改善电力调度机制 

助力全国碳市场发挥功效

Topics in Carbon Market Design:

Power Sector Dispatch Reform and China’s National ETS

Max Dupuy，李昂

2016年12月

前言

在国务院发布的《“十三五”控制温室气体排放工作方案》中提出，中国将于2017年启动全国碳排放权交易市场，涵盖石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力和航空等8个行业中年耗能1万吨标准煤以上的企业。按照“方案”内容，几乎所有电力企业都要纳入全国碳交易市场。中国的电力行业消费了全国50%以上的煤炭，贡献了40%左右的CO₂排放，是最大的排放部门１，其排放的变化对全国达峰目标的完成与否至关重要。

与此同时，新一轮的电力行业改革也在进行中。《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（9号文）于2015年3月下发，同时出台的还包括《关于有序放开发用电计划的实施意见》等6份配套文件。这些文件对具体的改革领域提出了明确的要求。其中，9号文中明确提出了这轮改革的关键目标，包括“提高能源利用效率”以及“促进节能环保”，并且将节能减排作为了主要原则之一。

电力行业改革和碳市场建立这两个政策进程从设计到执行都有着紧密的联系。在缺乏相互协调的情况下，各自设定的政策目标可能会面临重重挑战，并限制两个政策实际作用效果。这两个进程之间的价格信号传导被视为最为关键的联系之一，而现行的电力调度机制可能是制约碳市场促进电力行业低碳化的障碍。

进一步放开发用电计划被视为此轮电改的核心任务之一。作为9号文的配套文件之一，《关于有序放开发用电计划的实施意见》提出了放开发用电计划的原则和方向。今年7月，发改委经济运行调节局下发的《关于有序放开发用电计划工作的通知（征求意见稿）》则预示此项工作进入操作层面。

本文将向对负责设计全国碳排放交易体系的相关方和决策者们简略介绍现行的电力调度机制及其与碳市场之间的关系 。

只有电力市场改革与碳市场建立有机结合，才能促进中国的电力行业低碳化。 本文将着重介绍改善电力调度机制与碳市场。在之后的文章中，我们将探讨碳排放交易体系的设计与电力市场改革其他方面的结合。

１Zhao,X.L., Q. Ma, R. Yang. Factors influencing CO2 emissions in China's power industry: Co-integration analysis[J]. Energy Policy, 2013. 57: 89-98.

什么是电力调度

电力行业的属性与中国碳交易体系中包含的其他行业有很大差别。与那些能够提前生产出来并能在仓库中储存的大宗商品不同（比如铁和铝），电的生产和使用具有实时性２。 调度中心负责管理电网系统的运作， 要保证需求侧和供给侧的实时平衡。电力需求在一天之内是波动的，电网上的其他一些情况，比如输电线路拥堵也是如此。

电力调度是调度中心管控的过程，包括决定使用哪一台发电机来满足电力需求并保持电网运行的稳定。调度中心必须每分钟、每小时、每天都进行实时的电力调度决策才能保证电力供需的平衡。近年来，可再生能源（比如风能和太阳能）的装机容量不断增加，使调度中心在平衡电网方面遇到了新的挑战。与传统的燃煤和燃气发电站出力的方式不同，可再生能源的发电量基本依赖气象条件，存在间歇性和波动性，调度中心不能对可再生能源电源进行直接控制。 这个挑战是能够克服的，可以通过有效的调度方法，连同其他的技术手段，并对电力价格和电力行业政策的其他方面做出改变等多元化措施来应对３。

经济调度（Merit Order Dispatch）是国际大多数地区指导调度的原则

在北美、欧洲和世界大部分地区，调度中心基于经济调度方法做出调度决策。这种方法的基本思想是根据运营成本４把每个可用的发电机组进行排序。运营成本很大程度上反映了燃料成本和发电机把燃料转化成电力的效率。当碳价格存在时，排放成本也反映在每个发电机的运营成本中。

根据发电机的运营成本的“优先次序”，调度中心优先使用成本最低的发电机５。 为了处理供给和需求侧的变化６以及电网拥堵等情况，他们每天都会多次重复这样的排序流程。由于电网拥堵和其他一些电网可能出现的变化，调度中心并不一定每次都使用成本最低的发电机。但是对整个电网的运营来说，时刻最小化系统内的总运营成本是一条关键的原则。

