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张树伟:欧洲出现全天负电价!

2023-07-04 14:53:12来源:华夏能源网

2023年7月1日凌晨,笔者在德国汉堡(跟我国哈尔滨纬度接近)附近露营,凌晨3点被冻醒来。彼时的天气预报是实时10度,风力40公里。

7月1日白天虽然时不时下起雨来,但仍然有着属于夏日的刺眼阳光,再加上3-5级的大风,导致马路上可以看到穿着从T恤、夹克到羽绒服各个季节与频谱的人,还有穿马甲的狗。

就是在这一天,电力行业的精英们已经充分预期到了第二天(7月2日)严峻的电力供需形势——严重供大于求。


(资料图片)

晴朗无云的天气意味着光伏出力可以达到额定最大功率,但同时风仍然不小。新能源的发电出力可以说是毫无阻碍。

而这一天恰恰是个不上班的周六。有些地区,比如德国的北威州(NRW),学生们已经放暑假了,意味着他们的家长已经连续不上班好几天了。

果然,下午3点集合竞价完成之后,提前一天购买的电力价格(即所谓的“日前市场”,day-ahead)大部分国家显示了全天负价。

比较来看,荷兰负的程度最大,全天平均接近-90欧元/MWh;德国其次,接近-55欧元/MWh。这2个国家(分属2个价区与平衡控制区)都在中午时分触及了市场允许报价的下限——负500欧元/MWh(欧洲大陆电力耦合市场目前报价具有【-500,4000】的区间)。其他国家基本在低于但是接近零价的附近,包括很少出现负价格的比利时。

图1欧洲互联电力7月1日日前市场出清结果来源:www.epexspot.com

那么问题来了:在这个价格下,市场仍然无法出清怎么办?

非常好的问题!如果你提出了这样疑问的,建议你可以直接从第3部分(全天负电价成因:市场供需温度计)开始阅读。

接下来,让我们先从轻松愉快的视角来看待欧洲本次全天负电价的问题。

负电价的娱乐视角

托马斯-A-爱迪生当年说:我们将使电力变得如此便宜,以至于只有富人才会点蜡烛。这早已是世界大部分地方的现实。现在,这种便宜的程度更进一步加深了——负的!

不要听有些farts的瞎扯!——负电价并非无意义。负电价只要有量,那么就必然有成交,那么有人就是会又用电,又挣钱。它的意义对应于它的数量与价格的乘积。

邪恶美帝的不那么邪恶的80后诗人与青年女作家Munia Khan说:爱就像电一样,它有时让你一震,但你却不能没有它。如果她看到负价格,她似乎应该额外感慨:不是你不能没有它,是它不能没有你!

我国作家池莉在小说《来来往往》中,将负面人物皮肤不佳的脸庞比喻为“电力不足的黄灯泡”。她如果看到负电价,估计会来个比喻:这负面人物,就像电力用户一样,既用电,又拿钱,彷佛谁都永远欠她的!

负电价的商业视角

基于这天的负电价,一位英国博主(https://twitter.com/gerardreid14/status/1675151163191177217)发言:“有谁想获得免费的#电力?今天是这一天,在整个#欧洲”,还加了一句展望性质的话:未来每个夏天的周末都是这样的!

在它的下面,很多网友出主意:搞海水淡化、废物利用啊、存储成热利用……还有人说可以拿来挖矿的。

这的确道出了商业逻辑上的基本必要条件:一个东西足够便宜了,那么它的用武之地就会非常大,并且具有自发的动力去替代过去那些提供类似服务、但是价格更高的竞争者。

这是目前综合能源系统与氢能经济第三次重新成为一个话题,而且是新话题的关键背景。它是关于电的——电解槽、电池与电力热泵。这方面的研究开发、商业模式创新以及社会接受程度的提升,正在日新月异的进展,任何半年周期以上的综述都在快速过时。

当然,市场当中存在纯粹的金融投资或者对冲者。它们基于自己的独到预期,对未来的价格走势进行判断,并且相应的做多或者做空期货或者期权。有的时候是天使,发现市场价格“不正确不到位”的地方;有的时候是魔鬼,助涨助跌。

全天负电价成因:市场供需温度计

负电价已经发生了,人们可以很方便的寻找它的各种直接、间接以及本质性的原因。

直接原因,基于目前的市场设计,这一负电价形成是多种供给与需求层面因素的叠加结果。比如,从荷兰触及市场报价下限-500EUR/MWh的供需曲线(图2)来看,在电价为零的水平上,需求有7000MW的累积报价,而供给(留在系统中不愿意停机不发电的)仍旧在接近10000MW的水平。

需求供给仍然没有交点,从而从“算法”上来说,需要进一步的价格下降,以实现平衡。从零价格到负500EUR的区间上,供给侧进一步挤出了不挣钱的机组,而需求侧有所增加。

最终系统的平衡点出现在8000MW左右,价格就是报价下限。这一区间上,价格变得敏感有弹性,而市场流动性已经不足。最终这一小时区间,出清电量在6500MWh(所谓Market Clearing Volume(MCV))。

图2 2023年7月1日日前市场出清结果(7月2日下午1:00-2:00),荷兰定价区来源:www.epexspot.com

当然,如果超越直接原因,探究更多长期与结构性因素,那么这个问题就变得异常复杂了,包括线性规划程序是如何在这种极端情况下寻优的算法问题。乃至涉及价值观因素。但是从变化趋势上,价格作为市场供需形势的指针与温度计,无疑发挥了信息披露的基本作用。

