加州和德国增加可再生能源占比的市场反应和政策设计

　　执行摘要

　　在这两个地区，30%以上的电力由非水可再生能源提供（图ES-1）。2018年，德国的可再生能源发电量首次超过了煤电发电量。值得注意的是，与此同时，零售价格构成也发生了重大变化。在今后的道路上，两个地区都有着雄心勃勃的目标。德国已经设定了目标，到2050年可再生能源将占电力消费量的80%，旨在成为能源向“可再生能源时代”过渡的支柱；加利福尼亚的目标是到2030年可再生能源占到60%，到2045年清洁能源实现占比100%—有可能让其他技术也发挥作用，实现净零碳排放。这些变化构成了预期的交通电气化以及建筑和工业供暖和制冷的另一个转变，可能导致电力消费的大幅增长。

　　图ES-12018年德国（左上）和加州（右上）的国内净产量份额（数据来源：德国Fraunhofer太阳能研究所和美国能源信息管理局）。2008年和2018年德国（左下）和加利福尼亚州（右下）的平均居民零售价格（名义）（资料来源：德国联邦供电局（2018年）和自行计算）。

　　本报告的目标有3个：

　　1.提供德国和加州气候和电力政策的总体背景和历史，描述其电力系统的重要特点，包括监管和市场设计，参与者和来源。

　　2.调查市场和政策是如何演变和改进的，以及促进和适应可再生能源份额增加的努力对这些趋势的影响。

　　3.确定进一步实现可再生能源融合的备选办法，并确定未来的转折点，在这些转折点上，监管政策或市场设计的变化可能成为实现这一结果的关键。

　　第1节介绍两个电力市场及有关的监管架构。在第2节，我们较详细地描述了两个地区的历史发展和更广泛的情况。这为以后分析可再生能源所占份额的增加引起的市场和政策设计的调整提供了背景，我们确定了与比较有关的异同之处。

　　“在加州，2000-2001年电力危机后的市场改革使该州能够适应可再生能源的快速增长。”

　　在20世纪90年代，加州曾采取措施放松对电力行业的管制，但在2000~2001年电力危机之后，电力市场进行了重大改革，导致了部分的重新监管。输电和配电服务受到监管，强有力的行政框架影响投资决策，发电则在该框架内具有竞争力。2009年，在可再生能源变得尤为重要、气候变化成为政策首要焦点之前，加州已经推出了日前市场和节点边际电价。因此，政府完全有能力适应十年后可再生能源的快速增长。

　　“相比之下，德国一开始电力产业结构就存在问题，需要实质性应对不断增长的可再生能源。”

　　相比之下，德国在20世纪90年代末也开始实行市场自由化，大体上保留了其遗留下来的有问题的电力产业结构，并采取了一种相对混乱的“来试试”的方式（米切尔，2010年），专注于在市场上推广可再生能源。这种方式只有在一段时间后，问题和弊端才会逐渐显露出来。例如太阳能光伏不受控制的部署引发了政策成本危机。此外，政策驱动的可再生能源发电的迅速推出加剧了德国市场设计的缺陷。回顾进一步扩大可再生能源的主要障碍，即电网瓶颈和更广泛的社会接受问题，从一开始就可以通过更仔细地规划和统筹的政策办法加以避免。2011年，德国也经历了类似加州能源危机的触发事件，当时该国决定逐步淘汰核电，并采用了可再生能源长期目标。这对市场动态和总体政策方针都产生了重大影响。为此，对电力系统作了重大调整，详情见下文。

　　需要承认这两个地区之间的诸多不同。首先，在德国，进口硬煤和国产褐煤占总消费量的比例很高，而在加州，煤炭生产不在州内，煤电的比例一直较小，目前加州煤炭提供的电力只占总电力的4%，并将被完全淘汰。其次，德国市场与其他市场有着高度联系，不仅是因为它位于欧洲中心，而且受欧盟内部能源市场的监管。尽管加州16%的电力从邻国进口，但正式的批发市场联系却是有限的。第三，在德国，工业消费者在消费中所占比例高于加利福尼亚或其邻国：这也许可以解释为什么德国优先考虑工业加工以使需求更加灵活，而加利福尼亚则侧重于居民消费者。第四，德国的电力部门在全国排放量中所占的比例超过了加州。最后，加州零售市场的主要份额受到管制，而德国市场则完全自由化。

　　“历史差异正在缩小，因为这两个地区都在试图前往电力系统从未到达过的领域。”

　　然而，这两个地区之间的相似之处超过了它们之间的差异----现在如此，而且在今后的岁月里可能更甚。这两个国家都选择了明确减少核能、碳捕获和储存等大规模技术作为缓解途径。这些选择的历史原因各不相同，但其结果是，可再生能源的作用必须扩大，以实现社会目标----增长经济，减少常规空气污染物，特别是应对气候变化。随着最近决定逐步淘汰煤炭，德国的能源组合必然会更接近加州。此外，尽管它们的监管传统有些不同，而且加利福尼亚（部分）的受监管零售市场提供的政策选择对于德国不适用，但仔细观察，这些差异会缩小。最后，最重要的共同主题是，两个地区都在试图前往从未到达过的领域。

　　“随着可再生能源比例的增加，效率和公平问题已成为监管应对措施的主要关注内容。”

　　在第3节，我们在此背景下考虑如何设计和改革市场和政策，以适应可再生能源在电力系统中所占份额的增长。如上所述，我们注意到德国，在成本并不特别令人担忧的长期"来试试"阶段之后，随着可再生能源发电达到较高水平，市场和政策设计方面进行了实质性改革，以提高政策的成本效益，使市场更高效3。与此相反，加州的市场政策变化更为渐进，且不一定是因为可再生能源增加驱动。至少在最近，德国的政策演变可能被看作是通过法律和监管改革发展起来的一种更为谨慎的能源转变，而在加州，这一过程是由实验推动的。这两个地区都经历了能源成本的上涨，这引发了对推广可再生能源的激进政策的一些反对，而且都开始担心刚性管理的缺陷，这些缺陷有时会为可再生能源投资提供低效或不公平的激励。表ES-1概述了电力部门的重要发展和最新趋势以适应可再生能源。

