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来论:完善分时电价 还应从哪些方面入手?

2021-09-27 15:20:46 能研慧道 作者:何爱民

核心阅读:

分时电价在我国已经实施多年。在1985年国务院发布《关于鼓励集资办电和实行多种电价的暂行规定》的通知后,部分地区便开始实施峰谷分时电价。随着90年代经济的高速发展,缺电(尤其是在高峰时段的缺电)成为常态,国家发改委于是在2003年发布了《关于运用价格杠杆调节电力供应促进合理用电有关问题的通知》,鼓励采用峰谷分时电价来激励削减峰荷用电和避峰填谷。分时电价从此在我国进入了全面推广的阶段。

(来源:微信公众号“能研慧道”  ID:NYHDspic  作者:何爱民)

今年以来,随着国民经济在疫后迅速恢复,再加上部分地区出现高温和干旱等天气,许多省份面临着电力供不应求的局面。同时,随着空调和电暖器的普及化,用电负荷对气温变化更为敏感,电力系统负荷呈现极强的夏、冬两季尖峰。但是,各地夏季最热、冬季最冷时段的全年累计时间普遍低于60个小时,但对应的尖峰电力需求较平时却高出1亿千瓦以上,保障电力系统在高峰时段的安全稳定运行面临极大挑战,部分地方不得不实施有序用电,以保障基本民生需求。

为了更为有效的利用价格信号引导合理用电,国家发改委于2021年7月26日发布了《关于进一步完善分时电价机制的通知》(以下简称为《通知》),要求在优化分时电价机制、明确分时电价执行范围和加强与现货市场衔接等方面,进一步完善现行分时电价机制。到目前为止,一共有八个省份已经出台并推行了新的分时电价政策。

总体来说,《通知》体现了对价格规律的高度尊重,要求终端用户的电价更加准确地反应边际发电成本,同时让有较大调节能力的用户可以迅速节约用电成本。通过加大峰谷价差,有助于减少新增电网和高峰机组的建设成本,降低电力用户的长期费用。同时,《通知》也结合现货市场的建设,要求合理设置最高价格限额,让现货价格更准确地反应实际供需状况,让分时电价与现货市场价更为一致。最为重要的是,《通知》准确地把握了国际上电力市场发展的总体趋势,大力推广分时电价,有助于促进新能源的消纳,早日达成我国碳达峰和碳中和的庄重承诺。

但值得注意的是,《通知》在制定强制性峰谷价差,以及对现货市场中大中型用户退出条款的设计两个方面还有待进一步完善。一方面,强制性的峰谷价差可能会导致高峰时段负荷削减过度,而低谷时段又消费过度,最终可能导致社会总用电成本不减反增,可能会成为减碳目标实现的不利因素;同时,扩大了的峰谷价差可能对新能源消纳并无过多实质性帮助,因为妨碍可再生能源消纳的主要原因并非谷段电价过高。另一方面,为大中型用户——这些潜在的现货市场主体提供分时电价,会打消他们参与现货市场的积极性,进而妨碍现货市场的正常推进。因此,有必要设置大中型用户分时电价的退出机制。此外,建议尽快将居民等中小型用户纳入分时电价体系。

分时电价的设计原理

分时电价始于上个世纪60年代的美国,是一种公认的、得到广泛应用的、有助于社会福利改善的规制价格。其他流行的还有两部制定价、非线性定价、歧视性定价(包括拉姆齐定价)等等。分时电价因为简单明了、实施成本低等优点在电力市场中得到长久而广泛的应用。分时电价在美国电力市场已得到长期运用,并且为越来越多的国家和地区所采用。

图1 动态和静态分时电价

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分时电价可以有动态和静态两种形式(如图1所示)。动态分时电价是随时间波动的电价,比如现货市场中每15分钟不同的价格。现货市场价格是效率最高的一种定价方式,因为价格能够更准确的反应电力市场的实际供需情况。但是,因为现货市场价格波动较大,难以预测,发用双方都必须有充足的手段和能力规避价格风险。因此,动态的分时电价往往适用于有经验的、有资源的大中型用户。随着现货市场和中长期交易市场的发展,广大用户都会通过不断学习,积累经验,最终就像国外许多居民用户一样,连部分中小型用户也可能会选择动态分时电价。

