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电力大战④:跨30多国家,40+运营商,ENTSO-E如何一统欧盟电力江湖?

日期:2022-05-26    来源:国际能源网

能源资讯中心

2022
05/26
07:50
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关键词: 欧洲电网 水力发电 欧洲电力市场

2009年7月1日,欧洲6大输电运营商联盟达成协议,组建ENTSO-E,其时,成员包括36个国家的43个输电运营商,主要职责包括制定电网规划、协调电力输送、制定市场规范、推动新能源发展。这是一个类似联盟、协会那样的非盈利组织,而不是一个“巨无霸”的欧洲电网集团公司,更不是一个所谓国有中央企业。

随着英国退出欧盟,英国的3家输电运营商也退出ENTSO-E。近期,乌克兰国家电力公司加入观察员名单,成员来去自由,体现联盟性质。

我们想知道,一个跨30多个国家,由40个左右多种所有制并存的输电企业组成的非盈利机构,2020年雇员才110人,预算及会费收入不足4000万欧元,如何能成为欧洲电力统一市场的中枢?

这也是我们今天试图探讨的议题:

一是电力如何跨境的?各国能源基础设施、经济发展水平、监管制度机制等都有很大差别,如何在差异中构建统一市场?

二是主体如何运作的?欧洲电力市场存在输电、配电、发电、调度、交易等众多主体,各主体如何在其边界内各司其职,并相互配合?

三是监管如何有效的?30多个国家各有各的监管制度和机制,如何在欧盟框架内运作,而不受制于大国或少数集团掌控?

四是市场如何运行的?在欧盟框架下,区域内小微市场、国内市场、跨境市场如何协调统一,并增加欧洲整体社会福利?

电力如何跨境

19世纪后期,欧洲即开始了电气化进程。1911 年,莱茵河(Rhine River)道上建造了第一座水电站,随后于1914 年,在劳芬堡(Laufenburg)又建成了一座水电站,其水坝横跨德国南部和瑞士北部,电力通过电网在跨境输送,并催生了奥地利、南斯拉夫、德国、法国、和瑞士等国之间电力输送。最初,电力从发电厂向周边城市和工厂供电,电网随之铺设并跨越国界。同样,在奥地利和下巴伐利亚(Lower Bavaria)之间建造了一座水力发电厂,并向周边国家供电。1958 年,第一个220 KV跨国电网连接法国、德国和瑞士,第二个跨境电网于1958年在劳芬堡完成,其中包括被称为“劳芬堡之星”的变电站。

1951年,由八个国家,包括比利时、德国、法国、意大利、卢森堡、荷兰、奥地利和瑞士组成电能生产和传输协调联盟 (UCPTE) 成立,UCPTE 逐步发展到覆盖欧洲大陆的大部分地区。

1998 年,根据欧盟委员会电力行业分拆的指令,首字母缩略词中的“P”(代表Production)被删除,名称改为 UCTE。与此同时,英国、斯堪的纳维亚和爱尔兰形成了三个不同的相互连接的区域。2009 年,所有地区联合起来形成了一个泛欧互联网络,即欧洲输电系统运营商网络(ENTSO-E),简称欧洲互联电网。

如今,欧洲互联电网已经连接整个欧洲和邻近大陆的部分地区。南部通过西班牙和意大利与北非连接,北部通过德国、匈牙利、土耳其等国与亚洲互连,或者是高压直流(High Voltage DC即HVDC)连接,或者是与大型发电厂或变电站的单独连接,覆盖40多个国家的6亿多人口,成为全球最大跨境电力市场的互联电网。

欧洲跨境电网互联从哪里盈利?由于跨境互联大大降低电力储能需求,满足了高弹性用户的需求,从而大大增加社会福利(Social Welfare),而跨境互联电网分享这些增加的社会福利。

