系統(tǒng)調(diào)度范式：“最后一招”VS“常態(tài)指揮”？

張樹偉

目前，雖然新冠肺炎疫情仍在全球蔓延，但整體形勢有所好轉(zhuǎn)。基于疫情對經(jīng)濟、社會與產(chǎn)業(yè)造成的嚴重影響，各種降低受損人群損失以及刺激經(jīng)濟需求的努力正在全世界展開。中國政府已經(jīng)擴大財政赤字支出，放松了銀根，致力于保就業(yè)、基本民生和市場主體；美國更是出臺無限制印鈔支持財政融資的政策；歐盟主要大國都推出了量級在幾千億至上萬億歐元的社會救助與經(jīng)濟刺激計劃。但是，幾乎所有的嚴肅學者與明智的政府政策都會強調(diào)，這些措施盡管是明確的、有很大力度的，但同時應當是“臨時性”的—— 在經(jīng)濟恢復常態(tài)之后必須盡快退出，不能成為常態(tài)化安排。

這一思維范式與本期專欄討論的主題—— 調(diào)度范式問題高度相關(guān)。大家都知道，電力是一種非常特殊的“商品”，具有連續(xù)不確定的需求，不能經(jīng)濟存儲，需要實時平衡。不平衡的代價往往不限于需求得不到滿足本身，也包括設(shè)備的損壞，乃至災難性的大停電。每一個用電者無法保證100%用電的確定性，生產(chǎn)者也無法100%保證自身供應的確定性，因此，需要一個強有力的“中央”機構(gòu)負責在某個時刻或個別情景條件下維持系統(tǒng)的平衡，哪怕意味著極高的成本，或者不計代價。

同樣，我們也強調(diào)，這種維持系統(tǒng)平衡的角色同疫情期間的政策一樣，不能常態(tài)化，不能賦予調(diào)度“常態(tài)指揮”的角色。調(diào)度的職責是處理所有市場主體自我平衡之后的“剩余偏差”部分（邊際上的剩余量），其不能成為各個機組出力水平的“指揮官”。否則，權(quán)力會過大而又沒有必要，短期內(nèi)無助于調(diào)度提高快速計劃水平與能力，長期來看則損害各個系統(tǒng)主體的自我平衡能力與激勵。

本期專欄將討論這一調(diào)度范式的形成、影響以及必要的改變問題。

歐美模式：市場平衡大部分，調(diào)度作為“最后一招”

電力系統(tǒng)的需求隨時處于變化中，供給側(cè)同樣存在各種不確定性與突發(fā)事件。在可再生能源電力占比越來越高的情況下，出力不可控、變化更加劇烈的特征也日益明顯。此時，如何保證供給與需求的隨時平衡？這無疑是一個協(xié)調(diào)（coordination）問題。

美國的七大自由競爭市場，都有一個獨立的系統(tǒng)運營商（ISO），根據(jù)各個市場主體的報價信息，聯(lián)合出清電量與備用（reserve）市場，無論是日前，還是實時階段，形成區(qū)分不同電網(wǎng)節(jié)點的電價、潮流與輔助服務(wù)安排。物理、交易與金融手段的嵌套如此復雜，以至于沒有多少人能夠真正完全理解其全部內(nèi)容。但是從責任角度來講，參與市場主體的平衡責任，其判定的基準是自身的承諾出力（commitment），也就是日前形成的“頭寸”，而不是隨時聽調(diào)度指揮。

在其他廠網(wǎng)一體、仍舊維持管制的州，清晰劃分責任界限的必要性不大。因為無論發(fā)多少電，誰來發(fā)，大家都是在“一鍋里”核算的。調(diào)度的價值標準是經(jīng)濟調(diào)度—— 讓此時此刻成本最低的機組去發(fā)電。

由于國家邊界明顯，歐洲形成了超過50個電網(wǎng)輸電系統(tǒng)運營商（TSO）以及區(qū)域定價的基本模式。市場主體形成能量交易，覆蓋從日前（往往占大部分）到日內(nèi)（鼓勵市場主體日內(nèi)自我調(diào)整）的市場；TSO是平衡市場的唯一需求者，處理整個市場電量幾個百分點的“平衡偏差”1。

生產(chǎn)者與消費者的生產(chǎn)/消費誤差往往是不能完全避免的。無論是在歐洲，還是美國，調(diào)度都是市場參與者，是有限角色、平等市場的一員，而不是整個系統(tǒng)的“指揮官”。它們對于系統(tǒng)平衡的保障責任，是作為“最后一招”（last resort）——平衡市場以及危急情況來使用的。

數(shù)字化技術(shù)可以潛在地作為一種更好的協(xié)調(diào)機制嗎

由于傳感器成本的下降，數(shù)字化的硬件越來越便宜。軟件一旦投用，也會隨著使用規(guī)模的擴大而變得更加便宜。以前，構(gòu)建在輸電網(wǎng)上的批發(fā)市場，只有大的電力用戶，以及集合商（aggregator）可以參加，因為系統(tǒng)存在高昂的交易成本（開戶費、運營成本）以及很高的技術(shù)能力要求（熟悉整個系統(tǒng)安排）。如果解決了成本問題，我們可以設(shè)想會出現(xiàn)大量分布式設(shè)備的應用以及它們之間在更小尺度、更靈活的交易。比如在配電網(wǎng)側(cè)的微網(wǎng)P2P交易2，圖1給出了這一在配電網(wǎng)交易的主要主體以及它們之間的協(xié)調(diào)機制。

