隨著國際社會應(yīng)對氣候變化行動的深入推進(jìn)，越來越多的國家提出能源低碳轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略目標(biāo)，發(fā)展風(fēng)電、光伏等可再生能源，以解決或緩解全球能源和氣候危機(jī)。根據(jù)國際能源署發(fā)布的《2023年可再生能源》報告，2023年，全球新增可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到507吉瓦，累計裝機(jī)容量較前一年增加50%。

可再生能源在全球范圍內(nèi)一路高歌猛進(jìn)，對高比例消納和系統(tǒng)可靠性的挑戰(zhàn)也日益凸顯。一些西方國家結(jié)合自身能源結(jié)構(gòu)和社會經(jīng)濟(jì)特點，采取了包括財政激勵性政策、可再生能源配額制等各種針對性措施，為全球發(fā)展可再生能源提供諸多實踐經(jīng)驗。其中，德國作為能源轉(zhuǎn)型先行者和可再生能源極高占比國家，深受偏愛，其電價補(bǔ)貼政策、平衡結(jié)算單元等典型做法常被相關(guān)主題的文獻(xiàn)報告引用。自2021年習(xí)近平總書記作出構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要指示后，我國可再生能源特別是分布式可再生不斷實現(xiàn)新突破，源網(wǎng)荷儲一體化項目、虛擬電廠等新型產(chǎn)物的呼聲愈來愈高。德國的平衡結(jié)算單元機(jī)制因具有“化整為零”“分而治之”的相似特點，再次被行業(yè)內(nèi)高度關(guān)注、津津樂道。那么，平衡結(jié)算單元是不是真的可以成為建設(shè)新型電力系統(tǒng)大背景下，我國解決可再生能源消納問題的最佳選擇呢？

在德國，發(fā)電商和供電商之間的電能量交易主要分為期貨和現(xiàn)貨兩類。期貨交易一般提前一個月至數(shù)年進(jìn)行，現(xiàn)貨交易在電力實際輸送的前一天和當(dāng)天進(jìn)行，也可看作日前與日內(nèi)交易。若因可再生能源預(yù)測錯誤、發(fā)電機(jī)組故障或負(fù)荷需求變化導(dǎo)致供需不平衡，雙方還可以進(jìn)行日內(nèi)交易進(jìn)行調(diào)節(jié)。依靠自動化程度很高的發(fā)電計劃安排系統(tǒng)，發(fā)電商可以在交割時間之前不斷修正出力預(yù)測和計劃，并向輸電系統(tǒng)運營商（TSO）滾動更新。然而，即便具備最好的預(yù)測能力和最小顆粒的調(diào)節(jié)周期，在實際執(zhí)行的過程中仍有可能出現(xiàn)意料之外的不平衡。此時，輸電系統(tǒng)運營商需要購買平衡服務(wù)（調(diào)頻備用容量）來維持系統(tǒng)平衡，這將產(chǎn)生一筆顯著高于電能量交易價格的服務(wù)費用，由未履行既定計劃的市場主體承擔(dān)。

在這種分散式市場模式下，正如德國聯(lián)邦能源網(wǎng)絡(luò)管理局的官方定義，平衡結(jié)算單元（Bilanzkreis/Balancing Group）是一種由單元負(fù)責(zé)人管理的“虛擬”電量賬號，其本質(zhì)更像是經(jīng)營主體在場外調(diào)倉的小型交易所。平衡結(jié)算單元可以由幾個發(fā)電集團(tuán)和電力供應(yīng)商共同組成，也可以由一個大型發(fā)電 集團(tuán) 對旗下所有發(fā)電廠匯合一起單獨成立，甚至允許不包含任何實際的電力生產(chǎn)和消費者，僅涉及財務(wù)上的電力交易。因此，同一個平衡結(jié)算單元內(nèi)的發(fā)電廠和用戶不必在地域或者網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渖暇嚯x很近，只需確保每個電源（饋電端）和每個用戶（用電端）都有唯一關(guān)聯(lián)的平衡結(jié)算單元，每個平衡結(jié)算單元都完全準(zhǔn)確地位于一個調(diào)度區(qū)域內(nèi)即可。發(fā)電商、供電商、大型工業(yè)用戶及其他經(jīng)營主體通過與輸電系統(tǒng)運營商締結(jié)合約即可成為一個平衡結(jié)算單元負(fù)責(zé)人。負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)記錄交割前單元內(nèi)經(jīng)營主體成交的每一筆交易“賬單”，包括單元之間的電量流動計劃，并提交給所屬輸電系統(tǒng)運營商 。為避免和減少具有懲罰性質(zhì)的昂貴的平衡服務(wù)費用，平衡結(jié)算單元需要通過頻繁的交易使電力供應(yīng)盡可能和負(fù)荷需求同步。通常來說，平衡結(jié)算單元首先追求在單元內(nèi)部實現(xiàn)供求平衡，再進(jìn)行跨單元交易。

