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01
引言
2022年初，國家發(fā)展改革委和國家能源局印發(fā)的《關(guān)于加快建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場體系的指導(dǎo)意見》（即118號文件）要求，各地區(qū)根據(jù)實際情況“建立市場化的發(fā)電容量成本回收機(jī)制”，可選擇的方式包括“容量補(bǔ)償機(jī)制、容量市場、稀缺電價等”[1]。
根據(jù)睿博能源智庫（RAP）此前的研究，一個包含了設(shè)計完善的稀缺電價（即隨時間和地點浮動的現(xiàn)貨市場價格）機(jī)制的現(xiàn)貨市場，對于支持可靠的新型能源系統(tǒng)非常重要。國際經(jīng)驗和分析也表明，成功設(shè)計一個“單一電能量”的現(xiàn)貨市場（即不包含任何容量電價的市場）來支持合理的容量成本回收[2]是可行的。
然而，鑒于選擇什么方式的成本回收機(jī)制在中國的電力行業(yè)仍然是一個熱點話題，本文在此探討稀缺電價之外的兩種方式：容量補(bǔ)償機(jī)制和容量市場，為簡單起見，我們不妨將它們一起稱為容量補(bǔ)償機(jī)制。
我們根據(jù)國際經(jīng)驗（主要是美國）來闡明若干要點。任何容量補(bǔ)償機(jī)制都需要非常仔細(xì)地設(shè)計，以避免產(chǎn)生過高的系統(tǒng)成本和多余的碳排放。我們特別建議，如果選擇使用容量補(bǔ)償機(jī)制，這種機(jī)制應(yīng)：
經(jīng)過科學(xué)全面的資源充足性評估，堅決避免對不必要的發(fā)電資源進(jìn)行補(bǔ)償。
根據(jù)減排和新能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)發(fā)出合理的信號，支持所需的資源投資和適當(dāng)?shù)馁Y源退役。一個合理的機(jī)制不應(yīng)該擔(dān)保資本成本的回收。
讓所有的資源在一個公平的環(huán)境中競爭，包括需求側(cè)資源，如對節(jié)能的投資。
通過績效評估要求資源對收到的容量電費負(fù)責(zé)，對績效差的資源實施嚴(yán)格懲罰。
02
科學(xué)全面的資源充足性評估
合理的容量補(bǔ)償機(jī)制需要通過資源充足性評估來判斷系統(tǒng)所需電力容量。一個設(shè)計合理的資源充足性評估過程將根據(jù)預(yù)期需求、現(xiàn)有資源組合、以及為合理管控停電風(fēng)險所需的額外容量，來確定總的新增容量需求[3]。如果這一規(guī)劃做得不好，或者如果沒有將容量補(bǔ)償機(jī)制很好地納入到規(guī)劃過程中，就可能會導(dǎo)致過度投資、造成高成本和高排放[4]。
資源充足評估要從全面、透明的負(fù)荷預(yù)測開始。負(fù)荷預(yù)測要給出一天中的不同時間、不同的季節(jié)和不同的天氣條件等各種情況下的期望負(fù)荷水平。負(fù)荷預(yù)測同時也應(yīng)包含未來的各種預(yù)期負(fù)荷，包括電動汽車和電力供熱，還應(yīng)考慮由于氣候變化帶來的未來天氣條件的變化對負(fù)荷的影響。參照國際上相對成熟的資源充足性評估，負(fù)荷預(yù)測往往要關(guān)注未來至少5年的情況，并且每年進(jìn)行滾動更新（即，每年開展對未來5年的預(yù)測）。
由于不同的天氣條件和其他因素，系統(tǒng)需求在不同時段和不同地點會有很大的變化。決策者需要分析每小時的需求變化，并確定所需的發(fā)電容量，以確保滿足包括極端天氣在內(nèi)的各種情況下系統(tǒng)的需求。美國的電力市場通常要規(guī)劃出一定的備用容量，以達(dá)到某個預(yù)先確定的可靠性標(biāo)準(zhǔn)?？煽啃詷?biāo)準(zhǔn)也不是一成不變的，目前美國的電力行業(yè)從業(yè)人士和學(xué)者正在探索改進(jìn)在高比例可再生能源系統(tǒng)中衡量系統(tǒng)的可靠性[5]的方法。
