中國儲能網訊：2023年7月，中央全面深化改革委員會第二次會議審議通過了《關于深化電力體制改革加快構建新型電力系統(tǒng)的指導意見》。習近平總書記在會議上強調“要深化電力體制改革，更好地推動能源生產和消費革命，保障國家能源安全”。電力市場體系建設是深化電力體制改革的重要內容，市場建設要能夠助力電力安全可靠供應。2022年，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關于加快建設全國統(tǒng)一電力市場體系的指導意見》，提出“建立市場化的發(fā)電容量成本回收機制，探索容量補償機制、容量市場、稀缺電價等多種方式，保障電源固定成本回收和長期電力供應安全”，發(fā)電容量補償機制是完善電力市場體系建設的重要環(huán)節(jié)?？紤]到我國“規(guī)劃引領”的行業(yè)發(fā)展模式，特別是近年來我國電力保供面臨的新挑戰(zhàn)，我國對于容量市場或市場環(huán)境下的其他容量支撐性政策的需求更加迫切。本文將結合PJM容量市場建設經驗和當前我國電力行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，提出容量市場關鍵機制設計，從而更好地保障電力安全可靠供應。
容量支持性政策在市場中的作用
在歐美國家電力市場設計之初，是否應該由政府和監(jiān)管機構提出外部性的系統(tǒng)可靠性要求，并建立相應支持性政策措施，一直是爭議的焦點。在完全競爭的市場環(huán)境下，電力市場價格不僅反映短期電力供需情況，也可以很好地引導長期市場供需的均衡，即影響系統(tǒng)的電力裝機容量，吸引新增發(fā)電主體投資或引導現(xiàn)有機組有序退出商業(yè)運行。容量機制、系統(tǒng)可靠性要求和限價政策均被視作管制性手段。雖然稀缺性電價能夠帶來經濟學意義上的最優(yōu)解，但是僅靠電能量市場解決電力系統(tǒng)規(guī)劃發(fā)展問題，可能會引起政府和監(jiān)管機構的擔憂。作為支撐經濟社會運行的基礎性行業(yè)，電力基礎設施建設周期較長、投資規(guī)模大，行業(yè)本身就具有較高的準入門檻，市場主體豐富程度和流動性相較于其他競爭性市場存在天然不足，容易出現(xiàn)周期性投資過剩或不足，放松管制后電價波動對市場主體收益的影響較大，使得政府和監(jiān)管機構對市場調節(jié)滯后性可能引起的投資不足更加重視。由政府和監(jiān)管機構提出長期的系統(tǒng)可靠性約束，建立對應的容量支持機制，能夠在一定程度上協(xié)調解決上述問題，其作用也顯而易見。
一是能夠避免出現(xiàn)超高電價和電價大幅度波動。容量支持性政策能夠在一定程度上實現(xiàn)資源的“超前布局”，避免市場中容量短缺，出現(xiàn)電價長期高位運行或拉閘限電，進而引發(fā)社會輿情。
二是能夠降低市場主體投資風險，在僅有電能量市場的模式中，邊際機組固定成本需要在電價高峰時段進行回收，系統(tǒng)出現(xiàn)電價高峰時段的時長和電價水平會直接影響機組的投資回報情況，市場主體投資不確定性大，對系統(tǒng)發(fā)電充裕度可能造成影響。特別是我國電力市場還處于不斷完善的過程中，必須盡量避免采取直接實施的限價政策，這將會進一步影響邊際機組的投資意愿。
三是能夠緩解市場力。電力行業(yè)市場投資主體豐富程度不夠，僅通過電能量市場價格引導，可能造成系統(tǒng)經常處在緊平衡狀態(tài)，替代容量不足可能造成市場中市場力難以控制，在容量緊張時期，對于高電價產生的原因也難以判斷，造成市場監(jiān)管困難。支持性容量政策能夠保證系統(tǒng)容量相對充裕，增加了市場內的競爭容量，這是緩解市場力影響的根本性舉措。
四是能夠協(xié)調發(fā)電主體的投資時序。容量支持政策在提出相應的系統(tǒng)可靠性要求的同時，就意味著要協(xié)調發(fā)電容量在一定時期內的投資時序，新的發(fā)電主體進入市場投資，不僅僅只看負荷增長情況，還要看長期的發(fā)電容量裝機變化，其他新進的投資主體投資決策會直接影響其市場收益，因此容量支撐政策會給予政府和監(jiān)管機構在電力市場環(huán)境下，協(xié)調投資時序的手段，這也是保證發(fā)電容量有序投產的重要途徑。