平衡結(jié)算單元是德國電力市場的核心結(jié)構(gòu)。它與平衡服務(wù)一起，在銜接電網(wǎng)調(diào)度與電力交易、協(xié)同電能量市場與輔助服務(wù)市場以及平衡發(fā)用側(cè)等方面發(fā)揮著重要的作用。

德國可再生能源的高消納靠什么？

從上述定義和運行機(jī)制可以看出，平衡結(jié)算單元的主要功能是“記賬”，僅能通過懲罰機(jī)制刺激和單元責(zé)任人管理，在交割前減少可能發(fā)生的不平衡，而系統(tǒng)中實際的物理平衡，是由平衡服務(wù)實現(xiàn)的。德國電網(wǎng)之所以能支撐高比例的可再生能源上網(wǎng)電量，是充足的調(diào)頻備用容量、成熟靈活的市場體系以及社會經(jīng)濟(jì)支撐等各環(huán)節(jié)各角色協(xié)同配合的結(jié)果。

完善的基礎(chǔ)設(shè)施是 硬件保障 。 近幾年，德國一直在大力推進(jìn)能源低碳轉(zhuǎn)型，卻沒有在短時間內(nèi)大幅縮減火電等常規(guī)電源的裝機(jī)。如圖1所示，截至2023年11月，德國的市場化褐煤發(fā)電1844萬千瓦，硬煤發(fā)電1890萬千瓦，天然氣發(fā)電3599萬千瓦，礦物油發(fā)電501萬千瓦，約占總市場化容量的31%。此外，德國還儲備著以火電為主的非市場化容量798萬千瓦，分為電網(wǎng)儲備、臨時關(guān)閉、特殊電網(wǎng)設(shè)施和容量儲備四種（如圖2所示）。也就是說，德國目前仍有不少于8600萬千瓦的火電等常規(guī)電源裝機(jī)，已經(jīng)超過近年來最大用電負(fù)荷（約8300萬千瓦），且這些電源靈活調(diào)節(jié)能力極強(qiáng)，為系統(tǒng)提供了十分可靠的兜底保障。

圖1 德國市場化容量結(jié)構(gòu)

圖2 德國非市場化備用容量

同時，德國在歐洲互聯(lián)大電網(wǎng)的核心樞紐位置，通過65條交直流線路與周邊國家互聯(lián)，跨國互聯(lián)輸電線路容量達(dá)3000萬千瓦。若國內(nèi)電力不足，電力從鄰國輸出保障供應(yīng)；若國內(nèi)風(fēng)光大發(fā)，電力向鄰國輸入促進(jìn)消納。以2017年4月30日為例，德國的出口電力達(dá)1336萬千瓦，相當(dāng)于有80%的風(fēng)電（當(dāng)時出力1675萬千瓦）或45%的太陽能發(fā)電（當(dāng)時出力2976萬千瓦）送往國外。

高位的終端電價是經(jīng)濟(jì)支撐。 隨著可再生能源裝機(jī)的不斷擴(kuò)大，德國電力市場的價格穩(wěn)中有降，但終端銷售電價卻始終高位。從圖3可以看出，近八年，德國家庭的用電價格從2016年29.81歐分/千瓦時（2.1元）持續(xù)上漲，2023年達(dá)到45.19歐分/千瓦時（3.3元），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國居民農(nóng)業(yè)和工商業(yè)的用電水平。

