能源互联网市场体系设计、交易机制和关键问题

摘要: 作为推动能源革命的重要手段,能源互联网的出现为多能源交易的市场化、自由化和灵活化提供了新的契机。 首先基于能源互联网的核心理念,提出了能源互联网市场的初步定义和建设目标,并通过与传统电力、天然气、区域热/冷等单一能源市场的对比,得出能源互联网市场的特殊性主要体现在支撑多类型能源的综合交易、实现大规模分布式主体的市场参与、支持灵活智能的能源消费以及信息技术依赖程度提高4个方面。 在此基础上,对能源互联网市场的体系设计和交易机制进行了详细的分析讨论。 最后,总结归纳了能源互联网市场发展过程中的关键问题和研究展望。

关键词: 能源互联网市场; 体系设计; 交易机制; 分布式主体

0 引言

能源危机、气候变化、环境污染对传统能源系统和人类社会发展产生巨大冲击,亟须推进能源生产和消费革命来解决能源可持续供应问题,因此能源互联网应运而生。 美国著名学者里夫金最早提出能源互联网的设想,并指出能源互联网应具有以可再生能源为主要一次能源、支持超大规模分布式发电系统与分布式储能系统接入、基于互联网技术实现广域能源共享以及支持交通系统的电气化四大特征[1] 。 能源互联网概念的提出为提高能源综合利用效率、促进可再生能源大规模利用、改善能源消费结构及实现社会的可持续发展提供了新的技术手段。

目前,能源互联网尚未形成统一、标准的定义,然而能源互联网的发展目标、基本架构及主要特征等核心理念[2-4] 在学术界和工业界已达成初步共识。

与传统单一的电力、天然气等能源系统相比,能源互联网在供给形式、物理网络、用户需求及信息技术等方面发生了明显的变化,主要包括以下几个方面。

1)支持多类型能源的综合供给,实现以电能为核心,包含可再生能源、化学能、热能等多种能源形式的互相转化与利用。

2)实现多能源网络的系统集成,形成以电力网络为枢纽,涵盖天然气管网、供热网络、交通网络及多类型储能设备的一体化能源耦合系统。

3)支持海量分布式设备接入,实现分布式能源供给,推动分布式可再生能源的大规模利用。

4)实现用户侧的广泛参与,具有开放、互联、共享、对等、即插即用和以用户为中心等重要特征。

5)强调信息技术的深度融合,以信息物理系统为基础,实现广域信息互动下的能源共享。

然而,在能源互联网发展过程中,由于传统电力、天然气等能源行业的封闭性、各类能源运行特性的固有差异及不可忽视的技术壁垒等原因,短时间内在物理层面上实现多类型能源系统的联合规划和运行较为困难。 因此,为了推动能源革命的进程,可以首先从市场角度切入,以价格激励为手段,通过实际的供需关系来促进能源的综合利用和高效配置。

能源互联网市场并不是传统电力、天然气、区域热/冷等单一能源市场的简单叠加,而是基于能源互联网核心理念对市场模式的一种创新。

本文首先提出能源互联网市场的初步定义,结合能源商品的特殊性明确能源互联网市场的建设目标,并将其与传统单一的能源市场进行对比;其次,从主体结构、客体结构、时间结构和空间结构4个层面构建能源互联网市场体系;之后,对能源互联网市场的交易方式及运行机制进行详细分析;最后,对推动能源互联网市场发展的关键问题和研究展望进行总结归纳。

1 能源互联网市场的基本概念与特点

为了更好地实现多能源互补,提高能源利用率,能源互联网提出了引入竞争、建立市场的新要求。

本节首先给出能源互联网市场的初步定义,之后结合能源商品的特殊性,提出能源互联网市场的建设目标,并比较其与传统单一能源市场的异同点。

1.1 能源互联网市场的初步定义和建设目标

能源互联网的核心理念可以概括为多能互补、多网耦合、支持大规模分布式设备接入、用户侧广泛参与及信息技术的深入融合。 基于能源互联网的核心理念,本文提出了能源互联网市场的初步定义:能源互联网市场是在能源互联网背景下,以信息技术为支撑,以分布式主体为主要参与者,通过市场竞争,实现电力、天然气、热/冷、可再生能源等多类型能源综合交易及优化配置的机制。

