理順電力市場與需求響應的兩個邏輯關系
詹智民1 湯旸1 劉翊楓1 葉澤2
（1.湖北電力交易中心有限公司 2.長沙理工大學）
2017年國家發(fā)展改革委出臺的《電力需求側管理辦法（修訂版）》（發(fā)改運行規(guī)〔2017〕1690號，以下簡稱1690號文），提出“各地應擴大需求響應試點實施范圍，結合電力市場建設的推進，推動將需求響應資源納入電力市場。支持、激勵各類電力市場參與方開發(fā)和利用需求響應資源，提供有償調峰、調頻等服務，逐步形成占年度最大用電負荷3%左右的需求側機動調峰能力，保障非嚴重缺電情況下的電力供需平衡”。2021年我國電力供求出現緊平衡狀態(tài)。2022年國家提出電力“保供穩(wěn)價”，各省按照“需求響應優(yōu)先、有序用電保底、節(jié)約用電助力”的原則，制定和實施電力需求響應辦法，并取得了明顯的成效。相比于需求響應，電力市場是實現電力供求平衡特別是電力保供的根本形式。兩者有共同的目標、實施主體和作用機制。正確認識電力保供的經濟規(guī)律特別是電力市場與需求響應之間的邏輯關系，對進一步做好電力保供及電力市場和需求響應兩項具體工作都有重要意義。
一、電力市場與需求響應之間的關系
（一）問題表現
1.電力市場與需求響應的時序關系
目前絕大多數?。ㄊ小^(qū)）年度電力市場交易實施方案、現貨市場交易規(guī)則和電力需求響應實施辦法中都沒有明確兩者的時序關系，這種關系不僅從電力市場交易組織的角度非常重要，而且影響和決定兩者的功能定位。除個別省（市、區(qū)）外，目前兩者整體上處于獨立或并列運行狀態(tài)。電力市場通過交易機構組織更大范圍市場主體參與和體現價格信號的短周期交易包括現貨市場實現保供，而需求響應則通過相對獨立的平臺，如省級政府相關部門管理的電力需求側管理平臺、智慧能源服務平臺甚至省級電力公司面向用戶的信息服務平臺等組織，將特定時間市場主體發(fā)、用電負荷變化結果通知電力公司，并通過獨立資金來源給予用戶補償。這種關系狀態(tài)既不符合1690號文提出的“推動將需求響應資源納入電力市場”的要求，也不利于電力保供整體工作的運行。
2.電力市場價格與需求響應補償標準的大小關系
在電力短缺或者過剩的特殊情況下，電力市場價格理論上應該按用戶電力失負荷價值或發(fā)電企業(yè)失出力價值形成，這樣可能出現暫時性極高電價和極低電價（包括負電價）。由于多種原因，目前我國各?。ㄊ小^(qū)）電力市場中長期分時段交易價格和現貨市場價格基本限制在0～1.5元/千瓦時的范圍內，只有省間現貨市場價格可以在0～10元/千瓦時范圍內變化，個別省級電力現貨市場價格變化在0～5元/千瓦時的范圍內變化。如果把省間現貨市場價格上限即10元/千瓦時認定為電力短缺情況下根據用戶電力失負荷價值確定的合理電價水平，可以看出，目前各省電力短缺情況下電力市場價格并沒有達到合理水平。反觀需求響應的補償標準，雖然各省差異很大，但是總體上明顯高于電力市場價格水平。如某省規(guī)定“日前響應原則上1天不多于2次，每次持續(xù)時間不低于1小時，每日累計時間不超過4小時，響應補貼標準最高為20元/千瓦時”。這樣將補償標準折算成電量電價，即補償標準最高為5～20元/千瓦時。這個補償標準明顯超過1.5元/千瓦時左右的電力市場最高價格。
（二）逆反效應
1.削峰響應的逆反效應
