隨著可再生能源在現代能源產業中的占比不斷提高，對現行電力系統和電力市場的運行機制所帶來的影響也日趨明顯。

　　通過與數字信息產業深度結合，分布式能量管理手段也處于飛速發展階段。一種以用戶為中心的新興電力市場模式正以不同的表現形式出現在世界各地。

　　文章介紹了這一新興電力市場模式，淺析了其在不同表現形式下的機理和特征。

　　0引言

　　隨著以環境友好和可持續發展為目標的能源轉型過程在不斷推進，可再生能源已經成為了某些國家和地區能源供給側的主要組成部分。風力發電和太陽能發電的裝機容量在以中國為代表的國家中以不可思議的速度保持著持續地快速增長。在此次能源轉型過程中除了電能供給側結構巨大的轉變，其他重大轉變還包括圖1所示的電力系統由集中趨向分布、交通電氣化和電力市場自由化等一系列同樣具有深遠意義的技術和經濟手段轉型。近期，隨著Facebook、google和蘋果等一部分全球具有影響力的企業開始承諾在日常行為中使用100%可再生能源，對清潔能源在電力的生產、交互和消耗等環節重要性的認知也從傳統的電力行業拓展到更廣闊的社會和企業層面。清潔能源是未來社會可持續發展的必要元素已經獲得了廣泛認可。除了已獲得大量關注和投入的各類技術創新，全民的積極參與和互動或將成為此次能源轉型的下一核心。參考文獻［2］中所定義的“能源公民”這一概念就強調了社會中的個體要在提高能源利用這一方面有所承諾。如何以更好的市場模式推動全民積極參與到這次能源革命中，并更好的為之服務成為了當下必須思考的問題。

　　圖1電力系統從垂直集中化向分布交互式的轉型

　　1關于以用戶為中心的新興電力市場的思路和歷史背景

　　如果電力市場被進一步放開，電力系統的運行和管理逐步向分布式和去中心化發展，那么不難想像電力系統中具有產消等能力的各利益個體（agent）間有機會直接進行電能交易。與這一設想密切相關的是同時具備電力生產能力和用電需求的電力產消者（prosumer）這一群體在電力系統中比例的提高，和作為產消者代表技術的儲能方案在家庭和社區內的推廣及普及。參考文獻［3］中所設想的未來電力市場的各種場景就包含了大量針對產消者這一群體的描述。產消者這一群體帶給電力系統的影響是巨大的，原因在于其為電力系統的運行和管理提供了一種更加靈活的手段。這種手段不但可以服務于電力領域，還可以為交通、綜合能源等其他領域帶來更多的商機。此外，為了解決波動性可再生能源的消納問題，電力系統也需要負荷側的電力消費群體以更靈活、更主動的方式參與電力系統的運行。這一點也在很大程度上催生了一些新興電力交易和管理模式的出現。以用戶為中心的電力市場模式（consumer-centricelectricitymarket）做為一類新興的電力市場模式，其具體表現形式為點對點（P2P）電能交易和基于社區模式（community-based）的電能交易。其主要目的在于打破現有的電力市場基于中心化管理的集中交易模式，推進電力系統中個體參與者之間基于市場行為的直接互動。

　　關于電力系統中各利益個體間直接交易想法的首次提出可以追溯到很久之前，但受制于高額的交易成本，即使在當前的電力市場中也只在大宗交易的前提下才會出現由交易雙方直接接洽所達成的雙邊和約。而當前所被熟知的點對點交易（即任意個體間均可直接進行電能交易）則更是早在20年前就在電力市場中多維雙邊交易（multilateralbilateraltrading）這一概念下被提出和討論過。由大量通信需求所帶來的巨大信息流成為了當時這一概念的主要阻礙。當下，信息與通信技術（informationandcommunicationtechnology，ICT）的快速發展使點對點電能交易中所涉及的一系列交互、協商和結算等活動的交易成本大幅下降，從而使點對點電能交易再現生機。

　　2新興電力市場模式背后的驅動力、使能手段和所面臨的阻礙

　　無論是點對點還是基于社區的新興電力交易模式，其背后的技術使能手段都圍繞著分布式電源和現代的信息與通信技術而展開。前者的自然屬性決定了物理層面電源越來越靠近終端用戶，后者在信息層面促進了交易成本的快速下降，而這二者的結合在很大程度上催生了這類新興的電力市場模式。在過去的十年間，如何利用不同的框架方案（framework）促進海量異構元素（heterogeneouscomponents）在未來電力系統中的協調運行一直是熱門課題。其中，最為著名的提案包括交互能源（transactiveenergy）和能源互聯網（energyinternet），這二者雖然以協調為主要目的，但均從本質上為此類新興電力市場機制的提案做出了鋪墊。