能源互联网市场建设的关键在于还原能源的商品属性。 然而与一般商品相比,能源商品具有其特殊性[5] ,具体表现在:①能源商品是关乎国计民生的重要战略物资,具有一定的公益性和管制性;②能源商品多属耗竭性资源,具有很强的稀缺性;③能源商品的交易依赖于管网等基础设施,具有网络经济属性以及时空连续性;④能源商品的生产和消费过程不可避免对环境造成污染和破坏,具有负外部性。

因此,从能源商品的特殊性出发,结合能源互联网的核心理念,能源互联网市场的建设目标可以总结归纳为:①打破传统单一能源市场的壁垒和惯性,促进以电能为核心的多能源广泛共享和综合利用;②实现能源供需动态平衡,提供安全、可靠、优质、经济的能源产品;③利用互联网思维,打造多元化、分散化能源供给和灵活化、个性化能源消费的市场格局;④激励新能源技术引入市场以及能源企业的自我革新,实现低碳经济和社会可持续发展。

1.2 传统单一能源市场与能源互联网市场

近年来,能源市场逐步解除管制,尤其是电力、天然气市场发生了结构性的调整以及重组[6] 。 不同于电力、天然气的大规模集中供应,热/冷市场广泛存在分散供应和区域集中供应两种形式。 其中,分散供应通过自备的锅炉、热泵、蓄冷器等设备满足自身用热/冷需求;区域集中供应通过热力管网实现某一地区的供暖/制冷,其对应的区域热/冷市场为本节主要讨论对象。 与传统单一的电力、天然气、区域热/冷市场相比,能源互联网市场在建设目标、市场类型、影响因素等方面具有明显的相同点,具体表现为以下几个方面。

1)传统能源市场和能源互联网市场的基本建设目标都是打破垄断、引入竞争,通过还原能源的商品属性实现资源的优化配置,提高能源利用效率。

2)由于能源商品固有的公益性、管制性及稀缺性,完全竞争很难实现,因此传统能源市场和能源互联网市场都属于非完全竞争市场。

3)实现能源商品的正常流通是传统能源市场和能源互联网市场的根本任务,因此能源的传输与储存特性是市场建设的重要影响因素。

然而,与传统单一的电力、天然气、区域热/冷市场相比,能源互联网市场还有很多不同之处,如表1所示,其特殊性可以总结为以下4个方面。

1)支撑多类型能源的综合交易实现多能源的综合交易是能源互联网市场的重要目标,而电、气、热等多能源耦合使得市场主体与交易对象更加多元化,并催生了新的种类。

2)实现大规模分布式主体的市场参与分布式风电、光伏、储能及天然气分布式能源等分布式设备的大量接入对能源互联网市场提出了无差别对待市场参与主体、实现其对等互联与能源共享的要求[7] 。 因此,与传统能源市场的寡头垄断属性相比,能源互联网市场进一步开放,竞争性显著增强,形成了垄断竞争市场。 随之而来,能源互联网市场不再有交易规模限制,进出市场更容易,博弈程度也更复杂,博弈将延伸到小型分散化市场主体。

3)支持灵活、智能的能源消费

用户侧市场参与度显著提高,主要体现在购买能源的自主选择权增加、参与需求侧响应的积极性增强以及用户分布式能源共享成为可能。 因此,用户的用能需求出现较大差异,催生了个性化、定制化的能源服务,促进了能源消费向灵活性、智能化方向发展。

4)信息技术依赖程度提高能源互联网市场对信息技术的依赖程度进一步提高。 信息的采集、传输、计算、分析和共享技术为

市场运行提供决策支持,而信息安全也成为交易可靠性的重要保障。