在這兩個地區(qū)，30%以上的電力由非水可再生能源提供（圖ES-1）。2018年，德國的可再生能源發(fā)電量首次超過了煤電發(fā)電量。值得注意的是，與此同時，零售價格構(gòu)成也發(fā)生了重大變化。在今后的道路上，兩個地區(qū)都有著雄心勃勃的目標(biāo)。德國已經(jīng)設(shè)定了目標(biāo)，到2050年可再生能源將占電力消費量的80%，旨在成為能源向“可再生能源時代”過渡的支柱；加利福尼亞的目標(biāo)是到2030年可再生能源占到60%，到2045年清潔能源實現(xiàn)占比100%—有可能讓其他技術(shù)也發(fā)揮作用，實現(xiàn)凈零碳排放。這些變化構(gòu)成了預(yù)期的交通電氣化以及建筑和工業(yè)供暖和制冷的另一個轉(zhuǎn)變，可能導(dǎo)致電力消費的大幅增長。
圖ES-12018年德國（左上）和加州（右上）的國內(nèi)凈產(chǎn)量份額（數(shù)據(jù)來源：德國Fraunhofer太陽能研究所和美國能源信息管理局）。
2008年和2018年德國（左下）和加利福尼亞州（右下）的平均居民零售價格（名義）（資料來源：德國聯(lián)邦供電局（2018年）和自行計算）。
本報告的目標(biāo)有3個：
1.提供德國和加州氣候和電力政策的總體背景和歷史，描述其電力系統(tǒng)的重要特點，包括監(jiān)管和市場設(shè)計，參與者和來源。
2.調(diào)查市場和政策是如何演變和改進的，以及促進和適應(yīng)可再生能源份額增加的努力對這些趨勢的影響。
3.確定進一步實現(xiàn)可再生能源融合的備選辦法，并確定未來的轉(zhuǎn)折點，在這些轉(zhuǎn)折點上，監(jiān)管政策或市場設(shè)計的變化可能成為實現(xiàn)這一結(jié)果的關(guān)鍵。
第1節(jié)介紹兩個電力市場及有關(guān)的監(jiān)管架構(gòu)。在第2節(jié)，我們較詳細地描述了兩個地區(qū)的歷史發(fā)展和更廣泛的情況。這為以后分析可再生能源所占份額的增加引起的市場和政策設(shè)計的調(diào)整提供了背景，我們確定了與比較有關(guān)的異同之處。
“在加州，2000-2001年電力危機后的市場改革使該州能夠適應(yīng)可再生能源的快速增長?！?
在20世紀(jì)90年代，加州曾采取措施放松對電力行業(yè)的管制，但在2000~2001年電力危機之后，電力市場進行了重大改革，導(dǎo)致了部分的重新監(jiān)管。輸電和配電服務(wù)受到監(jiān)管，強有力的行政框架影響投資決策，發(fā)電則在該框架內(nèi)具有競爭力。2009年，在可再生能源變得尤為重要、氣候變化成為政策首要焦點之前，加州已經(jīng)推出了日前市場和節(jié)點邊際電價。因此，政府完全有能力適應(yīng)十年后可再生能源的快速增長。
“相比之下，德國一開始電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)就存在問題，需要實質(zhì)性應(yīng)對不斷增長的可再生能源?！?
相比之下，德國在20世紀(jì)90年代末也開始實行市場自由化，大體上保留了其遺留下來的有問題的電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并采取了一種相對混亂的“來試試”的方式（米切爾，2010年），專注于在市場上推廣可再生能源。這種方式只有在一段時間后，問題和弊端才會逐漸顯露出來。例如太陽能光伏不受控制的部署引發(fā)了政策成本危機。此外，政策驅(qū)動的可再生能源發(fā)電的迅速推出加劇了德國市場設(shè)計的缺陷?；仡欉M一步擴大可再生能源的主要障礙，即電網(wǎng)瓶頸和更廣泛的社會接受問題，從一開始就可以通過更仔細地規(guī)劃和統(tǒng)籌的政策辦法加以避免。2011年，德國也經(jīng)歷了類似加州能源危機的觸發(fā)事件，當(dāng)時該國決定逐步淘汰核電，并采用了可再生能源長期目標(biāo)。這對市場動態(tài)和總體政策方針都產(chǎn)生了重大影響。為此，對電力系統(tǒng)作了重大調(diào)整，詳情見下文。
需要承認這兩個地區(qū)之間的諸多不同。首先，在德國，進口硬煤和國產(chǎn)褐煤占總消費量的比例很高，而在加州，煤炭生產(chǎn)不在州內(nèi)，煤電的比例一直較小，目前加州煤炭提供的電力只占總電力的4%，并將被完全淘汰。其次，德國市場與其他市場有著高度聯(lián)系，不僅是因為它位于歐洲中心，而且受歐盟內(nèi)部能源市場的監(jiān)管。盡管加州16%的電力從鄰國進口，但正式的批發(fā)市場聯(lián)系卻是有限的。第三，在德國，工業(yè)消費者在消費中所占比例高于加利福尼亞或其鄰國：這也許可以解釋為什么德國優(yōu)先考慮工業(yè)加工以使需求更加靈活，而加利福尼亞則側(cè)重于居民消費者。第四，德國的電力部門在全國排放量中所占的比例超過了加州。最后，加州零售市場的主要份額受到管制，而德國市場則完全自由化。
“歷史差異正在縮小，因為這兩個地區(qū)都在試圖前往電力系統(tǒng)從未到達過的領(lǐng)域?！?