　　除此之外，以區塊鏈技術（blockchain）為核心的比特幣（bitcoin）的流行和基于智能合約（smartcontracts）的去中心化交易平臺的發展也使其相關技術在不同領域內得到應用。以區塊鏈技術為例，馬士基（Maersk）集團將區塊鏈技術應用于物流貨柜的跟蹤查詢，麻省理工學院（MassachussetsInstituteofTechnology，MIT）將區塊鏈技術應用于憑據管理和數字學位證書的頒放。區別于傳統集中式的結算和歸檔方法，區塊鏈技術作為去中心化的記賬系統所采用的是一種全民參與記賬的平行模式。理論上講，有海量個體賬簿支撐的區塊鏈記賬系統可以使得其系統管理擺脫對第三方監管的需求。文獻［8］淺釋了區塊鏈技術的機理及其如何驅動各類應用的變革。還有一些學者認為區塊鏈技術可以促進人們對自然資源（包括可再生能源在內）管理方法的再思考。正是此類技術在不同領域的快速推廣和滲透推動了以用戶為中心的電力市場模式的興起。

　　由于去中心化的電力市場結構允許電力系統中各利益個體間直接互動，它給電力行業所帶來的社會效益要遠遠高于其對電力系統技術層面的貢獻。特別是對居民用戶這一群體而言，去中心化的電力市場帶給他們的更多是能量管理意識的提高和電能交易中的自主選擇權，從而推動了這一群體對能源轉型作出貢獻。這一模式尤為適用于以社區區域為單位的能源系統。研究表明，將去中心化的電力市場模式應用于區域范圍可以有效解決可再生能源的就地消納。文獻［12］指出，結合地區政策的能源發展和管理模式可以為目前慣用的自頂向下的基于大規模基礎建設投資的發展模式提供良好的補充或替代，使這兩種模式的發展相得益彰。

　　盡管目前以用戶為中心的電力市場模式背后已經具有了一定的推動力，其發展仍舊面臨許多阻礙。

　　比如當前絕大多數國家在新能源接入的相關法規中并不允許中小型分布式發電參與電力交易，這使得當前以用戶為中心的電力市場示范項目往往需要使用以NRGcoin等為代表的虛擬貨幣或加密貨幣（cryptocurrency）來完成電能交易。而這一做法和為大型可再生能源發電項目所開通的直購通道（purchaseagreements，PPAs）大相徑庭。

　　另外，此類新興電力市場模式所面臨的最大阻礙則可能是電力系統和電力市場一直沿用至今的自頂向下的組織結構和完全集中的管理辦法。當然，這種傳統模式也并非一成不變。法國在2017年初所通過的以社區為單位的可再生能源自消費（self-consumption）法案就是最好的例子。其中社區被限定為同一電力母線下最大可具有100kW容量的區域。相比于法國單位家庭6～15kW用電容量，這意味著一個這樣的社區可以擁有6～16個普通家庭用戶。

　　除了監管側，電力用戶長久以來形成的用電習慣和意識也可能成為另一阻礙因素。大多數的小型電力用戶對其所長期使用的電力供應商已經產生了依賴。即使新興的電力市場可令其擁有更多的自主選擇權、并可能獲得更高的回報，絕大多數用戶很可能依舊沿用其固有模式。

　　3新興電力市場模式的組織結構和相關功能

　　當前歐美電力市場所采用的是針對交易和資產的集中管理方法。在歐洲，電力市場通常以庫（pool）的形式對發電商和電力用戶的交易進行集中管理，從而得到供需平衡后的電力價格及相關的調度計劃。美國所使用的集中優化市場框架在歐洲的基礎上考慮了更多發電側和輸電側等相關資產的技術參數用于滿足其調度需求。圖2簡單詮釋了電力庫與點對點2種電力市場交易模式的組織結構（其中箭頭方向表示電能流動的方向）。在電力庫交易模式中，電力生產者（producer）和電力用戶（consumer）需要通過市場的中心管理機制完成交易，無法直接互動。而在點對點交易模式下，各電力產消者（包含傳統的電力生產者和電力用戶）間可以直接互動并交易，電能可以從一個處于生產模式下的產消者流向其他處于用電模式下的產銷者。雖然理論上在點對點交易模式下，電能的流動可以發生在任何兩個或多個產銷者之間，從而具有很強的任意性，但在現實中這種任意的互動和交易會受到技術和市場參與者的自身傾向等因素的制約。

　　圖2不同電力市場模式的組織結構:從基于電力庫的集中交易模式（左）到點對點交易模式（右）

　　除了圖2所示的組織結構和交互方式的不同之外，集中交易與點對點交易在相關的定價和清算方法上也會有很大區別。本質上，集中交易的結果是所有電力生產者和用戶會遵從單一電價完成交易，電能在整個交易中被視做唯一商品。但在點對點交易模式下，由于其一對一交易的特性，不同交易者之間每次的成交價格可能截然不同。如果所有的市場參與者在同一時刻完成所有價格協商等互動行為，那么點對點交易模式下所產生的成交價格數值會呈現出多樣性。這些數值所體現的是市場參與者們的產品與價格傾向。比如在點對點交易模式下，某些電力用戶會傾向于購買風力發電，某些電力用戶會傾向于購買來自本地的發電，還會有用戶傾向于購買來自指定光伏電廠的電能。正是這種電能產品的多樣化為未來可能出現的不同的電力商業模式奠定了基礎。

