fù)荷概率，體現(xiàn)了在電力供應(yīng)充裕度（電力投資成本）和電力短期缺乏之間做均衡的概率思維，多數(shù)時候是一種行之有效的方法。但也存在一定的問題，該機(jī)制人為設(shè)定失負(fù)荷概率為正態(tài)分布，其在右端快速趨零（如保證1%失負(fù)荷概率，備用需求也僅為平均負(fù)荷預(yù)測偏差的3.3倍），實(shí)際上備用需求不只會由負(fù)荷預(yù)計偏差導(dǎo)致，發(fā)電側(cè)不可預(yù)測因素同樣重要，隨著天氣變化、節(jié)假日等諸多不可預(yù)測因素存在，備用需求偏差存在較大的厚尾分布，這是導(dǎo)致充裕度不足的數(shù)學(xué)原因。同時，將稀缺電價作為主要的市場機(jī)制，由于電力供應(yīng)公共服務(wù)特性，在發(fā)揮作用的時候，往往會引起社會公眾的廣泛質(zhì)疑。


具體到此次得州大停電，實(shí)際上發(fā)生了一個按照得州電力系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來說，概率非常小的非典型樣本，而其導(dǎo)致的損失卻極大。而隨著全球氣候變遷，極端天氣頻發(fā)，預(yù)先設(shè)定的概率曲線有明顯偏差，得州價格稀缺機(jī)制下的氣候風(fēng)險巨大。

如果該極端情況發(fā)生在中國，停電是否能避免呢？答案并不那么肯定，在我國現(xiàn)行的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則中，根據(jù)第三級安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，如果發(fā)生失去大容量發(fā)電廠、新能源大規(guī)模脫網(wǎng)等情況導(dǎo)致穩(wěn)定破壞時，只要求做到電網(wǎng)能采取各種措施，避免造成長時間大面積停電，并使電力系統(tǒng)盡快恢復(fù)正常運(yùn)行，換句話說是允許一定范圍、一定時段的停電發(fā)生。原因也在于經(jīng)濟(jì)性和安全性之間需要做權(quán)衡，通過強(qiáng)化投資應(yīng)對包括極端氣候在內(nèi)的不可預(yù)測因素是一個無底洞。

（二）湖南拉閘限電

1.湖南拉閘限電原因分析

與美國得州的非典型樣本相比，發(fā)生在湖南的拉閘限電則反映了典型的電源充裕度問題。2020年12月，受全國范圍內(nèi)寒潮影響，湖南提早一個月入冬，加上復(fù)工復(fù)產(chǎn)，湖南全省最大負(fù)荷達(dá)到3100萬千瓦，超過冬季的歷史記錄（仍低于夏季高峰），日最大用電量超過6億千瓦時，同比增長14%。而受燃煤減少、水庫缺水、風(fēng)力發(fā)電受冰凍影響無法有效發(fā)電以及外來電減少等影響，電力供應(yīng)存在較大缺口，不得已全省啟動分時段限電措施。

幾乎同時，浙江、內(nèi)蒙、江西等地由于“雙控目標(biāo)”、氣溫下降、生產(chǎn)恢復(fù)等不同原因，發(fā)生電力緊缺而限電的情況。“缺電”又回到了公眾的視野，由于2021年生產(chǎn)恢復(fù)預(yù)期加強(qiáng)，社會對于“缺電”的擔(dān)憂更加明顯。從宏觀數(shù)據(jù)來看，至2020年底，我國電源裝機(jī)與年最大負(fù)荷比超過2:1，似乎電力供應(yīng)非常充裕，但風(fēng)電、光伏裝機(jī)比例快速攀升，帶來了結(jié)構(gòu)不平衡問題：一方面是大部分時段電力供過于求，火電壓出力問題更加尖銳，特別是新能源大發(fā)時現(xiàn)貨市場出清價格接近于0；另一方面是負(fù)荷尖峰疊加可再生能源（水、風(fēng)、光）小發(fā)方式下，電力供應(yīng)嚴(yán)重不足。

以湖南為例，其電源結(jié)構(gòu)示意圖如下。湖南省水電占比較高且承擔(dān)基荷，火電機(jī)組作為主要的調(diào)節(jié)性電源，長年發(fā)電小時不足，作為內(nèi)陸省份煤炭運(yùn)入困難，火電發(fā)電成本較高，導(dǎo)致火電企業(yè)投資與發(fā)電意愿不足。另外，湖南屬于電源受端省份，外來電也是其電力平衡的主要因素。從總量看，湖南省裝機(jī)比上最大負(fù)荷仍在1.7倍左右（考慮外來電），具備電力平衡的基本條件，但具有調(diào)節(jié)能力的常規(guī)電源與最大負(fù)荷之比嚴(yán)重低于全國平均水平，在冬季嚴(yán)寒情況下，水電缺水、新能源又不足為恃時，電力供應(yīng)充裕度受到挑戰(zhàn)，“拉閘限電”便不可避免了。