然而，這兩個地區(qū)之間的相似之處超過了它們之間的差異----現(xiàn)在如此，而且在今后的歲月里可能更甚。這兩個國家都選擇了明確減少核能、碳捕獲和儲存等大規(guī)模技術(shù)作為緩解途徑。這些選擇的歷史原因各不相同，但其結(jié)果是，可再生能源的作用必須擴大，以實現(xiàn)社會目標(biāo)----增長經(jīng)濟，減少常規(guī)空氣污染物，特別是應(yīng)對氣候變化。隨著最近決定逐步淘汰煤炭，德國的能源組合必然會更接近加州。此外，盡管它們的監(jiān)管傳統(tǒng)有些不同，而且加利福尼亞（部分）的受監(jiān)管零售市場提供的政策選擇對于德國不適用，但仔細觀察，這些差異會縮小。最后，最重要的共同主題是，兩個地區(qū)都在試圖前往從未到達過的領(lǐng)域。
“隨著可再生能源比例的增加，效率和公平問題已成為監(jiān)管應(yīng)對措施的主要關(guān)注內(nèi)容?！?
在第3節(jié)，我們在此背景下考慮如何設(shè)計和改革市場和政策，以適應(yīng)可再生能源在電力系統(tǒng)中所占份額的增長。如上所述，我們注意到德國，在成本并不特別令人擔(dān)憂的長期"來試試"階段之后，隨著可再生能源發(fā)電達到較高水平，市場和政策設(shè)計方面進行了實質(zhì)性改革，以提高政策的成本效益，使市場更高效3。與此相反，加州的市場政策變化更為漸進，且不一定是因為可再生能源增加驅(qū)動。至少在最近，德國的政策演變可能被看作是通過法律和監(jiān)管改革發(fā)展起來的一種更為謹慎的能源轉(zhuǎn)變，而在加州，這一過程是由實驗推動的。這兩個地區(qū)都經(jīng)歷了能源成本的上漲，這引發(fā)了對推廣可再生能源的激進政策的一些反對，而且都開始擔(dān)心剛性管理的缺陷，這些缺陷有時會為可再生能源投資提供低效或不公平的激勵。表ES-1概述了電力部門的重要發(fā)展和最新趨勢以適應(yīng)可再生能源。
該報告在第4節(jié)最后對政策和今后的道路進行了評估。我們從五個角度來評估加州和德國電力行業(yè)的新發(fā)展。
表ES-1電力部門適應(yīng)可再生能源的演變
電力市場。在價格模式、采購做法和區(qū)域融合方面，這兩個地區(qū)（大體上）都走在較好的道路上。（其中一個例外是德國電網(wǎng)瓶頸的加重，可利用的風(fēng)能在北方，而需求主要在南方。）所有地區(qū)都有改進的空間，前進的道路或多或少都很明確。我們有機會從彼此的經(jīng)驗和今后的選擇中學(xué)習(xí)。例如，德國可能采用加州式的地區(qū)或節(jié)點定價作為對受限電網(wǎng)的補救措施，而加州將受益于模仿德國的區(qū)域合作舉措。評估概述見圖ES-2，具體描述詳見第4.1節(jié)。
可再生能源采購。兩個地區(qū)很好的過渡了可再生能源作為外來技術(shù)的時期，現(xiàn)在面臨著將大規(guī)模可再生能源的電力系統(tǒng)融合。分配問題，例如我們在哪里建廠以及如何分配政策成本，變得更加重要。德國依靠集中采購模式。在加利福尼亞的分散管理方法中，不受監(jiān)管的社區(qū)選擇匯總器的出現(xiàn)逐漸地導(dǎo)致客戶流失。接下來，加州面臨著一個選擇：要么嘗試調(diào)整其可再生能源政策，以適應(yīng)分散的電力市場環(huán)境，要么通過一個更加集中的機制集中其采購決策，這種機制再次從個體零售供應(yīng)商手中奪走了自由裁量權(quán)。趨勢概述見圖ES-3，具體說明詳見第4.2節(jié)。
圖ES-2電價模型與區(qū)域市場融合路徑
政策設(shè)計。盡管政策各不相同，但這兩個地區(qū)的成本效益都有了類似的提高，可再生能源采購更加嚴(yán)格。通過改善稀缺性定價，仍有機會實現(xiàn)更好的融合—也就是說，不僅是一般的千度電支持，暫時和地理的稀缺也開始考慮在內(nèi)。此外，氣候政策已成為可再生能源投資的重要助力，但將可再生技術(shù)政策納入氣候政策也將是挑戰(zhàn)。這兩個地區(qū)都有碳定價和配套政策的組合，而且碳市場（歐盟排放交易體系和加州的限額交易計劃）現(xiàn)在已經(jīng)足夠穩(wěn)固，有助于更嚴(yán)格的減排。
