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歐洲電網互聯,他山之石可取?|電力大戰④

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歐洲電網互聯,他山之石可取?|電力大戰④

普遍認為,歐洲互聯電網是比較成功的跨境電力市場模式。

圖片來源:圖蟲創意

文 | 湯雨 趙榮美 王進

200971日,歐洲六大輸電運營商聯盟達成協議,組建ENTSO-E。其時,成員包括36個國家的43個輸電運營商,主要職責包括制定電網規劃、協調電力輸送、制定市場規范、推動新能源發展。

這是一個類似聯盟或協會的非盈利組織,而不是一個“巨無霸”的歐洲電網集團公司,更不是一個所謂國有中央企業。

隨著英國退出歐盟,英國的三家輸電運營商也退出ENTSO-E;近期,烏克蘭國家電力公司加入觀察員名單。成員來去自由,體現聯盟性質。

一個跨30多個國家,由40個左右多種所有制并存的輸電企業組成的非盈利機構,2020年雇員才110人,預算及會費收入不足4000萬歐元,如何能成為歐洲電力統一市場的中樞?

這也是本文試圖探討的議題:

一是電力如何跨境的?各國能源基礎設施、經濟發展水平、監管制度機制等都有很大差別,如何在差異中構建統一市場?

二是主體如何運作的?歐洲電力市場存在輸電、配電、發電、調度、交易等眾多主體,各主體如何在其邊界內各司其職,并相互配合?

三是監管如何有效的?30多個國家各有各的監管制度和機制,如何在歐盟框架內運作,而不受制于大國或少數集團掌控?

四是市場如何運行的?在歐盟框架下,區域內小微市場、國內市場、跨境市場如何協調統一,并增加歐洲整體社會福利?

電力如何跨境?

19世紀后期,歐洲即開始了電氣化進程。1911年,萊茵河(Rhine River)上建造了第一座水電站;1914年,在勞芬堡(Laufenburg)又建成了一座水電站,其水壩橫跨德國南部和瑞士北部,電力通過電網在跨境輸送,并催生了奧地利、南斯拉夫、德國、法國、和瑞士等國之間電力輸送。

最初,電力從發電廠向周邊城市和工廠供電,電網隨之鋪設并跨越國界。同樣,在奧地利和下巴伐利亞( Lower Bavaria)之間建造的一座水力發電廠,也向周邊國家供電。

1958年,第一個220 KV跨國電網連接法國、德國和瑞士;第二個跨境電網也于1958年在勞芬堡完成,其中包括被稱為“勞芬堡之星”的變電站。

1951年,由比利時、德國、法國、意大利、盧森堡、荷蘭、奧地利和瑞士這八個國家組成的電能生產和傳輸協調聯盟 (UCPTE) 成立,并逐步發展到覆蓋歐洲大陸的大部分地區。

1998年,根據歐盟委員會電力行業的分拆指令,首字母縮略詞中的“P”(代表Production)被刪除,名稱改為 UCTE。與此同時,英國、斯堪的納維亞和愛爾蘭形成了三個不同的相互連接的區域。2009年,所有地區聯合起來形成了一個泛歐互聯網絡,即歐洲輸電系統運營商網絡(ENTSO-E),簡稱歐洲互聯電網。

如今,歐洲互聯電網已經連接整個歐洲和鄰近大陸的部分地區。南部通過西班牙和意大利與北非連接,北部通過德國、匈牙利、土耳其等國與亞洲互連,或者是高壓直流( High Voltage DCHVDC)連接,或者是與大型發電廠或變電站的單獨連接,覆蓋40多個國家的6億多人口,成為全球最大跨境電力市場的互聯電網。

歐洲跨境電網互聯從哪里盈利?

由于跨境互聯大大降低電力儲能需求,滿足了高彈性用戶的需求,從而大大增加社會福利(Social Welfare),而跨境互聯電網分享這些增加的社會福利。

需要說明的是,歐洲跨境電網新增項目投資評估需要做嚴格的“成本-效益分析”(Cost-Benefit Analysis,即CBS),而不是做“成本-利潤分析”(Cost-Profit Analysis),或“成本-收入分析”(Cost-Revenue Analysis)。也就是說,需要精確估算新增項目對發電廠、用電方及上下游相關產業社會福利的影響,由相關受益方補償新增投資的成本,使得投資項目總體社會福利最大化。

各國輸電網絡的開發和運營仍由各國輸電系統運營商(Transmission System Operators,即TSO)負責,但跨境互聯需要在相關各國TSO之間達成協議,根據協議進行規劃和實施。

電力企業在特定區域內規劃、開發和運營,而跨境互聯在更大的區域層面規劃和運營,為維護供電和線路安全,組建了多個跨區域的安全中心。

雖然歐洲電網互聯帶來了很多好處,但管理如此龐大的系統具有非常大的挑戰性,需要在參與國之間進行大量協調并達成多項協議,并要求相互關聯的國家在發電、輸電和配電方面遵循相同的框架和政策。

好在互聯電網的歐洲國家都是歐盟成員國,歐盟委員會制定的共同政策對成員國有制約性,但參與歐洲互聯電網的非歐盟國家也必須遵守同樣的規則。

小結1、發電廠電力首先供給周邊城市和用電戶,包括臨近的跨境用戶,優先就近平衡,小區域內供過于求的電力才需要通過高壓輸送到區外和遠方;

2、跨境輸電網絡主要因降低電力儲能和滿足高彈性需求而通過投資審核,所以其收費標準不是成本-收入(或利潤)法,而是成本-效益法,以實現總體社會福利最大化;

3、雖然參與國家眾多,各國TSO運營規則也不盡相同,但跨境需要相互間協議,并遵守歐盟統一規則。

主體如何運作?

歐洲互聯電網中有哪些主體,這些主體如何協同運作?