　　點對點交易和基于庫的集中交易可以看作電力市場中的2個極端表現形式。在這兩者之間還有其他的電力市場表現形式，尤其是考慮到實際電網結構和通信手段的布局自身所存在的多樣性。文獻［3］中列舉并討論了其他類型的市場方式。例如，點對點電力交易可以被應用于指定的微電網范圍內，如前文中提到的法國所通過的小型電力社區的概念。再如，電力產消者們也可以組成如圖3所示的電能共享單元（energycollective）。每個電能共享單元內可擁有一個管理者（communitymanager）負責完成與其他單元或系統管理員（systemoperator）的信息和電能交互。在單元范圍甚至可以采用收益共享模式。這一電能共享的舉措很大程度降低了電網物理層面和信息層面對點對點交易的影響和制約。

　　圖3由電力產消者形成的電力共享單元模式

　　4由以用戶為中心的電力市場模式所帶來的新型商業模式

　　除了助推電力行業向數字信息化的轉變，以用戶為中心的電力市場模式下更可能催生一大批具有突破性的新型商業模式。這些新型商業模式在其誘因和目標上都呈現出了多樣性，如以提高風險彈性為目標，再如以提高本地電能產量為目標，或以為電力用戶提供更豐富的產品類型為目標等。

　　當然，目前最具有代表性的此類新興市場模式的示范當數坐落于紐約布魯克林區的電力微網。所有微電網內的參與者均可以進點對點電力交易。雖然其初始目標是為了提高電力系統的風險彈性保障（主要表現在風險過后的恢復能力），比如2012年侵襲了紐約的颶風桑迪（hurricanSandy）；隨著示范工程的進行，這種新型電力市場模式所產生的附加影響日趨顯著。主要體現在當地的電力市場參與者開始逐步意識到其周邊的發電資源，開始理解電網及其當前管理模式所帶來的局限，并開始認真學習當地針對發展分布式電源和相關技術的各種補貼政策。由于對于提高電力系統風險過后系統恢復能力的需求同樣存在于其他國家，此類新興電力市場模式也正被澳大利亞、印度、巴西等國家進行探索和嘗試。對以中國為代表的正處于高速發展階段的國家而言，此類新興電力市場模式的推廣和應用會有助于推動各地方區域電網在責權機制等方面的不斷完善。

　　針對世界范圍內電力市場自由化已經相對成熟的地區，此類新興電力市場模式所引發的則是對不同電力市場模式及其成因的重新思考。例如，現有的電力批發市場（electricitywholesalemarket）中雖然存在著部分雙邊和約，但市場的主要管理和設計還是由市場管理者完成。而近期的Enerchain實驗則針對如何在電力批發層面通過使用基于區塊鏈技術的點對點交易模式來促進靈活的大宗交易展開了可行性論證。如果沿著這條思路繼續展開，那么不難想像這種去中心化的交易模式可能會最終將電力系統中的所有個體緊密集合到一起，無論其是大型的發電商還是小型的電力用戶或是電力產消者。在這種模式下，電力用戶們可以依據自身喜好直接地不斷選擇不同的電力交易產品或電力來源。顯而易見的結果將是一部分電動汽車的車主會選擇只利用太陽能為其座駕充電；一部分屋主會指定電力供應的源頭，如必須來自某些海上風電場；一部分電力用戶可能會聯合起來為他們所在的社區投資一個電池系統，然后利用它來保證本地的電力供需平衡。而目前所看到這些無論是在投資領域還是在電力系統日常業務中的新型商業模式，也僅能代表現狀，未來會出現的各種創新則可能超乎我們的想像。

　　5結語

　　由于分布式可再生能源占比的大幅提高，電力行業自身也呈現出高速轉變的態勢。雖然以用戶為中心的新型電力市場模式有極大可能加快這種態勢的發展，同時也需要深刻認識到其所面臨的來自監管層面以及技術層面（如需要設計和建設相關通信系統的基礎設施等）的重重挑戰。如果假設可以克服這些困難，那么下一個需要考慮的問題則是如何實現現有的電力批發零售市場向新形式的平穩過渡，或者是新舊市場形式的順利融合，從而實現所期望的能源轉型。

　　引文信息：

　　Pierre Pinson，Thomas Baroche，Fabio Moret，etal.以用戶為中心的新興電力市場模式［J］.供用電，2017，34（12）：27-31.

　　Pierre Pinson，Thomas Baroche，Fabio Moret，etal.The emergence of consumer-centricele ctricity markets［J］.Distribution&Utilization，2017，34（12）：27-31.