这一数量成交与总体的电力需求/供给图景有多大关系?7000MWh左右一个小时的成交量,与之可以对比的是荷兰,这样一个西欧小国/经济大国的总体电力需求与供给情况。

表1给出了这种粗略的比较。可以看出,不考虑各种时间上的波动情况,日前市场的这一成交,大致是每天电力用量(12GWh)的55个百分点,占据半壁江山。其他一半上下的需求,在其他市场(比如大用户场外交易OTC)以各种其他定价方式满足。

表1荷兰7月1日前市场交易量与各种参照系的比较图片

这一提前24小时的预期准确吗?这一点可以从更加接近实时的日内与平衡市场看出来。荷兰的日内市场从60分钟/30分钟/15分钟产品(连续交易)在中午的时刻也保持低于零的价格,尽管程度上有所降低,显示这种1天前的预期大体是准确的。顺便说一句:日前市场这是地地道道实质意义上的期货。

图3欧洲日内连续交易60分钟产品价格——2023年7月2日平均价来源:www.epexspot.com

那么,未来市场价格走势会怎么变化?没有人可以精确的知道未来,它仍处于随机状态。笔者只能说:给定可再生能源越来越多,在其他因素不变的情况下,负电价肯定会越来越多,越来越具有全年负担等方面的含义。当然,其他因素现实中不可能不变,比如储能充电变得越加有利可图,就构成了系统价格“过山车”的一个抑制性因素。现实的发展,永远是进化反馈式的,而不是计划式或者趋势性的。

负电价现象中的认知启蒙

全天负电价发生了!确切的讲,是在某个时间、某个地点,某个市场部分(segment),出现了电力价格为负的买卖。

数学上,两点之间直线最短是个公理,但是物理学告诉我们:直线距离最短可并不意味着这么前进最快、用时最短。我们不能混淆不同维度。

比如以电力系统电压(V)、频率(Z)与功角(F)稳定的基本系统要求,去要求电源输出功率(P)稳定,甚至以“稳定输出”为美。这完全是两码事。稳定输出属于对电源过分的要求,因为需求就是不稳定的。

那么,类似的,负电价有意义的维度到底是哪个?

答案很简单:取决于你需要得出哪方面的认知洞见。答案往往取决于问题(The Answer Depends on the Question)。

如果需要衡量消费者负担,那么明确的时间/空间界定是必要的。因为,毕竟这负价格只是1天,全年365天中的不足0.3%,人一辈子的万分之三,还有多个嵌套市场彼此成交量大小的问题(不过欧洲日前市场总体上最活跃)。对了,千万别转汇率比较。消费者负担是跟自己的收入比的。

如果需要衡量这个批发市场是否合理,那么显然必要的市场设计改变将是必要的。这涉及到不同政策(补贴、税收、行政限制)与技术经济的互动影响,无疑是个复杂的问题。但是,明显大幅度低于零的价格,是“不正常”的,也很难具有可持续性的。

如果要探讨那些无法参与批发市场的小用户如何从这种负价格获益,比如居民用户,那么居民电价中的复杂构成无疑是个额外的因素。居民一方面是消费者上帝(“消费者永远是对的!),另一方面也是各种社会负担无法进一步传导的群体(相比工业部门),因此理论上也是”拔鹅毛“的对象之一。关于未来电力更像是社会服务还是商品,也有得进一步讨论。

这样的系统,应对不可预见(unforeseen)危机的能力如何?所谓的是否是一个有弹性(resilience)的系统。短期无疑是促进弹性的增加的,但是长期这是否意味着是系统充足性(而不是灵活性,二者需要显著区分)会出现问题,不得而知。这又是一个取决于太多自然(天气)、体制(系统安排/备用水平)与偶然因素(各种操作性的人为安全因素)的事情。当一个冲击(shock)乃至危机(crisis)发生的时候,人们往往忘了它只是若干概率事件的实现(realised),而把它理解为确定性事件,“一定会发生”。这无疑是笔者并不感冒的“宿命论”。在粮食领域,学者Amartya Sen曾经说过:“你不能很容易地防止营养不良,但你可以用一半(不大的)努力来阻止饥荒”。那么,饥荒为何还总是在历史上出现?类似的,电力是不可能100%安全。但是时不时来个大限电或者停电(类似我国2020/2021/2022的故事),显然是过了。

如果要聚焦对冲风险,那么“谁的风险”就显得尤为关键了。负电价显然是发电商的风险,而高电价是用户的风险。风险永远是单边(one-sided)的,比如你永远不会说:我有中1个亿彩票奖金的风险(risk),尽管这句话在统计科学上是完全严谨的表述。问题是:当未来从随机变得确定,而恰恰实现了对你不利的那种可能,你是否能够具有足够的耐心,以及足够的积累以挺过去?欧洲去年的高价格挺过去了,但是没有锁定价格、对冲的用户与售电商亏大了。未来呢?当有人享受着几厘到几分的现货价格,那些签了长期合同(PPA)的用户是何种心情?

如果要聚焦人类未来,避免气候危机。对不起,这样的价格完全是不可接受的。政府有责任把价格一步一步搞上去,以改变所有人的行为,促进环境与人类可持续发展。

(图片来源:veer图库)

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