以用戶為中心的新興電力市場模式

引言隨著以環(huán)境友好和可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的能源轉(zhuǎn)型過程在不斷推進(jìn)，可再生能源已經(jīng)成為了某些國家和地區(qū)能源供給側(cè)的主要組成部分。風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的裝機(jī)容量在以中國為代表的國家中以不可思議的速度保持著持續(xù)地快速增長。在此次能源轉(zhuǎn)型過程中除了電能供給側(cè)結(jié)構(gòu)巨大的轉(zhuǎn)變，其他重大轉(zhuǎn)變還包括圖1所示的電力系統(tǒng)由集中趨向分布、交通電氣化和電力市場自由化等一系列同樣具有深遠(yuǎn)意義的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)手段轉(zhuǎn)型。近期，隨著Facebook、google和蘋果等一部分全球具有影響力的企業(yè)開始承諾在日常行為中使用100%可再生能源，對清潔能源在電力的生產(chǎn)、交互和消耗等環(huán)節(jié)重要性的認(rèn)知也從傳統(tǒng)的電力行業(yè)拓展到更廣闊的社會和企業(yè)層面。清潔能源是未來社會可持續(xù)發(fā)展的必要元素已經(jīng)獲得了廣泛認(rèn)可。除了已獲得大量關(guān)注和投入的各類技術(shù)創(chuàng)新，全民的積極參與和互動或?qū)⒊蔀榇舜文茉崔D(zhuǎn)型的下一核心。如何以更好的市場模式推動全民積極參與到這次能源革命中，并更好的為之服務(wù)成為了當(dāng)下必須思考的問題。圖1

電力系統(tǒng)從垂直集中化向分布交互式的轉(zhuǎn)型關(guān)于以用戶為中心的新興電力市場的思路和歷史背景如果電力市場被進(jìn)一步放開，電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理逐步向分布式和去中心化發(fā)展，那么不難想像電力系統(tǒng)中具有產(chǎn)消等能力的各利益?zhèn)€體（agent）間有機(jī)會直接進(jìn)行電能交易。與這一設(shè)想密切相關(guān)的是同時具備電力生產(chǎn)能力和用電需求的電力產(chǎn)消者（prosumer）這一群體在電力系統(tǒng)中比例的提高，和作為產(chǎn)消者代表技術(shù)的儲能方案在家庭和社區(qū)內(nèi)的推廣及普及。參考文獻(xiàn)［3］中所設(shè)想的未來電力市場的各種場景就包含了大量針對產(chǎn)消者這一群體的描述。產(chǎn)消者這一群體帶給電力系統(tǒng)的影響是巨大的，原因在于其為電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理提供了一種更加靈活的手段。這種手段不但可以服務(wù)于電力領(lǐng)域，還可以為交通、綜合能源等其他領(lǐng)域帶來更多的商機(jī)。此外，為了解決波動性可再生能源的消納問題，電力系統(tǒng)也需要負(fù)荷側(cè)的電力消費(fèi)群體以更靈活、更主動的方式參與電力系統(tǒng)的運(yùn)行。這一點也在很大程度上催生了一些新興電力交易和管理模式的出現(xiàn)。以用戶為中心的電力市場模式（consumer-centric

electricity

market）做為一類新興的電力市場模式，其具體表現(xiàn)形式為點對點（P2P）電能交易和基于社區(qū)模式（community-based）的電能交易。其主要目的在于打破現(xiàn)有的電力市場基于中心化管理的集中交易模式，推進(jìn)電力系統(tǒng)中個體參與者之間基于市場行為的直接互動。關(guān)于電力系統(tǒng)中各利益?zhèn)€體間直接交易想法的首次提出可以追溯到很久之前，但受制于高額的交易成本，

即使在當(dāng)前的電力市場中也只在大宗交易的前提下才會出現(xiàn)由交易雙方直接接洽所達(dá)成的雙邊和約。而當(dāng)前所被熟知的點對點交易（即任意個體間均可直接進(jìn)行電能交易）則更是早在20年前就在電力市場中多維雙邊交易（multilateral

bilateral

trading）這一概念下被提出和討論過。由大量通信需求所帶來的巨大信息流成為了當(dāng)時這一概念的主要阻礙。當(dāng)下，信息與通信技術(shù)（information

and

communication

technology，ICT）的快速發(fā)展使點對點電能交易中所涉及的一系列交互、協(xié)商和結(jié)算等活動的交易成本大幅下降，從而使點對點電能交易再現(xiàn)生機(jī)。新興電力市場模式背后的驅(qū)動力、使能手段和所面臨的阻礙無論是點對點還是基于社區(qū)的新興電力交易模式，

