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引言[1]
以往，用戶的電費(fèi)主要是按固定價(jià)格來(lái)收取。而如今，越來(lái)越多的國(guó)家在考慮對(duì)不同用電時(shí)段的電量收取不同價(jià)格，這就是所謂的“分時(shí)電價(jià)”。國(guó)家發(fā)展改革委于2021年發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機(jī)制的通知》，要求各省對(duì)除個(gè)別類(lèi)型的用戶外都要設(shè)計(jì)和實(shí)施分時(shí)電價(jià)[2]。這將極大地推進(jìn)分時(shí)電價(jià)在中國(guó)的實(shí)施，并使中國(guó)成為少數(shù)幾個(gè)嘗試在全國(guó)范圍內(nèi)廣泛實(shí)施分時(shí)電價(jià)的國(guó)家之一[3]。
實(shí)施分時(shí)電價(jià)有幾點(diǎn)好處：首先，分時(shí)電價(jià)向用戶發(fā)出價(jià)格信號(hào)，促使他們改變自己的消費(fèi)模式，將電力的使用從高電價(jià)時(shí)段轉(zhuǎn)向低電價(jià)時(shí)段，這有助于降低系統(tǒng)總成本。其次，分時(shí)電價(jià)能更加公平地將電力成本分配給在高價(jià)時(shí)段用電的用戶。
要實(shí)現(xiàn)這些好處，分時(shí)電價(jià)的費(fèi)率標(biāo)準(zhǔn)必須要設(shè)計(jì)得當(dāng)，能夠準(zhǔn)確反映系統(tǒng)內(nèi)在的成本，而不是靠更簡(jiǎn)單的“經(jīng)驗(yàn)法則”。按照國(guó)家發(fā)展改革委2021年文件的要求，各省已出臺(tái)了分時(shí)電價(jià)實(shí)施的配套政策，如何持續(xù)評(píng)估和優(yōu)化這些配套政策是值得探討的問(wèn)題[4]。本文將簡(jiǎn)要介紹分時(shí)電價(jià)費(fèi)率的設(shè)計(jì)原則以及美國(guó)一些地區(qū)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并重點(diǎn)討論如何設(shè)計(jì)分時(shí)電價(jià)的費(fèi)率結(jié)構(gòu)，從而使經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益最大化。
分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)的目標(biāo)
1、反映發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)在成本
本節(jié)概述了電力系統(tǒng)中關(guān)鍵的邊際成本構(gòu)成要素，以及在實(shí)施分時(shí)電價(jià)時(shí)如何確定這些要素。
電能量
電能量的邊際成本是指由于用戶負(fù)荷增加而需要生產(chǎn)更多能源的成本（或是由于用戶負(fù)荷減少而減少能源生產(chǎn)的成本）。一年中每小時(shí)生產(chǎn)能源的成本隨用戶的負(fù)荷和可用的供應(yīng)量而波動(dòng)。
計(jì)算電能量的邊際成本有多種方法，其中一種是生產(chǎn)模擬模型，它可以在特定的約束條件下（如發(fā)電機(jī)組和輸電限制），以最小成本（即經(jīng)濟(jì)最優(yōu)）的方式，模擬每小時(shí)（甚至每幾十分鐘）電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況。這些數(shù)據(jù)可以匯總為每個(gè)月各小時(shí)的平均值，以體現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)的每日和季節(jié)性模式，并看出邊際成本在何時(shí)更高。下圖顯示了美國(guó)加州采用生產(chǎn)模擬模型計(jì)算的結(jié)果。
