电力作为一种供需变化极为敏感的产品,其24小时内的价格波动,往往相当于别的行业几周、几个月甚至数年的变迁。因此,电力价格的变化不仅是市场动态的缩影,也可当作更缓慢行业的风向标,为宏观经济和产业调整提供前瞻性参考。
2023年5月,山东在假期期间出现了长达十几个小时的负电价。这一现象引发了广泛讨论,部分市场观察者或许不感到意外,毕竟山东电力装机规模庞大,既包括电网统调机组,也涵盖了大量自备电厂,统计范围之外的屋顶光伏近些年也变得日益不可忽略。在模糊意义上,某些时段——特别是负荷低谷时段——市场与系统供给相对刚性,价格自然会跌入负值。
而2025年春节前后,浙江“竟然”也连续发生了明显的负电价,这一事实更具冲击力。浙江在过去2~3年间一直被视为供需紧张的区域,甚至一度出现工商业限电。为了确认和保证供应,系统参与者曾愿意支付5-10元/kWh的高价,购买省间割裂市场的高价电力。
如今,却出现了发电商“倒贴电费”的情况。如此剧烈的市场反转,是短期因素的偶然叠加,还是深层次市场结构的归因?或者二者都是必要条件。更加考究细节的读者可能注意到了:浙江春节期间的价格,不单单是部分媒体连篇累牍的负电价,与此同时其实还伴随着数量不少的实时极高电价。
当然,笔者这样讲,并非暗示山东的负电价就是“合理的”,而浙江的负电价就“不可思议”。市场行情报价的波动,特别是极端价格水平,往往是多种因素共同作用的结果,其形成机制既复杂又动态。现实世界的无奈在于:当一种可能性成为现实(realized),俨然一种“宿命”,其他可能性便观察不到了。在负电价成为事实的情况下,我们已无法看到那些原本也许会出现的不同价格水平,以及它们可能带来的超越市场边界的更广阔影响。
因此,我们只可以借助逻辑推理、数据分析,以及“反事实分析”(Counterfactua)来理解这一事件。类似于西方“假如希特勒1935年就去世了,另类历史会如何?”的推演,或东方“如果丘处机没有路过牛家村,武侠江湖如何演变?”的思考方式。
市场本质是供需决定价格,将负电价归因于“供需失衡”往往并不错,但是通常也没什么用。因为这只是对问题的另一种描述(re-framing),而非归因解释(reasoning)。进一步的追问在于:浙江2025年春节期间,为何市场“边界之内”,低“成本”供给如此充裕,而需求却如此低迷?在何种边界条件下,市场行情报价“充分地”跌入负值,而不单单是下跌一定的有限程度,维持明显大于零的价格?这是否与新能源出力、煤电运行约束、交易机制或政策状态有关?
为此,本文中,我们结合浙江现货市场的日前/实时价格与机组出力数据,利用机组开机组合(Unit Commitment, UC)模拟,理解市场的边界与结构性问题。此外,我们还初步讨论负电价中的赢家与输家,以及理解负电价问题带来的法律乃至政治含义。最终,我们大家都希望能够为负电价的管理(若不是个问题)与消除(如果是个要解决的问题)提供实用性的洞见,使市场机制能够更好地反映真实的总体供需关系,避免潜在问题的长期化。
春节通常是全年范围内用电低谷期。2025年1月至2月,我国煤炭价格已回归常态,环渤海地区1月份初价格为765元/吨,至2月底降至687元/吨,保持在550-720元/吨的绿色价格的范围内。这一价格水平确保了大部分煤电机组处于发电盈利区间。
从气候来看,浙江省经历了一个相对温暖的冬季。1月1日至26日,全省平均气温为7.3℃,比历史同期偏高1.4℃,部分地区如淳安、湖州甚至打破了历史同期最暖纪录。温暖的气候通常意味着采暖需求相对较低。
在电力需求方面,全国1-2月(规模以上)工业发电量为14921亿千瓦时,同比下降1.3%(扣除风电光伏)。浙江省的电力需求整体保持稳定,未出现大幅度波动。整体看来,2025年1-2月的电力部门属于常态情况。煤炭价格稳定,气温偏暖,电力需求稳中略降,符合历年同期特点,没有大规模异常。
从价格来讲,浙江日前(提前一天关门)市场与实时市场(关门时间未知;因此实时价格如何形成的,存疑?)都是30分钟一个结算单元。我们关注的这两周14天,336小时,共计672个价格水平。市场行情报价波动,考虑到浙江煤电比重还在60%甚至80%的份额,无疑是剧烈的。
● 1月27日(腊月二十八)日前市场全时段负电价,当天48个价格点全部为负电价,是整个分析期间唯一的全天负电价日。