03
為資源的投資和退役發(fā)出合理信號
假若要實施容量電費機(jī)制，則該機(jī)制需要經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計，確保為資源的退役和投資發(fā)出合理的信號。這些信號應(yīng)有利于可靠性目標(biāo)（如上一節(jié)所述）和政策目標(biāo)（如減排目標(biāo)）的實現(xiàn)。容量電費僅應(yīng)補(bǔ)償滿足必要電力需求且有利于脫碳的資源，同時推動妨礙減排目標(biāo)（和其他政策目標(biāo)）實現(xiàn)的過剩產(chǎn)能和資源退役。必須指出的是，容量電費機(jī)制通常并非是影響各種資源投資和退役的唯一政策機(jī)制。在這種情況下，容量電費機(jī)制可以被認(rèn)為是一種“微調(diào)”政策，雖不尋求補(bǔ)償所有的投資成本，但這種機(jī)制可以提供額外的合理激勵，以確保政策和可靠性目標(biāo)得以實現(xiàn)。
原則上，一個設(shè)計先進(jìn)、發(fā)送合理經(jīng)濟(jì)信號的容量補(bǔ)償機(jī)制的關(guān)鍵在于容量電價水平的確定：
當(dāng)容量（在規(guī)劃周期內(nèi)）明顯過剩時，容量價格應(yīng)該為零或接近于零，這有助于阻止新的產(chǎn)能進(jìn)入市場和/或鼓勵現(xiàn)有的發(fā)電容量退役[6]；
當(dāng)容量剛好或出現(xiàn)稀缺時采用正的容量價格（從而引導(dǎo)新產(chǎn)能進(jìn)入市場和/或維持現(xiàn)有的發(fā)電設(shè)施）。
容量電費不應(yīng)保證對現(xiàn)有資源的固定成本回收。這樣做有風(fēng)險，可能會延長不經(jīng)濟(jì)資源的使用壽命，增加系統(tǒng)成本，取代其它更低成本的資源，并阻礙脫碳和空氣質(zhì)量目標(biāo)的實現(xiàn)。美國在2010年代的大部分年份中，電力系統(tǒng)都出現(xiàn)了容量過剩，超出了滿足可靠性目標(biāo)的需要。產(chǎn)生這樣結(jié)果的部分原因來自于2000年代天然氣發(fā)電裝機(jī)容量的大規(guī)模擴(kuò)張，能效投資導(dǎo)致負(fù)荷接近零增長，以及其他政策驅(qū)動引起的可再生能源增加。最終的結(jié)果是，容量電價往往明顯低于新增最低報價資源的凈成本[7]，這一價格信號鼓勵過剩容量逐漸退出市場。如下圖所示，在這方面，美國容量市場的“自我糾正”表現(xiàn)符合預(yù)期。
容量電價持續(xù)走低的一個可能的影響是，經(jīng)濟(jì)效益差的資源面臨退出電力系統(tǒng)的巨大財務(wù)壓力，從2012年到2021年，平均每年有近10吉瓦的煤炭發(fā)電機(jī)組退役[8]。雖然這是多種因素合力作用的結(jié)果，例如日益嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)促使一些外部成本內(nèi)化，但燃煤發(fā)電經(jīng)濟(jì)性等其他方面的因素起了主導(dǎo)作用。燃煤發(fā)電的固定成本高、相對不靈活，使得它越來越難以與更低成本、更靈活的資源競爭，而這些資源所需的容量電費更低。
04
讓所有資源在公平的環(huán)境中競爭
合理的容量機(jī)制應(yīng)該讓所有的電力資源在一個公平的環(huán)境中競爭。要想找到最經(jīng)濟(jì)的電力資源來滿足可靠性目標(biāo)，這種方法是有必要的。在美國，現(xiàn)有的容量補(bǔ)償機(jī)制正在不斷地被修訂，以確保更好地支持各種資源參與容量補(bǔ)償機(jī)制，例如需求響應(yīng)、分布式發(fā)電和能效（節(jié)能）資源等。在設(shè)計容量補(bǔ)償機(jī)制時，須確保所有這些資源都能夠與傳統(tǒng)資源公平競爭，以提供“有效容量”（Effective Capacity）。例如，與投資傳統(tǒng)的燃煤或燃?xì)獍l(fā)電廠相比，通過節(jié)能投資來維持可靠性的成本往往更低[9]。