圖3 德國2016—2023年家庭用電價格走勢

一方面，高昂的用電成本推動德國分布式可再生能源尤其是屋頂光伏的迅速擴(kuò)張。對德國家庭來說，當(dāng)?shù)爻芯涂梢再徺I到一個小型陽臺光伏系統(tǒng)，價格約為500-700歐元。根據(jù)德國北萊茵-威斯特法倫州消費者咨詢中心數(shù)據(jù)，南向安裝的380W光伏，每年可提供約280千瓦時電量，相當(dāng)于一臺冰箱和一臺洗衣機(jī)年耗電量。普通二人家庭用兩套系統(tǒng)形成一套小型陽臺光伏電站，在天氣晴朗時能夠滿足家庭的大部分電力需求，每年可節(jié)省電費約132歐元。在能源價格大幅上漲的時期，易于安裝的小型太陽能設(shè)備很快就能收回成本。另一方面，高位電價能幫助系統(tǒng)回收為可再生能源配備的調(diào)節(jié)性資源的成本。2020年，德國家庭用電價格為32.05 歐分 /千瓦時，其中，輸配電費與電能量費用相當(dāng)，為7.5歐分，可再生能源稅附加費9.41歐分，兩者占比超52%。由此可見，德國的終端電力用戶為發(fā)展和消納可再生能源買了單。

成熟的市場體系是必要環(huán)境。 德國的電力市場化改革于1998年《能源經(jīng)濟(jì)法》修正案生效后正式啟動，并在2001年確定了部分關(guān)鍵的市場細(xì)則，通過不斷完善和豐富，形成了一套成熟靈活的電力市場體系。德國開設(shè)了場外交易、期貨交易、現(xiàn)貨交易及平衡服務(wù)交易，涵蓋遠(yuǎn)期、日前、日內(nèi)和實時不同時間維度，給予可再生能源波動充足的調(diào)整機(jī)會。更重要的是，可再生能源與其他常規(guī)電源同臺競價，在場外獲得補(bǔ)貼。由于優(yōu)先次序效應(yīng)，即隨著規(guī)模的擴(kuò)大，可再生能源的邊際成本要小于傳統(tǒng)能源，其在市場競爭中具有絕對優(yōu)勢，很容易就能實現(xiàn)優(yōu)先上網(wǎng)并拉低市場交易價格，甚至出現(xiàn)負(fù)電價。同樣以2017年4月的最后一周為例，日前市場的出清價格與風(fēng)光的發(fā)電能力呈現(xiàn)出很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性。日前最高出清價格發(fā)生在4月26日8時，為0.053歐元（0.41元）/千瓦時，最低價格發(fā)生在4月30日14時，為-0.075歐元（-0.57元人民幣）/千瓦時。在如此強(qiáng)烈的價格信號刺激下，德國的常規(guī)電源有很大的意愿進(jìn)行靈活性改造，以便在市場價格低位時盡可能地減小出力，高位時盡可能地增加出力，需求側(cè)的可調(diào)容量和可控負(fù)荷也隨之?dāng)U大，分別占最大負(fù)荷的13%和1.6%。

平衡結(jié)算單元機(jī)制能不能幫助我國消納可再生能源？

在討論平衡結(jié)算單元機(jī)制能不能幫助我國消納可再生能源前，需要明晰的關(guān)鍵，是德國分散式市場中的平衡結(jié)算單元能否直接運用于我國的集中式市場。在分散式市場中，發(fā)電機(jī)組啟停和出力主要由經(jīng)營主體在中長期合約的基礎(chǔ)上分散決策形成，調(diào)度計劃由發(fā)電商提交，調(diào)度機(jī)構(gòu)只在實時進(jìn)行微小調(diào)整。這種模式允許平衡結(jié)算單元通過滾動交易改變調(diào)度計劃，以促使系統(tǒng)的實時平衡。但在集中式市場，經(jīng)營主體簽訂的中長期合約均為財務(wù)性質(zhì)，發(fā)電機(jī)組啟停和出力安排全部由調(diào)度根據(jù)經(jīng)營主體報價，在日前和實時等階段通過集中優(yōu)化形成。在這種模式下，場外交易的平衡結(jié)算單元完全與實際調(diào)度計劃脫鉤，變成了會員制的小型金融期貨市場，其標(biāo)的不是電量而是差價合約，僅能幫助經(jīng)營主體規(guī)避風(fēng)險，無法影響系統(tǒng)實際電力生產(chǎn)和消費的物理性不平衡。