在電力短缺情況下，參與需求響應的用戶原本應該在電力市場中承擔合理的稀缺電價，比如5元/千瓦時甚至更高電價，并且可能在這個電價水平下減少或者轉移相應的負荷需求，從而不需要啟動需求響應，或者可以減少需求響應的負荷規(guī)模。但是，現在卻因為市場價格限制在相對較低水平（如1.5元/千瓦時），用戶在維持用電需求并參與需求響應的情況下，可以按5～20元/千瓦時的標準獲得補償。這種機制會誘導有負荷彈性的用戶不通過電力市場削峰填谷，而是維持或增加電力短缺時的負荷需求，甚至不理性地期望電力短缺發(fā)生。部分?。▍^(qū)、市）規(guī)定實際負荷響應率在120%～150%的部分按有效響應電力乘以0.8倍進行補貼，超出150%部分則不予補貼，在一定程度上證實了這種逆反效應的存在。
2.填谷響應的逆反效應
在電力供給過剩（如午間新能源出力高峰）的情況下，如果電價反映發(fā)電企業(yè)失出力價值不夠，電價該低不低，限制在零電價而不允許負電價產生（新能源發(fā)電企業(yè)在0.2元/千瓦時補貼情況下的最低合理電價為-0.2元/千瓦時），通過需求響應補貼用戶用電解決消納問題的同時，也不利于發(fā)電企業(yè)通過多種技術手段優(yōu)化出力曲線，調整或控制過剩時段出力，同時還不能通過發(fā)電企業(yè)合理降價實現社會福利最大化。此外，因為相對有利于發(fā)電企業(yè)，還會導致發(fā)電企業(yè)在過剩時段增加出力，使新能源消納更加困難等。
二、需求響應原理及國外相關經驗借鑒
（一）需求響應原理及主要形式
1.需求響應是解決電力供給經濟性與可靠性兩難問題的有效方式
電力工業(yè)資本密集與電力負荷需求尖峰化及不確定性的特征，客觀地產生了滿足用電需求的經濟性與可靠性的兩難選擇問題。高可靠性供電必然產生相對更大的投資和運維成本，形成很高電價；較低可靠性供電會形成相對更低的投資和運維成本，產生更容易接受的供電經濟性和價格。供電可靠性與供電成本或價格的這種非對稱關系如圖1所示，這樣，電力保供本質上是電價與可靠性水平的組合選擇問題?？煽啃猿杀救绻挥蓢须娏ζ髽I(yè)或國家承擔，就只能由高負荷時段甚至電力短缺時段用電的用戶承擔。在用戶數量多、用電負荷特性信息（包括電價與可靠性需求與效用信息）組合不對稱且經常變化的情況下，在激勵相容約束條件下吸收用戶參與或選擇是最有效的方式。比如用戶在獲得補償后減少或轉移尖峰時段的負荷需求，只要補償水平低于減少或轉移負荷對應的投資與運維等成本。不同可靠性需求的用戶的理性選擇會形成同時有利用戶和電力系統的“雙贏”效果。
2.需求響應的兩種類型及具體形式
國外從用戶響應動機的角度將需求響應分為價格型需求響應和激勵型需求響應兩類。價格型需求響應的主要形式有分時電價、尖峰電價和實時電價等。激勵型需求響應的主要形式有直接負荷控制、可中斷負荷、需求側競價、緊急需求響應和容量或輔助服務計劃等。按照這個分類，目前我國電力市場屬于價格型需求響應，而需求響應則屬于激勵型需求響應。這個分類揭示了電力市場與需求響應的內在聯系，也為兩項工作的有機整合提供了思路。
（二）協調電力市場與需求響應之間關系的國外經驗