● 1月28日(除夕)实时市场出现多个1000元/MWh高电价,当天实时市场出现2次1000元/MWh价格,从前一天的负电价(预期)直接反转至高价。
● 1月29日(正月初一)至2月1日实时市场高电价,1月29日3次、1月30日2次、1月31日7次、2月1日5次出现1000元/MWh电价。
● 1月31日(正月初二)出现最多高电价,达7次1000元/MWh,高价集中在春节期间。
● 日前市场负电价最多的天数,1月27日(48次)、1月28日(19次)、1月29日(22次)、1月30日(22次)。
● 实时市场 负电价较多的天数,1月27日(31次)、1月28日(24次)、1月29日(16次)、1月24日(25次)。
● 日前与实时价差超过400元/MWh的情况有136次,其中有多个时段日前市场-200元/MWh,而(交付时刻)实时市场飙升至1000元/MWh。
● 外来电受电计划(日)大部分时段维持在负荷预测总水平的45%~50%之间,总容量大体在【500,3000】万千瓦之间。
● 从日前过渡到实时,需求的总体预测误差值在【-15%,35%】之间,大部分时间在10%以内,显示需求规律性与预测的准确性。而光伏的预测误差普遍大,除掉某些极值,中值在35%上下。比较吃惊的是:风电的预测误差似乎比光伏还要大。
● 从实时市场的逐小时变化来看(理论上,机组可随着接近下一个实时推移,一直更新出力决策,不断接近实际值),价格趋势缺乏明显的规律性,更像随机游走,其中1月26日的实时市场行情报价,从上午9点钟的负价格,到了中午12:00,已经上升到最高限价1元/度。而这3个小时时间,无论需求,风光出力,外来电都未有明显变化,显示了煤电机组报价行为上的巨大改变。
下表给出了两周成交情况代表的市场统计指标,包含均值、方差、负电价频次与占比等。
图1 浙江春节两周内逐小时风光发电比重(横轴代表风光份额百分比,纵轴是出现频次)
浙江的电力系统仍旧是个高度依赖煤电的系统。春节这两周,扣除外来电的份额,风光的比例平均在13%,最高的少数几个时刻也不超过本地发电的50%,大部分时间在20%以内(图1)。
特别需要指出的是,负电价出现的时刻,系统剩余负荷(netload,总负荷减去风光出力与外来电),最小500万千瓦,大部分时间在1500万-2000万之间。这一水平可以比较充分地被水电(装机1500万)与核电(装机1400万)所充分覆盖,显示了大部分(若不是全部)煤电需要停机。
图3 基于实时需求的净负荷(负荷减去风光以及提前确定的外来电计划)与实时价格,经过移动平滑
对煤电报价与出力行为的模拟,成为理解整个市场行情报价动态的关键。基于这一需求,我们对这两周需求与供给情况下的供需平衡,进行各种稳定运行(特别强调:频率/电压/功角稳定,而非功率)约束的开机组合模拟(SCUC)。建模采用Gurobi优化器进行求解,并结合PyPSA进行浙江现状系统模拟。运行环境基于Google Colab。
煤电机组数据来源于GEM数据库,涵盖121个煤电机组,其能效水平不同,因此边际成本各异。模型考虑了多种跨时间约束,包括最小运行时间、最小停机时间、爬坡速率(MW/分钟)、启停成本等,以更贴近真实电力系统的调度限制,特别是物理限制。此外,系统备用需求被纳入约束条件,其中负荷的5%作为一般备用,风光发电的15%作为预测误差备用。基于成本最小化目标,同时确保电力系统的安全性和必要的灵活性。有兴趣的读者可参阅开源模型与进一步分析结果(Jupyter Book地址:)。
结果显示,这一煤电为主的系统,在这种极端低需求情况下,伴随着明显分化。这两周中,基于能效不同,低效机组必须在超过98%的时间停机,并且大部分停机之后不会存在再次上线的机会;而最高效率机组(超过40%),其待在系统中的时间也不超过2周时间的10%。
更进一步,在煤电大体小时数类似,不分化的约束下,因为机组都存在最小出力约束,极低需求下的“向下备用”有几率存在不足,意味着在大多数情况下要零/负电价挤出“待在系统意愿相对不强”的其他机组。负电价的频次会促进增加。关于这方面的详细技术性分析,限于篇幅与技术细节,我们留待今后讨论。
现有市场的定价方法,基于确定性模型,假设市场参与者可以准确预测市场状况,也大体是此种出清算法。当然,这一基于系统影子价格(shadow price)的结果是信息完全确定并对所有参与者透明、企业完全理性、市场不存在战略性行为下的结果。现实的可预测性比理论要差。