由于通過(guò)輸配電系統(tǒng)向終端用戶輸送能源時(shí)會(huì)發(fā)生電阻損耗，發(fā)電側(cè)供應(yīng)的電量要高于終端售電量約10%（因國(guó)家和地區(qū)而異）。因此，邊際電能量成本應(yīng)根據(jù)估計(jì)的輸電和配電損耗程度適當(dāng)上調(diào)，以確保售電的全部成本能反映到邊際成本中。
發(fā)電容量
發(fā)電容量的邊際成本代表了投建額外發(fā)電廠的成本，建設(shè)這些發(fā)電廠可能只是為了滿足少數(shù)特定時(shí)段用戶負(fù)荷的增加，否則系統(tǒng)裝機(jī)容量會(huì)不足（換言之，如能減少用戶高峰負(fù)荷就可以節(jié)省電廠投資成本）。引起發(fā)電容量需求增加的這幾個(gè)小時(shí)通常被稱(chēng)為失負(fù)荷概率峰值小時(shí)。由于系統(tǒng)在大多數(shù)小時(shí)內(nèi)都有充足容量，一年中大多數(shù)時(shí)間內(nèi)的失負(fù)荷概率為零。
在失負(fù)荷概率峰值小時(shí)期間的容量邊際成本，也就是“新增容量?jī)舫杀尽保峭ㄟ^(guò)取最低成本發(fā)電容量資源的全部平準(zhǔn)化成本，減去該機(jī)組未來(lái)的預(yù)期收益來(lái)計(jì)算的[5]。如果系統(tǒng)的容量普遍過(guò)剩，容量邊際成本自然也會(huì)變低甚至歸零（這意味著增加一千瓦的負(fù)荷不會(huì)增加對(duì)額外發(fā)電容量的需求）。
將“新增容量的凈成本”分?jǐn)偟绞ж?fù)荷概率峰值小時(shí)上，就會(huì)得到一個(gè)對(duì)總邊際成本中發(fā)電容量成本的估計(jì)。圖2顯示了加州的計(jì)算結(jié)果范例。由于發(fā)電容量成本被分?jǐn)傇诹讼鄬?duì)集中的幾個(gè)峰值小時(shí)上，導(dǎo)致發(fā)電容量的邊際成本相對(duì)較高。
和電能量一樣，電阻損耗的存在意味著供應(yīng)端的容量也應(yīng)該高出終端用戶需求容量約10%。因此，邊際發(fā)電容量成本應(yīng)囊括輸配電損耗產(chǎn)生的成本，以確保銷(xiāo)售電力的全部成本都包含在邊際成本的測(cè)算中。
輸配電容量
輸配電容量的邊際成本是指在特定的時(shí)段內(nèi)，由于用戶負(fù)荷增加而需額外建設(shè)的輸配電容量的投資成本，反過(guò)來(lái)說(shuō)，是由于客戶用電負(fù)荷的減少而節(jié)省的輸配電投資的成本。導(dǎo)致這些額外輸配電容量投資的時(shí)段通常也是負(fù)荷峰值時(shí)段。輸配電容量邊際成本的確定應(yīng)基于對(duì)不同地點(diǎn)用戶的負(fù)荷模式的分析。例如，處于炎熱和寒冷氣候中的用戶可能有著不同的負(fù)荷模式；同樣，居民和商業(yè)用戶也可能有不同的負(fù)荷模式。
將輸配電容量的邊際成本分?jǐn)偟綄?dǎo)致需求的各小時(shí)內(nèi)，可以估算出增加或減少負(fù)荷所產(chǎn)生的輸配電容量邊際成本。圖3顯示了加州輸配電容量邊際成本的計(jì)算結(jié)果。
外部成本
外部因素的邊際成本，例如溫室氣體排放，代表了由于用戶負(fù)荷增加而產(chǎn)生的排放成本。在制定了減排目標(biāo)的地區(qū)，決策部門(mén)可以制定為溫室氣體排放定價(jià)的政策（如碳稅或排放限額和交易價(jià)格）。這些成本的計(jì)算方法是將邊際發(fā)電機(jī)組的排放率（在能源邊際成本步驟中確定）乘以排放的價(jià)格。在有大量可再生能源發(fā)電的時(shí)段內(nèi)，風(fēng)能或太陽(yáng)能可能是排放率為零的邊際發(fā)電機(jī)。在許多情況下，溫室氣體排放的邊際成本被嵌入到電能量?jī)r(jià)格中（就像在具有碳價(jià)格的電力批發(fā)市場(chǎng)中的情況一樣）。然而，為提高透明度，區(qū)分開(kāi)這些成本通常對(duì)決策部門(mén)有利。