1、TSO:通常每個國家都有一個、少數國家有多個TSO。一般而言,TSO擁有輸電資產的所有權,維護、運營輸電網絡、兼電力調度。一些國家則擁有獨立系統運營商 (Independent System Operators,即ISO)來開展運營和電力調度,TSO擁有和維護輸電網絡資產,但是ISO必須注冊為非盈利機構,保證“公平、公正及公開”。就所有權而言,一些國家的TSO為國有資產,另一些則為私營資本所有,或者混合所有,包括國外資本參股或控股。

歐洲的TSO負責其控制區域,涵蓋380/220 KV 輸電網絡,在某些特殊情況下還包括 132/110 KV 線路和變電站,并至少負責以下任務:能量和功率平衡、阻塞管理、電壓和頻率控制、交換、確保系統安全和維護供應安全等,但TSO不允許進行電力交易,但由于輔助服務之故可以參與電力買賣,以維持頻率、支持電壓并提供阻塞管理和恢復服務。

2、歐洲互聯電網the European Network of Transmission System Operators for Electricity,即ENTSO-E):位于布魯塞爾,是歐洲所有TSO的聯盟或協會性質的組織,現有來自35個國家的39TSO成員,負責協調歐洲電力系統的安全運營、技術合作、規則制定、綠色發展等。這些TSO所在的國家大多是歐盟成員國,少數國家不屬于歐盟。

ENTSO-E理事會(Assembly)由所有TSO代表組成,理事會負責戰略和政策。理事會將日常活動委托給常務理事會(Board)管理,常務理事會的秘書長領導各部門執行并開展理事會布置的各項任務。

圖:ENTSO-E 組織架構

ENTSO-E下設相應委員會,系統發展委員會(SystemDevelopment Committee,即SDC)規劃并發展一個安全、高效并具經濟性的歐洲輸電系統,監督并完善跨境輸電網絡的發展,預測中長期電力市場,審核并落實跨境輸電網絡投資計劃等。

市場委員會(Market Committee,即MC)追求高效的充滿競爭力的電力市場,關切影響電力市場的各項活動,監管、協調并完善跨境市場及相關的交易模式,保證市場的透明度。

系統運營委員會(System Operators Committee,即SOC)管理電網系統安全和最佳運行,包括運行規劃、安全分析與協調、系統監測和控制等、實時和近實時的頻率和功率平衡等職責。

研發委員會(ResearchDevelopment & Innovation Committee,即RDC)的職責是促進輸配電、模型和電網架構的技術創新,實現歐洲2050碳中和目標。

法律和監管部(Legal & Regulatory Group,即LRG)為所有成員提供法律及監管支持,負責改進、協調并落實整體監管框架,并代表TSO 向歐盟委員會及相關監管機構提供政策建議。

3、配電系統運營商( Distribution System Operators,即DSO :其職能與TSO 類似,管理電壓低于220 kV的配電網絡。與TSO管理的輸電網絡不同,配電網絡之間互聯較少。

大多數情況下,配電網絡覆蓋城市負荷中心周圍的電力系統,更接近終端用戶、可再生能源發電端和需求側管理。DSO的商業模式已經從簡單的配電網絡向去中心化的平臺轉型,努力將源網荷儲各參與方,特別是分散化的分布式新能源電力,組織起來并高效利用,以滿足客戶多樣化的用能需求。

作為自然壟斷企業,DSO接受嚴格監管,上中下游一體化經營受到限制,在財務、管理、法律等幾個層面有嚴格的約束和要求。

歐洲配電網絡覆蓋程度高、運營商多而分散,其配電運營商大致分屬于四個不同的協會組織,即歐電聯(Eurelectric)、E.DSOGEODECEDECEurelectricE.DSO的成員多為大中型配電運營商,GEODECEDEC主要成員為小型配電運營商,其中Eurelectric組織成員最多。

歐洲的DSO多達二三千家,股權結構異常復雜。有私營獨資、控股,上市公司參股、控股,國有資本參股、控股或全資,有外國資本獨資、控股,國內資本參股、控股或全資。

各國DSO市場集中程度差異很大,有低集中度國家,即絕大多數DSO是微小型、本地的、用電接入戶數小于10萬,三DSO配電市場之和所占份額少于50%;有中集中度國家,即DSO大小規模分散,其中三DSO之和占市場份額超過60%;有高集中度國家,雖然存在不少微小型DSO,但一家DSO獨大,其所占市場份額超過80%;也有絕對集中型國家,國家只有一家DSO,壟斷國家的配電市場。

歐洲統一的配電系統運營商聯盟(the European Distribution System Operators Entity,即EU DSO Entity)已開始運營,以加強DSO之間的協調以及與ENTSO-E之間的合作,目前成員機構達907家。

4、跨國能源/電力交易所:電力大宗交易大多數是雙邊協議進行的,但電力交易所交易的份額一直在增加。歐洲電力交易所(EPEX)是較大的交易所之一,涵蓋各種電力交易品種,如現貨、日前、日內、時前、靈活性市場等。

30家歐洲的電力交易所聯合組成了歐洲電力交易所協會。這些交易所與TSO密切合作,以確保輸電系統的物理限制與電力市場交易吻合,電力交易各方隨時可以查閱各條境內及跨境輸電線路的容量。

小結1、歐洲電力市場中,輸電、配電、發電、調度、電力交易所分開經營,并接受嚴格的分類監管;

2、輸電、配電企業多種所有制并存,輸配電核心資產可以私營、可以國有、可以混合或公共所有,也可外資持有;

3TSOISODSO都是專業化機構,無論是國有還是私營控制,各國的經驗和教訓是專業化機構應該由專業人才管理;4、電力交易可以雙方協議完成,也可通過交易所競價達成。

監管如何有效?

