张树伟：欧洲出现全天负电价！
2023年7月1日凌晨，笔者在德国汉堡（跟我国哈尔滨纬度接近）附近露营，凌晨3点被冻醒来。彼时的天气预报是实时10度，风力40公里。
7月1日白天虽然时不时下起雨来，但仍然有着属于夏日的刺眼阳光，再加上3-5级的大风，导致马路上可以看到穿着从T恤、夹克到羽绒服各个季节与频谱的人，还有穿马甲的狗。
就是在这一天，电力行业的精英们已经充分预期到了第二天（7月2日）严峻的电力供需形势——严重供大于求。
晴朗无云的天气意味着光伏出力可以达到额定最大功率，但同时风仍然不小。新能源的发电出力可以说是毫无阻碍。
而这一天恰恰是个不上班的周六。有些地区，比如德国的北威州（NRW），学生们已经放暑假了，意味着他们的家长已经连续不上班好几天了。
果然，下午3点集合竞价完成之后，提前一天购买的电力价格（即所谓的“日前市场”，day-ahead）大部分国家显示了全天负价。
比较来看，荷兰负的程度最大，全天平均接近-90欧元/MWh；德国其次，接近-55欧元/MWh。这2个国家（分属2个价区与平衡控制区）都在中午时分触及了市场允许报价的下限——负500欧元/MWh（欧洲大陆电力耦合市场目前报价具有【-500，4000】的区间）。其他国家基本在低于但是接近零价的附近，包括很少出现负价格的比利时。
那么问题来了：在这个价格下，市场仍然无法出清怎么办？
非常好的问题！如果你提出了这样疑问的，建议你可以直接从第3部分（全天负电价成因：市场供需温度计）开始阅读。
接下来，让我们先从轻松愉快的视角来看待欧洲本次全天负电价的问题。
托马斯-A-爱迪生当年说：我们将使电力变得如此便宜，以至于只有富人才会点蜡烛。这早已是世界大部分地方的现实。现在，这种便宜的程度更进一步加深了——负的！
不要听有些farts的瞎扯！——负电价并非无意义。负电价只要有量，那么就必然有成交，那么有人就是会又用电，又挣钱。它的意义对应于它的数量与价格的乘积。
邪恶美帝的不那么邪恶的80后诗人与青年女作家Munia Khan说：爱就像电一样，它有时让你一震，但你却不能没有它。如果她看到负价格，她似乎应该额外感慨：不是你不能没有它，是它不能没有你！
我国作家池莉在小说《来来往往》中，将负面人物皮肤不佳的脸庞比喻为“电力不足的黄灯泡”。她如果看到负电价，估计会来个比喻：这负面人物，就像电力用户一样，既用电，又拿钱，彷佛谁都永远欠她的！
基于这天的负电价，一位英国博主（https://twitter.com/gerardreid14/status/1675151163191177217）发言：“有谁想获得免费的#电力？今天是这一天，在整个#欧洲”，还加了一句展望性质的话：未来每个夏天的周末都是这样的！
在它的下面，很多网友出主意：搞海水淡化、废物利用啊、存储成热利用……还有人说可以拿来挖矿的。
这的确道出了商业逻辑上的基本必要条件：一个东西足够便宜了，那么它的用武之地就会非常大，并且具有自发的动力去替代过去那些提供类似服务、但是价格更高的竞争者。
这是目前综合能源系统与氢能经济第三次重新成为一个话题，而且是新话题的关键背景。它是关于电的——电解槽、电池与电力热泵。这方面的研究开发、商业模式创新以及社会接受程度的提升，正在日新月异的进展，任何半年周期以上的综述都在快速过时。
当然，市场当中存在纯粹的金融投资或者对冲者。它们基于自己的独到预期，对未来的价格走势进行判断，并且相应的做多或者做空期货或者期权。有的时候是天使，发现市场价格“不正确不到位”的地方；有的时候是魔鬼，助涨助跌。
负电价已经发生了，人们可以很方便的寻找它的各种直接、间接以及本质性的原因。
直接原因，基于目前的市场设计，这一负电价形成是多种供给与需求层面因素的叠加结果。比如，从荷兰触及市场报价下限-500EUR/MWh的供需曲线（图2）来看，在电价为零的水平上，需求有7000MW的累积报价，而供给（留在系统中不愿意停机不发电的）仍旧在接近10000MW的水平。
需求供给仍然没有交点，从而从“算法”上来说，需要进一步的价格下降，以实现平衡。从零价格到负500EUR的区间上，供给侧进一步挤出了不挣钱的机组，而需求侧有所增加。
最终系统的平衡点出现在8000MW左右，价格就是报价下限。这一区间上，价格变得敏感有弹性，而市场流动性已经不足。最终这一小时区间，出清电量在6500MWh（所谓Market Clearing Volume (MCV)）。
当然，如果超越直接原因，探究更多长期与结构性因素，那么这个问题就变得异常复杂了，包括线性规划程序是如何在这种极端情况下寻优的算法问题。乃至涉及价值观因素。但是从变化趋势上，价格作为市场供需形势的指针与温度计，无疑发挥了信息披露的基本作用。