總結(jié)
上面列出的這些邊際成本是整個(gè)北美電力系統(tǒng)最常使用的類(lèi)別。但是，適用于各個(gè)電力系統(tǒng)的具體邊際成本類(lèi)別可能有所不同。將各類(lèi)邊際成本加在一起，就可產(chǎn)生總的邊際成本。圖4顯示了加州的一項(xiàng)計(jì)算結(jié)果。需要注意的是，這個(gè)每日輪廓圖代表了所有季節(jié)的平均值，而每個(gè)季節(jié)的數(shù)值可能有高有低。
2、采用透明且前瞻的方法
在快速發(fā)展的電力行業(yè)中，有著許多不同的市場(chǎng)參與者，讓每個(gè)人都能了解和響應(yīng)分時(shí)電價(jià)的價(jià)格信號(hào)至關(guān)重要。為此，應(yīng)當(dāng)通過(guò)透明、公開(kāi)的流程來(lái)制定這些費(fèi)率。在美國(guó)的許多州，這些邊際成本的計(jì)算和確定要面向公眾征求意見(jiàn)，讓各利益相關(guān)方有機(jī)會(huì)對(duì)最終結(jié)果發(fā)表意見(jiàn)。例如，加州公用事業(yè)委員和紐約州公共服務(wù)委員會(huì)都有公開(kāi)的計(jì)算模型用于費(fèi)率制定。
同樣重要的是，估算邊際成本要具有前瞻性，反映電力系統(tǒng)未來(lái)的而非歷史的情況。特別是，應(yīng)該預(yù)測(cè)出邊際成本的數(shù)值和時(shí)段，以了解這些值在相關(guān)的時(shí)間尺度內(nèi)可能的變化。
3、準(zhǔn)確、易處理及用戶可理解
前述邊際成本分析方法可對(duì)一年中每小時(shí)電力成本的變化給出非常詳盡和準(zhǔn)確的估計(jì)。但在面向終端用戶時(shí)，最好能把這些邊際成本計(jì)算結(jié)果匯集起來(lái)，換算出統(tǒng)一的高電價(jià)或低電價(jià)時(shí)段，以簡(jiǎn)化費(fèi)率結(jié)構(gòu)，便于用戶理解。在分時(shí)電價(jià)的設(shè)計(jì)中，這一步并沒(méi)有確切的科學(xué)依據(jù)，它本質(zhì)上依賴(lài)于決策部門(mén)的判斷。圖5顯示了如何將計(jì)算結(jié)果處理為更容易理解的分時(shí)電價(jià)。
除了分割高峰與非高峰時(shí)段，設(shè)計(jì)分時(shí)電價(jià)的另一個(gè)重要方面在于設(shè)計(jì)不同時(shí)段之間的相對(duì)電價(jià)差。為了盡可能釋放出最準(zhǔn)確的價(jià)格信號(hào)（以便于激發(fā)需求側(cè)靈活性，并將成本公平分?jǐn)偨o用戶），電網(wǎng)公司應(yīng)確保將高峰時(shí)段和非高峰時(shí)段之間邊際成本的絕對(duì)差異反映在費(fèi)率中。
值得注意的是，一些成本并不會(huì)隨著用戶行為而改變，例如電力公司總部或行政管理人員的成本等。由于這類(lèi)成本的存在，電網(wǎng)公司需要收回的總成本并不總是與其邊際成本相符。當(dāng)電網(wǎng)公司需要從用戶那里收回的成本超過(guò)邊際成本時(shí)，其費(fèi)率設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡可能保證價(jià)格信號(hào)的準(zhǔn)確性，與僅依邊際成本確定的費(fèi)率相比，用戶行為應(yīng)相差無(wú)幾。
分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)的發(fā)展