30多個國家發展水平差異較大、能源監管制度不盡相同、TSO功能有所差別、DSO眾多而分散,如何在紛繁復雜、分散孤立的電力世界建立起一個安全可靠、公平競爭、高效運轉、持續創新的統一市場,高效協調和有效監管至關重要。

1 歐盟委員會能源部:負責監督歐洲所有與能源相關的議題,制定能源安全法令和高效發展戰略,并為成員國設定了戰略目標,推進可再生能源發展,促進新技術創新應用,保障民用核能安全運行等。同時,能源部著力制定規則,以維護能源消費者的權益、保障能源市場高效運行、推動能源基礎設施投資、并建立與國際能源機構合作機制。

比較有爭議的是,歐盟委員會對各國能源方面設定的目標具有較大挑戰性,其中主要是能源效率提高和可再生能源占比,且這些目標是強制性的。

2、能源監管合作機構:在歐盟委員會能源部下,根據相關法案,2011年設立了能源監管合作機構(Agency for cooperation of Energy Regulators,即 ACER),該機構監督能源批發市場REMIT的合規性和透明度。2013年,受托制定跨歐洲能源基礎設施指引,并協調促進歐洲能源市場一體化,特別是歐盟電力和天然氣能源市場一體化目標。

ACER監控ENTSO-E的相關工作并制定歐盟輸電網絡發展規劃,以創建一個有競爭力、安全可靠、可持續發展的歐洲電力市場。

3、歐洲能源監管委員會:歐盟各國都有自己的能源監管機構,大多數下設于各國能源部。各國能源監管機構的目標有很多一致之處,如保障消費者權益、供應安全、市場高效、可持續發展等。

為協調各國能源監管機構的規則和政策,特發起設立了一個協會組織:歐洲能源監管機構委員會(the Council of European Energy Regulators,即CEER)。CEER是一個非盈利組織,旨在配合ACERACER專注于制定并完善規則,而 CEER則協調各國監管機構、推動規則執行、及保護能源消費者權益。

近來,CEER制定了三年計劃,提出了數字化、脫碳和動態監管的“3D”(DigitalizationDecarbonization and Dynamic Regulation)規劃。

4、區域安全協調機構Regional Security Coordinator,即RSC):跨境深度互聯的輸電網絡需要更高層級的機構來協調共同面對的安全輸送、容量分配和阻塞管理等問題。相關國家的TSO需要合作,協調輸電網絡的規劃和運營,由此,相鄰國家的TSO 合資成立專項機構負責區域安全問題的處理,其服務范圍包括,安全分析、容量計算、中斷協調、充裕度預測、通用電網模型等。

目前,已經設立了五個作為法人主體的區域安全協調機構,即RSC。第一個RSC成立于2008年,位于布魯塞爾和慕尼黑之間。2015年,第二個RSC擔任東南歐安全協調機構,設立在貝爾格萊德。

2016-2017年,斯堪的納維亞國家的四個TSO及北歐的TSO,建立了北歐RSC;同時,三個波羅的海國家建立了波羅的海地區安全機構。

各國的TSO都指定了一個或多個 RSC 作為其安全服務提供商。

小結:1、歐盟及各國監管機構與被監管主體之間有效回避了負責人任命“旋轉門”,以保證監管的公正性;

2、歐盟委員會及其下屬能源部、能源監管合作機構等職責清楚、分工明確,監管的重心是保護電力用戶權益、保障電力供應安全、提高市場運行效率、推動輸配技術進步、加快綠色轉型步伐等;

3、相鄰國家之間跨境輸電及其引發的電力安全需要多個TSO之間的協調,甚至設立協調機制,這主要根據市場規則,并不需要各國政府出面。

市場如何運轉?

歐洲電力統一市場是如何運轉,并逐步提高總體效率的?

1、制定并逐漸完善統一電力連接代碼與指南:根據歐盟委員會相關法案中的指令和法規及其發布的網絡代碼,ENTSO-E將電力互連管理有關的法規、指令和網絡代碼進一步明細并逐步改進,制定統一指南,包括:

連接代碼和指南:需求側連接代碼、供電側代碼要求、高壓直流連接代碼等;

運行規范和指南:網絡安全、應急與恢復、系統操作代碼等;

市場規范和指南:容量分配和阻塞管理、電力平衡、遠期容量分配等。

ENTSO-E 將上述所有代碼打包在“E Codes”的應用程序中,可在IOSAndroid智能設備上隨時查詢和使用,并附有每個代碼的詳細解釋。

2、制定并逐漸規范TSODSO運行與規范:根據歐盟相關規定,TSO不得從事發電、配電及電力交易業務,專營輸電包括跨境輸電、區域內電力平衡、無歧視地執行電力交易的輸送。

作為自然壟斷企業,TSO收費受到嚴格監管。在大多數國家,TSO收費一般采取“成本加成”模式或“激勵”模式,輸電服務費用包括二部分,即資產成本和運營成本,也是“二部制”價格。TSO新增投資一般必須得到各國監管機構的批準。

一般而言,TSO管轄220 KV或更高的電壓線路,DSO運行低于220KV電網。一些城市的電網有一個200KV110KV環網,一般由DSO運行。為此,DSO必須參與維護電壓和安全,以便與更高電壓級別的電網互聯,確保DSOTSO之間無縫連接和切換。

3、制定十年規劃增加基礎設施投資2020年“十年網絡發展計劃”(The Ten-Year Network Development PlanTYNDP)評估了154個輸電項目和26個儲能項目,其中輸電項目中有97個為跨境項目,將增加跨境輸電90GW產能;26個儲能項目將增加485 GWh儲能容量。

經過成本-效益分析(CBA),TYNDP 2020項目實施后,將每年增加歐洲社會福利73億-132億歐元,增加170萬就業崗位,有助于歐洲疫后經濟恢復。考慮歐盟委員會制定的清潔能源一攬子規劃,規劃中融入電力、供熱和交通電能替代,未來輸電技術發展和投資將主要集中于高壓線路、變電站、海底電纜、地下電纜、補償設施、移相變壓器等。

歐洲電網高度互聯,有利于電力供應的可靠性和安全性,但多數社區及居民對新建高架電線和變電站持反對態度。環保主義者正迫使越來越多的新輸電線路建在地下,這既增加輸電系統成本,又增加其運行復雜性。

隨著各國互聯互通輸電線路發展,歐洲逐步發展出以50 Hz頻率運行的大型同步 HVAC 區域,并與 HVDC 海底電纜相互連接。與英國連接,以及從斯堪的納維亞半島到歐洲大陸的連接,讓英國電力系統和斯堪的納維亞電力系統市場融合,增加了電力市場容量,使歐洲各國都能從多樣化的發電組合中受益。近年來,英國到荷蘭、英國到挪威以及瑞典到波蘭等HVDC線路建成,增強了歐洲大陸電網并增加了容量空間。

