电力市场引导用户主动改变用电行为实现多赢

我国电力行业自改革以来，电力市场先后经历了1998年厂网分开竞价上网改革、2002年区域电力市场建设以及2015年新一轮电力市场化改革，目前正处于推进完善电力现货市场建设阶段，发电侧引入竞争比较充分，电力市场出清在一定程度上体现了反映供需关系的分时价格信号，有效实现了新能源消纳和高峰保供目的。但目前或出于稳定需求，或由于市场建设尚未成熟等因素影响，作为市场中不可或缺的电力用户大都是被动地参与市场，用户侧参与市场对于平衡供需、释放市场福利的作用还未充分体现，如何深挖用户侧潜力、引导用户改变用电行为，将是保障电力安全供应、提升系统灵活性以及完善市场建设的一个重要课题。

(来源：微信公众号“中国电力企业管理” 作者：王澍)

用户能为电力系统做什么

传统电力系统由电源、输配电网、用户负荷组成，不同类型的发电机组将电能量生产出来以后，通过输电网络输送给电力用户使用，调度机构对发电机组优化发电计划并实施调控，即是实现“电源出力=用户负荷”的过程，以发电出力变化跟随“刚性”负荷的用电变动，保证系统发用电的实时平衡是电力系统安全稳定运行的关键。

随着风电光伏为主的绿色、低碳且低成本的新能源发电飞速发展，电力系统电源结构发生变化，系统平衡公式变为“新能源出力+常规电源出力=用户负荷”。低成本、清洁绿色的新能源虽然会降低碳排放与电能量成本，但是由于其出力的随机性、间歇性特性明显，为保证系统的安全运行，原本在传统电力系统只需要跟随电力负荷单侧波动的常规电源，不得不肩负起为具备双侧随机性的新型电力系统提供调节能力的重任。

适当的机制和激励可以促进电力用户改变自身用电行为，与电源侧共同发力，实现新型电力系统场景下，保障新能源消纳、提高系统运行安全，促进系统功能成本降低，助力打破“能源不可能三角”。这里说的改变用电行为并非指单纯的减少电能使用，而是引导用户由传统的“按需用电”转化为“按价用电”，比如具有灵活生产能力的电力用户在高峰用电时段减少生产以缓解电力供应压力，在新能源大发时段增加生产以促进新能源消纳，分阶段生产产品的用户也可以在将某一零件生产时间转移到负荷低谷时段，居民用户也可以进行用电负荷的转移。需要提出的是，并非所有电力用户都能够调节用电行为，大部分用户的主要用电需求的刚性特征难以进行改变，也难以提供特别短时或者特别长时的调节能力，例如风力突变造成风力发电的急剧增大或急剧减少，大部分用户难以在短时内调整自身负荷以匹配风电出力变化，又比如在面临数日的电力供应短缺时，用户也不会选择连续数日减少生产。

传统模式下的

用户调节是怎么做的

在传统的计划模式下，在年度负荷尖峰时段，主要采取有序用电和需求响应两种方式，促使用户侧或主动或被动地参与负荷调节。

有序用电是指在电力供应不足、突发事件等情况下，通过行政措施、技术方法，指令性安排部分用户用电行为，以保障全系统的电力平衡。有序用电是计划经济下的产物，基本都按照先错峰、后避峰、再限电、最后拉闸的顺序执行，执行对象大多是重点用能企业及“两高”企业。因此，有序用电并非市场主体的主动用电调整行为，不利于电力资源的有效配置和社会福利的改进，甚至影响到用户日常经营。

需求响应是指电力市场价格明显升高(降低)或系统安全可靠性存在风险时，电力用户根据价格信号或激励措施，改变其用电行为，减少(增加)用电，从而促进电力供需平衡、保障系统稳定运行的行为。但在国内实操中，往往把带有补偿措施的“需求响应项目”简称为需求响应，对于需求响应不同省份的政策不同，但是大都是针对不同时间响应类型由政府形成管制电价，根据响应容量或者响应电量对用户进行补偿。

有序用电和需求响应在一定程度上存在着计划手段的影子，这两者的实施均没有考虑社会福利最大化问题。免费的“有序用电”比付费的“需求响应”更能为用户节省电费，这种观点是对电力经济的严重误解，因为“免费的”往往是最贵的，而且是非常有害的，因为它无视了停电对这些用户造成的实质性严重影响和巨大的被动经济损失。由于用户类型多、用电设备复杂、用电需求多样，因此电力用户调整用电的行为给用户本身带来的成本是非常难以准确量化的，由于没有统一的衡量标准来比较用户调节成本与所得到的补偿对应关系，无法得到按照成本加收益的定价方式形成政府管制电价，很可能导致用于支付响应的费用过高，而造成过补偿，或者因为支付响应的费用过低，而无法获得足额的响应能力。