这里需要说明的是,欧洲跨境电网新增项目投资评估需要做严格的“成本-效益分析”(Cost-Benefit Analysis,即CBS),而不是做“成本-利润分析”(Cost-Profit Analysis),或“成本-收入分析”(Cost-Revenue Analysis)。也就是说,需要精确估算新增项目对发电厂、用电方及上下游相关产业社会福利的影响,由相关受益方补偿新增投资的成本,使得投资项目总体社会福利最大化。

各国输电网络的开发和运营仍由各国输电系统运营商(Transmission System Operators,即TSO)负责,但跨境互联需要在相关各国TSO之间达成协议,根据协议进行规划和实施。

电力企业在特定区域内规划、开发和运营,而跨境互联在更大的区域层面规划和运营,为维护供电和线路安全,组建了多个跨区域的安全中心。

虽然欧洲电网互联带来了很多好处,但管理如此庞大的系统具有非常大的挑战性,需要在参与国之间进行大量协调并达成多项协议,并要求相互关联的国家在发电、输电和配电方面遵循相同的框架和政策。好在互联电网的欧洲国家都是欧盟成员国,欧盟委员会制定的共同政策对成员国有制约性,但参与欧洲互联电网的非欧盟国家也必须遵守同样的规则。

小结:1、发电厂电力首先供给周边城市和用电户,包括临近的跨境用户,优先就近平衡,小区域内供过于求的电力才需要通过高压输送到区外和远方;2、跨境输电网络主要因降低电力储能和满足高弹性需求而通过投资审核,所以其收费标准不是成本-收入(或利润)法,而是成本-效益法,以实现总体社会福利最大化;3、虽然参与国家众多,各国TSO运营规则也不尽相同,但跨境需要相互间协议,并遵守欧盟统一规则。

主体如何运作

欧洲互联电网中有哪些主体,这些主体如何协同运作?

1、TSO:通常每个国家都有一个、少数国家有多个 TSO。一般而言,TSO拥有输电资产的所有权,维护、运营输电网络、兼电力调度。一些国家则拥有独立系统运营商 (Independent System Operators,即ISO)来开展运营和电力调度,TSO 拥有和维护输电网络资产,但是ISO必须注册为非盈利机构,保证“公平、公正及公开”。就所有权而言,一些国家的TSO为国有资产,另一些则为私营资本所有,或者混合所有,包括国外资本参股或控股。

欧洲的TSO负责其控制区域,涵盖 380/220 KV 输电网络,在某些特殊情况下还包括 132/110 KV 线路和变电站,并至少负责以下任务:能量和功率平衡、阻塞管理、电压和频率控制、交换、确保系统安全和维护供应安全等,但TSO 不允许进行电力交易,但由于辅助服务之故可以参与电力买卖,以维持频率、支持电压并提供阻塞管理和恢复服务。

2、欧洲互联电网(the European Network of Transmission System Operators for Electricity,即ENTSO-E):位于布鲁塞尔,是欧洲所有TSO的联盟或协会性质的组织,现有来自35个国家的39个TSO成员,负责协调欧洲电力系统的安全运营、技术合作、规则制定、绿色发展等。这些TSO所在的国家大多是欧盟成员国,少数国家不属于欧盟。

ENTSO-E理事会(Assembly)由所有TSO代表组成,理事会负责战略和政策。理事会将日常活动委托给常务理事会(Board)管理,常务理事会的秘书长领导各部门执行并开展理事会布置的各项任务。

图:ENTSO-E 组织架构

ENTSO-E下设相应委员会,系统发展委员会(System Development Committee,即SDC)规划并发展一个安全、高效并具经济性的欧洲输电系统,监督并完善跨境输电网络的发展,预测中长期电力市场,审核并落实跨境输电网络投资计划等。市场委员会(Market Committee,即MC)追求高效的充满竞争力的电力市场,关切影响电力市场的各项活动,监管、协调并完善跨境市场及相关的交易模式,保证市场的透明度。系统运营委员会(System Operators Committee,即SOC)管理电网系统安全和最佳运行,包括运行规划、安全分析与协调、系统监测和控制等、实时和近实时的频率和功率平衡等职责。研发委员会(Research,Development & Innovation Committee,即RDC)的职责是促进输配电、模型和电网架构的技术创新,实现欧洲2050碳中和目标。法律和监管部(Legal & Regulatory Group,即LRG)为所有成员提供法律及监管支持,负责改进、协调并落实整体监管框架,并代表TSO 向欧盟委员会及相关监管机构提供政策建议。

