引言：本報告概述了在能源轉型背景下電力系統組織結構(簡稱電力系統結構)的發展過渡。探討了在能源轉型過渡期電力系統結構與能源系統之間失調的根源。展望新型模式發展的未來，並對適用於可再生能源系統的創新電力系統結構展開討論。
電力系統結構，可以是自由市場、中央監管系統或兩者的混合形式。其目的是為電力系統運行提供框架，同時實現向終端用戶供電的目標。
一、電力系統的過渡期不是孤立存在的電力系統組織結構的重點是組織，計劃和操作電源系統所需的結構。但是在能源轉型過渡時期，電力系統結構的分析、規劃和政策制定需要更大的視野。分析需要將電力系統嵌入能源系統、經濟、社會和地球中，並在這些系統之間多次交互和反饋。
圖1 電力系統結構的嵌入式
特性受約束的組織結構或分配機制(如市場)可能會錯過系統的互動和反饋，因此需要自由市場加以補充。在一定條件下，自由市場能更有效地優化電力系統的經濟狀況，而分配機制能更好地解決整體系統需求。因此，每種社會經濟背景都應追求市場和監管的適當結合，以期實現社會價值最大化。分布式能源(DER)的部署、主動能源的使用、可變可再生能源(VRE)的額外靈活性要求導致當前電力系統結構與新興發電技術之間存在不兼容性。電力系統結構需要的新組件(例如可再生能源電站，儲能站，需求側資源和增加的部門耦合)和既有結構之間面臨交互挑戰。這是技術驅動的根本挑戰，也是自由化和規範化的系統都將面臨的挑戰。
圖2 所有電力系統結構共有的過渡挑戰
因為與技術和社會問題息息相關，所以在每個電力系統結構中都面臨著能源轉型的挑戰。過渡期將需要更多的積極參與者和更少的被動能源消耗。參與者之間的協作、積極的法規和新的市場規則是電力系統結構與基於可再生能源的能源系統相匹配的三要素。協作，監管和市場的正確組合將取決於當地的政策環境，但是可以預料到這三個組件在重新設計電力系統結構中都將發揮重要作用。
二、當前的批發電力價格結構不適用於基於可再生能源的電力系統現有的電力系統圍繞集中發電技術(低成本，不靈活的「基本負載」和高成本，高靈活的「峰值負載」)進行配置，很大程度上可以滿足被動需求。在自由化的系統中，電力批發市場中的發電是有償的，其結算價格與運營支出(OPEX)、機會成本有關。大多數可再生能源技術的運營成本都非常低，這使得當前基於邊際成本的批發市場結構不適合基於可再生能源技術的電力系統。而支持可再生能源部署的現行法規(如上網電價[FiT]，拍賣的購電協議[PPA]，生產稅收抵免，可再生能源證書等)可以降低可再生能源的機會成本。可再生能源的邊際成本低，報酬調節度寬，具有優先使用性。新增的可再生能源發電降低了電力批發市場的價格，從而使傳統的熱力發電機電價下跌，危及它們收回成本的能力。
圖3 批發市場價格和已調度容量的演變
在批發電力市場中，特定時段內的電價設置為需求曲線和供應曲線的交點。大量低OPEX 、受管制的可再生髮電機在降低電價的同時，也減少高邊際成本發電機所產的能源量。雖然可再生能源技術的電力成本(LCOE)低於化石燃料技術，但是金融風險溢價將人為地增加可再生能源的LCOE，而電價下跌將阻礙額外的投資。因此，隨著可再生能源發電的普及，當前的批發定價機制越來越不適用於由傳統發電技術和可再生能源相結合的電力系統。
三、電力價值電力的成本，價格和價值常常失調錯位，洞悉失調的根源有助於電力系統結構更好地利用電價變化。可再生能源技術的主要目標之一是價格最小化。隨著可再生能源發電量的增長，單位發電量在電力系統中的價值隨地點和時間的變化越來越大。
圖4 電力成本，價格和價值(年度平均值示例)
上圖說明了在不同情況和系統結構下運行的可再生能源和化石燃料發電站的成本、價格和價值之間的不匹配情況。案例2和3分別對應於當前電力系統結構下的可再生能源發電廠和適用於可再生能源技術的電力系統結構。案例2的成本低於案例3，但其電力系統價值也較低。此外，由於案例2的電力系統結構不適合可再生能源發電，因此需要更高的附加監管費用。在精心設計的電力系統結構中，價格將與成本以及電力系統的整體價值保持一致，其附加的社會價值是對社會平衡起到積極的作用。
四、未來展望電力系統的發展將從較少參與者向供需雙方眾多參與者轉變，將從基於化石燃料的集中式單向電力系統向基於可再生能源的分散式、雙向電力系統轉變。
圖5 電源系統結構更新對能量轉換的影響
必須重新設計電力系統結構以適應新能源應用的增長，僅對當前的電力系統結構進行修復會造成功能配置的失調，也會阻礙能量轉換過程。新的電力系統結構應結合地區情況，爭取在競爭與監管之間取得適當的平衡，最大程度地提高利益相關者之間的協作。競爭，監管和協作之間的適當平衡可以克服自由化和受監管的電力系統的弊端，同時釋放其變革潛力和發揮協同作用。
圖6 爭取競爭，監管和協作之間的適當平衡是成功實現能源轉型的關鍵
五、未來模式：雙重市場提案在雙重市場設計中，傳統的電力批發市場分為兩個互補市場：能源市場和交付市場。拍賣成為能源市場的支柱，能源市場和輸電市場都應設計為發出時間和位置價格信號，使得市場與輸配電網協同最大化，降低電力系統的總成本。
表1 雙重市場體系下的能源和交付市場的特徵
雙重市場中所有參與者共享適當的價格信號，增強對系統運作的參與度。用戶儘可能地調整他們對能源市場的需求，並在需要時以更高的價格從輸電市場購買能源。而且，通過對DER室外匯總，個體發電者可以參與這兩個市場，依照對系統運行的貢獻而獲得合理的報酬。但這要求交付市場具有足夠的響應能力，以實現包括儲能，需求側響應和扇區耦合在內的整個靈活性資源陣列，依照各系統的配置，加入其它市場進行補充。
總結：能源轉型的來臨，改變了電力的生產、運輸和消費方式。重塑電力系統結構，充分利用可再生能源，是加深加快能源轉型的重要條件。但是僅僅對資源和技術進行調整不足以滿足整個轉型過渡期的發展要求，使用必要經濟手段的組合以及對新型模式轉換的探討至關重要。
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