歐洲電網基礎設施發展規劃是一個復雜且具有挑戰性的過程,考慮多國性、未來發電組合的不確定性、脫碳目標的可實現性、經濟增長等因素,ENTSO-E推動的TYNDP需要全面梳理輸電和儲能技術進步、經濟性和公眾接受度等不可預測變量去應對未來電力市場的不確定性。

4、發電主體越來越多元推動去中心化:隨著歐盟低碳化政策推進,可再生資源占比及滲透率越來越高,對電力安全形成新挑戰。新能源發電量和發電主體快速增加,推動了電力系統去中心化和智慧化發展。

傳統電力的調度由TSOISO統一完成,電能由高電壓向低電壓單向流動,DSO更多的是將電能傳送到用戶端。現在,大量的分布式電能(Distributed Energy Resources,即DER)在配電網層級并網,使得配電網也擁有了大量的發電容量,需要DSO具備調度電能的能力,以保持電網平衡。

為此,電能必須雙向傳送,DOS需要與電力用戶以及TSO進行雙向溝通,以便保持電力系統的穩定性。電力系統去中心化趨勢驅使配電網絡運營商(Distribution Network Operator,即DNO)向配電系統運營商(Distribution System Operator,即DSO)轉型和升級。

目前,歐洲發電主要來源于大型水力發電、小型水力發電、煤電、其他化石能源(包括天然氣發電)、可再生能源電力、以及占一定比重的核電。核電站的安全問題,特別是日本福島核電站事故后,歐洲公眾反應非常強烈。一些國家決定立即停止使用核能(尤其是德國),而另一些國家則暫停建造新核電站的計劃。未來可再生能源,特別是分布式可再生能源,將成為歐洲發電的主要增長點。

5、多樣化用能需求推動配網系統升級:為滿足客戶安全、可靠、價廉、清潔化等多樣化的用能需求,不但承擔傳統的配電責任,越來越多的DSO 開始打造智慧化的區域平臺和區域內的小微市場,整合源網荷儲各相關主體,包括可再生能源,滿足客戶多樣化的用能需求,包括屋頂發電、家庭及小規模儲能、日常用電、空調、熱水、越來越多的新能源汽車充電等。

數十年來,歐洲的用電量一直在增加,但近年來增長率有所下降,一些國家的用電量停滯不前,甚至略有下降。停滯的原因可能是經濟放緩、高效電氣設備普及、需求側管理、人口增長低等因素,另外,一些國家制定相關政策,鼓勵降低電力對外依存度,優先國內電力市場的平衡。

歐洲各國的電價差異很大。各國電價高低取決于國家各項相關政策,并由各國相關機構監管。根據歐盟委員會關于電力市場透明度的指令,用戶側電力價格中必須明示電網使用成本和發電成本。

6、制度與技術打造電力市場透明平臺:作為TSO的協會組織,ENTSO-E從各個TSO機構收集相關信息,并將其發布到公共平臺,確保所有市場參與者得到必要的、及時的和準確的信息,以便他們做出理性決策,這是競爭開放、非歧視及高效市場的基礎。

公開透明的信息包括,可用容量、價格、流量等,其中電力流量包含各國電力進出口、不同類型電廠的發電量、與鄰國的交易、各國實時電價、過去24小時各國電力消耗量等。通過IOSAndroid智能設備,這些信息都是可視化呈現。

信息公開透明需要數字傳輸技術和預測模型不斷升級。電子高速公路(Electronic Highway,即EH)和歐洲意識系統(European Awareness System,即EAS)等廣泛應用,相關預測模型不斷改善和升級,并將預測結果及時發布。

電力市場的高透明度確保電力市場的公平性和及時性,所有參與方可以隨時決定出價和下單。電力交易按照先到先得的原則進行清算,即首先提供最高買入價和最低賣出價優先成交,匹配的訂單從訂單簿中刪除,并同時更新市場的可用輸電容量。

小結:1、歐洲電力統一市場首先需要制定電力互聯的規則、代碼和指南;

2、明確市場參與者各自的職責、規范及邊界;

3、增加基礎設施投資,加快應用數字技術,提高信息通暢能力,確保市場公開、透明、及時;

4、電力系統去中心化推動DSO打造小微市場智慧化平臺,各國鼓勵國內市場平衡,跨境市場和基礎設施投資須增加相關國家社會福利。

歐洲電力統一市場的建設看似一帆風順,但由于氣候異常、疫情或需求異變等原因,也出現過若干次電網解列事故。隨后,相關TSOENTSO-E緊急行動,并考慮到可能的恐怖襲擊、網絡黑客、疫情持續等因素,總結經驗教訓、改善合作機制、提高預測能力、加強應急管理,盡量將可能的風險和危機扼殺于萌芽,以降低電網事故發生的概率及可能給社會帶來的福利損失。

普遍認為,歐洲互聯電網是比較成功的跨境電力市場模式,這一模式能否成為中國推進電力市場化可參考、可學習的模板,特別是未來推進全國統一市場,亞洲電力市場,甚至亞洲超級市場?

一是中國需要一個什么樣的頂層設計,歐盟委員會及其能源部的相關戰略、規劃和法令,他山之石可否借鑒?

二是電力市場相關主體,特別是輸電、配電、發電、調度、交易等能否分拆經營,讓各主體在其邊界內各司其職,平等競爭并相互配合?

三是電力市場的監管主體,由中央政府、省級政府、甚至市區縣級政府各自執行?按市場規則、按行政規則、還是按統一規則?是否能夠打造出更有效的中國特色電力監管體制?

四是如何建立高效的多層次電力市場體系,如何在現有基礎上啟動小微市場、區域市場、跨區市場和全國統一市場,并增加全社會整體福利?