这一数量成交与总体的电力需求/供给图景有多大关系？7000MWh左右一个小时的成交量，与之可以对比的是荷兰，这样一个西欧小国/经济大国的总体电力需求与供给情况。
表1给出了这种粗略的比较。可以看出，不考虑各种时间上的波动情况，日前市场的这一成交，大致是每天电力用量（12GWh）的55个百分点，占据半壁江山。其他一半上下的需求，在其他市场（比如大用户场外交易OTC）以各种其他定价方式满足。
这一提前24小时的预期准确吗？这一点可以从更加接近实时的日内与平衡市场看出来。荷兰的日内市场从60分钟/30分钟/15分钟产品（连续交易）在中午的时刻也保持低于零的价格，尽管程度上有所降低，显示这种1天前的预期大体是准确的。顺便说一句：日前市场这是地地道道实质意义上的期货。
那么，未来市场价格走势会怎么变化？没有人可以精确的知道未来，它仍处于随机状态。笔者只能说：给定可再生能源越来越多，在其他因素不变的情况下，负电价肯定会越来越多，越来越具有全年负担等方面的含义。当然，其他因素现实中不可能不变，比如储能充电变得越加有利可图，就构成了系统价格“过山车”的一个抑制性因素。现实的发展，永远是进化反馈式的，而不是计划式或者趋势性的。
全天负电价发生了！确切的讲，是在某个时间、某个地点，某个市场部分（segment），出现了电力价格为负的买卖。
数学上，两点之间直线最短是个公理，但是物理学告诉我们：直线距离最短可并不意味着这么前进最快、用时最短。我们不能混淆不同维度。
比如以电力系统电压（V）、频率（Z）与功角（F）稳定的基本系统要求，去要求电源输出功率（P）稳定，甚至以“稳定输出”为美。这完全是两码事。稳定输出属于对电源过分的要求，因为需求就是不稳定的。
那么，类似的，负电价有意义的维度到底是哪个？
答案很简单：取决于你需要得出哪方面的认知洞见。答案往往取决于问题（The Answer Depends on the Question）。
● 如果需要衡量消费者负担，那么明确的时间/空间界定是必要的。因为，毕竟这负价格只是1天，全年365天中的不足0.3%，人一辈子的万分之三，还有多个嵌套市场彼此成交量大小的问题（不过欧洲日前市场总体上最活跃）。对了，千万别转汇率比较。消费者负担是跟自己的收入比的。
● 如果需要衡量这个批发市场是否合理，那么显然必要的市场设计改变将是必要的。这涉及到不同政策（补贴、税收、行政限制）与技术经济的互动影响，无疑是个复杂的问题。但是，明显大幅度低于零的价格，是“不正常”的，也很难具有可持续性的。
● 如果要探讨那些无法参与批发市场的小用户如何从这种负价格获益，比如居民用户，那么居民电价中的复杂构成无疑是个额外的因素。居民一方面是消费者上帝（“消费者永远是对的！），另一方面也是各种社会负担无法进一步传导的群体（相比工业部门），因此理论上也是”拔鹅毛“的对象之一。关于未来电力更像是社会服务还是商品，也有得进一步讨论。
● 这样的系统，应对不可预见（unforeseen）危机的能力如何？所谓的是否是一个有弹性（resilience）的系统。短期无疑是促进弹性的增加的，但是长期这是否意味着是系统充足性（而不是灵活性，二者需要显著区分）会出现问题，不得而知。这又是一个取决于太多自然（天气）、体制（系统安排/备用水平）与偶然因素（各种操作性的人为安全因素）的事情。当一个冲击（shock）乃至危机（crisis）发生的时候，人们往往忘了它只是若干概率事件的实现（realised），而把它理解为确定性事件，“一定会发生”。这无疑是笔者并不感冒的“宿命论”。在粮食领域，学者Amartya Sen曾经说过：“你不能很容易地防止营养不良，但你可以用一半（不大的）努力来阻止饥荒”。那么，饥荒为何还总是在历史上出现？类似的，电力是不可能100%安全。但是时不时来个大限电或者停电（类似我国2020/2021/2022的故事），显然是过了。
● 如果要聚焦对冲风险，那么“谁的风险”就显得尤为关键了。负电价显然是发电商的风险，而高电价是用户的风险。风险永远是单边（one-sided）的，比如你永远不会说：我有中1个亿彩票奖金的风险（risk），尽管这句话在统计科学上是完全严谨的表述。问题是：当未来从随机变得确定，而恰恰实现了对你不利的那种可能，你是否能够具有足够的耐心，以及足够的积累以挺过去？欧洲去年的高价格挺过去了，但是没有锁定价格、对冲的用户与售电商亏大了。未来呢？当有人享受着几厘到几分的现货价格，那些签了长期合同（PPA）的用户是何种心情？
● 如果要聚焦人类未来，避免气候危机。对不起，这样的价格完全是不可接受的。政府有责任把价格一步一步搞上去，以改变所有人的行为，促进环境与人类可持续发展。