在负电价体系下,用户(包括市场中“欠发电”的发电机组)无疑是受益方——用电完全无需成本,更不可思议的是额外收益。而承受损失的,则是那些仍在发电、且缺乏价格对冲机制的主体,无论这种对冲机制是通过自主购买,还是依赖行政保障。
超越企业视角的损益,如果负电价被视为市场正常现象,那它只是一种公共经济问题。但如果负电价被认定为“坏事” ,那么就涉及到责任归属,问题也就从经济讨论转向了法律乃至政治归因。根据不同的解释路径,责任可能被归结到不同的政策部门或市场主体:
●中长期签约过多,并且物理执行—— 如果认为负电价的原因主要在于中长期合约签约比例过高,导致发电侧被迫履约发电,即便市场行情报价为负也无法减产。那么这直接指向国家发展改革委的政策问题,因为中长期合约规则过于僵化,限制了市场灵活性。
●可再次生产的能源补贴机制—— 如果负电价的原因被归咎于新能源场站通过补贴套利,无论市场如何变化都愿意“倒贴”发电。那么这是过去的可再次生产的能源政策的扭曲,影响了市场公平竞争。需要相应的特定规则改变以规避负报价行为。
●煤电厂因为锁定中长期差价合约,无视现货市场—— 这个观点认为,煤电厂商已经通过中长期合同锁定收益,所以现货市场的价格无论如何变化,他们都可以随意报价,负电价还能进一步“增收”,因为不用发电,又省燃料又挣差价。这个理解,似乎逻辑不通。中长期合同的kWh都卖了,现货怎么还能再卖一次?(额外头寸的)理性报价对存在很明显边际成本的煤电,不应该这样。预期市场会是“负价格”,从而战略性产生发电偏差,更是一种提前量的“傻大胆”赌博。但这一范式仍是一些市场参与者的普遍误解。
●电网公司的备用调度安排过多 —— 这是目前最可能的直接原因。即电网调度安排了过多的“必开机组”(must-run)。即便市场负电价出现,这些机组仍然被要求维持(最低)出力。这与上述 “out-of-market commitment”机组过多(比如来源于中长期合同机组)、市场竞价空间受限等现象尽管因素不同,但是其影响类似——实时市场之外的安排太多,使得实时市场并不反映即时的供给需求,而成为一个平衡高度随机的“剩余市场”。从这个方面,很多文章中提及的备用,其含义并不与欧美国家中的“系统备用/辅助服务“类似(System reserve),而是脱离了市场与系统安排的电网备用(Grid reserve)。在欧美国家,这些脱离系统的备用,是造成机组无法充分回收固定资本,造成“丢钱”(missing money)问题的重要原因。
市场的一个常识是,数量永远比价格更重要。原因有多个角度。第一,数量决定财务损益。电力市场的交易结果最终体现在发电企业、售电公司和用户的财务报表中,而价格如果只是极短的时间,远没有电量(交易数量)的积累决定盈利或亏损的规模。第二,市场力量的博弈往往体现在数量上。拥有市场力的企业,显然并不能直接操控价格,而是通过调整自身的出力、需求侧响应等手段来间接影响价格。典型地,在一个市场增加需求(少量赔钱),在另外一个市场大量赚钱的诸多Inc-Dec Gaming(增减量套利),欧美国家已有大量披露的“市场操纵”案例。
浙江电力现货市场日前与实时价差巨大,价格波动剧烈,套利空间显著,外来电与需求呈强耦合关系,高价时增加不明显,低价时减少有限,负电价区间占比依然较高。这一市场表现与常规经济逻辑存在些许偏差,特别涉及供需匹配、市场边界、调度决定等多个方面。
有关情况的进一步分析与认定,需要浙江市场监督管理的机构以及社会各界的共同参与。如果我们仅停留在“给个现象,说个理由,论证完毕”的讨论,而不去追究真正的直接触发因素,那最终的结论只会被政治化,变成各方相互甩锅的游戏。
此外,区分诱发原因还是仅对事情的另外一种描述,存在语义学上的困难。“负电价出现了,因为供需失衡”并没有增加任何解释性信息,因为无论供给还是需求都有着更根本的驱动因素;归咎于“煤电合谋”也无法解释为什么10几个机组联合,可以在如此长时间(全天)能保持外部稳定(没有额外机组想进来,也停止发电获利)。
目前距离一个共识性但是格外具有细节的理解,还有比较大的距离。但是笔者相对肯定的是:关于我国负电价的解释,存在超越地区设计的更普遍的单一或者少数原因,而并不类似欧美国家通常更像是“完美风暴”(各种各样的因素叠加)的负电价现象。返回搜狐,查看更加多