上面這些原則為制定分時(shí)電價(jià)提供了一種綜合性指南，該指南在準(zhǔn)確性、易處理性和用戶可理解性之間達(dá)到平衡。雖然這種費(fèi)率結(jié)構(gòu)相對(duì)于按固定價(jià)格收費(fèi)是一個(gè)顯著的改進(jìn)，但它仍然可能與系統(tǒng)實(shí)際的邊際成本有所出入。分時(shí)電價(jià)的價(jià)格結(jié)構(gòu)和收費(fèi)時(shí)段是預(yù)先設(shè)定的，這可能無(wú)法準(zhǔn)確反映實(shí)際情況。
動(dòng)態(tài)定價(jià)是一種補(bǔ)救辦法，它可以反映系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)時(shí)成本。這種電價(jià)有可能發(fā)送更準(zhǔn)確的信號(hào)，但它也更復(fù)雜，政策制定部門(mén)應(yīng)該考慮到實(shí)行動(dòng)態(tài)定價(jià)的影響。當(dāng)電力供應(yīng)持續(xù)幾天都緊張時(shí)，用戶也可能更難響應(yīng)價(jià)格信號(hào)，因?yàn)槿臻g負(fù)荷調(diào)峰比日內(nèi)負(fù)荷調(diào)峰要更難，成本也更高。一個(gè)具有高比例可再生能源的系統(tǒng)中，這種波動(dòng)性還會(huì)加劇。
下面的示意圖是一個(gè)帶有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定價(jià)的費(fèi)率設(shè)計(jì)方案。
結(jié)論
分時(shí)電價(jià)通過(guò)向用戶發(fā)出價(jià)格信號(hào)，讓電力消費(fèi)調(diào)整到一天中成本和排放較低的時(shí)段，對(duì)于降低系統(tǒng)成本、減少排放有著巨大的潛力。然而，若要達(dá)到這種效果，分時(shí)電價(jià)必須準(zhǔn)確地反映系統(tǒng)的內(nèi)在成本。為了確保廣泛的市場(chǎng)參與者理解并能夠適當(dāng)?shù)刈鞒龇磻?yīng)，分時(shí)電價(jià)的費(fèi)率應(yīng)通過(guò)嚴(yán)格、前瞻性、透明的過(guò)程來(lái)制定，以便用戶和市場(chǎng)參與者能夠了解分時(shí)電價(jià)的時(shí)段劃分以及各時(shí)段電價(jià)水平是如何確定的。
注釋?zhuān)ㄉ舷禄瑒?dòng)查看）
[1]包含更多技術(shù)方法的較長(zhǎng)版本，可在睿博能源智庫(kù)網(wǎng)站上獲取: https://www.raponline.org/
[2]國(guó)家發(fā)改委(2021). 國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于進(jìn)一步完善分時(shí)電價(jià)機(jī)制的通知. https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202107/t20210729_1292067.html?code=&state=123
[3]Faruqui, A and Bourbonnais,C.(2020). Time of Use Rates: An International Perspective. https://energyregulationquarterly.ca/articles/time-of-use-rates-an-international-perspectives#sthash.MXrm28DQ.kPIDA5MS.dpbs
[4]高馳(2022).基于常規(guī)評(píng)估的分時(shí)電價(jià)動(dòng)態(tài)調(diào)整思路. https://mp.weixin.qq.com/s/qhf_BzyWhy6jpfcBkgN9rQ
[5]傳統(tǒng)上，天然氣內(nèi)燃渦輪機(jī)是成本最低的發(fā)電容量資源；隨著儲(chǔ)能等替代技術(shù)成本的下降，其他資源可能能夠以較低的成本提供發(fā)電容量。
（本文不代表eo立場(chǎng)）