3、配电系统运营商(Distribution System Operators,即DSO):其职能与 TSO 类似,管理电压低于 220 kV 的配电网络。与TSO 管理的输电网络不同,配电网络之间互联较少。大多数情况下,配电网络覆盖城市负荷中心周围的电力系统,更接近终端用户、可再生能源发电端和需求侧管理。DSO的商业模式已经从简单的配电网络向去中心化的平台转型,努力将源网荷储各参与方,特别是分散化的分布式新能源电力,组织起来并高效利用,以满足客户多样化的用能需求。

作为自然垄断企业,DSO接受严格监管,上中下游一体化经营受到限制,在财务、管理、法律等几个层面有严格的约束和要求。

欧洲配电网络覆盖程度高、运营商多而分散,其配电运营商大致分属于四个不同的协会组织,即欧电联(Eurelectric)、E.DSO、GEODE、CEDEC。Eurelectric和E.DSO的成员多为大中型配电运营商,GEODE和CEDEC主要成员为小型配电运营商,其中Eurelectric组织成员最多。

欧洲的DSO多达二三千家,股权结构异常复杂。有私营独资、控股,上市公司参股、控股,国有资本参股、控股或全资,有外国资本独资、控股,国内资本参股、控股或全资。各国DSO市场集中程度差异很大,有低集中度国家,即绝大多数DSO是微小型、本地的、用电接入户数小于10万,3大DSO配电市场之和所占份额少于50%;有中集中度国家,即DSO大小规模分散,其中3大DSO之和占市场份额超过60%;有高集中度国家,虽然存在不少微小型DSO,但一家DSO独大,其所占市场份额超过80%;也有绝对集中型国家,国家只有一家DSO,垄断国家的配电市场。

欧洲统一的配电系统运营商联盟(the European Distribution System Operators Entity,即EU DSO Entity)已开始运营,以加强DSO之间的协调以及与ENTSO-E之间的合作,目前成员机构达907家。

4、跨国能源/电力交易所:电力大宗交易大多数是双边协议进行的,但电力交易所交易的份额一直在增加。欧洲电力交易所(EPEX)是较大的交易所之一,涵盖各种电力交易品种,如 现货、日前、日内、时前、灵活性市场等。约30家欧洲的电力交易所联合组成了欧洲电力交易所协会。这些交易所与TSO密切合作,以确保输电系统的物理限制与电力市场交易吻合,电力交易各方随时可以查阅各条境内及跨境输电线路的容量。

小结:1、欧洲电力市场中,输电、配电、发电、调度、电力交易所分开经营,并接受严格的分类监管;2、输电、配电企业多种所有制并存,输配电核心资产可以私营、可以国有、可以混合或公共所有,也可外资持有;3、TSO、ISO及DSO都是专业化机构,无论是国有还是私营控制,各国的经验和教训是专业化机构应该由专业人才管理;4、电力交易可以双方协议完成,也可通过交易所竞价达成。

监管如何有效

30多个国家发展水平差异较大、能源监管制度不尽相同、TSO功能有所差别、DSO众多而分散,如何在纷繁复杂、分散孤立的电力世界建立起一个安全可靠、公平竞争、高效运转、持续创新的统一市场,高效协调和有效监管至关重要。

1、 欧盟委员会能源部:负责监督欧洲所有与能源相关的议题,制定能源安全法令和高效发展战略,并为成员国设定了战略目标,推进可再生能源发展,促进新技术创新应用,保障民用核能安全运行等。同时,能源部着力制定规则,以维护能源消费者的权益、保障能源市场高效运行、推动能源基础设施投资、并建立与国际能源机构合作机制。

