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美国的风电为什么可以报出负的电价？ 作者：王钦 李婉宁 文福拴（作者单位：王钦，美国可再生能源国家实验室；李婉宁，美国爱荷华州立大学；文福拴，浙江大学） 随着风电等新能源进入市场，很多风电机组在市场中的报价为负数。这是怎样的一种市场行为，背后有什么经济学的含义？本文将为您一一解答这些问题背后所隐藏的奥秘。 1 一些基本的概念 首先要指出，负电价和负报价是电力市场中出现的特殊情况。在尚未成立电力市场的国家和地区，比如中国，是不存在这些现象的。另一方面，电力市场又分为批发市场和零售市场。负电价和负报价的现象，只出现在批发市场。而按照美国现有的模式，一般用户不直接参与批发市场。即使是在存在零售市场的地区，用户与零售商之间签订的买电合同也一般是按月来支付电费，均为正值。因此，在现有的美国电力市场的发展状况下，终端用户一般直接感受不到负电价所带来的影响。只有零售商，它作为用户和ISO（独立系统运营商）之间的代理商，可以利用市场中的负电价来为自己谋取利润。零售商以实时价格（每5分钟变化一次）从ISO买电，又以每月的固定价格向用户卖电。因此，它可以知道市场中负电价出现的信息，从而采取适当的措施利用这些信息来盈利。它如果发现市场中出现了负电价，就可以通知相应区域的用户增加用电量。这个过程不是强制性的，而是通过一种激励性的手段。比如，它可以通知用户说，在该时段每多用一度电，可以给用户返还1美元。这些返还的钱，最后会体现在用户每月的电费帐单上面。 2 “按统一出清价结算”和“按报价结算”之争 要理解负电价和负报价的奥秘，就必须要对电力批发市场有一定的了解。在美国电力市场发展的初期，曾经有一段著名的“按统一出清价结算” （pay as uniform market clearing price）和“按报价结算”（pay-as-bid）之间的争论。尤其是2000年加州电力市场危机之后，工业界和学术界出现了这样一种声音：电力批发市场应该由按统一出清价结算的模式转为按报价结算的模式，从而避免可能出现的“电价激增”（即在某些时段，批发电价激增到一个非常高的值）现象。最后争论的结果，“按统一出清价结算”的制度取得胜利，并一直沿用至今。这是怎样的一段历史呢？ 从电力市场成立之初，就必须要有下面的市场参与者：１）授权计划实体(Qualifiedschedulingentities,QSEs)。它代表发电商和负荷服务实体(Load serving entity, LSE) 向ISO提交买电和卖电报价。负荷服务实体包括竞争性的零售商和非竞争性的可向用户供电的公用事业单位。２）输配电服务供应商(Transmission/distribution service providers, TSPs)。它为系统提供输电和配电服务。３）独立系统运营商(Independent System Operator， ISO), 它是非盈利性的独立机构，是电力调度和电力批发市场交易的场所。 在批发市场中，日前市场交易的过程是这样的：首先，发电商向授权计划实体提交卖电报价(offer)，负荷服务实体基于第二天的负荷预测数据向授权计划实体提交买电报价(bid)。然后，授权计划实体把这些电力供应侧和需求侧的报价上报给独立系统运营商。最后，独立系统运营商平衡电力的供需得到市场出清价（Market clearing price, MCP）。实时市场的交易过程与此类似，除了负荷服务实体不再提交买电报价。取而代之的，是实时的负荷预测数据。因此，日前市场的电力需求是一个下降的阶梯状曲线，而实时市场的电力需求是一个垂直的直线。图１中电力需求曲线和电力供应曲线的交点，即是市场的统一出清价。
值得注意的是，在图１的背后我们做了两个基本假设：第一，系统的传输线的容量是无穷大，即系统不存在阻塞。任何发电机所发的电力都可以无障碍地输送到系统中的任何一个节点。第二，系统不存在输电损耗。假如这两点成立的话，独立系统运营商做市场出清的过程就会变得很简单。它只要对发电机组的供应和负荷服务实体的需求按由小到大做排序，就可以得到图１的阶梯状供应－需求曲线图，取其交点就可得到市场的统一出清价MCP。而实际上，电力系统既存在阻塞，又存在损耗，因此实际批发市场的价格不是一个统一的价格，而是在每个节点上都不一样。这就是所谓的“节点边际电价(Locational marginal pricing, LMP)”。这也是电力市场区别其他金融拍卖市场的重要地方。 