國外電力市場與需求響應之間經歷了從先后或主補關系到一體化融合的轉變過程。需求響應是美國在電力市場改革后，針對需求側管理如何在競爭市場中充分發(fā)揮作用以維持電力系統可靠性和提高市場運行效率而提出來的，因此，需求響應最初作為電力市場的補充，疊加在電力市場上發(fā)揮作用。隨著電力工業(yè)發(fā)展（如新能源比例增加等），電力系統經濟可靠運行對需求彈性提出了更高的要求，使電力市場與需求響應逐漸融為一體。美國聯邦管制委員會（FERC）2008年發(fā)布了719號法令，允許需求響應參與電力市場競價；2011年發(fā)布745號和755號法令，要求每個區(qū)域輸電組織或獨立操作系統（RTO/ISO）支付需求響應資源公平的市場出清價格；2020年發(fā)布專門針對需求側資源利用的2222號法令，推動包括需求響應在內的需求側資源通過聚合的方式參與電力現貨市場。目前，美國主要電力市場的需求響應占峰值負荷的比例達到了5%～12%。如在美國加州電力市場，有用電彈性的公用事業(yè)和負荷聚合商直接參與日前、實時和輔助服務市場，通過減少負荷和補償水平的組合投標反映其用電彈性，對市場運行和調度給予最優(yōu)的反應，需求響應已經成為加州電力市場的有機組成部分。
（三）處理電力市場價格與需求響應補償標準大小關系的國外經驗
理論上，需求補償標準應該等于市場價格。在電力短缺特殊情況下，當市場價格高于補償標準時，用戶認為補償標準偏低而不中斷負荷需求，使用買方市場勢力迫使電力供求平衡責任者提高補償標準；當市場價格低于補償標準時，市場主體愿意提供超過系統需要的可中斷負荷，電力供求平衡責任者可以選擇報價更低的用戶響應，使補償標準與市場價格相等。
實際上，由于情景不同等原因，國外電力市場價格與需求響應補償標準呈現出相同的高度相關性。根據美國加州獨立操作系統（ISO）市場監(jiān)管部2022年發(fā)布的《2021年需求響應問題和績效報告》，2021年美國加州電力日前市場不同時間需求響應投標價格分布如圖2所示。圖中橫坐標表示時間，激勵型需求響應全年僅發(fā)生在7月9日等7天，每次有公用事業(yè)和第三方參與需求響應投標，其中公用事業(yè)參與又分為可靠性需求響應資源（RDRR）和代理資源響應（PDR）兩種類型?？v坐標表示投標減少的電力負荷。圖中各色塊表示投資價格或激勵型補償水平?？梢钥闯?，圖中主要色塊為暗紅色，這個色塊表示995美元/兆瓦時及以上價格，而目前加州電力市場價格上限為1000美元/兆瓦時。由于電力短缺情況下電力批發(fā)市場交易價格一般會達到上限，可以認為加州需求響應補償標準與電力市場價格基本相等。
三、相關政策建議
（一）明確目前電力市場與需求響應之間的先后關系
目前各省（市、區(qū)）實施的需求響應基本上都是激勵型需求響應，而且主要針對削峰和填谷兩種情景，特別是電力保供下的削峰情景。電力市場屬于價格型需求響應。在兩種需求響應類型中，電力市場或價格型需求響應機制是經濟理論和國內外電力市場改革實踐中已經證明的解決電力供應經濟性與可靠性內在矛盾的主要途徑，應該優(yōu)先發(fā)揮電力市場引導資源優(yōu)化配置的作用，并在供求不平衡情況下通過價格信號實現經濟與可靠性兼顧的科學平衡的能力和作用。對于市場機制發(fā)揮作用后仍然存在的電力缺口，引入科學的激勵型需求響應機制。建議在維持“需求響應優(yōu)先，有序用電保底，節(jié)約用電助力”的電力保供原則的前提下對“需求響應優(yōu)先”做進一步補充說明，如“價格型需求響應優(yōu)先，激勵型需求響應配合”，或者直接提出“電力市場優(yōu)先，需求響應配合，有序用電保底，節(jié)約用電助力”。
（二）引入電力失負荷價值定價完善電力市場價格形成機制