與其糾結(jié)期貨市場如何成立等平衡結(jié)算單元的適用性問題，不如透過現(xiàn)象看本質(zhì)，從德國對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、社會認(rèn)知水平以及市場機(jī)制等方面的探索中得到更直接、更有效的啟發(fā)。

一是堅持煤電的兜底保障地位。 “雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)，應(yīng)著重減少煤炭消耗量而非減少煤電的裝機(jī)數(shù)量，從德國超配的火電裝機(jī)容量可以看出，發(fā)展可再生能源推動綠色轉(zhuǎn)型與保留煤電并不矛盾?；谖覈馁Y源稟賦，煤電是目前經(jīng)濟(jì)性容量支撐的唯一選擇。不管各地區(qū)可再生能源的裝機(jī)規(guī)模如何，仍應(yīng)確保以煤電為主的支撐性電源容量與應(yīng)保必保的負(fù)荷容量加合理備用之和相當(dāng)。同時，這些新型電力系統(tǒng)中煤電不能再簡單地追求發(fā)電利用小時數(shù)和經(jīng)濟(jì)功率，而是加強(qiáng)靈活調(diào)節(jié)能力、降低能耗水平，以達(dá)到更快速的爬坡、更低成本的快速啟停以及長期備用。

二是做好終端電價上漲的社會預(yù)期。 相較德國不低于2元的終端用電價格，我國目前的電價水平顯然無法支撐大體量的可再生能源發(fā)展。十三五末期，我國的發(fā)電裝機(jī)容量為22億千瓦，電量生產(chǎn)能力理論上已經(jīng)滿足2023年全社會需要，最大用電負(fù)荷（13.7億千瓦）需求可被滿足的概率也很高。但這四年來，發(fā)電裝機(jī)容量還在繼續(xù)增長，截至2023年底，全國累計發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)29.2億千瓦。其中7.2億千瓦的增量，只是生產(chǎn)了電力、提高了可靠性，而無法通過生產(chǎn)電量回收成本。加之同步建設(shè)的電網(wǎng)設(shè)施，這些投資，會在下一輪核價周期或某一時間，最終傳導(dǎo)給電力用戶，體現(xiàn)在上漲的終端電價中。再來算一算可再生能源的消納賬，尚且不考慮系統(tǒng)為應(yīng)對可再生能源擾動增加的調(diào)節(jié)成本，目前很多可再生能源電站配套相當(dāng)規(guī)模的儲能，以鋰離子電池儲能為例，參考1500小時的利用小時數(shù)，度電成本約0.6元/千瓦時，明顯超過全國絕大部分地區(qū)的上網(wǎng)電價，抬高電價成為必然。

三是要加快現(xiàn)貨市場的建設(shè)進(jìn)程。 現(xiàn)貨市場的核心功能是發(fā)現(xiàn)價格，讓供需關(guān)系通過價格信號實現(xiàn)資源高效配置。各類型電源的同臺競爭、合理的價格限值是價格信號“滿格”的機(jī)制保障，市場經(jīng)營主體的主動性被充分調(diào)動，進(jìn)一步推動可再生能源的經(jīng)濟(jì)消納。對發(fā)電側(cè)，價格信號引導(dǎo)其在負(fù)荷低谷減出力為可再生能源提供消納空間，在負(fù)荷高峰增出力保障電力可靠供應(yīng)；對用戶側(cè)，響應(yīng)價格信號自發(fā)改變用電習(xí)慣，實現(xiàn)電力凈負(fù)荷曲線的削峰填谷。此外，輔助服務(wù)市場、容量市場等多品類市場的協(xié)調(diào)配合也不可缺少。

他山之石，可以攻玉。學(xué)習(xí)德國的可再生能源發(fā)展，我們要堅持“戰(zhàn)略思維、辯證思維、系統(tǒng)思維、創(chuàng)新思維”，要看軟件也要看硬件，要了解成功也要清楚失敗?？稍偕茉聪{作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)性問題，需要從基本國情出發(fā)，以新質(zhì)生產(chǎn)力為引領(lǐng)，協(xié)同政策、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及產(chǎn)業(yè)等各方力量，加速可再生能源成長，以更好保障能源供給、支撐社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

我國能源體系的體量之大、地域之廣、環(huán)境之復(fù)雜，注定無法“依葫蘆畫瓢”世界上任何一個國家，我們只能走自己的路，走一條具有中國特色的能源轉(zhuǎn)型之路。