其背后的技術(shù)使能手段都圍繞著分布式電源和現(xiàn)代的信息與通信技術(shù)而展開。前者的自然屬性決定了物理層面電源越來越靠近終端用戶，后者在信息層面促進(jìn)了交易成本的快速下降，而這二者的結(jié)合在很大程度上催生了這類新興的電力市場模式。在過去的十年間，如何利用不同的框架方案（framework）促進(jìn)海量異構(gòu)元素（heterogeneous

components）在未來電力系統(tǒng)中的協(xié)調(diào)運(yùn)行一直是熱門課題。其中，最為著名的提案包括交互能源（transactive

energy）和能源互聯(lián)網(wǎng)（energyinternet），這二者雖然以協(xié)調(diào)為主要目的，但均從本質(zhì)上為此類新興電力市場機(jī)制的提案做出了鋪墊。除此之外，以區(qū)塊鏈技術(shù)（blockchain）為核心的比特幣（

bitcoin）

的流行和基于智能合約（

smart

contracts）的去中心化交易平臺的發(fā)展也使其相關(guān)技術(shù)在不同領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用。以區(qū)塊鏈技術(shù)為例，馬士基（Maersk）集團(tuán)將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于物流貨柜的跟蹤查詢，麻省理工學(xué)院（Massachussets

Institute

of

Technology，

MIT）將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于憑據(jù)管理和數(shù)字學(xué)位證書的頒放。區(qū)別于傳統(tǒng)集中式的結(jié)算和歸檔方法，區(qū)塊鏈技術(shù)作為去中心化的記賬系統(tǒng)所采用的是一種全民參與記賬的平行模式。理論上講，有海量個體賬簿支撐的區(qū)塊鏈記賬系統(tǒng)可以使得其系統(tǒng)管理擺脫對第三方監(jiān)管的需求。淺釋了區(qū)塊鏈技術(shù)的機(jī)理及其如何驅(qū)動各類應(yīng)用的變革。還有一些學(xué)者認(rèn)為區(qū)塊鏈技術(shù)可以促進(jìn)人們對自然資源（包括可再生能源在內(nèi)）管理方法的再思考。正是此類技術(shù)在不同領(lǐng)域的快速推廣和滲透推動了以用戶為中心的電力市場模式的興起。由于去中心化的電力市場結(jié)構(gòu)允許電力系統(tǒng)中各利益?zhèn)€體間直接互動，它給電力行業(yè)所帶來的社會效益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其對電力系統(tǒng)技術(shù)層面的貢獻(xiàn)。特別是對居民用戶這一群體而言，去中心化的電力市場帶給他們的更多是能量管理意識的提高和電能交易中的自主選擇權(quán)，

從而推動了這一群體對能源轉(zhuǎn)型作出貢獻(xiàn)。這一模式尤為適用于以社區(qū)區(qū)域為單位的能源系統(tǒng)。研究表明，將去中心化的電力市場模式應(yīng)用于區(qū)域范圍可以有效解決可再生能源的就地消納。結(jié)合地區(qū)政策的能源發(fā)展和管理模式可以為目前慣用的自頂向下的基于大規(guī)模基礎(chǔ)建設(shè)投資的發(fā)展模式提供良好的補(bǔ)充或替代，使這兩種模式的發(fā)展相得益彰。盡管目前以用戶為中心的電力市場模式背后已經(jīng)具有了一定的推動力，其發(fā)展仍舊面臨許多阻礙。比如當(dāng)前絕大多數(shù)國家在新能源接入的相關(guān)法規(guī)中并不允許中小型分布式發(fā)電參與電力交易，這使得當(dāng)前以用戶為中心的電力市場示范項目往往需要使用以NRGcoin等為代表的虛擬貨幣或加密貨幣（crypto

