中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：新型電力系統(tǒng)提出以來，行業(yè)內(nèi)對(duì)其討論的熱度始終不減。新能源“兩高一低”的物理屬性、邊際定價(jià)理論、“負(fù)電價(jià)”的出現(xiàn)、中長期合約的屬性等，每一個(gè)問題都引發(fā)了熱烈而持久的討論。然而，在紛繁復(fù)雜的表象背后，我們不禁要提出一個(gè)深層追問：新型電力系統(tǒng)究竟“新”在哪里，支撐其“新”的底層邏輯是什么？或者換個(gè)角度，新型電力系統(tǒng)真的是一個(gè)“新型”的系統(tǒng)嗎？
要回答這些問題，我們需要回歸電力系統(tǒng)的本質(zhì)，將目光投向兩百年前，看看電力系統(tǒng)的來時(shí)路，“舊系統(tǒng)”“舊”在哪里，又是哪些因素發(fā)生了改變，這些改變又如何催生出我們今天看到的種種新機(jī)制。
PART.01
不變的基石：物理定律和定價(jià)邏輯
無論電源側(cè)是具備天然轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的同步發(fā)電機(jī)，還是半導(dǎo)體控制、缺乏慣量的電力電子逆變器，電力基本的物理屬性并未發(fā)生改變。這些物理屬性構(gòu)成了電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬約束，也是理解一切市場(chǎng)機(jī)制的起點(diǎn)。
一是瞬時(shí)平衡的絕對(duì)性。無論用哪種電源品種，電能都無法在系統(tǒng)層面大規(guī)模低成本存儲(chǔ)，生產(chǎn)和消費(fèi)必須在毫秒級(jí)保持平衡。
二是電能的同質(zhì)性。進(jìn)入電網(wǎng)的電子是無法區(qū)分身份的，在同一個(gè)電網(wǎng)中，所有的電都是一樣的。從物理上講，電網(wǎng)就像一個(gè)巨大的水池，所有發(fā)電機(jī)往里注水，所有用戶從中取水，沒有人能夠區(qū)分這水是來自塞北的風(fēng)還是身邊的煤。這個(gè)特性決定了電力市場(chǎng)的一個(gè)核心特征：電能是一種標(biāo)準(zhǔn)化的商品，無論生產(chǎn)者是誰，只要符合電壓和頻率標(biāo)準(zhǔn)，就可以在市場(chǎng)上交易，這也是為什么我們可以建立統(tǒng)一的電力市場(chǎng)，不需要、也不能夠像給普通商品分揀打標(biāo)一樣，為每一種電源單獨(dú)設(shè)立交易場(chǎng)所。
三是基爾霍夫定律。電力不僅存在實(shí)時(shí)平衡的時(shí)間屬性，還具備空間屬性?；鶢柣舴蚨蓻Q定了電力流向遵循物理規(guī)律而非合同路徑，無論商業(yè)合同怎樣簽訂、經(jīng)濟(jì)關(guān)系如何復(fù)雜，電流永遠(yuǎn)按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和阻抗特性自動(dòng)選擇路徑，這決定了阻塞、損耗是天生的。任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的交易都會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷分布產(chǎn)生影響，在A點(diǎn)多發(fā)一度電可能導(dǎo)致B和C之間的線路阻塞，電流流過輸電線路產(chǎn)生的損耗也是物理上的必然。因此，市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制設(shè)計(jì)必須考慮位置信號(hào)（分區(qū)/節(jié)點(diǎn)電價(jià)）、阻塞管理、損耗分?jǐn)偟取?/span>
這些物理屬性是理解經(jīng)濟(jì)機(jī)制的基礎(chǔ)。正因?yàn)殡娔芫哂懈叨鹊耐|(zhì)性，它在經(jīng)濟(jì)學(xué)上屬于完全競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中，由于每一度電在物理功能上完全一致，買方不會(huì)因?yàn)椤斑@度電是某某電廠發(fā)的”而愿意支付溢價(jià)。在這樣的市場(chǎng)中，價(jià)格只能由一個(gè)因素決定：滿足最后一個(gè)單位需求所需支付的成本，即邊際成本，這就是邊際定價(jià)的核心邏輯。
電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中的邊際定價(jià)邏輯是，系統(tǒng)調(diào)度按照發(fā)電成本從低到高依次調(diào)用機(jī)組，直到滿足全部需求。最后一臺(tái)被調(diào)用機(jī)組的報(bào)價(jià)，就成為這個(gè)時(shí)段所有成交電量的統(tǒng)一出清價(jià)格。是統(tǒng)一價(jià)格，而不是“各付各價(jià)”的原因正是電能的同質(zhì)性。既然所有電都是一樣的，買方?jīng)]有理由為同樣的商品支付不同的價(jià)格。那些成本更低的發(fā)電商，獲得了高于自身成本的收入，這個(gè)差額就是“邊際內(nèi)收益”，它是對(duì)低成本機(jī)組的獎(jiǎng)勵(lì)，也是激勵(lì)投資和技術(shù)進(jìn)步的市場(chǎng)信號(hào)。