在这里我们先不考虑节点边际电价，只考虑统一的市场出清价。细心的读者一定会发现一个问题：市场出清价是被选择的所有发电商中报价最高的那一个（报价更高的机组，即图1交点以上部分，没有被市场选中），其他被选中的机组的报价都要低于市场出清价（即图1交点以下部分）。那么用这个统一的市场出清价去支付所有发电机组的费用，这是否合理呢？付给发电商的钱比他们自身的报价还要高，这样会不会给广大电力用户 带来额外的负担？ 伴随着这个问题的思考，便出现了有些人提出的“按报价结算”制度。即市场出清依然按照图１中所示的方法，但是结算（即给发电机组支付费用）时却是按机组的实际报价来支付。发电机组报的是多少钱，市场就支付给它多少钱。这样看起来似乎更合理。 支持者认为，由于支付给发电机组的钱最终是由用户来分担的，按报价结算制度能够减少用户的总支出。这从图１可以明显的看出来。如果按照现行的制度，需要按较高的统一出清价来向所有发电机组进行支付。而如果采用按报价结算制度，只需要对最后一台机组按统一出清价支付，对其它机组则采用（比统一出清价更低的）自身报价来支付。这样看来，的确会降低用户的费用。但是，实际上，在“按报价结算”机制下，由于发电商获得的收益取决于自己的报价，那他就会对市场最高的成交价格进行预测，继而报出这个价格。这样既保证了自己被选中，同时又得到了最好的回报。这样下来，发电商们的报价普遍就会高于自己的边际成本，从而导致整体提高了成交的价格。 而当市场是按照统一出清价进行结算的时候，对于最终成交价格没有决定性作用的发电商没有动力去报出比自己的边际价格更高的报价。设想如果他们报出更高的报价，他们就会减少自己被选中的机会。而报出比自己的边际价格更低的报价，则有可能会导致亏损。所以，发电商的报价很大程度上会反应出他们的真实边际（机会）成本。 还有一个重要原因，当按统一出清价进行结算的时候，所有机组得到的收益都大于或等于它们的报价。这两者带来的“收益差”，可以在一定程度上弥补机组的固定运行成本、折旧成本等，使得机组的报价可以“专注”于其边际运行成本。而采用按报价结算的制度时，机组为了盈利，报价的时候往往在边际运行成本之上还要考虑固定运行成本、机组折旧成本、人工成本等等。经济学认为，当市场参与者的报价趋向于其边际成本时，市场运行是最有效率的。因此，电力市场采用统一出清价结算会使得市场效率运行最高。 事实上，很多研究表明，在完全充分竞争的市场中，“按统一出清价结算”和“按报价结算”制度并不会对最终的成交价格产生显著不同的影响。也就是说，不管采用什么样的结算模式，只要保证完全充分竞争，那这个最终的成交价格就是反应市场的真实价格。然而，在我们还无法做到完全充分竞争的情况下，“按统一出清价结算”制度是当下比较好的选择。 3 为什么风电要提交负报价 如果理解了现行美国电力市场都是按统一出清价进行结算的，那么这个问题不难回答。风电机组提供零报价甚至是负报价，并不代表它最后得到的收益是零或者为负。它所得到的，是按统一出清价结算的正收益。相反，它还获得了额外的一个好处，那就是因为它的报价是零或者为负值，那它的报价一定比其他（非风电）机组要低。在图1中，它一定处在电力供应曲线的最下端。这就保证了它一定能够被市场调用。真可谓一举两得。 难回答的问题是，既然风电机组采用负报价会带来这些好处，为什么其他机组如火电、核电不采用负报价呢？这是由风电的物理特性来决定的。一方面，假如市场中所有的机组都是负报价，那么最后的统一出清价肯定是负的。这样一来，所有的机组都得赔钱。这种情况肯定是不会出现的。另一方面，风电不消耗任何能源，其燃料成本为零。因此，只要它能够被调用，它就一定会盈利。而火电或者是核电机组，都是有最低运行成本的。它们不会不计一切代价来被调用。如果最后的市场出清价低于它们的运行成本，它们宁愿选择不被调用。 风电采用负报价还有一个额外的好处。由于风电出力是难以预测的，市场中经常会出现“弃风”的现象。调度员会基于系统安全或者传输线阻塞的考虑，砍掉一部分风电机组的发电能力。如果风电的报价是负的，那就意味着调度员要砍掉相应的风电出力时，就必须支付给风电机组相对应的“正”的费用。这样，就给调度员“弃风”作了惩罚，从而在一定程度上减轻了“弃风”对风电机组带来的影响。 最后一个原因，是很多国家对风电上网有额外的补贴，如澳洲的“绿证”制度。只要风电上网了，它就能获得政府的补贴。因此，它会不计代价地保证能够被调用。而提交负报价，则是保证被调用的最好方式。 |
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