繼湖南、浙江等省出現“拉閘限電”之后，美國得州大停電徹底刷屏，正值“30·60”雙碳目標啟動之際，在新能源大發展以及電力市場改革不斷深化的當口，“缺電”又成為全社會的隱憂。如何在保障電力供應充裕的同時，實現能源綠色轉型目標，一時眾說紛紜。促進不同電源均衡發展，保證合理的電力供應充裕度，是當前能源轉型和市場改革需要重點考慮的問題。
拉閘限電的典型與非典型樣本
（一）美國得州的極端天氣大停電
近期，美國得克薩斯州經歷百年一遇的暴雪天氣侵襲，最低溫度達到-26℃，引發用電新高，但嚴寒也導致天然氣管道冰堵，因燃料供應不足導致占得州40％以上裝機的天然氣機組出力受限嚴重，很大比例的風電和煤電也因受凍不能發電，全州發生大范圍停電。
每次大停電都是革新電力系統結構與體制的契機，而在導致得州大停電的眾多原因當中，已有很多專家進行了詳細分析，也指出歸因于可再生能源的發展缺乏邏輯，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致的發電設備大面積故障和負荷需求高漲，同時得州電網與外部弱聯系無法獲得有效支援，缺少天然氣儲備等問題也被關注。
事實上，天氣突變造成電價飆升在得州屢有發生，很重要的原因在于得州實行的稀缺電價機制。在體現電力供應稀缺度方面，得州沒有容量市場，電廠容量價值體現在現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荷概率的乘積，失負荷概率確定方法為，假定近3年超短期負荷預測與實際負荷偏差擬合成的預測均值為M，標準差為Sd，備用容量為R；當R<m時，失負荷概率取值為100%；否則，為單位正態分布在（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計）=""
該機制能有效體現備用容量的稀缺性，即如果發電不足的情況下，用戶需要承受高電價，而由高電價收益驅動市場主體投資新建電廠，實現電力供應的充裕度。通過正態函數來確定失負荷概率，體現了在電力供應充裕度（電力投資成本）和電力短期缺乏之間做均衡的概率思維，多數時候是一種行之有效的方法。但也存在一定的問題，該機制人為設定失負荷概率為正態分布，其在右端快速趨零（如保證1%失負荷概率，備用需求也僅為平均負荷預測偏差的3.3倍），實際上備用需求不只會由負荷預計偏差導致，發電側不可預測因素同樣重要，隨著天氣變化、節假日等諸多不可預測因素存在，備用需求偏差存在較大的厚尾分布，這是導致充裕度不足的數學原因。同時，將稀缺電價作為主要的市場機制，由于電力供應公共服務特性，在發揮作用的時候，往往會引起社會公眾的廣泛質疑。
具體到此次得州大停電，實際上發生了一個按照得州電力系統設計標準來說，概率非常小的非典型樣本，而其導致的損失卻極大。而隨著全球氣候變遷，極端天氣頻發，預先設定的概率曲線有明顯偏差，得州價格稀缺機制下的氣候風險巨大。
如果該極端情況發生在中國，停電是否能避免呢？答案并不那么肯定，在我國現行的電力系統安全穩定導則中，根據第三級安全穩定標準，如果發生失去大容量發電廠、新能源大規模脫網等情況導致穩定破壞時，只要求做到電網能采取各種措施，避免造成長時間大面積停電，并使電力系統盡快恢復正常運行，換句話說是允許一定范圍、一定時段的停電發生。原因也在于經濟性和安全性之間需要做權衡，通過強化投資應對包括極端氣候在內的不可預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，受全國范圍內寒潮影響，湖南提早一個月入冬，加上復工復產，湖南全省最大負荷達到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、風力發電受冰凍影響無法有效發電以及外來電減少等影響，電力供應存在較大缺口，不得已全省啟動分時段限電措施。
幾乎同時，浙江、內蒙、江西等地由于“雙控目標”、氣溫下降、生產恢復等不同原因，發生電力緊缺而限電的情況?！叭彪姟庇只氐搅斯姷囊曇?，由于2021年生產恢復預期加強，社會對于“缺電”的擔憂更加明顯。從宏觀數據來看，至2020年底，我國電源裝機與年最大負荷比超過2:1，似乎電力供應非常充裕，但風電、光伏裝機比例快速攀升，帶來了結構不平衡問題：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，特別是新能源大發時現貨市場出清價格接近于0；另一方面是負荷尖峰疊加可再生能源（水、風、光）小發方式下，電力供應嚴重不足。
以湖南為例，其電源結構示意圖如下。湖南省水電占比較高且承擔基荷，火電機組作為主要的調節性電源，長年發電小時不足，作為內陸省份煤炭運入困難，火電發電成本較高，導致火電企業投資與發電意愿不足。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，湖南省裝機比上最大負荷仍在1.7倍左右（考慮外來電），具備電力平衡的基本條件，但具有調節能力的常規電源與最大負荷之比嚴重低于全國平均水平，在冬季嚴寒情況下，水電缺水、新能源又不足為恃時，電力供應充裕度受到挑戰，“拉閘限電”便不可避免了。
2.我國電源結構性矛盾
2020年，我國新能源總裝機取得突破性進展，全年新增裝機約1.2億千瓦，截至年底新能源裝機達到5.3億千瓦，比例超過24%，火電裝機比例降低到50%。
雖然我國風電、太陽能裝機占比仍低于歐洲，但在電源調節能力方面卻明顯弱于歐洲，主要原因有：
