中國儲能網(wǎng)訊：國外電力容量充裕度保障機制及啟示
田士君 張凡 馬莉
（國網(wǎng)能源研究院有限公司）
發(fā)電容量充裕性對保障電力安全供應(yīng)非常重要。隨著現(xiàn)貨試點的加速推進和新能源滲透率的不斷提升，電力系統(tǒng)對靈活調(diào)節(jié)資源的需求更加突出，然而現(xiàn)行市場機制下煤電機組全部進入市場面臨利用率下降、投資難以回收等問題，系統(tǒng)發(fā)電容量充裕度面臨挑戰(zhàn)。本文對國外容量機制實踐經(jīng)驗進行梳理，為我國容量市場設(shè)計提供參考。
一、“雙碳”目標下我國保障發(fā)電容量充裕度面臨兩大矛盾
去年以來，我國相繼提出碳達峰碳中和目標、構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。能源活動是二氧化碳最主要排放源，約占我國全部二氧化碳排放量的87%，電力行業(yè)約占能源活動二氧化碳排放總量的41%。我國實現(xiàn)碳達峰時間緊、任務(wù)重，給新能源發(fā)展帶來重大機遇，也給煤電等化石能源發(fā)電發(fā)展帶來較大不確定性。隨著“雙碳”目標落實和新型電力系統(tǒng)建設(shè)，保障容量充裕度面臨的兩大矛盾日益突出，迫切需要建立容量充裕度保障機制。
一是新能源大規(guī)模發(fā)展和支撐性電源不足的矛盾。2020年我國新能源裝機達5.34億千瓦，約占總裝機比重的四分之一，而作為重要支撐性電源的煤電，裝機比重則首次降至50%以下。國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達峰行動方案》提出，到2030年，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量達到12億千瓦以上。預(yù)計到2030年，我國新能源發(fā)電裝機將突破16億千瓦，裝機占比將超過40%，有望成為我國第一大裝機電源。到2060年，新能源發(fā)電量占比超過50%，成為電量主體。預(yù)計“十四五”期間，新能源年均新增裝機1～1.2億千瓦，年均增速15%以上。隨著新能源并網(wǎng)規(guī)模的加大，系統(tǒng)調(diào)峰能力不足的矛盾日趨嚴重，安全運行和平衡調(diào)節(jié)難度大幅增加。未來新能源的大規(guī)模發(fā)展和支撐性電源不足的矛盾將愈發(fā)凸顯，嚴重威脅電力系統(tǒng)安全運行。
二是電能量市場的短期逐利性和保障發(fā)電容量投資建設(shè)的長期性存在矛盾。一方面，燃煤發(fā)電和工商業(yè)用戶全部進入市場，發(fā)用兩側(cè)量價開放程度大幅提升，電力資源配置方式由計劃向市場轉(zhuǎn)變?！坝媱濍娏俊焙驼▋r的退出，使得在市場供過于求時，發(fā)電企業(yè)失去了原本相對穩(wěn)定的固定成本回收保障機制，面臨的投資風險大幅增加。另一方面，現(xiàn)貨市場加速推進，第一批8個省級現(xiàn)貨市場試點已全部開展結(jié)算試運行，第二批5個試點已經(jīng)公布。電力現(xiàn)貨市場是基于變動成本進行競爭的市場，基于短期邊際成本的現(xiàn)貨價格使得邊際機組無法反映固定成本，不能提供充分的投資激勵。尤其是隨著風電、光伏等占比的不斷提升，短期發(fā)電邊際成本持續(xù)降低，常規(guī)機組投資意愿降低。
二、國外保障發(fā)電容量充裕性實踐經(jīng)驗
國外保障發(fā)電容量充裕性的方法主要有稀缺定價機制、容量補償機制、戰(zhàn)略備用容量機制、容量市場機制等，由于各國電力體制、市場機制等不同，各類方法在實際運用中也有所差異。
（一）稀缺定價機制
稀缺定價機制是一種應(yīng)用于單一電能市場的定價機制，通過允許部分發(fā)電商進行發(fā)電容量持留，使其可通過系統(tǒng)運營中短時供電短缺時產(chǎn)生的稀缺電價回收成本并且創(chuàng)造收益。稀缺定價機制設(shè)計簡單，所需的監(jiān)管干預(yù)較少，但容易導致電價劇烈波動、出現(xiàn)價格尖峰，部分國家、地區(qū)發(fā)生尖峰電價的累計時間較長，可能推動終端用電價格上漲。此外，監(jiān)管機構(gòu)難以區(qū)分高電價是否由發(fā)電企業(yè)濫用市場力導致。