容量支持性政策設計
在我國面臨的形勢
從保供層面看，實現(xiàn)“雙碳”目標，建設以新型電力系統(tǒng)為核心的新型能源體系，是當前我國電力行業(yè)建設發(fā)展需要錨定的首要目標。如何實現(xiàn)可再生能源和傳統(tǒng)能源優(yōu)化組合，是當前電力市場化改革亟需解決的問題。在長時儲能技術仍未取得突破的情況下，傳統(tǒng)電源所能夠提供的可靠發(fā)電容量，仍是未來電力系統(tǒng)所必須的，是支撐電網安全運行的“穩(wěn)定器”。通過合理的容量機制設計，科學評判傳統(tǒng)電源容量價值，保持合理的傳統(tǒng)電源裝機比例，對引導傳統(tǒng)電源和可再生能源各安其位、各司其職，至關重要。從市場層面看，在電力市場環(huán)境下，可再生能源發(fā)電情況直接影響市場價格水平。2022年夏季，由于西南水電來水偏枯，省間現(xiàn)貨市場電價居高不下；2023年5月，山東可再生能源出力較大，導致現(xiàn)貨市場出現(xiàn)長時間負電價。一方面，容量相對充裕是穩(wěn)定批發(fā)市場電價的關鍵。好的市場體系不能只有風險，而沒有避險手段。隨著市場建設的深入推進，市場主體對電價波動所帶來的收益不確定性有了直接的感性認識，市場主體需要容量支持性政策等風險對沖手段，特別是穩(wěn)定傳統(tǒng)電源主體市場預期，引導電源主體有序投資和按需延壽；另一方面，可能出現(xiàn)的超高電價或負電價對零售側電價套餐制訂造成困難，售電公司和終端用戶的博弈或者風險分攤責任更加難以達成一致，建立容量支持性政策，保證批發(fā)市場電價在合理范圍波動，在一定程度上將更有利于售電側競爭，引導售電公司將更多精力放在零售環(huán)節(jié)成本管理和用戶用電行為管理上，減少賭博性的購售電策略。
我國容量支持性政策建設也面臨更加復雜的外部形勢。在歐美國家放松行業(yè)管制、建設電力市場時，電力系統(tǒng)還沒有進入轉型期。而我國目前面臨著電力市場化改革和能源轉型的雙重任務，對于相關政策設計的系統(tǒng)性、合理性提出了更高的要求。一是容量補償機制需要統(tǒng)一設計。目前，我國已經出臺的一些容量補償措施，往往針對某一類特定電源主體。容量補償機制設計應該綜合考慮電源投資成本和系統(tǒng)實際需求，補償市場主體一部分收益是容量補償機制的具體措施，不是其實施目的。應該在確定系統(tǒng)需要資源的容量和標準的情況下，給予滿足要求的資源統(tǒng)一補償標準，避免某一類主體或者某一類技術路線主體在市場競爭中出現(xiàn)不正當競爭優(yōu)勢。二是電能量和輔助服務市場需要更長周期的運行。容量支持性政策是電力市場體系建設的配套措施或者配套市場，容量補償標準的計算，需要更長周期電力市場的運行數(shù)據(jù)，以支撐政府和監(jiān)管機構跟蹤各類機組的收益情況，判斷市場對于主體投資積極性的影響，及時調整補償標準或者容量需求曲線，避免過補償或者欠補償。三是可再生能源、需求響應等非傳統(tǒng)資源的容量價值亟需計算規(guī)范。可再生能源、需求響應、能效、新型儲能等區(qū)別于傳統(tǒng)電源的資源，同樣具有容量價值，明確其有效容量計算規(guī)范，一方面是承認相關資源與傳統(tǒng)電源的同等市場主體地位，給予其與貢獻相匹配的容量價值補償。另一方面，能夠激勵相關主體進一步向“系統(tǒng)友好”方向發(fā)展，通過技術和模式創(chuàng)新，進一步提升自身容量價值，提高容量收益。
PJM容量市場的基本框架
作為運營最為成功的電力市場之一，美國PJM市場在建設初期是沒有設計容量市場機制的，但是設計了與容量市場具有類似功能的容量責任政策，PJM會按照市場主體預測負荷和需要預留的發(fā)電容量，為市場主體（LSE）分配容量責任，并要求LSE自行建設或者購買足夠的發(fā)電容量來保障系統(tǒng)的發(fā)電充裕度，對于發(fā)電容量不足需要PJM相關市場主體承擔分攤的成本，也與現(xiàn)在可靠性電價模型中對于新進機組成本分攤的模型類似，這也是PJM容量市場的雛形。1999年，PJM引入了月度/多月的備用市場交易機制（CCM），并在8年后，建成了目前基于可靠性電價模型(RPM)的容量市場。目前，PJM容量市場基本框架如下：