比较争议的是,欧盟委员会对各国能源方面设定的目标具有较大挑战性,其中主要是能源效率提高和可再生能源占比,而且这些目标是强制性的。

2、能源监管合作机构:在欧盟委员会能源部下,根据相关法案,2011年设立了能源监管合作机构(Agency for cooperation of Energy Regulators,即 ACER),该机构监督能源批发市场REMIT的合规性和透明度。2013 年,受托制定跨欧洲能源基础设施指引,并协调促进欧洲能源市场一体化,特别是欧盟电力和天然气能源市场一体化目标。ACER监控ENTSO-E的相关工作并制定欧盟输电网络发展规划,以创建一个有竞争力、安全可靠、可持续发展的欧洲电力市场。

3、欧洲能源监管委员会:欧盟各国都有自己的能源监管机构,大多数下设于各国能源部。各国能源监管机构的目标有很多一致之处,如保障消费者权益、供应安全、市场高效、可持续发展等。为协调各国能源监管机构的规则和政策,特发起设立了一个协会组织:欧洲能源监管机构委员会(the Council of European Energy Regulators,即CEER)。CEER是一个非盈利组织,旨在配合ACER。ACER专注于制定并完善规则,而 CEER则协调各国监管机构、推动规则执行、及保护能源消费者权益。

近来,CEER制定了三年计划,提出了数字化、脱碳和动态监管的“3D”(Digitalization,Decarbonization and Dynamic Regulation)规划。

4、区域安全协调机构(Regional Security Coordinator,即RSC):跨境深度互联的输电网络需要更高层级的机构来协调共同面对的安全输送、容量分配和阻塞管理等问题。相关国家的TSO需要合作,协调输电网络的规划和运营,由此,相邻国家的 TSO 合资成立专项机构负责区域安全问题的处理,其服务范围包括,安全分析、容量计算、中断协调、充裕度预测、通用电网模型等。

目前,已经设立了五个作为法人主体的区域安全协调机构,即RSC。第一个RSC成立于2008年,位于布鲁塞尔和慕尼黑之间。2015年,第二个RSC担任东南欧安全协调机构,设立在贝尔格莱德。2016-2017年,斯堪的纳维亚国家的四个TSO及北欧的TSO,建立了北欧RSC;同时,三个波罗的海国家建立了波罗的海地区安全机构。

各国的TSO都指定了一个或多个 RSC 作为其安全服务提供商。

小结:1、欧盟及各国监管机构与被监管主体之间有效回避了负责人任命“旋转门”,以保证监管的公正性;2、欧盟委员会及其下属能源部、能源监管合作机构等职责清楚、分工明确,监管的重心是保护电力用户权益、保障电力供应安全、提高市场运行效率、推动输配技术进步、加快绿色转型步伐等;3、相邻国家之间跨境输电及其引发的电力安全需要多个TSO之间的协调,甚至设立协调机制,这主要根据市场规则,并不需要各国政府出面。

市场如何运转

欧洲电力统一市场是如何运转,并逐步提高总体效率的?

1、制定并逐渐完善统一电力连接代码与指南:根据欧盟委员会相关法案中的指令和法规及其发布的网络代码,ENTSO-E将电力互连管理有关的法规、指令和网络代码进一步明细并逐步改进,制定统一指南,包括:

连接代码和指南:需求侧连接代码、供电侧代码要求、高压直流连接代码等;

运行规范和指南:网络安全、应急与恢复、系统操作代码等;

市场规范和指南:容量分配和阻塞管理、电力平衡、远期容量分配等。

ENTSO-E 将上述所有代码打包在“E Codes”的应用程序中,可在IOS或Android智能设备上随时查询和使用,并附有每个代码的详细解释。

2、制定并逐渐规范TSO及DSO运行与规范:根据欧盟相关规定,TSO不得从事发电、配电及电力交易业务,专营输电包括跨境输电、区域内电力平衡、无歧视地执行电力交易的输送。