一個重要的原則是，對每種資源都應(yīng)該根據(jù)它能作出的貢獻(xiàn)和它所具有的局限性來進(jìn)行評估。量化每種資源對可靠性的貢獻(xiàn)，應(yīng)在科學(xué)的建?；A(chǔ)上，對各個資源進(jìn)行橫向比較。美國普遍采納了名為有效載荷能力（Effective Load Carrying Capability，以下簡稱ELCC）[10]的量化方法。在六個設(shè)有容量補(bǔ)償機(jī)制的美國電力市場中，有兩個應(yīng)用了ELCC（CAISO[11]和MISO[12]），兩個正在向ELCC過渡（PJM[13]和SPP[14]），兩個正在制訂ELCC的相關(guān)程序（NYISO[15]和ISO-NE[16]）。
一個新電廠ELCC的數(shù)值是指：在保證同等系統(tǒng)可靠性的條件下，在當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)新建電廠導(dǎo)致系統(tǒng)可以承載的最大載荷的增值。換句話說，ELCC可以測算出等量的“完美”容量（即隨時可用的容量）。例如，在保證整個電力系統(tǒng)可靠性不發(fā)生變化的情況下，50%的太陽能ELCC表示假如新建一個100兆瓦光伏電站后，可以多滿足50兆瓦的電力需求。計算每個資源的ELCC可以衡量各種資源之間的可替代性，這為公平競爭創(chuàng)造了條件。ELCC經(jīng)常被用來量化可再生能源為系統(tǒng)提供的可靠性貢獻(xiàn)。但現(xiàn)在，越來越多的人認(rèn)識到計算所有資源——包括儲電[17]和需求響應(yīng)[18]——ELCC的重要性。
同樣，計算傳統(tǒng)火力發(fā)電[19]的ELCC也很重要，但僅按照平均事故停機(jī)率（即10%的故障率導(dǎo)致90%的ELCC）對標(biāo)定容量降級是不充分的。最近的幾起引人矚目的事件表明，傳統(tǒng)上“可靠”的火電資源也可能會出現(xiàn)連帶故障。例如，2021年2月，得克薩斯州的低溫導(dǎo)致天然氣生產(chǎn)井口凍結(jié)，使得大約20吉瓦的天然氣發(fā)電機(jī)組無法獲得燃料。這種連帶影響意味著，一個由許多單個機(jī)組事故停機(jī)率僅為10%的機(jī)組所組成的發(fā)電機(jī)群，其ELCC可能小于90%。對PJM[20]的歷史分析顯示，在低溫條件下會出現(xiàn)火電停機(jī)率顯著升高的趨勢，許多觀察人士認(rèn)為，ISO-NE[21]市場也存在類似的風(fēng)險，因為該市場最近對天然氣發(fā)電的依賴程度有所增加，而燃料輸送能力（管道或液化天然氣）卻并沒有提高。
下圖給出了測算ELCC時所涵蓋的因素以及各資源類型的示例值。必須注意的是，這些ELCC值與資源的實際容量系數(shù)或利用小時數(shù)沒有任何顯著聯(lián)系。事實上，那些利用率很低，但在系統(tǒng)需要獲得可靠性時可以完全依賴的資源（如需求響應(yīng)、儲能或調(diào)峰機(jī)組），更可能被認(rèn)為具有較高的ELCC值。
讓各種資源在一個公平的環(huán)境下競爭，不僅要考慮資源的物理特征，還要將資源的位置納入考慮范圍之中。將電力輸送到需求地點的能力是可靠性的一個關(guān)鍵要素。受輸電約束影響而限制了供電能力的發(fā)電機(jī)組對系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)相對較低，而輸電能力高的發(fā)電機(jī)組對系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)相對較高。美國的每個容量市場都通過發(fā)展“區(qū)域” （zonal）或“本地”容量需求（local capacity requirement）來反映這些因素。按照這種概念，ISO/RTO在每個區(qū)域內(nèi)都要設(shè)置不同的最低發(fā)電量，以確保該地區(qū)的可靠性，而這往往導(dǎo)致有輸電堵塞的地區(qū)的容量價格較高。這大概類似于在輸電約束的影響下，各區(qū)節(jié)點邊際電價中產(chǎn)生的價格差異[22]。下表展示了幾個容量市場的設(shè)計。