(本文經作者授權發布,僅代表作者觀點。作者單位為國合洲際能源咨詢院。該機構專注于石油、天然氣、煤炭、電力、可再生能源及氣候變化等相關領域的深度研究、評估和咨詢。)

未經正式授權嚴禁轉載本文,侵權必究。

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普遍認為,歐洲互聯電網是比較成功的跨境電力市場模式。

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文 | 湯雨 趙榮美 王進

200971日,歐洲六大輸電運營商聯盟達成協議,組建ENTSO-E。其時,成員包括36個國家的43個輸電運營商,主要職責包括制定電網規劃、協調電力輸送、制定市場規范、推動新能源發展。

這是一個類似聯盟或協會的非盈利組織,而不是一個“巨無霸”的歐洲電網集團公司,更不是一個所謂國有中央企業。

隨著英國退出歐盟,英國的三家輸電運營商也退出ENTSO-E;近期,烏克蘭國家電力公司加入觀察員名單。成員來去自由,體現聯盟性質。

一個跨30多個國家,由40個左右多種所有制并存的輸電企業組成的非盈利機構,2020年雇員才110人,預算及會費收入不足4000萬歐元,如何能成為歐洲電力統一市場的中樞?

這也是本文試圖探討的議題:

一是電力如何跨境的?各國能源基礎設施、經濟發展水平、監管制度機制等都有很大差別,如何在差異中構建統一市場?

二是主體如何運作的?歐洲電力市場存在輸電、配電、發電、調度、交易等眾多主體,各主體如何在其邊界內各司其職,并相互配合?

三是監管如何有效的?30多個國家各有各的監管制度和機制,如何在歐盟框架內運作,而不受制于大國或少數集團掌控?

四是市場如何運行的?在歐盟框架下,區域內小微市場、國內市場、跨境市場如何協調統一,并增加歐洲整體社會福利?

電力如何跨境?

19世紀后期,歐洲即開始了電氣化進程。1911年,萊茵河(Rhine River)上建造了第一座水電站;1914年,在勞芬堡(Laufenburg)又建成了一座水電站,其水壩橫跨德國南部和瑞士北部,電力通過電網在跨境輸送,并催生了奧地利、南斯拉夫、德國、法國、和瑞士等國之間電力輸送。

最初,電力從發電廠向周邊城市和工廠供電,電網隨之鋪設并跨越國界。同樣,在奧地利和下巴伐利亞( Lower Bavaria)之間建造的一座水力發電廠,也向周邊國家供電。

1958年,第一個220 KV跨國電網連接法國、德國和瑞士;第二個跨境電網也于1958年在勞芬堡完成,其中包括被稱為“勞芬堡之星”的變電站。

1951年,由比利時、德國、法國、意大利、盧森堡、荷蘭、奧地利和瑞士這八個國家組成的電能生產和傳輸協調聯盟 (UCPTE) 成立,并逐步發展到覆蓋歐洲大陸的大部分地區。

1998年,根據歐盟委員會電力行業的分拆指令,首字母縮略詞中的“P”(代表Production)被刪除,名稱改為 UCTE。與此同時,英國、斯堪的納維亞和愛爾蘭形成了三個不同的相互連接的區域。2009年,所有地區聯合起來形成了一個泛歐互聯網絡,即歐洲輸電系統運營商網絡(ENTSO-E),簡稱歐洲互聯電網。

如今,歐洲互聯電網已經連接整個歐洲和鄰近大陸的部分地區。南部通過西班牙和意大利與北非連接,北部通過德國、匈牙利、土耳其等國與亞洲互連,或者是高壓直流( High Voltage DCHVDC)連接,或者是與大型發電廠或變電站的單獨連接,覆蓋40多個國家的6億多人口,成為全球最大跨境電力市場的互聯電網。

歐洲跨境電網互聯從哪里盈利?

由于跨境互聯大大降低電力儲能需求,滿足了高彈性用戶的需求,從而大大增加社會福利(Social Welfare),而跨境互聯電網分享這些增加的社會福利。

需要說明的是,歐洲跨境電網新增項目投資評估需要做嚴格的“成本-效益分析”(Cost-Benefit Analysis,即CBS),而不是做“成本-利潤分析”(Cost-Profit Analysis),或“成本-收入分析”(Cost-Revenue Analysis)。也就是說,需要精確估算新增項目對發電廠、用電方及上下游相關產業社會福利的影響,由相關受益方補償新增投資的成本,使得投資項目總體社會福利最大化。

各國輸電網絡的開發和運營仍由各國輸電系統運營商(Transmission System Operators,即TSO)負責,但跨境互聯需要在相關各國TSO之間達成協議,根據協議進行規劃和實施。

電力企業在特定區域內規劃、開發和運營,而跨境互聯在更大的區域層面規劃和運營,為維護供電和線路安全,組建了多個跨區域的安全中心。

雖然歐洲電網互聯帶來了很多好處,但管理如此龐大的系統具有非常大的挑戰性,需要在參與國之間進行大量協調并達成多項協議,并要求相互關聯的國家在發電、輸電和配電方面遵循相同的框架和政策。

好在互聯電網的歐洲國家都是歐盟成員國,歐盟委員會制定的共同政策對成員國有制約性,但參與歐洲互聯電網的非歐盟國家也必須遵守同樣的規則。

小結1、發電廠電力首先供給周邊城市和用電戶,包括臨近的跨境用戶,優先就近平衡,小區域內供過于求的電力才需要通過高壓輸送到區外和遠方;

2、跨境輸電網絡主要因降低電力儲能和滿足高彈性需求而通過投資審核,所以其收費標準不是成本-收入(或利潤)法,而是成本-效益法,以實現總體社會福利最大化;

3、雖然參與國家眾多,各國TSO運營規則也不盡相同,但跨境需要相互間協議,并遵守歐盟統一規則。

主體如何運作?

歐洲互聯電網中有哪些主體,這些主體如何協同運作?