2.我國電源結(jié)構(gòu)性矛盾

2020年，我國新能源總裝機(jī)取得突破性進(jìn)展，全年新增裝機(jī)約1.2億千瓦，截至年底新能源裝機(jī)達(dá)到5.3億千瓦，比例超過24%，火電裝機(jī)比例降低到50%。


雖然我國風(fēng)電、太陽能裝機(jī)占比仍低于歐洲，但在電源調(diào)節(jié)能力方面卻明顯弱于歐洲，主要原因有：

（1）常規(guī)水電調(diào)節(jié)能力較差。我國雖然有3億多千瓦的常規(guī)水電，但整體庫容量小、我國來水季節(jié)性明顯、大水電基地多級水電考慮梯級調(diào)度開機(jī)相關(guān)性大等原因，導(dǎo)致我國水電調(diào)峰能力較差。自身水電出力較小，同時華中電網(wǎng)水電整體發(fā)電偏低同時發(fā)生，是湖南冬季時段缺電的主要原因。

（2）抽水蓄能、氣電等靈活性電源比例較低。我國抽蓄、氣電總裝機(jī)占比僅為6%，難以提供足夠的調(diào)節(jié)能力。

（3）煤電是主要調(diào)節(jié)電源。由于一煤獨(dú)大，同時常規(guī)水電調(diào)節(jié)能力較差，核電考慮安全原因不調(diào)峰，生物質(zhì)發(fā)電等可再生能源需要保障性收購，煤電肩負(fù)起主要的調(diào)節(jié)重任。

（4）電力市場不健全?，F(xiàn)貨市場試點(diǎn)遇到困難，輔助服務(wù)市場仍是發(fā)電側(cè)的零和游戲，保障性供電責(zé)任大，電價管控仍比較嚴(yán)阻礙價格信號進(jìn)行供需調(diào)節(jié)的能力，嚴(yán)重制約了我國電力系統(tǒng)的靈活性。

高比例新能源情況下如何保障電力供應(yīng)充裕度

（一）電力供應(yīng)充裕度隱憂

上述兩個案例，都指向電力供應(yīng)充裕度如何保障的問題。雙碳目標(biāo)下，煤電和新能源裝機(jī)的消長，構(gòu)成了電源結(jié)構(gòu)的主要矛盾，風(fēng)、光裝機(jī)比例日增，煤電退出呼聲越發(fā)高漲之際，“缺電”頻發(fā)似乎就在眼前。

該矛盾主要來自于不同品種電源在電力容量和電量上的匹配上，各種電源屬性可分解為容量價值和電量價值，其中容量價值指的是，電源保障電力平衡的調(diào)節(jié)范圍，體現(xiàn)在較短時間內(nèi)可調(diào)用的功率；電量價值常規(guī)理解是電源提供電量的能力，而更深一層是電源的發(fā)電邊際成本高低。


利益驅(qū)動電源投資是保證電力供應(yīng)充裕度的基本條件，我國在以煤電、水電為主的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，電源的容量特性較好，電力平衡能力較強(qiáng)，通過將電力平衡責(zé)任比例分?jǐn)偟礁麟娫瓷峡杀ＷC發(fā)用電平衡。所以沒有容量價值的顯性體現(xiàn)，而將電源全周期成本主要分?jǐn)偟诫娏可?，通過電量和電價即可回收電源全部投資（雖名義上有調(diào)頻調(diào)峰等輔助服務(wù)，但主要通過兩個細(xì)則偏差考核實(shí)現(xiàn)，僅是發(fā)電企業(yè)之間的零和游戲），從而促進(jìn)發(fā)電企業(yè)投資，保證了電力供應(yīng)的充裕度。

但在新能源占比越來越大的情況下，各種電源容量價值、電量價值迥異，特別是具有間歇性的新能源裝機(jī)的增長，無法實(shí)現(xiàn)可調(diào)容量的增長，其容量投資成本可認(rèn)為是無窮大，而同時其發(fā)電邊際成本幾乎為0，在容量價值和電量價值方面均具有極端特性。如新能源大規(guī)模進(jìn)入現(xiàn)貨市場，一方面在新能源大發(fā)時，會導(dǎo)致出清電價非常低；另一方面遇到負(fù)荷高點(diǎn)新能源又集體失靈時，將造成電力短缺，由于我國電價上限較低，電力短缺情況下容量稀缺價值無法體現(xiàn)，火電、氣電等調(diào)節(jié)能力較大的電源，無法通過稀缺電價獲得間接容量激勵，扭曲了容量價值，制約了發(fā)電機(jī)組有效容量方面的投資。