05
資源績效問責(zé)制
任何一種設(shè)計合理的容量機(jī)制都應(yīng)確保，在系統(tǒng)需要可靠性資源的關(guān)鍵時刻，接受補(bǔ)償?shù)馁Y源能夠按照容量補(bǔ)償機(jī)制設(shè)計好的方式發(fā)揮應(yīng)有的作用。這對于構(gòu)建兼具經(jīng)濟(jì)性和可靠性的電力系統(tǒng)都是必要的，因為如果資源不能合格地發(fā)揮作用，就意味著（1）負(fù)荷為不存在的容量付費，（2）系統(tǒng)沒有獲得實現(xiàn)可靠性所需的容量。
美國的幾個區(qū)域輸電組織最近加強(qiáng)了對資源的績效評估，包括對表現(xiàn)不佳的資源實施嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)懲罰[28]。接受補(bǔ)償?shù)馁Y源必須在系統(tǒng)需要保持可靠性（即系統(tǒng)出現(xiàn)容量不足）時提供容量。無法按核定容量水平提供服務(wù)的資源，將根據(jù)其相對于核定容量水平的表現(xiàn)予以處罰。因為處罰的存在，這套制度有利于提高資源核定容量的準(zhǔn)確性，所有資源都不會虛報超出自身發(fā)電水平的核定容量。
好的資源績效評估有以下幾個主要特點：
績效評估要針對可靠性風(fēng)險最大時段
資源的績效評估應(yīng)針對系統(tǒng)最需要資源來保證可靠性的幾個小時（即滿足系統(tǒng)總需求和資源的單個容量核定的時段）內(nèi)。不應(yīng)在系統(tǒng)有足夠的和/或過量的供應(yīng)時段來對資源進(jìn)行評估。
績效評估應(yīng)與資源自身特性保持一致
績效評估應(yīng)根據(jù)資源自身特性來確定。例如，構(gòu)建隨季節(jié)或時間而變化的性能要求很重要，例如，光伏的ELCC一開始就并未假設(shè)它可以在夜間使用，這樣它就不會因為無法在夜間出力而受到懲罰。
加大經(jīng)濟(jì)處罰力度
對績效不佳的資源應(yīng)施加充分的經(jīng)濟(jì)罰款，績效極端不佳的情況下罰款額可以超過原來支付的容量費。這種經(jīng)濟(jì)激勵措施是必要的，因為可以確保資源（1）不虛報核定容量，（2）在投資和運營過程中確保這些資源能夠在需要時發(fā)揮作用。反之，比核定值表現(xiàn)更好的資源也可能因此獲得經(jīng)濟(jì)獎勵（通常可以將對表現(xiàn)不佳資源的罰金用來獎勵）。這樣的獎懲金額設(shè)定通?？杀鹊湫偷哪茉磧r格高出兩個數(shù)量級：例如，PJM和ISO-NE的績效罰款在3000—5000美元/MWh之間。
穩(wěn)定一致地開展績效評估
每年必須以穩(wěn)定和一致的方式開展資源的績效評估。如果不能保證每年開展績效評估，資源運營商就有可能鋌而走險，認(rèn)為不一定會受到評估，從而虛報容量。
06
結(jié)論
若實施容量補(bǔ)償機(jī)制，就要精心設(shè)計，避免釋放低效和適得其反的信號。設(shè)計得不好，反而會嚴(yán)重加大系統(tǒng)成本，妨礙減排目標(biāo)的實現(xiàn)。中國在加大電力系統(tǒng)和其他基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)投資方面成效顯著，但有時也可能出現(xiàn)過度投資。在本文中，我們討論了設(shè)計容量補(bǔ)償機(jī)制和容量市場都需要考慮的幾個重要因素，包括完善資源規(guī)劃，允許需求側(cè)資源參與競爭，以及建立對表現(xiàn)不佳資源的處罰。最重要的是，必須確保容量補(bǔ)償機(jī)制不承諾對發(fā)電資源的資本成本回收，否則將會使新能源轉(zhuǎn)型更加困難，代價更大。
（本文不代表eo立場）