高需求響應補償標準和低市場價格的組合表面上能夠在“穩(wěn)價”的前提下“保供”，實際上，高需求響應補償標準是對的，但是，如果高可靠性用戶的市場價格按低可靠性用戶形成，參與需求響應的高可靠性用戶在沒有承擔可靠性成本的情況下卻獲得了與可靠性成本相當的補償，這種利益機制會誘導形成更大的削峰需求，間接地增加“保供”難度。為避免這種逆反效應，必須根據經濟規(guī)律，按照用戶電力失負荷價值或發(fā)電企業(yè)失出力價值形成電力短缺或過剩時的市場價格，制定相應的價格上、下限，釋放特殊情景下準確的市場價格信號，發(fā)揮電力市場引導市場主體實現供求平衡包括電力保供的根本作用。事實上，非系統原因引起的電力短缺的持續(xù)時間很短，比如一年內10小時，即使產生10元/千瓦時的稀缺電價，對全年市場交易價格的影響也只提高約0.76%(（10÷1.5）×（10÷8760））。如果再綜合考慮供求過剩時出現的低電價甚至負電價，允許電力市場電價在供求不平衡情況下按經濟規(guī)律形成的全年平均電價，不一定比目前限制供求不平衡狀態(tài)電價的全年平均電價更高，能夠“保供”同時也能“穩(wěn)價”，并且在長期內用形成的資源優(yōu)化配置效益降價。但是，按經濟規(guī)律形成的電價卻可以更好地引導市場主體優(yōu)化發(fā)用電行為，比如在電力短缺時由于有高電價引導用戶削峰填谷，不需要使用激勵型需求響應，可以產生資源優(yōu)化配置效益，并節(jié)省需求響應激勵費用。從這個意義上講，目前的激勵型需求響應補償標準正在倒逼電力市場價格形成的科學化。從政策角度看，與其支付補償費用激勵用戶削減負荷，不如補貼用戶直接響應電力市場。建議政府用激勵型需求響應的補償費用補貼承擔稀缺電價的用戶。
（三）逐步把需求響應整合到電力市場體系中
根據1690號文“推動將需求響應資源納入電力市場”的要求和國外需求響應經驗，建議逐步把目前激勵型需求響應整合到電力市場體系中。
首先，把目前需求響應實施平臺統一到各省電力交易機構平臺上。省級電力交易機構組織需求響應，既符合國家相關文件要求，也有相應的技術條件，有利于更有效地實施電力保供。目前，廣東電力需求響應已經由電力交易機構組織實施。
其次，促進負荷響應資源直接參與市場，形成需求響應的市場化補償機制。與電力市場價格形成機制相比，目前各省需求響應補償類型多，標準差異大，缺乏科學或規(guī)范的形成機制；補償資金來源沒有體現“誰受益、誰承擔”原則，個別省還根據資金來源決定補償標準。需求響應提供者以適當的形式直接參與市場獲得收益，同時解決了補償標準形成機制和補償資金來源兩個問題。山東省需求響應補償標準中電量補償標準按現貨市場價格決定，貴州省補償標準上限根據需求響應啟動時電力市場價格水平相機決定，這說明了需求響應補償標準按電力市場價格形成的合理性和可操作性。
再次，通過整合需求響應資源提高電力市場體系和機制建設水平。隨著新型電力系統建設的推進和社會用電需求的不確定性增加，電力系統經濟可靠供電的內在矛盾將越來越大，客觀上需要更多負荷響應資源參與。根據國外電力市場和需求響應經驗，需求響應除通過可中斷負荷等能夠有效解決電力短缺問題外，還特別適合在輔助服務市場、容量市場中發(fā)揮作用。把目前激勵型需求響應資源系統整合到電力市場中，既有利于電力市場體系和機制建設，也能夠拓展需求響應資源的應用空間，增加其經濟價值，為解決電力供給的經濟性與可靠性兩難選擇提供新的有效途徑。