（1）常規水電調節能力較差。我國雖然有3億多千瓦的常規水電，但整體庫容量小、我國來水季節性明顯、大水電基地多級水電考慮梯級調度開機相關性大等原因，導致我國水電調峰能力較差。自身水電出力較小，同時華中電網水電整體發電偏低同時發生，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、氣電總裝機占比僅為6%，難以提供足夠的調節能力。
（3）煤電是主要調節電源。由于一煤獨大，同時常規水電調節能力較差，核電考慮安全原因不調峰，生物質發電等可再生能源需要保障性收購，煤電肩負起主要的調節重任。
（4）電力市場不健全?，F貨市場試點遇到困難，輔助服務市場仍是發電側的零和游戲，保障性供電責任大，電價管控仍比較嚴阻礙價格信號進行供需調節的能力，嚴重制約了我國電力系統的靈活性。
高比例新能源情況下如何保障電力供應充裕度
（一）電力供應充裕度隱憂
上述兩個案例，都指向電力供應充裕度如何保障的問題。雙碳目標下，煤電和新能源裝機的消長，構成了電源結構的主要矛盾，風、光裝機比例日增，煤電退出呼聲越發高漲之際，“缺電”頻發似乎就在眼前。
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節范圍，體現在較短時間內可調用的功率；電量價值常規理解是電源提供電量的能力，而更深一層是電源的發電邊際成本高低。
利益驅動電源投資是保證電力供應充裕度的基本條件，我國在以煤電、水電為主的傳統電力系統中，電源的容量特性較好，電力平衡能力較強，通過將電力平衡責任比例分攤到各電源上可保證發用電平衡。所以沒有容量價值的顯性體現，而將電源全周期成本主要分攤到電量上，通過電量和電價即可回收電源全部投資（雖名義上有調頻調峰等輔助服務，但主要通過兩個細則偏差考核實現，僅是發電企業之間的零和游戲），從而促進發電企業投資，保證了電力供應的充裕度。
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的增長，無法實現可調容量的增長，其容量投資成本可認為是無窮大，而同時其發電邊際成本幾乎為0，在容量價值和電量價值方面均具有極端特性。如新能源大規模進入現貨市場，一方面在新能源大發時，會導致出清電價非常低；另一方面遇到負荷高點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，火電、氣電等調節能力較大的電源，無法通過稀缺電價獲得間接容量激勵，扭曲了容量價值，制約了發電機組有效容量方面的投資。
疊加我國實行的可再生能源消納配額機制，火電機組投資收益越發下降，同時加上環保要求，煤電未來增長更加受限。同樣，在缺少成熟的商業模式的情況下，被寄予厚望的電化學儲能也只能通過新能源捆綁的方式發展。體現容量價格機制不健全的情況下，電力供應充裕度存在較大隱憂。
（二）幾點不成熟的建議
深刻認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資源優化配置，有效促進不同電源協同發展，既保證電力供應充裕度，又促進新能源發展的基礎條件。同時電力供應充裕度也要處于合適的區間，避免追求極端充裕度過于飽和發展帶來的成本追加。
1.理性看待電力供應是一種市場現象。要將電力市場作為資源優化配置的基礎手段，就必須正視局部的、短時的供應緊張是一種經濟現象，就像不管鐵路如何發展，春節一票難求現象總會發生一樣。每一次危機都是積極完善電力市場機制的機會，而一旦發生電力短缺，在政治上就上綱上線，容易因噎廢食，殊不知電力系統有其客觀規律，過高的充裕度會造成更高的電力供應成本，需要在經濟性和失負荷承受度之間做權衡?！吧眺弊兎?，行之一年不便者眾，而行之十年秦民大悅”，電力市場和能源轉型也可能如此。
2.設計合理的市場機制。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；而當前廣東現貨市場現行的對高發電成本的調節電源進行補償，補償資金由中長期交易偏差部分分攤的方式，激勵效果有限，難以長期適應新能源高速發展。設計容量市場，較為直接地反映電源的容量價值，更適合我國的電力運行機制，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驗探索。二是更大程度發揮電價調節作用。適度放開電價上限，能有效對容量價值進行補償，提升電力充裕度，也有利于通過價格信號促進需求響應，削減高峰負荷。
3.電力市場應該“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，對于常規電源實行的如偏差考核等規則應同樣適用（當然考核標準可以適當寬松），以此通過市場化手段促進新能源采用多種方式提升容量特性，比新能源強配儲能的方式更符合新能源企業利益。同步應配套建立完善的碳配額機制，推進綠電交易和CCER交易流動性，促進碳資產價值逐步提升，有效提高新能源投資效益。
4.從電力系統的角度看待多種電源協同發展。從表1對比來看，各種電源容量價值高低排序為抽蓄、電化學儲能、氣電、煤電、新能源，但抽水蓄能受建設條件限制較大，發展瓶頸明顯；電化學儲能雖然廣受關注，但作為直流系統，仍難有效解決交流電網慣量、短路電流不足等問題；而氣電調峰勝在既不失靈活性，又能為交流電網提供慣量、短路電流、電壓調節等方面的支撐，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，應該作為一個選項加以重視。
作者：
評論