1、TSO:通常每個國家都有一個、少數國家有多個TSO。一般而言,TSO擁有輸電資產的所有權,維護、運營輸電網絡、兼電力調度。一些國家則擁有獨立系統運營商 (Independent System Operators,即ISO)來開展運營和電力調度,TSO擁有和維護輸電網絡資產,但是ISO必須注冊為非盈利機構,保證“公平、公正及公開”。就所有權而言,一些國家的TSO為國有資產,另一些則為私營資本所有,或者混合所有,包括國外資本參股或控股。

歐洲的TSO負責其控制區域,涵蓋380/220 KV 輸電網絡,在某些特殊情況下還包括 132/110 KV 線路和變電站,并至少負責以下任務:能量和功率平衡、阻塞管理、電壓和頻率控制、交換、確保系統安全和維護供應安全等,但TSO不允許進行電力交易,但由于輔助服務之故可以參與電力買賣,以維持頻率、支持電壓并提供阻塞管理和恢復服務。

2、歐洲互聯電網the European Network of Transmission System Operators for Electricity,即ENTSO-E):位于布魯塞爾,是歐洲所有TSO的聯盟或協會性質的組織,現有來自35個國家的39TSO成員,負責協調歐洲電力系統的安全運營、技術合作、規則制定、綠色發展等。這些TSO所在的國家大多是歐盟成員國,少數國家不屬于歐盟。

ENTSO-E理事會(Assembly)由所有TSO代表組成,理事會負責戰略和政策。理事會將日常活動委托給常務理事會(Board)管理,常務理事會的秘書長領導各部門執行并開展理事會布置的各項任務。

圖:ENTSO-E 組織架構

ENTSO-E下設相應委員會,系統發展委員會(SystemDevelopment Committee,即SDC)規劃并發展一個安全、高效并具經濟性的歐洲輸電系統,監督并完善跨境輸電網絡的發展,預測中長期電力市場,審核并落實跨境輸電網絡投資計劃等。

市場委員會(Market Committee,即MC)追求高效的充滿競爭力的電力市場,關切影響電力市場的各項活動,監管、協調并完善跨境市場及相關的交易模式,保證市場的透明度。

系統運營委員會(System Operators Committee,即SOC)管理電網系統安全和最佳運行,包括運行規劃、安全分析與協調、系統監測和控制等、實時和近實時的頻率和功率平衡等職責。

研發委員會(ResearchDevelopment & Innovation Committee,即RDC)的職責是促進輸配電、模型和電網架構的技術創新,實現歐洲2050碳中和目標。

法律和監管部(Legal & Regulatory Group,即LRG)為所有成員提供法律及監管支持,負責改進、協調并落實整體監管框架,并代表TSO 向歐盟委員會及相關監管機構提供政策建議。

3、配電系統運營商( Distribution System Operators,即DSO :其職能與TSO 類似,管理電壓低于220 kV的配電網絡。與TSO管理的輸電網絡不同,配電網絡之間互聯較少。

大多數情況下,配電網絡覆蓋城市負荷中心周圍的電力系統,更接近終端用戶、可再生能源發電端和需求側管理。DSO的商業模式已經從簡單的配電網絡向去中心化的平臺轉型,努力將源網荷儲各參與方,特別是分散化的分布式新能源電力,組織起來并高效利用,以滿足客戶多樣化的用能需求。

作為自然壟斷企業,DSO接受嚴格監管,上中下游一體化經營受到限制,在財務、管理、法律等幾個層面有嚴格的約束和要求。

歐洲配電網絡覆蓋程度高、運營商多而分散,其配電運營商大致分屬于四個不同的協會組織,即歐電聯(Eurelectric)、E.DSOGEODECEDECEurelectricE.DSO的成員多為大中型配電運營商,GEODECEDEC主要成員為小型配電運營商,其中Eurelectric組織成員最多。

歐洲的DSO多達二三千家,股權結構異常復雜。有私營獨資、控股,上市公司參股、控股,國有資本參股、控股或全資,有外國資本獨資、控股,國內資本參股、控股或全資。

各國DSO市場集中程度差異很大,有低集中度國家,即絕大多數DSO是微小型、本地的、用電接入戶數小于10萬,三DSO配電市場之和所占份額少于50%;有中集中度國家,即DSO大小規模分散,其中三DSO之和占市場份額超過60%;有高集中度國家,雖然存在不少微小型DSO,但一家DSO獨大,其所占市場份額超過80%;也有絕對集中型國家,國家只有一家DSO,壟斷國家的配電市場。

歐洲統一的配電系統運營商聯盟(the European Distribution System Operators Entity,即EU DSO Entity)已開始運營,以加強DSO之間的協調以及與ENTSO-E之間的合作,目前成員機構達907家。

4、跨國能源/電力交易所:電力大宗交易大多數是雙邊協議進行的,但電力交易所交易的份額一直在增加。歐洲電力交易所(EPEX)是較大的交易所之一,涵蓋各種電力交易品種,如現貨、日前、日內、時前、靈活性市場等。

30家歐洲的電力交易所聯合組成了歐洲電力交易所協會。這些交易所與TSO密切合作,以確保輸電系統的物理限制與電力市場交易吻合,電力交易各方隨時可以查閱各條境內及跨境輸電線路的容量。

小結1、歐洲電力市場中,輸電、配電、發電、調度、電力交易所分開經營,并接受嚴格的分類監管;

2、輸電、配電企業多種所有制并存,輸配電核心資產可以私營、可以國有、可以混合或公共所有,也可外資持有;

3TSOISODSO都是專業化機構,無論是國有還是私營控制,各國的經驗和教訓是專業化機構應該由專業人才管理;4、電力交易可以雙方協議完成,也可通過交易所競價達成。

監管如何有效?