交易標的。PJM容量市場交易標的是未來3年（目標年），能夠滿足系統(tǒng)充裕度的容量資源。PJM在確定系統(tǒng)所需發(fā)電充裕度時，會每年對未來11年系統(tǒng)發(fā)電充裕度進行預測，滾動調整容量需求，確保系統(tǒng)能夠滿足對應的可靠性指標。能夠參與系統(tǒng)容量申報的資源包括已建或者計劃建設的發(fā)電資源、需求響應資源（負荷管理資源）、能效資源、納入PJM輸電規(guī)劃的輸電通道，以及整合的分布式發(fā)電、需求響應、用戶側儲能等具有容量屬性的聚合資源，所有資源需要在系統(tǒng)運行進入緊急情況的條件下，能夠提供可用出力或者備用容量。
其中，在容量市場中標的需求響應（DR）項目，必須注冊為緊急或者預緊急的需求響應資源，在系統(tǒng)出現(xiàn)供應缺口時，減小負荷至承諾的最低負荷水平或執(zhí)行最大削減量。具備負荷自動控制能力且實施能夠與批發(fā)市場電價進行聯(lián)動的電價響應負荷（PRD），也能夠參與容量市場，同樣也被要求在系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時，削減負荷至最低負荷水平。需要特別說明的是，在PJM對于緊急需求響應項目注冊的要求中，明確規(guī)定只有具有自備電廠（即非統(tǒng)調電廠）的需求響應項目，才能夠注冊為緊急需求響應項目。
報價形式。符合PJM容量市場報價需求的資源能夠參與容量市場報價，最小申報容量為0.1兆瓦，報價形式為美元/兆瓦·天，申報非遞減的量價對曲線。對應的申報資源需要同步申報其可用裝機容量（ICAP）和對應的強迫停運率（EFORd）,從而用于計算能夠用于容量市場出清的可用有效容量（UCAP）。但是對于可再生能源、儲能，則需要根據(jù)其夏季負荷高峰和冬季負荷高峰時段，平均有效出力來判斷其可用有效容量（UCAP），對于上述資源就不再重復計算強迫停運率，因為基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算平均有效出力時已經考慮了非計劃停運情況。
PJM容量市場本質上是一個成本報價市場，對于計劃建設的發(fā)電、輸電、需求響應和能效項目，不設置價格上限。對于已經投產且需要在容量市場中報價的發(fā)電資源，則需要根據(jù)其會計計算的可避免成本（ACR）以及其在電能量和輔助服務市場中的收益差值來確定報價上限。同時，為避免部分市場主體在容量市場中報低價中標，包括有市場外補貼項目或者已過投資回收期且與負荷主體存在利益關聯(lián)的項目，PJM在容量市場中設置了最小報價規(guī)則（MOPR），對新建項目建設成本(CONE)和已投產項目可避免成本(ACR)均明確了地板價，并基于地板價限制其在容量市場中的最低報價。
容量確定。PJM的容量市場需求計算基于系統(tǒng)可靠性指標要求，目前，PJM對于整個RTO的可靠性要求是期望停電概率（LOLE）不大于10年出現(xiàn)1次停電，對于容量分區(qū)內的要求是不大于25年出現(xiàn)1次停電，系統(tǒng)基本容量需求就是在滿足上述可靠性要求下的系統(tǒng)所需容量?；救萘啃枨笮枰D化成用于PJM容量市場出清（基礎拍賣階段）的容量需求曲線（VRR）。容量需求曲線在RPM模型中至關重要，容量需求曲線是PJM根據(jù)新進機組（邊際機組）的新建成本或凈新建成本，和系統(tǒng)不同容量需求進行計算的。目前，PJM選定用于計算VRR容量價格的機組為7HA的燃氣輪機，其CONE是構成VRR的重要參數(shù)。
在增量拍賣中，需要根據(jù)PJM對于系統(tǒng)可靠性的調整要求，對購買容量進行調整，但是購買需求不再是基本投標階段的容量需求曲線。增量交易中的供給和需求曲線均由市場主體申報曲線擬合而成，由于增量拍賣除了滿足市場主體間的容量轉讓需求之外，還要滿足整個RTO或者每個分區(qū)LDA中對于發(fā)電容量調整需求。因此，在PJM容量市場的增量交易中，需要PJM作為容量市場買方或者賣方申報，PJM申報曲線形成需要基于調整后的VRR，并從調整后的VRR截取部分曲線作為增量拍賣中PJM的買入或賣出曲線。