静态的分时电价是预先设定的、按时段不同而价格不同的定价方式。我国目前实施的针对非现货市场用户的分时电价就是一种静态的分时电价。因为价格在某一时段是固定的,静态分时电价因此没有价格波动风险,比较适合避险能力较弱的中小型用户。但是,在现货市场中,因为静态的分时电价不能真实地反应实时市场的供需变化,有调节能力的用户因此会缺少响应现货价格的动机,静态分时电价往往会导致总体社会福利的损失。

静态分时电价是一种典型的高峰负荷定价法(peak load pricing)。因为发电容量是为了高峰时段的用户而建设,因此,一种合理且有效的容量成本回收办法便是由高峰时段的用户承担所有容量费用;谷段用户不负责容量费用,只按边际成本付费。因为简单明了,静态的分时电价法非常适合居民和小工商业用户。在没有现货价格的地方,静态的分时电价法也适用于大中型用户,毕竟它比单一的电价提供了更真实的价格信号。

图2简单地解释了高峰负荷定价法设计的基本原理。在谷段和平段,电力需求比较低,此时的市场价格应该是当时的发电机组的边际成本。虽然谷段对发电电源的容量成本回收没有任何贡献,但平段却贡献了部分容量费用。当负荷需求处于峰段时,所有的发电机组都被调用,市场价格反应的是一种稀缺价格,此时的负荷便承担了大部分甚至所有容量费用。这是《通知》中分时电价的理论基础。

图2 高峰负荷定价法

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但是,在北美的非市场化的地区,针对大中型用户最为流行的分时电价方法是“两部制+分时电价”:用户必须每月交纳固定的月费来支付容量成本,再加上峰谷分时定价。固定月费可能是按该用户的最大负荷值核算($/Kw-月),也可能是简单的($/月)。采用这种方式的原因,既是因为长期的电价体制,同时,这种收费方式比简单的分时电价更为细致,而且合理有效。这种收费方式类似于我国多年前的手机收费方式:除月费外,日间电话费按分钟收费,但晚间免费任打。

在有现货市场的地区,分时电价通常是为非市场化的用户(主要是居民和小工商业用户)而设计的一种收费方式,而市场化的用户则必须从现货市场中按现货价格购电。分时电价在保证发电成本完全回收的同时,也为非市场化用户规避了价格风险。与之相对应的是,市场化的用户必须面对现货价格风险,但其可以通过中场期交易来规避。

分时电价的制定通常分为三步:现货市场中购电成本(在没有现货市场时,则为电厂的收入要求)、根据成本发生原因在不同用户间分摊相应的费用和为不同用户制定适合该群用户的电价。电价设计总体来讲遵守Bonbright设定的几个原则[Ⅰ]。其中三个相关的最基本原则为:

• 公平: 谁受益,谁付费

• 稳定: 用户可以合理预期电费费用,电价的改变必须是渐进式的

• 简单: 简单的计价方法易于理解,有助于降低用户的管理成本

但是,因为电力系统异常复杂,要为所有发生的成本找到确切的受益人往往非常困难。而且,政府还经常利用交叉补贴来解决能源贫困(energy poverty)、产业支持和就业等问题。因此,电费的设计虽然主要是经济规制的问题,也常常掺杂着敏感的政治因素。电费的设计规则并不总是按社会福利最大化的方式来设计。

国外分时电价

的作用和发展趋势

分时电价在许多国家得到了非常广泛的应用。以加拿大安大略省为例,几乎所有用户都按分时电价收费:年用电量超过25万千瓦时的用户按现货市场价结算,小于的则按峰谷分时电价结算。美国的加州、科罗拉多、马里兰和密歇根州等也有80%以上的用户按分时电价结算。在欧洲,按分时电价结算的用户比例也越来越高:意大利达到了80%以上,法国和西班牙也达到50% 左右(Faruqui等)[Ⅱ]。

分时电价带来了明显的负荷转移和负荷削减。美国马里兰州三个供电公司的分时电价试验结果表明[Ⅲ],无论是低收入还是中高收入,居民用户都展示了很强的需求响应能力:高峰时段用电量分别降低了10.2% 和14.8%。用电时间转移和节约用电都起到了预期的作用。Faruqui等的研究也发现,峰谷电价比率每增加10%,居民高峰时段用电量便可能降低6.5%。如果有更高端的技术比如智能温控器,高峰负荷甚至可以降低11%. 当然,该研究也表明,当峰谷价比超过4:1时,分时电价对峰荷削减的边际效应越来越小。这种结果可能反应了许多用户在峰段的需求是刚性的(比如商场、医院、政府机关等),即使峰段电价再高,它也无法再进一步削减用电量。