作为自然垄断企业,TSO收费受到严格监管。在大多数国家,TSO收费一般采取“成本加成”模式或“激励”模式,输电服务费用包括二部分,即资产成本和运营成本,也是“二部制”价格。TSO新增投资一般必须得到各国监管机构的批准。

一般而言,TSO管辖220 KV或更高的电压线路,DSO运行低于220KV电网。一些城市的电网有一个200KV或110KV环网,一般由DSO运行。为此,DSO必须参与维护电压和安全,以便与更高电压级别的电网互联,确保DSO和TSO之间无缝连接和切换。

3、制定十年规划增加基础设施投资:2020年“十年网络发展计划”(The Ten-Year Network Development Plan,即TYNDP)评估了154个输电项目和26个储能项目,其中输电项目中有97个为跨境项目,将增加跨境输电90GW产能;26个储能项目将增加485GWh储能容量。经过成本-效益分析(CBA),TYNDP 2020项目实施后,将每年增加欧洲社会福利73-132亿欧元,增加170万就业岗位,有助于欧洲疫后经济恢复。考虑欧盟委员会制定的清洁能源一揽子规划,规划中融入电力、供热和交通电能替代,未来输电技术发展和投资将主要集中于高压线路、变电站、海底电缆、地下电缆、补偿设施、移相变压器等。

欧洲电网高度互联,有利于电力供应的可靠性和安全性,但多数社区及居民对新建高架电线和变电站持反对态度。环保主义者正迫使越来越多的新输电线路建在地下,这既增加输电系统成本,又增加其运行复杂性。

随着各国互联互通输电线路发展,欧洲逐步发展出以50 Hz频率运行的大型同步 HVAC 区域,并与 HVDC 海底电缆相互连接。与英国连接,以及从斯堪的纳维亚半岛到欧洲大陆的连接,让英国电力系统和斯堪的纳维亚电力系统市场融合,增加了电力市场容量,使欧洲各国都能从多样化的发电组合中受益。近年来,英国到荷兰、英国到挪威以及瑞典到波兰等HVDC线路建成,增强了欧洲大陆电网并增加了容量空间。

欧洲电网基础设施发展规划是一个复杂且具有挑战性的过程,考虑多国性、未来发电组合的不确定性、脱碳目标的可实现性、经济增长等因素,ENTSO-E推动的TYNDP需要全面梳理输电和储能技术进步、经济性和公众接受度等不可预测变量去应对未来电力市场的不确定性。

4、发电主体越来越多元推动去中心化:随着欧盟低碳化政策推进,可再生资源占比及渗透率越来越高,对电力安全形成新挑战。新能源发电量和发电主体快速增加,推动了电力系统去中心化和智慧化发展。

传统电力的调度由TSO或ISO统一完成,电能由高电压向低电压单向流动,DSO更多的是将电能传送到用户端。现在,大量的分布式电能(Distributed Energy Resources,即DER)在配电网层级并网,使得配电网也拥有了大量的发电容量,需要DSO具备调度电能的能力,以保持电网平衡。为此,电能必须双向传送,DOS需要与电力用户以及TSO进行双向沟通,以便保持电力系统的稳定性。电力系统去中心化趋势驱使配电网络运营商(Distribution Network Operator,即DNO)向配电系统运营商(Distribution System Operator,即DSO)转型和升级。

目前,欧洲发电主要来源于大型水力发电、小型水力发电、煤电、其他化石能源(包括天然气发电)、可再生能源电力、以及占一定比重的核电。核电站的安全问题,特别是日本福岛核电站事故后,欧洲公众反应非常强烈。一些国家决定立即停止使用核能(尤其是德国),而另一些国家则暂停建造新核电站的计划。未来可再生能源,特别是分布式可再生能源,将成为欧洲发电的主要增长点。