澳大利亞、美國得州等地采用了稀缺定價機制。澳大利亞的最高價格限定為13500澳元/兆瓦時；美國得州最高價格限定價為9000 美元/兆瓦時。美國得州在2019年8月12日尖峰時刻電價達到8983.88美元/兆瓦時,電價約合63元/千瓦時。2014年美國也曾出現(xiàn)800美元/兆瓦時的稀缺電價持續(xù)幾小時的極端情況。
（二）容量補償機制
容量補償機制是通過監(jiān)管機構(gòu)制定的容量價格為發(fā)電企業(yè)提供容量補償，幫助其回收固定成本。從經(jīng)濟學角度看，容量補償機制是運用經(jīng)濟性監(jiān)管手段對競爭性發(fā)電側(cè)現(xiàn)貨市場的補充。
容量補償機制中容量價格基于邊際機組的投資成本，能夠合理衡量市場容量價值，容量價格變化相對平穩(wěn)，但該機制較大程度上依賴于政府有關(guān)部門的管理，市場化手段應(yīng)用不足。
智利電力市場中建立了容量補償機制，主要包括三個步驟：一是制定容量電價。在智利國家能源委員會的領(lǐng)導下由獨立顧問委員會每4 年對容量電價進行一次測算，并每半年進行一次調(diào)整。測算方法是基于系統(tǒng)高峰負荷期間運行的邊際發(fā)電機組（一般是柴油發(fā)電機組）的投資成本，考慮投資回收周期、系統(tǒng)備用率、貨幣貼現(xiàn)率、通貨膨脹指數(shù)、匯率等因素，確定容量電價。二是確定每臺機組可補償容量。由智利國家電力調(diào)度機構(gòu)決定發(fā)電機組在負荷高峰時的可用容量，作為機組能夠獲得補償?shù)娜萘俊Ｈ沁M行容量補償費用結(jié)算。智利國家電力調(diào)度機構(gòu)只提供容量補償?shù)那逅阋罁?jù)，發(fā)電企業(yè)自行進行容量補償結(jié)算。
（三）戰(zhàn)略備用容量機制
戰(zhàn)略備用容量機制主要是指通過招標方式與一些發(fā)電機組（即將退出市場的老舊機組等）簽訂合同，當系統(tǒng)出現(xiàn)容量短缺時調(diào)用其發(fā)電容量以保障短期電力供應(yīng)。相關(guān)機組不參與電能量市場，由調(diào)度、市場運營機構(gòu)在緊急時段進行調(diào)用。采購發(fā)電容量的成本通過輸電價格或者平衡費用回收，最終將成本疏導到用戶。
戰(zhàn)略備用容量機制下部分發(fā)電機組被剝離出電力市場之外，市場價格信號的投資引導作用無法充分發(fā)揮，也將增加終端用戶的電費負擔。這種機制常常作為緩解電力供應(yīng)風險的一種過渡機制，未來將被更常規(guī)化、競爭化的方式取代，例如向所有類型的容量供應(yīng)商開放市場，以保障有效的競爭并限制費用。
比利時的戰(zhàn)略備用容量機制于2015年開始，并計劃于2022年結(jié)束，參與主體范圍主要是天然氣發(fā)電機組。由輸電運營機構(gòu)（TSO）充分考慮發(fā)電充裕度并形成評估結(jié)果，能源部基于該結(jié)果制定戰(zhàn)略備用機制涉及的備用容量大小。在日前批發(fā)市場中，當發(fā)電側(cè)所申報的容量無法在現(xiàn)貨市場價格上限（3000歐元/兆瓦時）以下滿足用電需求時，或者調(diào)度機構(gòu)預(yù)測到結(jié)構(gòu)性的供需風險時，戰(zhàn)略備用容量即被調(diào)用，以保障市場平穩(wěn)運行和系統(tǒng)供需安全。市場主體以年度為周期簽訂第二年的戰(zhàn)略備用合同。比利時預(yù)計每年通過戰(zhàn)略備用機制為系統(tǒng)提供0.7吉瓦的容量，每年為此支付的費用約為1800萬歐元。
（四）容量市場機制
容量市場以市場競爭的方式形成容量價格，實現(xiàn)發(fā)電容量成本回收，保障系統(tǒng)發(fā)電容量充裕度和長期安全穩(wěn)定運行，是競爭性電力市場的有機組成。
容量市場建立了市場化的容量充裕度保障機制，能夠確定目標容量水平，且容量價格根據(jù)容量需求變化產(chǎn)生波動，有利于發(fā)電企業(yè)根據(jù)負荷變化情況進行投資決策，并使得平均投資成本不會過高，以免推升終端用戶的電價。但是，該機制中容量需求曲線（表征容量電價與總?cè)萘康暮瘮?shù)關(guān)系）的制定難度較大，對系統(tǒng)預(yù)測、市場管控、技術(shù)支撐等要求較高。