圖ES-3可再生能源采購
圖ES-4可再生能源政策設(shè)計
然而，如何將可再生能源政策與碳定價結(jié)合起來，則不那么明確。預(yù)計碳定價將為投資提供比技術(shù)支持政策更有效的信號；然而，通過碳市場以外的補貼推動可再生能源的政策降低了碳價格。如何定位碳定價，使其在促進技術(shù)投資方面發(fā)揮有效作用？近期趨勢和可能的路徑見圖ES-4，具體說明詳見第4.3節(jié)。
靈活性要求。大量可再生能源的出現(xiàn)暴露了可再生能源供應(yīng)多樣化的重要性，并使需求側(cè)資源的激活成為迫切的整合問題。因此，市場和監(jiān)管演變的第四個領(lǐng)域是將需求與可再生能源供應(yīng)的時間安排結(jié)合起來。對許多經(jīng)濟學(xué)家來說，基于時間的電價為實現(xiàn)這種協(xié)調(diào)提供了一個直觀的選擇（“正確把握消費者價格”）。智能電表技術(shù)可以支撐這種定價在兩個地區(qū)開展，監(jiān)管措施也會隨之出現(xiàn)。然而，基于時間的定價的潛力在很大程度上仍未開發(fā)，原因是消費者不情愿，包括數(shù)據(jù)安全關(guān)切、潛在的分配問題以及利率設(shè)計中的一般問題，這些問題與有效定價和回收嵌入式系統(tǒng)固定成本的目標(biāo)相沖突。第4.4節(jié)所述的圖ES-5說明了迄今缺乏進展的情況，并提出了可能的前進道路。
電氣化。這兩個地區(qū)都承認運輸、供暖/制冷以及新工業(yè)流程電氣化的作用。這些技術(shù)要么已經(jīng)具備，要么至少處于早期開發(fā)階段。缺乏有形基礎(chǔ)設(shè)施，例如電動車充電和其他功能，缺乏監(jiān)管框架，不成熟的市場體系是將供需納入市場平衡的障礙，阻礙了電力部門在更廣泛的經(jīng)濟中的脫碳作用。圖ES-6（見第4.5節(jié)）說明了目前在電氣化交通方面缺乏進展，并提出了可能的前進道路。
ES-5需求彈性和零售價格設(shè)計
圖ES-6將電氣化納入主流
這五個視角描述了一個不斷變化的范例。到目前為止，可再生能源已被用于技術(shù)發(fā)展和共同利益，例如創(chuàng)造就業(yè)機會和改善空氣質(zhì)量，但它們越來越多地被用于氣候行動----使其他部門電氣化和去碳化。這一目標(biāo)將使可再生能源成為電力系統(tǒng)的中心。我們發(fā)現(xiàn)德國和加州正朝著同一個方向前進，在試圖實現(xiàn)這一結(jié)果的過程中，提出了同樣的問題。
“這兩個地區(qū)正在進入新一輪的市場和政策設(shè)計，以尋求擴大電氣化作用的解決方案?！?
第5節(jié)的結(jié)論是，德國和加州正朝著一條需要新的政策和立法，最終需要政策創(chuàng)新的道路匯聚在一起。許多政策選擇仍處于提議階段，但最終的實施將啟動新一輪的市場和政策設(shè)計，這將再次開拓前沿，為如何融合更高比例的可再生能源提供新的證據(jù)。
加州和德國現(xiàn)在面臨著幾個問題。碳定價對電力部門去碳化能起到什么作用？配套政策是否需要或最終將被淘汰？最后，可再生能源的適當(dāng)中期目標(biāo)是什么？預(yù)期電力使用的迅速擴大和化石燃料直接燃燒產(chǎn)生的排放在其他部門的轉(zhuǎn)移，可能使擴大電氣化的作用成為比電力部門完全去碳化更重要的優(yōu)先事項。與此同時，至少在德國，電網(wǎng)瓶頸和新電廠的稀缺構(gòu)成了一個障礙，日益限制了可再生能源的擴張。
德國和加利福尼亞提供了持續(xù)的機會進行聯(lián)合試驗和交流想法。迄今為止，它們的經(jīng)驗不僅供彼此使用，而且也為沿著去碳化經(jīng)濟道路前進的其他地區(qū)提供了借鑒。