價格機制無疑是市場的核心要素。如果這些分布式主體的行為缺乏協(xié)調(diào)，那么系統(tǒng)的平衡無疑將極其低效率，甚至會危及系統(tǒng)平衡保障。比如，如果電動汽車集中在下班時段充電，對系統(tǒng)負荷的需求將是極高的。而通過實時電價引導的充電行為，將能夠更有效率地匹配供給與需求。此外，靈活性的需求（需要通過價格信號引導），也是解決高比例可再生能源并網(wǎng)的必要平衡資源之一。

我國電力系統(tǒng)平衡“協(xié)調(diào)機制”的精確描述

我國的地理范圍往往是上述ISO/ TSO的幾十倍甚至更大，我國電網(wǎng)的電壓等級也比歐美多出好幾個。從調(diào)度體系安排來看，它是一個典型的類行政式科層體系，從國調(diào)、區(qū)調(diào)到省調(diào)、市調(diào)與縣調(diào)，它們之間的關(guān)系并不（主要）是橫向分工關(guān)系，而是縱向?qū)彶榕c決定的關(guān)系。

具體而言，在協(xié)調(diào)分工上，國調(diào)與區(qū)調(diào)確定跨省跨區(qū)聯(lián)絡(luò)線的潮流，作為各省平衡自身系統(tǒng)的“邊界條件”，盡管并不清楚這種“計劃確定”是基于何種價值標準。

大部分情況下的常態(tài)是每個省的分省平衡，市調(diào)與縣調(diào)負責監(jiān)測各自屬地范圍內(nèi)的系統(tǒng)安全穩(wěn)定。在多數(shù)情況下，省調(diào)是系統(tǒng)平衡的責任者與指揮官。它必須首先滿足以上的邊界條件，然后再考慮本省的機組出力與需求滿足是否可行。這往往與系統(tǒng)平衡的有經(jīng)濟效率的選擇—— “先本地平衡，正負電量有抵消，以此減少跨區(qū)潮流與交換的必要性，從而在長期減少電網(wǎng)投資”的常態(tài)范式完全相反。

這種基本形態(tài)的形成，以及集體行動范式，其特點通常是：

安全責任重大，但是仍舊不足夠清晰，從而具有無限責任。因此，需要賦予其很大的權(quán)力。然而，沒有明確的方法論來把握這個合適的“度”。

重復獎勵具有某個優(yōu)點的“勞?！?。這么重大的安全問題，搞定了，就獎勵調(diào)度/某些機組，給予其特權(quán)，跳過這是不是其應負的基本責任的討論。此外，這個獎勵完全不是獨立于整個系統(tǒng)運行體系的，而是通過扭曲市場的方式去給予特權(quán)。

縱向?qū)彶槎菣M向分工體系。不同于一項復雜勞動的責任界限與橫向分工，電力系統(tǒng)調(diào)度的不同時間尺度（年、月、日等）計劃是基于縱向的審查體系，審查標準是模糊的“專家經(jīng)驗”，而不是明確的價值觀標準。

“技術(shù)上沒辦法”就意味著合理的思維。調(diào)不下去的煤電就屬于此類。最小出力顯著地高于零是技術(shù)上不可避免的，但并不意味這就“有理由長時間待在系統(tǒng)中，不隨需求波動，發(fā)電掙錢了”，而應該是付錢給別人，以補償本來屬于對方的市場份額—— 基于更有經(jīng)濟效率的標準。

小結(jié)

電力系統(tǒng)的復雜性是很高的。智能電網(wǎng)往往具有物理、通信、控制、交易等多個層面3。一個大的合乎邏輯的體系安排是，交易—— 生產(chǎn)者與消費者決定物理調(diào)度，而不是反過來—— 調(diào)度成什么樣，交易就據(jù)此安排結(jié)算，這是一種披著安全保障外衣的“行政攪買賣”，而我們很難理解這種決定背后的經(jīng)濟理性。理論與實踐上都存在更多其他更有效率的協(xié)調(diào)機制，并且以不損害安全保障程度為前提。

我國電力部門的協(xié)調(diào)機制，屬于一種常態(tài)化指揮各個主體的范式。它存在逆向激勵問題，也無法滿足更短、更快交易的要求。要避免與數(shù)字化時代的發(fā)展形態(tài)形成相互鉗制，平衡責任的有限性以及界限的重新劃分是必不可少的工作。這也是短期電力市場得以順利推進，取得進步的前提條件。

在智能電網(wǎng)與能源數(shù)字化時代，自動平衡能否替代“集中控制下的平衡”？平衡單元能否進一步細化？依靠算法，能否讓我們徹底放心，進而放棄“控制”？這些問題的答案并不明確，但無疑是很有吸引力的。