英國為了更好地適應(yīng)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型，于2014年引入了容量市場。容量市場由英國商業(yè)、能源和工業(yè)戰(zhàn)略部負責政策制定和關(guān)鍵參數(shù)設(shè)定，英國國家電網(wǎng)公司為政府提供相關(guān)分析，并負責容量拍賣。政府指定機構(gòu)作為容量市場結(jié)算機構(gòu)。容量拍賣包括4年拍賣（T-4）、1年拍賣（T-1）、需求側(cè)資源拍賣（Transitional Capacity Auction，TA）等。容量市場由政府指定機構(gòu)或供電商作為購買方，交易方式為集中競價或雙邊交易，可采用容量物理交易或金融性的容量期權(quán)交易機制。交易流程主要包括容量定額、資格及主市場拍賣、二級市場交易、容量交付、費用支付５個階段。2014年12月，英國舉行了首次針對2018年交付的T-4容量市場拍賣，成交量達到49.3吉瓦裝機容量，出清價格為19.4英鎊/千瓦時。2015年3月，英國政府對容量市場法規(guī)進行了修訂，允許跨國輸電容量參與容量市場。
各種發(fā)電容量充裕性保障機制的優(yōu)缺點梳理如表1所示。
表1 保障系統(tǒng)容量充裕度機制對比圖片
從國際經(jīng)驗看，四種容量機制具有明顯的適用條件。稀缺定價機制主要基于電能市場，通過允許系統(tǒng)短時出現(xiàn)極高的價格尖峰實現(xiàn)容量補償，適用于社會對高電價風險承受力強的地區(qū)。容量補償機制是在政府部門指導下，通過對單位容量補償標準和各發(fā)電機組可補償容量的核算來實現(xiàn)容量補償，主要適用于電力市場發(fā)展初期，經(jīng)濟社會和金融市場仍欠發(fā)達的地區(qū)。戰(zhàn)略備用容量機制使得部分機組不能參與電力市場，往往作為緩解電力供應(yīng)風險的一種過渡機制，使用具有一定局限性。容量市場機制以市場競爭的方式形成容量價格，對市場基礎(chǔ)條件要求較高，主要適用于電能量市場發(fā)展已經(jīng)相對完善的國家或地區(qū)。
三、對我國的啟示
在電力現(xiàn)貨試點結(jié)算試運行過程中，部分省份已經(jīng)暴露出容量機制缺失的問題。2020年，山東和南方兩個電力現(xiàn)貨市場率先推出容量補償機制，通過向市場化用戶收取容量電費的形式補貼市場化發(fā)電機組，其中山東已正式實施，容量電價為0.991分/千瓦時。
（一）我國亟需建立容量充裕度保障機制
隨著新能源發(fā)展，世界主要電力市場國家均根據(jù)本國社會、經(jīng)濟、市場條件建立了容量充裕度保障機制，保障發(fā)電容量與需求匹配。我國提出“雙碳”目標，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，電力系統(tǒng)面臨重大系統(tǒng)性變革。未來新能源大規(guī)模發(fā)展、煤電裝機占比下降、現(xiàn)貨試點加速推進，發(fā)電容量充裕性對保障電力安全供應(yīng)至關(guān)重要，迫切需要建立符合我國國情和電力市場階段的容量充裕度保障機制。
（二）逐步引入需求側(cè)響應(yīng)等各類市場主體作為容量提供方，豐富容量資源
法國、英國等均允許需求側(cè)主體參與容量市場。當前，隨著通信、控制等技術(shù)的發(fā)展，用戶側(cè)資源正逐漸成為提升系統(tǒng)運行靈活性的重要組成部分。建議在傳統(tǒng)機組外，逐步引入需求側(cè)響應(yīng)、虛擬電廠等各類市場主體，在通過一定技術(shù)認定后成為容量提供方，進一步豐富容量資源、降低容量成本。
（三）主動引導、加快推進全形態(tài)電力市場體系建設(shè)
美國、英國、法國等國家通過建設(shè)電能量市場、輔助服務(wù)市場、容量市場等完善市場體系，不同市場互相協(xié)同，發(fā)現(xiàn)各類機組的電能量價值、調(diào)節(jié)價值、容量價值。我國應(yīng)健全電力市場頂層設(shè)計，推動包括容量市場在內(nèi)的全形態(tài)電力市場體系建設(shè)，通過市場機制引導電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、增強系統(tǒng)靈活性，保障電能生產(chǎn)、輸送和使用動態(tài)平衡，促進資源大范圍優(yōu)化配置。
四、對我國容量補償和容量市場建設(shè)的建議
我國容量補償和容量市場建設(shè)方面，建議遵循系統(tǒng)性、前瞻性和激勵相容設(shè)計原則。