归根结底，这两种方式都不是符合社会福利最大化的方式，最主要的原因就是两种方式都没有采取市场机制激发用户主动的负荷调整行为，自然无法释放出最大的社会福利。

电力现货市场能够使用户自发调节

国内电力现货市场基本采用“全电量+集中式”模式设计，价格机制采用节点边际电价。节点边际电价是市场运营机构以发用平衡为目标，根据发电侧(卖方)量价以及用户侧(买方)申报电量或者调度机构的负荷预测进行优化调度计算得到的，满足电网安全约束的分节点、分时段的边际价格。现货市场出清的价格信号，反映了不同时间、不同节点的电力供需关系。例如新能源大发、净负荷低时，供应充足低廉，现货出清价格低;负荷高峰时供应紧张、净负荷高时，边际机组中标容量段价格高，使现货出清价格高，如果有输电阻塞，负荷中心电价要比电源中心高。有效的价格信号可以激励有调节能力的用户自发调节用电行为，在短时内进行移峰填谷，在高峰时段减少用电，或者转移用电高峰期的需求;在长期内，通过分区价格信号引导电力用户更多考虑在电源中心或低价区投资建厂，降低自身用电成本同时减少输电网络阻塞，起到就地消纳和减少网损的作用，进一步节约资源并释放社会福利。

电力现货市场开展的初期，采用发电单边竞争的初级市场中，一个有意思的现象是，市场管理者或市场设计者往往担心市场是新事物、太复杂，市场主体不够“聪明”而无法有效参与市场。而现实是，有经济利益驱动的情况下，本来只想多发电的“愚钝”的发电企业能够快速地理解市场、适应市场并积极做出经营的调整，这是非常符合市场经济的现象。用户参与市场也同样会是从陌生、到学习，最终主动积极响应市场的快速进阶过程。在欧洲，“聪明”的用户已经利用电力期货和现货市场采用套期保值的方式优化用电成本。

用户参与现货市场的运行，市场机制下价格信号引导用户调节用电起到的作用明显优于强制的有序用电以及管制电价下的需求响应，用户侧参与市场存在以下好处。

一是促进社会福利的实现。首先，当市场价高于用户的支付意愿时，用户就会停止或减少用电。其次，当峰谷价差大于用户转移用电时段的成本时，特别是考虑当前新能源高比例接入电网将会进一步拉高峰谷价差，用户就会主动避峰填谷。减少尖峰负荷需求可以避免投资成本高昂的顶峰机组，还可以避免不必要的、成本高昂的电网投资。根据咨询公司Brattle的一项研究，美国如果有5%的用户避开高峰时段，全美每年即可节省约24亿美元的发电电源投资和3亿美元的电网投资。

二是有助于控制发电方的市场力，降低用户购电成本。当发电方要价过高时，部分用户可以降低负荷需求，平衡供需关系。如图(a)所示，如果市场竞争中没有用户直接参与，系统的需求曲线就是一条竖直的直线，市场出清价则由报价最高的边际发电机组设定，边际机组G5可以通过提高报价来提高市场出清价，用户只能作为价格接受者被动接受市场价格，无法体现出用户的交易意愿。但是如果用户报价可以参与市场出清，如图(b)所示，原来的边际机组G5便无法中标。市场出清价则由用户F3来确定。G5如果想要中标，其报价就必须低于用户F3。因此，因为有用户F3的参与，G5的市场力得到了有效控制。

三是提供运行备用优化系统发电成本。在大多数现货市场中，用电负荷可调控的用户是可以提供运行备用的(包括旋转和非旋转备用)，个别符合条件的用户甚至可以提供调频服务(比如有储能设施或自备机组的用户)，根据对国外典型电力市场的研究，用户在加拿大的安大略省和阿尔伯塔省、美国的PJM、新加坡等市场提供了相当多的运行备用，证明了用户提供备用是完全可行的。用户参与备用市场会增加备用市场的竞争性，将会降低备用和电能价格，并提高辅助服务的质量和社会效益。在国内市场中，备用均为发电侧提供，提供了备用能力的发电机组在电能量市场中的竞价空间将会减少，根据经济调度理论，在负荷不变时，这一部分电能量将会由成本相对该机组高的电能量代替以维持系统平衡，这将会提高整个市场的出清价格，虽然可以将备用市场与电能量市场进行联合优化，但是依然改变不了仅由发电机组提供备用会抬升电能量价格这一事实。如果此时备用服务由用户提供，发电机组提供的备用能力将回到电能量市场，将会改善电能量市场出清价格，降低系统整体的购电成本，整个电力市场的社会福利得到明显改善。