PART.02
變化的核心：成本結(jié)構(gòu)
既然物理定律未變，定價(jià)邏輯依然遵循邊際原理，那么“新型”電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)究竟源于何處？答案是成本結(jié)構(gòu)的變化。
傳統(tǒng)火電的成本結(jié)構(gòu)是低固定成本、高變動(dòng)成本，燃料成本占總成本的大頭。這意味著，邊際成本（多發(fā)一度電的成本）與平均成本（總成本除以總電量）相差不大。當(dāng)市場(chǎng)按邊際成本定價(jià)時(shí)，發(fā)電商的收入基本能夠覆蓋全部成本。
但新能源的成本結(jié)構(gòu)恰好相反：高固定成本、極低變動(dòng)成本。風(fēng)機(jī)和光伏板的建設(shè)投資占比較大，但一旦建成，多發(fā)一度電幾乎不需要額外成本，邊際成本趨近于零。
這種成本結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致三個(gè)主要問題：
1. 收入缺失問題
當(dāng)系統(tǒng)中新能源占比越來越高，市場(chǎng)出清價(jià)格將長期處于低位。這種基于微觀變動(dòng)成本的定價(jià)，無法為高額的初始固定投資提供回收路徑，尤其是世界各國普遍存在價(jià)格帽限制，導(dǎo)致在稀缺時(shí)段也無法通過高電價(jià)回收固定成本。經(jīng)濟(jì)學(xué)上，這被稱為“收入缺失”（Missing Money）問題。
換句話說，邊際定價(jià)機(jī)制本身沒有問題，問題在于，當(dāng)邊際成本趨零時(shí)，單靠電能量價(jià)值已不足以支撐系統(tǒng)的長期可持續(xù)性。因此必須引入容量機(jī)制，發(fā)電資源不再僅僅依據(jù)發(fā)電量獲取經(jīng)濟(jì)回報(bào)，而是根據(jù)它在系統(tǒng)需要時(shí)的發(fā)電能力給予經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，為發(fā)電主體提供穩(wěn)定收入預(yù)期的同時(shí)，也保障了系統(tǒng)長期的容量充裕度。
2. 外部成本隱性化
成本結(jié)構(gòu)的變化還帶來另一個(gè)問題：新能源的“低成本”是否真的低？從單個(gè)電源看，風(fēng)電光伏的邊際成本確實(shí)接近于零。但從系統(tǒng)整體看，每增加一度波動(dòng)性電力，系統(tǒng)為了維持頻率穩(wěn)定和實(shí)時(shí)平衡，就必須付出額外的調(diào)節(jié)成本，需要備用機(jī)組隨時(shí)待命、需要更精密的預(yù)測(cè)和調(diào)度。這些成本并沒有消失，只是從新能源的個(gè)體賬本轉(zhuǎn)移到了系統(tǒng)的公共賬本上。
經(jīng)濟(jì)學(xué)上，這被稱為“負(fù)外部性”。新能源獲得了低邊際成本的收益，但由此產(chǎn)生的系統(tǒng)調(diào)節(jié)成本卻由其他主體承擔(dān)。如果將系統(tǒng)作為一個(gè)整體，新能源的真實(shí)社會(huì)成本應(yīng)該包含這部分負(fù)外部性消除成本。
傳統(tǒng)的邊際定價(jià)機(jī)制無法自動(dòng)識(shí)別和給這些隱性成本定價(jià)。這就需要單獨(dú)的市場(chǎng)機(jī)制，如輔助服務(wù)市場(chǎng)來還原這部分被忽略的成本。
3. 非凸性的放大
非凸性簡(jiǎn)單理解就是成本不是隨產(chǎn)量平滑上升的屬性?；痣姍C(jī)組存在啟停成本、空載成本、最小出力限制、爬坡速率約束等。這些約束使得用于優(yōu)化的成本函數(shù)呈現(xiàn)出臺(tái)階狀特征，而非教科書上光滑的曲線。
在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，由于機(jī)組數(shù)量有限、同質(zhì)性較高，這種非凸性尚且在可控范圍內(nèi)。但在新型系統(tǒng)中，新能源的間歇性導(dǎo)致火電機(jī)組需要頻繁啟停、深度調(diào)峰，非凸性的影響被顯著放大。這意味著簡(jiǎn)單的邊際價(jià)格信號(hào)可能在某些臨界點(diǎn)發(fā)生跳躍甚至失靈，機(jī)組可能因?yàn)閱⑼３杀径芙^響應(yīng)價(jià)格信號(hào)，即使這樣做對(duì)系統(tǒng)整體是有利的。
這正是需要引入啟停成本補(bǔ)償?shù)冗\(yùn)行成本補(bǔ)償機(jī)制的根本原因，也是需要更精細(xì)的價(jià)格體系和更復(fù)雜的市場(chǎng)規(guī)則的原因。
PART.03
機(jī)制的演進(jìn)：應(yīng)對(duì)之策