　　该报告在第4节最后对政策和今后的道路进行了评估。我们从五个角度来评估加州和德国电力行业的新发展。

表ES-1电力部门适应可再生能源的演变

　　电力市场。在价格模式、采购做法和区域融合方面，这两个地区（大体上）都走在较好的道路上。（其中一个例外是德国电网瓶颈的加重，可利用的风能在北方，而需求主要在南方。）所有地区都有改进的空间，前进的道路或多或少都很明确。我们有机会从彼此的经验和今后的选择中学习。例如，德国可能采用加州式的地区或节点定价作为对受限电网的补救措施，而加州将受益于模仿德国的区域合作举措。评估概述见图ES-2，具体描述详见第4.1节。

　　可再生能源采购。两个地区很好的过渡了可再生能源作为外来技术的时期，现在面临着将大规模可再生能源的电力系统融合。分配问题，例如我们在哪里建厂以及如何分配政策成本，变得更加重要。德国依靠集中采购模式。在加利福尼亚的分散管理方法中，不受监管的社区选择汇总器的出现逐渐地导致客户流失。接下来，加州面临着一个选择：要么尝试调整其可再生能源政策，以适应分散的电力市场环境，要么通过一个更加集中的机制集中其采购决策，这种机制再次从个体零售供应商手中夺走了自由裁量权。趋势概述见图ES-3，具体说明详见第4.2节。

图ES-2电价模型与区域市场融合路径

　　政策设计。尽管政策各不相同，但这两个地区的成本效益都有了类似的提高，可再生能源采购更加严格。通过改善稀缺性定价，仍有机会实现更好的融合—也就是说，不仅是一般的千度电支持，暂时和地理的稀缺也开始考虑在内。此外，气候政策已成为可再生能源投资的重要助力，但将可再生技术政策纳入气候政策也将是挑战。这两个地区都有碳定价和配套政策的组合，而且碳市场（欧盟排放交易体系和加州的限额交易计划）现在已经足够稳固，有助于更严格的减排。

图ES-3可再生能源采购

图ES-4可再生能源政策设计

　　然而，如何将可再生能源政策与碳定价结合起来，则不那么明确。预计碳定价将为投资提供比技术支持政策更有效的信号；然而，通过碳市场以外的补贴推动可再生能源的政策降低了碳价格。如何定位碳定价，使其在促进技术投资方面发挥有效作用？近期趋势和可能的路径见图ES-4，具体说明详见第4.3节。

　　灵活性要求。大量可再生能源的出现暴露了可再生能源供应多样化的重要性，并使需求侧资源的激活成为迫切的整合问题。因此，市场和监管演变的第四个领域是将需求与可再生能源供应的时间安排结合起来。对许多经济学家来说，基于时间的电价为实现这种协调提供了一个直观的选择（“正确把握消费者价格”）。智能电表技术可以支撑这种定价在两个地区开展，监管措施也会随之出现。然而，基于时间的定价的潜力在很大程度上仍未开发，原因是消费者不情愿，包括数据安全关切、潜在的分配问题以及利率设计中的一般问题，这些问题与有效定价和回收嵌入式系统固定成本的目标相冲突。第4.4节所述的图ES-5说明了迄今缺乏进展的情况，并提出了可能的前进道路。

　　电气化。这两个地区都承认运输、供暖/制冷以及新工业流程电气化的作用。这些技术要么已经具备，要么至少处于早期开发阶段。缺乏有形基础设施，例如电动车充电和其他功能，缺乏监管框架，不成熟的市场体系是将供需纳入市场平衡的障碍，阻碍了电力部门在更广泛的经济中的脱碳作用。图ES-6（见第4.5节）说明了目前在电气化交通方面缺乏进展，并提出了可能的前进道路。

图ES-5需求弹性和零售价格设计

图ES-6将电气化纳入主流

　　这五个视角描述了一个不断变化的范例。到目前为止，可再生能源已被用于技术发展和共同利益，例如创造就业机会和改善空气质量，但它们越来越多地被用于气候行动----使其他部门电气化和去碳化。这一目标将使可再生能源成为电力系统的中心。我们发现德国和加州正朝着同一个方向前进，在试图实现这一结果的过程中，提出了同样的问题。

　　“这两个地区正在进入新一轮的市场和政策设计，以寻求扩大电气化作用的解决方案。”

　　第5节的结论是，德国和加州正朝着一条需要新的政策和立法，最终需要政策创新的道路汇聚在一起。许多政策选择仍处于提议阶段，但最终的实施将启动新一轮的市场和政策设计，这将再次开拓前沿，为如何融合更高比例的可再生能源提供新的证据。

　　加州和德国现在面临着几个问题。碳定价对电力部门去碳化能起到什么作用？配套政策是否需要或最终将被淘汰？最后，可再生能源的适当中期目标是什么？预期电力使用的迅速扩大和化石燃料直接燃烧产生的排放在其他部门的转移，可能使扩大电气化的作用成为比电力部门完全去碳化更重要的优先事项。与此同时，至少在德国，电网瓶颈和新电厂的稀缺构成了一个障碍，日益限制了可再生能源的扩张。

　　德国和加利福尼亚提供了持续的机会进行联合试验和交流想法。迄今为止，它们的经验不仅供彼此使用，而且也为沿着去碳化经济道路前进的其他地区提供了借鉴。