四是切实提供调峰和顶峰功能。从电力系统平衡的角度，负荷等同于负的发电，负荷侧多用电等同于发电侧少发电，同样，负荷侧少用电等同于发电侧多发电。当存在有效的价格信号，包括批发市场中的现货时变价格和零售端的峰谷分时电价，都会引导用户调整用电行为。特别是在批发市场中，也就是需要执行平衡电力系统的发用、新能源消纳和保供的环节，当用户发现现货市场价格很低，例如0价或负价时，倾向于在这个时段多用电，当用户发现现货市场价格很高时，例如1.5元/千瓦时，倾向于在这个时段少用电。这种用电调整行为正好与新能源消纳和电力保供的需求吻合，即极低价格时段通常是新能源消纳难的时段，用户多用电就能够多消纳新能源，而极高价格时段通常是系统负荷高峰时段，用户少用电就能够降低供需紧张程度。过市场价格机制，实现用户优化购电成本、新能源消纳、电力保供的多赢局面。在国外的容量市场中，负荷已经作为一种容量资源在容量市场中竞争，美国PJM市场中，负荷的收入有较高比例是来自容量机制。当然，反过来讲，如果没有价格信号，绝大多数用户作为纯经济实体，是没有任何意愿调整其用电行为的，从而会加大电力系统的平衡压力。

促进用户侧

有效参与市场的相关建议

当前市场环境下还无法体现出用户侧调节能力的巨大价值，建议从完善现货市场建设、推动用户侧全面参与市场、加强用户侧监管等方面发力，为引导用户侧自发改变用电行为打通路径，最大化发挥用户侧调节能力对市场效率的提升作用。

完善现货市场建设，增强价格信号引导作用。现货价格反映市场成员进行电能调整的意愿程度，因此保证现货价格的有效性是市场建设的重中之重。由于国内现货市场存在用户侧参与市场程度低、市场价格上限较低且下限较高、大部分省份未运行现货市场，最终市场出清的价格信号的真实性会打折扣，且未能有效向用户侧传导。山西在今年三月更新现货规则V13.0并将用户侧申报纳入出清，证明了国内现货市场终将走上发用双边竞争市场的合理的市场化道路。现货市场中的平均价格水平才与用户支付电费总额有关，而不是高价和低价的绝对值。在电力现货市场中，会出现日内和季节性高价和低价，并且新能源穿透率越高，高低价出现的幅度会越大、频度会越高，这更需要规制机构放开限价，价差越高越能激发灵活性资源主动参与市场。关于价格，一个极端的例子是美国德州电力市场，业内熟知的是2021年2月冰灾导致德州实时市场价格多日达9000美元/兆瓦时(约人民币6.3元/千瓦时)，而不了解的是当年其他时段的平均实时市场电价仅为37美元/兆瓦时(约人民币0.259元/千瓦时)，2020年德州实时市场均价仅为26美元/兆瓦时(约人民币0.182元/千瓦时)。因此，建议加快市场的完善与建设进度，推动用户侧参与市场出清、放开市场限价、促进价格信号的有效传导。

赋予电力用户主体身份，全面参与电能量、辅助服务、容量机制。明确电力用户的主体身份，制订公平完善的规则，积极调动用户侧参与电能量市场，体现用户交易意愿，促进市场完善，通过辅助服务市场体现其备用乃至调频能力价值、促进市场整体最优，通过参与容量机制体现其容量价值、节约容量投资，最大化地体现出用户侧调节能力的市场价值。此外，随着各类型市场主体的丰富，市场的竞争会更加激烈，激烈的竞争会更加真实地体现出各类型市场交易标的真实成本，更深层次提升市场效率、释放社会福利。

加强用户侧监管，规范用户参与市场的行为。相对于发电主体而言，用户主体的数量大、类型多、位置分散，一方面各类型用户自身调节能力发挥的作用也不尽相同，另一方面会造成严重的信息不对称，市场运营机构不可能完全了解用户的真实性能，因此建议对用户侧参与实行“低门槛，高考核”的监管方式，一方面降低用户参与各种市场的门槛，通过汇集分散的调节能力共同作用于系统，最大限度发挥用户侧潜力。另一方面加大考核力度，用户或者出于认知不足原因，或者出于套利目的，可能会在市场中进行虚假申报和不真实的计量，例如自身容量或备用能力达不到其中标量，甚至还会利用规则漏洞操纵市场。因此必须加大对其监管力度，规范用户参与市场行为，这既是维护系统可靠性的需要，也是维护市场公平竞争环境的需要。

本文刊载于《中国电力企业管理》2023年07期，作者系天津华大亿电科技有限公司首席技术官