currency）

來完成電能交易。而這一做法和為大型可再生能源發(fā)電項目所開通的直購?fù)ǖ溃?/p>

purchaseagreements，PPAs）大相徑庭。另外，此類新興電力市場模式所面臨的最大阻礙則可能是電力系統(tǒng)和電力市場一直沿用至今的自頂向下的組織結(jié)構(gòu)和完全集中的管理辦法。當(dāng)然，這種傳統(tǒng)模式也并非一成不變。法國在2017年初所通過的以社區(qū)為單位的可再生能源自消費(fèi)（self-consumption）法案就是最好的例子。其中社區(qū)被限定為同一電力母線下最大可具有100kW容量的區(qū)域。相比于法國單位家庭6～15kW

用電容量，這意味著一個這樣的社區(qū)可以擁有6～16個普通家庭用戶。除了監(jiān)管側(cè)，電力用戶長久以來形成的用電習(xí)慣和意識也可能成為另一阻礙因素。大多數(shù)的小型電力用戶對其所長期使用的電力供應(yīng)商已經(jīng)產(chǎn)生了依賴。即使新興的電力市場可令其擁有更多的自主選擇權(quán)、并可能獲得更高的回報，絕大多數(shù)用戶很可能依舊沿用其固有模式。新興電力市場模式的組織結(jié)構(gòu)和相關(guān)功能當(dāng)前歐美電力市場所采用的是針對交易和資產(chǎn)的集中管理方法。在歐洲，電力市場通常以庫（pool）的形式對發(fā)電商和電力用戶的交易進(jìn)行集中管理，從而得到供需平衡后的電力價格及相關(guān)的調(diào)度計劃。美國所使用的集中優(yōu)化市場框架在歐洲的基礎(chǔ)上考慮了更多發(fā)電側(cè)和輸電側(cè)等相關(guān)資產(chǎn)的技術(shù)參數(shù)用于滿足其調(diào)度需求。圖2簡單詮釋了電力庫與點對點2種電力市場交易模式的組織結(jié)構(gòu)（其中箭頭方向表示電能流動的方向）。在電力庫交易模式中，電力生產(chǎn)者（producer）和電力用戶（consumer）需要通過市場的中心管理機(jī)制完成交易，

無法直接互動。而在點對點交易模式下，各電力產(chǎn)消者（包含傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)者和電力用戶）間可以直接互動并交易，電能可以從一個處于生產(chǎn)模式下的產(chǎn)消者流向其他處于用電模式下的產(chǎn)銷者。雖然理論上在點對點交易模式下，電能的流動可以發(fā)生在任何兩個或多個產(chǎn)銷者之間，從而具有很強(qiáng)的任意性，但在現(xiàn)實中這種任意的互動和交易會受到技術(shù)和市場參與者的自身傾向等因素的制約。圖2

不同電力市場模式的組織結(jié)構(gòu):從基于電力庫的集中交易模式（左）到點對點交易模式（右）除了圖2所示的組織結(jié)構(gòu)和交互方式的不同之外，

集中交易與點對點交易在相關(guān)的定價和清算方法上也會有很大區(qū)別。本質(zhì)上，集中交易的結(jié)果是所有電力生產(chǎn)者和用戶會遵從單一電價完成交易，電能在整個交易中被視做唯一商品。但在點對點交易模式下，由于其一對一交易的特性，不同交易者之間每次的成交價格可能截然不同。如果所有的市場參與者在同一時刻完成所有價格協(xié)商等互動行為，那么點對點交易模式下所產(chǎn)生的成交價格數(shù)值會呈現(xiàn)出多樣性。這些數(shù)值所體現(xiàn)的是市場參與者們的產(chǎn)品與價格傾向。比如在點對點交易模式下，某些電力用戶會傾向于購買風(fēng)力發(fā)電，某些電力用戶會傾向于購買來自本地的發(fā)電，還會有用戶傾向于購買來自指定光伏電廠的電能。正是這種電能產(chǎn)品的多樣化為未來可能出現(xiàn)的不同的電力商業(yè)模式奠定了基礎(chǔ)。點對點交易和基于庫的集中交易可以看作電力市場中的2個極端表現(xiàn)形式。在這兩者之間還有其他的電力市場表現(xiàn)形式，尤其是考慮到實際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和通信手段的布局自身所存在的多樣性。例如，點對點電力交易可以被應(yīng)用于指定的微電網(wǎng)范圍內(nèi)，如前文中提到的法國所通過的小型電力社區(qū)的概念。再如，電力產(chǎn)消者們也可以組成如圖3所示的電能共享單元（energy

collective）。每個電能共享單元內(nèi)可擁有一個管理者（community

manager）負(fù)責(zé)完成與其他單元或系統(tǒng)管理員（system

operator）的信息和電能交互。在單元范圍甚至可以采用收益共享模式。這一電能共享的舉措很大程度降低了電網(wǎng)物理層面和信息層面對點對點交易的影響和制約。圖3