系統(tǒng)性原則。漸進探索式改革往往存在機制缺陷，而查漏補缺“摞補丁式”的機制設(shè)計常導致規(guī)則冗余復(fù)雜、運行效率低下等問題。目前，我國容量補償和容量市場相關(guān)機制仍是“一張白紙”，應(yīng)該系統(tǒng)地考慮我國未來電力供需形勢，可再生能源發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，市場建設(shè)現(xiàn)狀及趨勢，電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，負荷現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢等多個因素設(shè)計與電源、電網(wǎng)、負荷、市場兼容的容量補償和容量市場機制。
前瞻性原則。機制方案設(shè)計既要考慮當前風、光等綠色能源仍不具備完全市場競爭力的現(xiàn)狀，需要以保底線方式去扶持發(fā)展，同時也能兼顧到風、光、儲等成本持續(xù)下降，未來甚至具備絕對市場競爭優(yōu)勢的前瞻發(fā)展需要。
激勵相容原則。容量補償機制應(yīng)考慮在目前的電能量市場環(huán)境下火電合理回收固定成本。若過度激勵，發(fā)電商沒有從電能量市場回收固定成本的動力，可能導致發(fā)電商參與輔助服務(wù)市場積極性降低，不利于系統(tǒng)調(diào)峰和可再生能源消納。若激勵不足，會導致發(fā)電商無法在容量市場和電能量市場回收固定成本，容量市場的作用不能充分發(fā)揮。
初期，采用容量補償機制起步。我國處于市場建設(shè)起步階段，各方面基礎(chǔ)條件尚不成熟，在容量市場建設(shè)初期，結(jié)合國外和國內(nèi)山東、南方等地實踐經(jīng)驗，在各現(xiàn)貨試點省份探索建立并逐步完善容量補償機制。容量補償機制建議按以下步驟實施：首先，合理確定發(fā)電機組有效容量。機組有效容量的確定應(yīng)充分考慮機組類型、機組固定成本等因素，并按規(guī)則折算跨省跨區(qū)送受電容量。其次，合理制定發(fā)電機組單位容量補償費用。因地制宜地制定補償機制是保證市場效率的基礎(chǔ)。不同規(guī)模、不同類別的機組單位投資成本、市場盈利能力差別較大，有必要將不同機組進行分類，分別計算補貼強度。最后，合理確定容量補償機制的結(jié)算機制。結(jié)算方式上，容量補償?shù)慕Y(jié)算可以在發(fā)電側(cè)結(jié)算，也可以選擇用戶側(cè)結(jié)算。結(jié)算周期上，容量補償?shù)慕Y(jié)算周期可以設(shè)置為每月結(jié)算，實際結(jié)算時還應(yīng)考慮機組的基數(shù)電量占比、電能量與輔助服務(wù)市場收益、對系統(tǒng)容量充裕度的貢獻等因素進行調(diào)整。
待市場基礎(chǔ)完善后，建立容量市場。隨著市場的建設(shè)發(fā)展，逐步建立容量市場機制，通過市場化方式激勵常規(guī)火電的投資建設(shè)、保障發(fā)電容量充裕度。容量市場按照以下步驟實施：首先，合理確定容量需求曲線。監(jiān)管機構(gòu)通過合理設(shè)置容量需求曲線引導發(fā)電商對電源的投資。容量需求曲線體現(xiàn)全系統(tǒng)容量需求、釋放價格指導信號，從而引導發(fā)電企業(yè)投資及運營，通過容量市場結(jié)算可將合理的市場價格傳導到用戶。其次，合理確定容量市場結(jié)算方式。結(jié)合我國電力市場建設(shè)情況，容量市場結(jié)算方式可參考美國PJM容量市場結(jié)算方式設(shè)計，即基本市場拍賣、追加市場拍賣和雙邊合約?；臼袌雠馁u主要目的為釋放價格信號并引導發(fā)電商投資，追加市場拍賣的設(shè)立是為了應(yīng)對負荷水平和機組建設(shè)計劃等不確定性因素，從而對基本拍賣起到有效的補充作用。雙邊合約結(jié)算方式是用戶和發(fā)電企業(yè)直接簽訂容量合約以實現(xiàn)容量交易。最后，制定容量市場參與方的違約懲罰機制。發(fā)電商在容量市場拍賣過程中中標的，必須在交付年中任意時間可以有效提供不少于中標容量的發(fā)電功率。如不達標，需要對發(fā)電商罰款，未完成發(fā)電容量需求的，第一年容量報酬減半，第二年降至 25%，第三年取消其參與容量市場資格。