5、多样化用能需求推动配网系统升级:为满足客户安全、可靠、价廉、清洁化等多样化的用能需求,不但承担传统的配电责任,越来越多的DSO 开始打造智慧化的区域平台和区域内的小微市场,整合源网荷储各相关主体,包括可再生能源,满足客户多样化的用能需求,包括屋顶发电、家庭及小规模储能、日常用电、空调、热水、越来越多的新能源汽车充电等。

数十年来,欧洲的用电量一直在增加,但近年来增长率有所下降,一些国家的用电量停滞不前,甚至略有下降。停滞的原因可能是经济放缓、高效电气设备普及、需求侧管理、人口增长低等因素,另外,一些国家制定相关政策,鼓励降低电力对外依存度,优先国内电力市场的平衡。

欧洲各国的电价差异很大。各国电价高低取决于国家各项相关政策,并由各国相关机构监管。根据欧盟委员会关于电力市场透明度的指令,用户侧电力价格中必须明示电网使用成本和发电成本。

6、制度与技术打造电力市场透明平台:作为TSO的协会组织,ENTSO-E从各个TSO机构收集相关信息,并将其发布到公共平台,确保所有市场参与者得到必要的、及时的和准确的信息,以便他们做出理性决策,这是竞争开放、非歧视及高效市场的基础。

公开透明的信息包括,可用容量、价格、流量等,其中电力流量包含各国电力进出口、不同类型电厂的发电量、与邻国的交易、各国实时电价、过去24小时各国电力消耗量等。通过IOS或Android智能设备,这些信息都是可视化呈现。

信息公开透明需要数字传输技术和预测模型不断升级。电子高速公路(Electronic Highway,即EH)和欧洲意识系统(European Awareness System,即EAS)等广泛应用,相关预测模型不断改善和升级,并将预测结果及时发布。

电力市场的高透明度确保电力市场的公平性和及时性,所有参与方可以随时决定出价和下单。电力交易按照先到先得的原则进行清算,即首先提供最高买入价和最低卖出价优先成交,匹配的订单从订单簿中删除,并同时更新市场的可用输电容量。

小结:1、欧洲电力统一市场首先需要制定电力互联的规则、代码和指南;2、明确市场参与者各自的职责、规范及边界;3、增加基础设施投资,加快应用数字技术,提高信息通畅能力,确保市场公开、透明、及时;4、电力系统去中心化推动DSO打造小微市场智慧化平台,各国鼓励国内市场平衡,跨境市场和基础设施投资须增加相关国家社会福利。

欧洲电力统一市场的建设看似一帆风顺,但由于气候异常、疫情或需求异变等原因,也出现过若干次电网解列事故。随后,相关TSO及 ENTSO-E紧急行动,并考虑到可能的恐怖袭击、网络黑客、疫情持续等因素,总结经验教训、改善合作机制、提高预测能力、加强应急管理,尽量将可能的风险和危机扼杀于萌芽,以降低电网事故发生的概率及可能给社会带来的福利损失。

普遍认为,欧洲互联电网是比较成功的跨境电力市场模式,这一模式能否成为我国推进电力市场化可参考、可学习的模板,特别是未来推进全国统一市场,亚洲电力市场,甚至亚洲超级市场?

一是我国需要一个什么样的顶层设计,欧盟委员会及其能源部的相关战略、规划和法令,他山之石可否借鉴?

二是电力市场相关主体,特别是输电、配电、发电、调度、交易等能否分拆经营,让各主体在其边界内各司其职,平等竞争并相互配合?

三是电力市场的监管主体,由中央政府、省级政府、甚至市区县级政府各自执行?按市场规则、按行政规则、还是按统一规则?是否能够打造出更有效的中国特色电力监管体制?

四是如何建立高效的多层次电力市场体系,如何在现有基础上启动小微市场、区域市场、跨区市场和全国统一市场,并增加全社会整体福利?

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