疊加我國實(shí)行的可再生能源消納配額機(jī)制，火電機(jī)組投資收益越發(fā)下降，同時加上環(huán)保要求，煤電未來增長更加受限。同樣，在缺少成熟的商業(yè)模式的情況下，被寄予厚望的電化學(xué)儲能也只能通過新能源捆綁的方式發(fā)展。體現(xiàn)容量價格機(jī)制不健全的情況下，電力供應(yīng)充裕度存在較大隱憂。

（二）幾點(diǎn)不成熟的建議

深刻認(rèn)識不同電源的容量價值和電量價值差異，并給予顯性定價，是以市場化手段促進(jìn)資源優(yōu)化配置，有效促進(jìn)不同電源協(xié)同發(fā)展，既保證電力供應(yīng)充裕度，又促進(jìn)新能源發(fā)展的基礎(chǔ)條件。同時電力供應(yīng)充裕度也要處于合適的區(qū)間，避免追求極端充裕度過于飽和發(fā)展帶來的成本追加。

1.理性看待電力供應(yīng)是一種市場現(xiàn)象。要將電力市場作為資源優(yōu)化配置的基礎(chǔ)手段，就必須正視局部的、短時的供應(yīng)緊張是一種經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，就像不管鐵路如何發(fā)展，春節(jié)一票難求現(xiàn)象總會發(fā)生一樣。每一次危機(jī)都是積極完善電力市場機(jī)制的機(jī)會，而一旦發(fā)生電力短缺，在政治上就上綱上線，容易因噎廢食，殊不知電力系統(tǒng)有其客觀規(guī)律，過高的充裕度會造成更高的電力供應(yīng)成本，需要在經(jīng)濟(jì)性和失負(fù)荷承受度之間做權(quán)衡。“商鞅變法，行之一年不便者眾，而行之十年秦民大悅”，電力市場和能源轉(zhuǎn)型也可能如此。

2.設(shè)計合理的市場機(jī)制。一是亟需建立容量市場，類似得州的方式，通過高電價反映容量稀缺性，在我國容易造成“高電價”恐慌；而當(dāng)前廣東現(xiàn)貨市場現(xiàn)行的對高發(fā)電成本的調(diào)節(jié)電源進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償資金由中長期交易偏差部分分?jǐn)偟姆绞?，激勵效果有限，難以長期適應(yīng)新能源高速發(fā)展。設(shè)計容量市場，較為直接地反映電源的容量價值，更適合我國的電力運(yùn)行機(jī)制，且在抽水蓄能的單一制容量電價、兩部制電價方面早已有經(jīng)驗(yàn)探索。二是更大程度發(fā)揮電價調(diào)節(jié)作用。適度放開電價上限，能有效對容量價值進(jìn)行補(bǔ)償，提升電力充裕度，也有利于通過價格信號促進(jìn)需求響應(yīng)，削減高峰負(fù)荷。

3.電力市場應(yīng)該“同品同價”。新能源要成長為主力電源，在市場競爭中不能缺席，對于常規(guī)電源實(shí)行的如偏差考核等規(guī)則應(yīng)同樣適用（當(dāng)然考核標(biāo)準(zhǔn)可以適當(dāng)寬松），以此通過市場化手段促進(jìn)新能源采用多種方式提升容量特性，比新能源強(qiáng)配儲能的方式更符合新能源企業(yè)利益。同步應(yīng)配套建立完善的碳配額機(jī)制，推進(jìn)綠電交易和CCER交易流動性，促進(jìn)碳資產(chǎn)價值逐步提升，有效提高新能源投資效益。

4.從電力系統(tǒng)的角度看待多種電源協(xié)同發(fā)展。從表1對比來看，各種電源容量價值高低排序?yàn)槌樾睢㈦娀瘜W(xué)儲能、氣電、煤電、新能源，但抽水蓄能受建設(shè)條件限制較大，發(fā)展瓶頸明顯；電化學(xué)儲能雖然廣受關(guān)注，但作為直流系統(tǒng)，仍難有效解決交流電網(wǎng)慣量、短路電流不足等問題；而氣電調(diào)峰勝在既不失靈活性，又能為交流電網(wǎng)提供慣量、短路電流、電壓調(diào)節(jié)等方面的支撐，如果主要作為頂峰電源，也不會造成天然氣用量的顯著增加，應(yīng)該作為一個選項(xiàng)加以重視。