分时电价有力地引导了用户避峰填谷,为不少用户节省了电费。国外的经验表明,许多工业用户,尤其是造纸、冶金、金属加工等行业,有着非常大的避峰填谷能力。这些用户是分时电价的最大受益者。

分时电价也有力地促进了技术和管理创新。分时电价的实施使得用户更加重视用电时间和用电效率的管理,为智能电表、智能温控器、高效空调、房屋隔热材料等等的研发和普及创造了条件。同时,分时电价也有利于聚集技术和聚集商的发展,为用户间接参与现货市场打下基础。

此外,分时电价在国外有三个主要发展趋势。第一,分时电价变得越来越普及,越来越多的国家和地区采用了分时电价。第二,越来越多的地方强制采用分时电价,而不是供用户选择。第三,为适应越来越多的太阳能发电,高峰时段有延时的趋势。比如,在以化石能源为主的时代,高峰时段可能是下午5-7点。但随着太阳能发电增加,高峰时段变成了日落时的7-9点。

对我国分时电价设计的几点建议

总体来讲,目前我国的分时电价设计还算合理:适用范围广泛,峰谷电价比较正常。《通知》更要求各地“要统筹考虑当地电力供需状况、系统用电负荷特性、新能源装机占比、系统调节能力等因素,将系统供需紧张、边际供电成本高的时段确定为高峰时段,引导用户节约用电、错峰避峰;将系统供需宽松、边际供电成本低的时段确定为低谷时段,促进新能源消纳、引导用户调整负荷。可再生能源发电装机比重高的地方,要充分考虑新能源发电出力波动,以及净负荷曲线变化特性”。可以预期,分时电价会为我国的现货市场的发展和碳达峰、碳中和提供强而有力的助力。

目前,几乎所有省份的大工业都实行分时电价,大多数省份的分时电价还包括一般工商业和居民用电。各地还按照当地实际情况合理划分时段,北京、重庆,湖南等九省执行尖峰、高峰、平段、低谷四时段,浙江则执行尖峰、高峰、低谷三时段,其他省市执行高峰、平段、低谷三时段。

在峰谷电价比方面,全国多数省市的峰、平、谷电价比约为3:2:1。个别省份峰、谷电价比为4:1左右,少数省份峰谷电价比为2:1。这些比例与国外并没有太大的差别,比如美国的峰谷电价比中值为2.9:1,非常接近于我国的3:1。

但尽管我国的分时电价机制总体合理,却也存在着几个可以改进的地方。

■ 峰谷价差不应该有强制性规定

《通知》要求,系统峰谷差率超过40%的地方,峰谷电价价差原则上不低于4:1,其他地方原则上不低于3:1。这种强制要求虽然考虑了负荷总需求的时间特性,但没有完全考虑当地电源和用户差异性等实际情况。不同地区有不同的电源结构,不同的电源结构有不同的边际成本和容量成本。按照高峰负荷定价法原理,峰谷价差应该与当地实际情况密切相关,不可能有放之四海而皆准的统一标准。强制性的峰谷价差会导致要么过高、要么过低的谷段电价。过高或过低的谷段电价都会产生社会福利损失,而且也并不一定有助于促进新能源的消纳。

图3展示了某地某月的现货市场平均价和即将实施的分时电价。如果现货市场价真实地反应了实时市场的边际成本(该价格大概反应了燃煤电厂的燃料成本,低于包括可变运营成本在内的边际成本),那么按照高峰负荷定价法原理,谷段的价格应该大体反应现货市场的价格。但是,目前的分时电价中谷段电价只有不到现货市场的一半。这种远远低于边际成本的分时电价只会鼓励用户在谷段过度用电。如果燃煤机组此时为边际机组,过度的用电就会导致更多的温室气体排放,与碳达峰的目的背道而驰。