出清和調用方式。PJM 容量市場組織可以分為兩個階段。第一階段是基本拍賣階段，標的是目標年（3年后）系統(tǒng)可用容量。由于容量市場出清機制中對于新建和已投產項目有不同的報價約束和限制，PJM認為已經在此前中標的容量不再是新建機組。如果已投產機組在本年度有可用容量，卻沒有參與基本容量投標，那么后續(xù)的增量拍賣這部分容量也不能參與，新增輸電容量只能參與基本拍賣。第二階段是增量拍賣階段，該階段對于已投產機組，其能夠參與增量拍賣的容量為其在上一輪容量拍賣后新增的可用容量或者未中標容量；對于新建機組則要求其投標容量為其因為上一輪投標關閘時，還不具備容量市場拍賣資格，而新增的可用容量。增量拍賣在進入目標年之前共計組織三輪，確保發(fā)電投標容量能夠動態(tài)滿足系統(tǒng)可靠性要求。
RPM模型中除了對RTO有容量約束，對于每個容量分區(qū)均提出了容量約束，在RPM建模過程中，主要通過每個分區(qū)的緊急容量傳輸目標（CETO）和緊急容量傳輸限制（CETL），形成分區(qū)約束，CETO是在滿足分區(qū)內可靠性要求的情況下需要的外部容量需求，CETL是外部容量傳輸?shù)妮旊娙萘考s束。規(guī)則中要求，當CETL小于1.15倍CETO時，說明應該有新建輸電線路納入到PJM輸電網規(guī)劃中。由于存在CETL約束，所以在容量市場中可能會出現(xiàn)與電能量市場類似的分區(qū)容量價格，在PJM容量市場中設計了容量傳輸權（CTR），與FTR類似，通過CTR對容量分區(qū)的“容量阻塞費”進行風險對沖和費用分攤。
關于中標資源的容量履約責任，2020年至2021年，PJM已經要求所有參與容量市場的資源均需為容量表現(xiàn)型資源，能夠在任何情況下，系統(tǒng)出現(xiàn)緊急情況時提供必要的容量支撐，包括電能量和備用。所有在RPM中標的發(fā)電容量都需要在日前市場中進行投標。DR資源則必須登記為具有響應容量的緊急或者預緊急需求響應項目。同時，PJM會對在容量市場中標的相關資源進行容量評估，計算中標容量與資源實際可用容量的差額，如果發(fā)現(xiàn)相關資源無法兌現(xiàn)容量，需要按照平均容量價格的1.2倍，或者平均容量價格加20美元/兆瓦·天的較高者進行處罰。處罰的費用會按照負荷集成商LSE所支付的容量相關費用比例進行分享。
LSE是承擔容量責任也是購買容量的主體，其承擔容量市場費用的基本邏輯是按照其負荷占系統(tǒng)或區(qū)域最大負荷的比例。但是由于容量是多輪拍賣，RTO和區(qū)域的最終容量價格需要根據(jù)多輪的拍賣價格和拍賣容量進行平均。PJM容量市場也給了LSE其他用來履行容量責任的方式，比如雙邊容量交易、自調度容量或固定資源需求（FRR）等方式來進行容量購買或履約。
容量市場關鍵機制設計及啟示
容量市場是政府和監(jiān)管機構為了保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行和市場價格平穩(wěn)有序所設計實施的、帶有管制性質的市場。其競爭程度相對有限，PJM容量市場在設計上的部分關鍵機制，是值得我國在后續(xù)容量支撐性政策設計過程中借鑒的，這也是發(fā)揮容量支持性政策“保供穩(wěn)價”作用的關鍵。
一是明確系統(tǒng)可靠性標準和資源有效容量計算流程。PJM容量市場需求曲線是設計出來的，并不是真實的市場主體需求，這是容量支持性政策屬于市場外部性約束造成的。容量需求曲線的設計一直是PJM容量市場爭議較大的內容之一，從基礎拍賣扣除預留的短期拍賣容量，到目前的曲線調整機制，其曲線構造也在不斷調整。盡管容量需求曲線能夠賦予超過系統(tǒng)最低可靠性要求的發(fā)電資源容量價值，但是PJM區(qū)域的監(jiān)管機構也一直在質疑構造一個斜率向下的容量需求曲線是否能夠真正帶來系統(tǒng)收益，因為垂直的需求曲線可以減少一部分容量購買和費用支出。2020年，PJM電費支出中容量成本約占到了22%。但是也應該看到，構造容量需求曲線的關鍵是系統(tǒng)可靠性標準和資源有效容量計算流程，其能夠直接影響容量拍賣的供需情況，從而對系統(tǒng)容量充裕度和容量價值產生影響，明確系統(tǒng)可靠性標準和資源有效容量計算流程至關重要?？