30多個國家發展水平差異較大、能源監管制度不盡相同、TSO功能有所差別、DSO眾多而分散,如何在紛繁復雜、分散孤立的電力世界建立起一個安全可靠、公平競爭、高效運轉、持續創新的統一市場,高效協調和有效監管至關重要。

1 歐盟委員會能源部:負責監督歐洲所有與能源相關的議題,制定能源安全法令和高效發展戰略,并為成員國設定了戰略目標,推進可再生能源發展,促進新技術創新應用,保障民用核能安全運行等。同時,能源部著力制定規則,以維護能源消費者的權益、保障能源市場高效運行、推動能源基礎設施投資、并建立與國際能源機構合作機制。

比較有爭議的是,歐盟委員會對各國能源方面設定的目標具有較大挑戰性,其中主要是能源效率提高和可再生能源占比,且這些目標是強制性的。

2、能源監管合作機構:在歐盟委員會能源部下,根據相關法案,2011年設立了能源監管合作機構(Agency for cooperation of Energy Regulators,即 ACER),該機構監督能源批發市場REMIT的合規性和透明度。2013年,受托制定跨歐洲能源基礎設施指引,并協調促進歐洲能源市場一體化,特別是歐盟電力和天然氣能源市場一體化目標。

ACER監控ENTSO-E的相關工作并制定歐盟輸電網絡發展規劃,以創建一個有競爭力、安全可靠、可持續發展的歐洲電力市場。

3、歐洲能源監管委員會:歐盟各國都有自己的能源監管機構,大多數下設于各國能源部。各國能源監管機構的目標有很多一致之處,如保障消費者權益、供應安全、市場高效、可持續發展等。

為協調各國能源監管機構的規則和政策,特發起設立了一個協會組織:歐洲能源監管機構委員會(the Council of European Energy Regulators,即CEER)。CEER是一個非盈利組織,旨在配合ACERACER專注于制定并完善規則,而 CEER則協調各國監管機構、推動規則執行、及保護能源消費者權益。

近來,CEER制定了三年計劃,提出了數字化、脫碳和動態監管的“3D”(DigitalizationDecarbonization and Dynamic Regulation)規劃。

4、區域安全協調機構Regional Security Coordinator,即RSC):跨境深度互聯的輸電網絡需要更高層級的機構來協調共同面對的安全輸送、容量分配和阻塞管理等問題。相關國家的TSO需要合作,協調輸電網絡的規劃和運營,由此,相鄰國家的TSO 合資成立專項機構負責區域安全問題的處理,其服務范圍包括,安全分析、容量計算、中斷協調、充裕度預測、通用電網模型等。

目前,已經設立了五個作為法人主體的區域安全協調機構,即RSC。第一個RSC成立于2008年,位于布魯塞爾和慕尼黑之間。2015年,第二個RSC擔任東南歐安全協調機構,設立在貝爾格萊德。

2016-2017年,斯堪的納維亞國家的四個TSO及北歐的TSO,建立了北歐RSC;同時,三個波羅的海國家建立了波羅的海地區安全機構。

各國的TSO都指定了一個或多個 RSC 作為其安全服務提供商。

小結:1、歐盟及各國監管機構與被監管主體之間有效回避了負責人任命“旋轉門”,以保證監管的公正性;

2、歐盟委員會及其下屬能源部、能源監管合作機構等職責清楚、分工明確,監管的重心是保護電力用戶權益、保障電力供應安全、提高市場運行效率、推動輸配技術進步、加快綠色轉型步伐等;

3、相鄰國家之間跨境輸電及其引發的電力安全需要多個TSO之間的協調,甚至設立協調機制,這主要根據市場規則,并不需要各國政府出面。

市場如何運轉?

歐洲電力統一市場是如何運轉,并逐步提高總體效率的?

1、制定并逐漸完善統一電力連接代碼與指南:根據歐盟委員會相關法案中的指令和法規及其發布的網絡代碼,ENTSO-E將電力互連管理有關的法規、指令和網絡代碼進一步明細并逐步改進,制定統一指南,包括:

連接代碼和指南:需求側連接代碼、供電側代碼要求、高壓直流連接代碼等;

運行規范和指南:網絡安全、應急與恢復、系統操作代碼等;

市場規范和指南:容量分配和阻塞管理、電力平衡、遠期容量分配等。

ENTSO-E 將上述所有代碼打包在“E Codes”的應用程序中,可在IOSAndroid智能設備上隨時查詢和使用,并附有每個代碼的詳細解釋。

2、制定并逐漸規范TSODSO運行與規范:根據歐盟相關規定,TSO不得從事發電、配電及電力交易業務,專營輸電包括跨境輸電、區域內電力平衡、無歧視地執行電力交易的輸送。

作為自然壟斷企業,TSO收費受到嚴格監管。在大多數國家,TSO收費一般采取“成本加成”模式或“激勵”模式,輸電服務費用包括二部分,即資產成本和運營成本,也是“二部制”價格。TSO新增投資一般必須得到各國監管機構的批準。

一般而言,TSO管轄220 KV或更高的電壓線路,DSO運行低于220KV電網。一些城市的電網有一個200KV110KV環網,一般由DSO運行。為此,DSO必須參與維護電壓和安全,以便與更高電壓級別的電網互聯,確保DSOTSO之間無縫連接和切換。

3、制定十年規劃增加基礎設施投資2020年“十年網絡發展計劃”(The Ten-Year Network Development PlanTYNDP)評估了154個輸電項目和26個儲能項目,其中輸電項目中有97個為跨境項目,將增加跨境輸電90GW產能;26個儲能項目將增加485 GWh儲能容量。

經過成本-效益分析(CBA),TYNDP 2020項目實施后,將每年增加歐洲社會福利73億-132億歐元,增加170萬就業崗位,有助于歐洲疫后經濟恢復。考慮歐盟委員會制定的清潔能源一攬子規劃,規劃中融入電力、供熱和交通電能替代,未來輸電技術發展和投資將主要集中于高壓線路、變電站、海底電纜、地下電纜、補償設施、移相變壓器等。

歐洲電網高度互聯,有利于電力供應的可靠性和安全性,但多數社區及居民對新建高架電線和變電站持反對態度。環保主義者正迫使越來越多的新輸電線路建在地下,這既增加輸電系統成本,又增加其運行復雜性。

隨著各國互聯互通輸電線路發展,歐洲逐步發展出以50 Hz頻率運行的大型同步 HVAC 區域,并與 HVDC 海底電纜相互連接。與英國連接,以及從斯堪的納維亞半島到歐洲大陸的連接,讓英國電力系統和斯堪的納維亞電力系統市場融合,增加了電力市場容量,使歐洲各國都能從多樣化的發電組合中受益。近年來,英國到荷蘭、英國到挪威以及瑞典到波蘭等HVDC線路建成,增強了歐洲大陸電網并增加了容量空間。