理解了上述三個(gè)核心問題，我們就能理解為什么新型電力系統(tǒng)需要那么多看似復(fù)雜的新機(jī)制?？v觀電力系統(tǒng)兩百年的演進(jìn)，物理定律從未改變，只是約束條件變得更加極端。所有的“新機(jī)制”和“新業(yè)態(tài)”，本質(zhì)上都是在回應(yīng)這些變化帶來的問題。歸納起來，它們?cè)谧鋈拢?/span>
一是還原成本，讓隱性變顯性。針對(duì)“收入缺失”和外部性問題，市場(chǎng)需要建立額外的機(jī)制來還原那些被邊際定價(jià)忽略的成本。容量市場(chǎng)或容量補(bǔ)償機(jī)制，解決的是固定成本回收問題，既然邊際價(jià)格無法反映機(jī)組發(fā)電能力的價(jià)值，那就單獨(dú)為可靠性定價(jià)，為電力系統(tǒng)的保險(xiǎn)能力付費(fèi)。輔助服務(wù)市場(chǎng)，解決的是系統(tǒng)外部性問題，把頻率調(diào)節(jié)、備用容量、電壓支撐等穩(wěn)定服務(wù)從電能量中剝離出來，單獨(dú)計(jì)量、單獨(dú)定價(jià)。誰提供了穩(wěn)定，誰就獲得補(bǔ)償。
二是管理風(fēng)險(xiǎn)，把波動(dòng)變確定。物理上的不確定性增加，必然導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的風(fēng)險(xiǎn)放大?，F(xiàn)貨價(jià)格的劇烈波動(dòng)，讓市場(chǎng)參與者面臨巨大的收入或成本不確定性。中長期合約的本質(zhì)功能正是風(fēng)險(xiǎn)管理，買賣雙方通過提前鎖定價(jià)格，把物理上的實(shí)時(shí)波動(dòng)轉(zhuǎn)化為金融上的確定性。從這個(gè)角度看，中長期合約的真正屬性是金融避險(xiǎn)工具，它的價(jià)值在于轉(zhuǎn)移和分散風(fēng)險(xiǎn)，讓不同風(fēng)險(xiǎn)偏好的主體各取所需。電力期貨、期權(quán)等金融衍生品，則是風(fēng)險(xiǎn)管理工具的進(jìn)一步延伸，提供更靈活、更標(biāo)準(zhǔn)化的避險(xiǎn)手段。
三是重新確權(quán)，讓異質(zhì)變同質(zhì)。新型電力系統(tǒng)中涌現(xiàn)出大量分布式資源，分布式光伏、電動(dòng)汽車、用戶側(cè)儲(chǔ)能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等，這些資源地理分散、物理特性各異、單體規(guī)模微小，無法像傳統(tǒng)大機(jī)組那樣直接參與調(diào)度和市場(chǎng)。虛擬電廠這種組織技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，利用數(shù)字化手段將這些異質(zhì)化的分散資源聚合起來，使其在調(diào)度指令面前表現(xiàn)出與傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組一致的同質(zhì)化、標(biāo)準(zhǔn)化特征。類似地，綠電和綠證機(jī)制解決的是另一種確權(quán)問題，電能在物理上是同質(zhì)的，但社會(huì)賦予了它環(huán)境價(jià)值的差異。綠證制度將這種環(huán)境屬性從物理電能中剝離出來，在經(jīng)濟(jì)維度單獨(dú)交易，既保持了電能量市場(chǎng)的物理同質(zhì)性，又讓環(huán)境價(jià)值得到了市場(chǎng)化定價(jià)。
回到開篇的問題，新型電力系統(tǒng)是否真的是一個(gè)“新型”的系統(tǒng)？是，也不是。
說“不是”，是因?yàn)槟切﹥砂倌昵熬痛嬖诘奈锢矶梢廊患s束著系統(tǒng)運(yùn)行，邊際定價(jià)的經(jīng)濟(jì)學(xué)邏輯也依然成立。這些是“不變”的底層規(guī)律。
說“是”，是因?yàn)槌杀窘Y(jié)構(gòu)的根本性轉(zhuǎn)變，從高變動(dòng)成本到高固定成本確實(shí)帶來了前所未有的挑戰(zhàn)：收入缺失、外部性隱性化、非凸性放大。這些變化要求我們?cè)诓蛔兊奈锢矶芍希瑯?gòu)建一套更精密、更靈敏的經(jīng)濟(jì)機(jī)制。
所謂新型電力系統(tǒng)，并不是要推翻經(jīng)濟(jì)學(xué)原理或基爾霍夫定律，而是要在新的約束條件下，維持系統(tǒng)平衡高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。容量機(jī)制還原固定成本，輔助服務(wù)市場(chǎng)顯化外部性，中長期合約管理價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，虛擬電廠聚合分散資源等，這些看似紛繁復(fù)雜的機(jī)制，歸根結(jié)底都是在回答同一個(gè)問題：如何在變化的成本結(jié)構(gòu)下，通過更精密復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)機(jī)制，讓兩百年前那個(gè)“水池模型”依然能夠持續(xù)穩(wěn)定、高效地服務(wù)于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)。