煽啃詷藴食苏麄€RTO的LOLE外，還包括容量分區(qū)劃分，如果需要劃分新的容量分區(qū)，需要書面通知FERC。傳統(tǒng)機組的有效容量計算關鍵是強迫停運率，無論是容量補償或者容量市場等容量支持性政策，有效容量計算都是對個體補償?shù)闹匾獏?shù)，必須明確傳統(tǒng)機組強迫停運率的計算規(guī)范。同時，由于可再生能源、儲能等新型容量資源的大規(guī)模接入，需要盡快提出其有效容量計算規(guī)范，要保證按貢獻、按需求進行容量價值判斷和補償，做到資源“同質同價”，確保容量支持性政策的技術中性。
二是精細化的成本核算是容量市場有效運行的基礎。容量支持性政策的核心邏輯應該是補償市場邊際機組，確保邊際機組始終能夠回收投資成本并獲得一定的合理收益。容量市場是一個成本報價市場，新進機組的投資成本CONE、已建成機組的可避免成本ACR是判斷機組成本回收情況的重要參數(shù)。在PJM容量市場規(guī)則中，形成了對于新進機組投資成本CONE計算的詳細規(guī)范，包括RTO內部的CONE價值分區(qū)，區(qū)分不同地區(qū)機組建設成本差異。由于明確的邊際機組是7HA的燃氣機組，所以PJM 認為CONE分區(qū)建設成本差異主要來源于人力成本，并使用美國勞動部門的人力成本費率表對CONE進行計算。同時，由于容量市場補償?shù)氖菣C組無法通過電能量市場和輔助服務市場回收的“Missing Money”, 所以需要計算扣除相應市場收益后的凈投資成本，同樣需要明確市場收益的計算原則和方式，從而確保容量需求曲線價格設置、容量報價上下限計算的合理性。下一步，無論我國是采用容量補償或者其他容量支撐性政策，新建機組成本和已投產機組可避免成本核算都是必不可少的環(huán)節(jié)，這是容量支持性政策合理性的基本保障。
三是保護性報價機制確保容量市場價格運行在合理區(qū)間。無論采用何種容量支持性政策，已投產在運的機組與新建機組比較均有一定的競爭優(yōu)勢，按照目前容量市場定價機制，已經回收投資成本或者一部分有場外照顧性政策的機組，為了確保能夠在容量市場中標，往往可能采用偏離成本報低價，從而影響新建機組收益。PJM市場中設計了保護性報價機制，避免部分主體在容量市場中形成不正當?shù)母偁巸?yōu)勢。同時，PJM市場還設計了最小報價規(guī)則（MOPR），對新建和已投產機組設定了報價下限，避免容量市場中出現(xiàn)價格踩踏，導致市場競爭難以形成合理的容量市場價格。下一步，我國的容量支持性政策也必須同時考慮新建機組補償?shù)姆€(wěn)定性，以及已投運機組如果退出商業(yè)運行可能造成的可避免成本，將容量補償價值穩(wěn)定在合理區(qū)間。
四是容量支持性政策需要在市場體系設計中統(tǒng)籌考慮。從PJM市場規(guī)則設計中可以看出，容量市場和電能量市場是高度耦合的，市場規(guī)則的體系化設計至關重要。對于機組的收益不應該區(qū)分或者對應固定成本或變動成本，容量市場的設計原則是容量市場收益加上電能量、輔助服務市場收益能夠補足邊際機組投資成本，吸引主體新增投資。在容量市場中，扣減完電能量和輔助服務市場收益的凈CONE和凈ACR是劃定容量需求曲線、形成容量市場價格的關鍵參數(shù)。在電能量市場中，PJM會對一部分長期被限價的機組（FMU）實行寬松限價，基本原則是對于限價超過一定時間長度，且電能量加容量收益難以補足其可避免成本（ACR）的機組，要按比例提升其限價標準。上述措施都是為了保障機組能夠獲得足夠的收益，避免機組提前退出商業(yè)運行或影響新建機組投資預期。下一步，我國在相關容量市場設計過程中，必須要統(tǒng)籌好相關機制設計，避免規(guī)則設計碎片化，補償機制不能與電能量和輔助服務市場同步設計考慮，因為極有可能進一步推高系統(tǒng)運行成本和補償成本。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2023年07期，作者武賡供職于電力規(guī)劃設計總院，作者王昊婧供職于國網北京市電力公司北京電力經濟技術研究院