歐洲電網基礎設施發展規劃是一個復雜且具有挑戰性的過程,考慮多國性、未來發電組合的不確定性、脫碳目標的可實現性、經濟增長等因素,ENTSO-E推動的TYNDP需要全面梳理輸電和儲能技術進步、經濟性和公眾接受度等不可預測變量去應對未來電力市場的不確定性。

4、發電主體越來越多元推動去中心化:隨著歐盟低碳化政策推進,可再生資源占比及滲透率越來越高,對電力安全形成新挑戰。新能源發電量和發電主體快速增加,推動了電力系統去中心化和智慧化發展。

傳統電力的調度由TSOISO統一完成,電能由高電壓向低電壓單向流動,DSO更多的是將電能傳送到用戶端。現在,大量的分布式電能(Distributed Energy Resources,即DER)在配電網層級并網,使得配電網也擁有了大量的發電容量,需要DSO具備調度電能的能力,以保持電網平衡。

為此,電能必須雙向傳送,DOS需要與電力用戶以及TSO進行雙向溝通,以便保持電力系統的穩定性。電力系統去中心化趨勢驅使配電網絡運營商(Distribution Network Operator,即DNO)向配電系統運營商(Distribution System Operator,即DSO)轉型和升級。

目前,歐洲發電主要來源于大型水力發電、小型水力發電、煤電、其他化石能源(包括天然氣發電)、可再生能源電力、以及占一定比重的核電。核電站的安全問題,特別是日本福島核電站事故后,歐洲公眾反應非常強烈。一些國家決定立即停止使用核能(尤其是德國),而另一些國家則暫停建造新核電站的計劃。未來可再生能源,特別是分布式可再生能源,將成為歐洲發電的主要增長點。

5、多樣化用能需求推動配網系統升級:為滿足客戶安全、可靠、價廉、清潔化等多樣化的用能需求,不但承擔傳統的配電責任,越來越多的DSO 開始打造智慧化的區域平臺和區域內的小微市場,整合源網荷儲各相關主體,包括可再生能源,滿足客戶多樣化的用能需求,包括屋頂發電、家庭及小規模儲能、日常用電、空調、熱水、越來越多的新能源汽車充電等。

數十年來,歐洲的用電量一直在增加,但近年來增長率有所下降,一些國家的用電量停滯不前,甚至略有下降。停滯的原因可能是經濟放緩、高效電氣設備普及、需求側管理、人口增長低等因素,另外,一些國家制定相關政策,鼓勵降低電力對外依存度,優先國內電力市場的平衡。

歐洲各國的電價差異很大。各國電價高低取決于國家各項相關政策,并由各國相關機構監管。根據歐盟委員會關于電力市場透明度的指令,用戶側電力價格中必須明示電網使用成本和發電成本。

6、制度與技術打造電力市場透明平臺:作為TSO的協會組織,ENTSO-E從各個TSO機構收集相關信息,并將其發布到公共平臺,確保所有市場參與者得到必要的、及時的和準確的信息,以便他們做出理性決策,這是競爭開放、非歧視及高效市場的基礎。

公開透明的信息包括,可用容量、價格、流量等,其中電力流量包含各國電力進出口、不同類型電廠的發電量、與鄰國的交易、各國實時電價、過去24小時各國電力消耗量等。通過IOSAndroid智能設備,這些信息都是可視化呈現。

信息公開透明需要數字傳輸技術和預測模型不斷升級。電子高速公路(Electronic Highway,即EH)和歐洲意識系統(European Awareness System,即EAS)等廣泛應用,相關預測模型不斷改善和升級,并將預測結果及時發布。

電力市場的高透明度確保電力市場的公平性和及時性,所有參與方可以隨時決定出價和下單。電力交易按照先到先得的原則進行清算,即首先提供最高買入價和最低賣出價優先成交,匹配的訂單從訂單簿中刪除,并同時更新市場的可用輸電容量。

小結:1、歐洲電力統一市場首先需要制定電力互聯的規則、代碼和指南;

2、明確市場參與者各自的職責、規范及邊界;

3、增加基礎設施投資,加快應用數字技術,提高信息通暢能力,確保市場公開、透明、及時;

4、電力系統去中心化推動DSO打造小微市場智慧化平臺,各國鼓勵國內市場平衡,跨境市場和基礎設施投資須增加相關國家社會福利。

歐洲電力統一市場的建設看似一帆風順,但由于氣候異常、疫情或需求異變等原因,也出現過若干次電網解列事故。隨后,相關TSOENTSO-E緊急行動,并考慮到可能的恐怖襲擊、網絡黑客、疫情持續等因素,總結經驗教訓、改善合作機制、提高預測能力、加強應急管理,盡量將可能的風險和危機扼殺于萌芽,以降低電網事故發生的概率及可能給社會帶來的福利損失。

普遍認為,歐洲互聯電網是比較成功的跨境電力市場模式,這一模式能否成為中國推進電力市場化可參考、可學習的模板,特別是未來推進全國統一市場,亞洲電力市場,甚至亞洲超級市場?

一是中國需要一個什么樣的頂層設計,歐盟委員會及其能源部的相關戰略、規劃和法令,他山之石可否借鑒?

二是電力市場相關主體,特別是輸電、配電、發電、調度、交易等能否分拆經營,讓各主體在其邊界內各司其職,平等競爭并相互配合?

三是電力市場的監管主體,由中央政府、省級政府、甚至市區縣級政府各自執行?按市場規則、按行政規則、還是按統一規則?是否能夠打造出更有效的中國特色電力監管體制?

四是如何建立高效的多層次電力市場體系,如何在現有基礎上啟動小微市場、區域市場、跨區市場和全國統一市場,并增加全社會整體福利?

(本文經作者授權發布,僅代表作者觀點。作者單位為國合洲際能源咨詢院。該機構專注于石油、天然氣、煤炭、電力、可再生能源及氣候變化等相關領域的深度研究、評估和咨詢。)

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