图3 某地现货市场价和分时电价

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部分人士可能认为,较高的峰谷差价可以鼓励用户削减更多的高峰负荷,因此制定很低的谷段电价有助于鼓励避峰填谷,提高整体社会福利。这是一种对经济分析的误解。不反应真实成本或供需状况的价格往往不会提高社会福利。以上图为例,这种人为的价差会造成峰段用户补贴谷段用户,没调节能力的用户补贴有调节能力的用户,造成谷段用户过度用电。而且,正是因为这种人为的价差要求,大量不必要、不经济的储能也可能因此进入市场,造成更多的资源浪费。

据笔者所知,国外并不存在强制性的、全国性的最低峰谷电价比率要求。各省或州,甚至各供电公司均按照自己的电源和负荷特征,在满足发电电源收入要求的情况下,设计出基本符合高峰负荷定价原理的分时电价。因此,有些地方的峰谷电价比可能是2:1,有些可能是4:1。但是,没有监管机构要求大范围的、统一的峰谷电价价差比率。

■ 不应该利用低于边际成本的谷段电价来促使可再生能源的消纳

《通知》明确表明,设置分时电价的目的之一就是为了可再生能源的消纳。强制性的峰谷价差可以降低谷段电费,为用户避峰填谷提供强大的动力。这种出发点是好的,但弃风弃光发生的原因有很多,谷段负荷需求不足也许只是微不足道的原因之一。

同时,由于外送输电通道受阻,再低的东部省份的谷段电价也无助于西北地区新能源送出。如果弃风弃光的主要原因是输电通道的阻塞,低谷段电价对新能源消纳也起不了多大作用,但扭曲的分时电价却会带来其他问题。

■ 要为大中型用户的分时电价设置退出机制

《通知》明确要“加快将分时电价机制执行范围扩大到除国家有专门规定的电气化铁路牵引用电外的执行工商业电价的电力用户”,体现了政府对价格会充分影响大中型工商业用户用电行为的信心,有助于在全国范围内削峰填谷,维护电力系统可靠性。

但是,提供分时电价可能打击部分大中型工商业用户参与现货市场的积极性。与价格波动大且难以预测的现货市场价相比,分时电价稳定可预期,而且可能节省更多的电费,部分大中型工商业用户便失去了参与现货市场的兴趣。

但现货市场提供的灵活性和及时性,可以用较低的成本消纳可再生能源,鼓励甚至强迫大中型工商业用户参与现货市场是现货市场成功的关键之一,也是实现碳达峰、碳中和的重要手段。而且,大中型用户参与现货市场可以参加辅助服务和需求响应等竞争,有助于降低发电电源的市场力。参与现货的大中型用户在降低自我用电成本的同时,也降低了其他用户的用电成本。

因此建议,在有现货市场的省份,针对大中型工商业用户,分时电价要有具体的退出机制,强迫他们在一定时期内进入现货市场和中长期交易市场。

■ 要尽快将居民用电纳入分时电价

《通知》采取了循序渐进的方法,在要求扩大分时电价执行范围同时,也为“不适宜错峰用电”的一般工商业用户和居民用户是否适用留有余地。一般工商业用户和居民不执行分时电价,短期内看似可能减少了电费支出,但从长期看,必然要求新增机组和电网来维持高峰用电,最终要承担更高的平均电价,或者更多的来自大型工商业用户的交叉补贴。

而且,从国外已有的实践和研究成果来看,“不适宜错峰用电”似乎是一个错误的假设,因为几乎所有的用户都存在或多或少的错峰用电能力。一般工商业用户和居民用户都足够聪明,只要存在及时的、有效的价格信号,绝大多数用户都会根据价格调整其用电行为,为自己节省电费的同时,也为其他用户节省了长期电费。政府应该相信价格的作用,有必要尽快将中小型用户纳入分时电价。

(以上内容仅代表作者个人观点,与所在单位和发布平台无关。)

[Ⅰ]详情见James C. Bonbright的Principles of Public Utility Ratesa一书。

[Ⅱ]详情见:https://energyregulationquarterly.ca/articles/time-of-use-rates-an-international-perspectives#sthash.iaUl1qYk.dpbs

[Ⅲ] Brattle集团,“PC44 Time of Use Pilots: Year OneEvaluation”, 2020年9月15日。试验采用了峰谷价比4-6,但电价中包括了配电成本。

本文作者:何爱民

就职于加拿大安大略省独立电力系统运营公司。

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