由電力產(chǎn)消者形成的電力共享單元模式由以用戶為中心的電力市場模式所帶來的新型商業(yè)模式除了助推電力行業(yè)向數(shù)字信息化的轉(zhuǎn)變，以用戶為中心的電力市場模式下更可能催生一大批具有突破性的新型商業(yè)模式。這些新型商業(yè)模式在其誘因和目標(biāo)上都呈現(xiàn)出了多樣性，如以提高風(fēng)險彈性為目標(biāo)，再如以提高本地電能產(chǎn)量為目標(biāo)，或以為電力用戶提供更豐富的產(chǎn)品類型為目標(biāo)等。當(dāng)然，目前最具有代表性的此類新興市場模式的示范當(dāng)數(shù)坐落于紐約布魯克林區(qū)的電力微網(wǎng)。所有微電網(wǎng)內(nèi)的參與者均可以進(jìn)點對點電力交易。雖然其初始目標(biāo)是為了提高電力系統(tǒng)的風(fēng)險彈性保障（主要表現(xiàn)在風(fēng)險過后的恢復(fù)能力），比如2012年侵襲了紐約的颶風(fēng)桑迪（hurrican

Sandy）；隨著示范工程的進(jìn)行，這種新型電力市場模式所產(chǎn)生的附加影響日趨顯著。主要體現(xiàn)在當(dāng)?shù)氐碾娏κ袌鰠⑴c者開始逐步意識到其周邊的發(fā)電資源，

開始理解電網(wǎng)及其當(dāng)前管理模式所帶來的局限，并開始認(rèn)真學(xué)習(xí)當(dāng)?shù)蒯槍Πl(fā)展分布式電源和相關(guān)技術(shù)的各種補(bǔ)貼政策。由于對于提高電力系統(tǒng)風(fēng)險過后系統(tǒng)恢復(fù)能力的需求同樣存在于其他國家，此類新興電力市場模式也正被澳大利亞、印度、巴西等國家進(jìn)行探索和嘗試。對以中國為代表的正處于高速發(fā)展階段的國家而言，此類新興電力市場模式的推廣和應(yīng)用會有助于推動各地方區(qū)域電網(wǎng)在責(zé)權(quán)機(jī)制等方面的不斷完善。針對世界范圍內(nèi)電力市場自由化已經(jīng)相對成熟的地區(qū)，此類新興電力市場模式所引發(fā)的則是對不同電力市場模式及其成因的重新思考。例如，現(xiàn)有的電力批發(fā)市場（electricity

wholesale

market）中雖然存在著部分雙邊和約，但市場的主要管理和設(shè)計還是由市場管理者完成。而近期的Enerchain實驗則針對如何在電力批發(fā)層面通過使用基于區(qū)塊鏈技術(shù)的點對點交易模式來促進(jìn)靈活的大宗交易展開了可行性論證。如果沿著這條思路繼續(xù)展開，那么不難想像這種去中心化的交易模式可能會最終將電力系統(tǒng)中的所有個體緊密集合到一起，無論其是大型的發(fā)電商還是小型的電力用戶或是電力產(chǎn)消者。在這種模式下，電力用戶們可以依據(jù)自身喜好直接地不斷選擇不同的電力交易產(chǎn)品或電力來源。顯而易見的結(jié)果將是一部分電動汽車的車主會選擇只利用太陽能為其座駕充電；一部分屋主會指定電力供應(yīng)的源頭，如必須來自某些海上風(fēng)電場；一部分電力用戶可能會聯(lián)合起來為他們所在的社區(qū)投資一個電池系統(tǒng)，然后利用它來保證本地的電力供需平衡。而目前所