２未来可能会出现诸如大型储电池等形式的储电装置。然而，尽管储电成本在降低，但依然较高，目前相比于电力系统的整体规模有限。

３关于如何应对可再生能源间歇性和波动性的讨论，可见http://www.nrel.gov/docs/fy16osti/66728.pdf and http://www.raponline.org/document/download/id/7482

 ４运营成本也可以叫“短期边际成本”或“可变成本”。

 ５需要注意的是，资本成本并未反映到经济调度排序中 。

 ６需求的波动源于终端用户的能源使用情况，这些变化是时时发生的。

经济调度与排放交易有什么关系？

理论上说，碳价与经济调度相互作用会鼓励可再生能源以及其他低排放发电机组。在欧盟碳交易地区以及美国执行碳交易的州，我们也看到了这种效果。由于碳成本是发电机组运营成本的一部分并且发电机组的碳排放各不相同，碳价格也使得低排放电源在“优先次序”中的地位进一步得到巩固，从而鼓励更低排放机组的使用。

在电力现货市场中，碳价的出现相当于提高了以化石为燃料的发电机的运营成本。但核电以及可再生能源则没有这部分成本，而天然气的碳排放成本通常会低于煤电。碳价和经济调度的相互作用一般都会使排放相对较低的发电机组获得更高收益。这样就会鼓励投资者们将关注点更多的投放在低排放发电装机上 。如图1中左右两边的对比所示。

图1 中左边的柱形图展示的是在电力系统中某一小时内不同类型发电机组的“优先次序”示意图。可再生能源没有燃料成本， 因此可再生能源发电通常会排序第一。以煤炭或者天然气作为燃料的发电机组能效也千差万别，因此运营成本也不一样，“优先次序”自然也不一样。图1中右边的柱形图展示了引入碳价后所带来的改变。

图1. 碳价形成前后电力系统中不同类型发电机组“优先次序”变化的简化示意图７

 ７此图仅为示意图，并不能反映所有实际调度情景。

发电调度在中国是怎样运行的？

在中国，电力部门以及电力调度的方式与世界上其他国家都有着明显的区别。近几十年以来，电力部门大力促进发电容量增长以满足重工业部门发展的电力需求。为了支持对发电厂投资，政府实行了“年度发电量计划”，目的是保障发电装机——特别是燃煤电厂——有稳定的收益。调度决策需要满足年度发电量计划，保障每一个燃煤发电机组都能达到年度计划分配的的运行小时数。总之，调度并不保证运营成本最小化。在任何给定时段，被调度的发电机组不一定是运营成本最低的可用机组 。

从前这种调度方式的不利影响并未突出显现：因为在一天之内，工业需求都相对稳定，很多工厂的生产昼夜不停，平衡电力系统的任务比较简单。这对于电力系统的灵活性并没有提出太高的要求。概括来说，中国在拉动发电投资以支持重工业发展方面取得了较大的成功，相比其他发展中国家获得了显著成就。

这种调度方式虽然以前取得了成功， 且与中国的国情相适应，然而现在，这种方式已经十分低效了。传统的电力调度方式不够灵活，无法支持供给侧（风能和太阳能等波动性的可再生能源）和需求侧（非工业用户）日益增加的多变性。这种调度方式导致了严重的弃风、弃光和弃水现象的发生（见图2）。另外，沿用传统调度方式意味着在更高效发电机组可用的情况下经常使用低效的燃煤发电机组，导致电力部门不必要的高成本和高排放。

中国的排放交易与电力调度

      中国的电力调度方式是碳定价工作的一个壁垒。原则上，碳定价应当使得高排放发电站的运营成本上涨，从而影响到调度的优先次序，促使排放更低的资源被优先使用。这样也会发出信号，吸引更多资源投入到低排放电源中。但是，正如同我们所见，中国的电网企业一般不会根据运营成本来调度发电。这也就意味着与碳价相关联的价格信号并不会有效的传达到电力系统中，以达到电力系统低碳化的效果。

图2. 中外不同地区、国家间弃风率的比较８

改善中国的电力调度机制

      近几年，中国出台了一些试点项目和政策文件，用于改善电力调度。例如，自2007年以来，法律规定了保障收购可再生能源。几个省级“节能调度“试点项目也已经运营了数年。自2015年3月以来，电力调度就成为了电力行业改革中的重要部分（“电改9号文”）。最近也出台了一些新的政策文件，旨在改善调度和减少可再生能源弃电现象。 相关文件包括：

· 2015