中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建及競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)建設(shè)進(jìn)程中，電力系統(tǒng)的功能需求和產(chǎn)品服務(wù)不斷被細(xì)分，發(fā)電容量成本回收問題逐漸凸顯。發(fā)電“容量”的內(nèi)涵和外延豐富，既包括滿足電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷需求的最大工作容量，也包括提升電力系統(tǒng)靈活性的可調(diào)節(jié)容量，并且可調(diào)節(jié)容量還可以進(jìn)一步細(xì)分為調(diào)峰容量、調(diào)頻容量、爬坡容量等等。未來隨著市場(chǎng)的完善和技術(shù)的進(jìn)步，容量的內(nèi)涵和外延還會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。本文探討的發(fā)電容量特指在系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)段能夠穩(wěn)定輸出、保障電力系統(tǒng)充裕性的容量，可稱之為實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)可靠性的容量。
發(fā)電容量成本回收的必要性
可靠性容量成本的回收是競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)建設(shè)必然面臨的問題。對(duì)于該問題的成因，不同專業(yè)背景的人理解存在差異。
從經(jīng)濟(jì)學(xué)的視角看，競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)，尤其是以電力現(xiàn)貨為主導(dǎo)的市場(chǎng)，必然會(huì)導(dǎo)致資金短缺和市場(chǎng)缺失的弊端。資金短缺指的是發(fā)電企業(yè)群體從電力市場(chǎng)獲得的收入不足以覆蓋其投資和運(yùn)營成本。這種短缺不是個(gè)體的短缺，而是整個(gè)市場(chǎng)所能產(chǎn)生的總資金規(guī)模不足以滿足整個(gè)發(fā)電群體合理的收入訴求。這將扭曲對(duì)發(fā)電容量投資的激勵(lì)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看將損害電力系統(tǒng)的可靠性。資金短缺的成因多種多樣，包括電力系統(tǒng)供需缺乏彈性；電力作為特殊商品必須設(shè)定價(jià)格上限；以及電力調(diào)度基于各種原因采取的壓低電價(jià)的干預(yù)措施等。
以電力價(jià)格上限為例分析，在電力市場(chǎng)中，越高的負(fù)荷持續(xù)時(shí)間越短，滿足這種短暫高峰負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)成本相對(duì)較高，一旦設(shè)定價(jià)格上限，超過此上限的需求便以低于成本的價(jià)格被滿足，這種差額直接造成資金短缺。市場(chǎng)缺失則主要指滿足系統(tǒng)可靠性要求的容量無法在電力市場(chǎng)中有效出清。電能量市場(chǎng)中出清的容量雖能滿足各時(shí)段的系統(tǒng)負(fù)荷需求，但無法滿足系統(tǒng)可靠性的需求，也即意味著作為公共產(chǎn)品的系統(tǒng)可靠性的價(jià)值沒有得到體現(xiàn)，這反映了短期邊際成本定價(jià)與長(zhǎng)期成本之間的矛盾。因此，經(jīng)濟(jì)學(xué)家認(rèn)為，無論解決哪一種弊端，都必須有專門的制度設(shè)計(jì)。
電力工程師從對(duì)邊際機(jī)組的輸入輸出特性建模入手，分析市場(chǎng)中單一市場(chǎng)主體的收益水平。一般分析框架為，計(jì)算現(xiàn)貨市場(chǎng)中邊際機(jī)組的毛利潤。假設(shè)邊際機(jī)組的輸入輸出函數(shù)為F（P）,其邊際成本表示為F'（P），現(xiàn)貨市場(chǎng)收入R（P）=F'（P）×P，現(xiàn)貨市場(chǎng)獲得的毛利潤為L(zhǎng)（P）=R（P）-F（P）。
以二次輸入輸出函數(shù)為例，
F（P）=aP2+bP+C
F'（P）=2aP+b
R（P）=2aP2+bP
L（P）=aP2-C
分析表明，僅當(dāng)邊際機(jī)組的出清容量超過某一特定出力水平時(shí)，該機(jī)組才能通過電能量市場(chǎng)獲得額外的收益，進(jìn)而回收固定成本。然而，回收程度依賴于出清容量及其持續(xù)時(shí)間。實(shí)證分析表明，邊際機(jī)組通過電能量市場(chǎng)回收的容量成本比例極低，而非邊際機(jī)組，由于成本效率優(yōu)勢(shì)，其通過電能量市場(chǎng)回收容量成本的程度較邊際機(jī)組雖高，但同樣面臨極大的不確定性。因此，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的邊際成本報(bào)價(jià)和出清基本原理，以及邊際機(jī)組的輸入輸出特性決定了需要額外的制度設(shè)計(jì)幫助市場(chǎng)主體回收容量等固定成本。
從我國的實(shí)踐來看，新型電力系統(tǒng)的推進(jìn)及可再生能源等低碳能源滲透率的大幅提高，導(dǎo)致煤電等傳統(tǒng)電源在系統(tǒng)中的功能定位發(fā)生變化，發(fā)電利用小時(shí)數(shù)呈現(xiàn)顯著波動(dòng)。全國平均來看，近10年間煤電年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)的最大與最小值之差接近600小時(shí)。某些清潔能源大省，近10年的最小值僅約最大值的1/3，波動(dòng)劇烈。同時(shí)，國內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)的改革，尤其是電力現(xiàn)貨市場(chǎng)的建設(shè)，導(dǎo)致了電能量市場(chǎng)價(jià)格的顯著波動(dòng)。在量?jī)r(jià)均出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，僅依賴電能量市場(chǎng)會(huì)為市場(chǎng)主體帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)。
因此，無論從何角度分析，對(duì)發(fā)電容量成本進(jìn)行專門的制度安排在當(dāng)前市場(chǎng)建設(shè)中都顯得尤為必要。
可選方案分析
容量市場(chǎng)
在當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)建設(shè)的大背景下，首先會(huì)想到是否可以通過建立一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性的容量市場(chǎng)來實(shí)現(xiàn)發(fā)電容量成本的回收。在英美等國家的電力市場(chǎng)中，已經(jīng)進(jìn)行了競(jìng)爭(zhēng)性容量市場(chǎng)實(shí)踐。單純的可靠性容量市場(chǎng)的出清機(jī)制可以簡(jiǎn)化為“堆?！边^程，即從報(bào)價(jià)最低的容量資源開始，按照?qǐng)?bào)價(jià)從低到高的順序逐一堆疊各類資源，直至與需求曲線相交。然而，這一簡(jiǎn)單過程存在諸多未能有效解決的問題。
首先是容量需求曲線的確定問題。與電能量需求不同，電力用戶通常難以清晰表達(dá)自己的容量需求，這意味著系統(tǒng)的容量需求曲線無法自發(fā)形成，只能依賴“人為”預(yù)測(cè)來確定。實(shí)踐中，各容量市場(chǎng)的需求曲線形狀各異，不同的曲線形狀直接影響市場(chǎng)的出清價(jià)格和數(shù)量。
在供給上，容量市場(chǎng)同樣困難重重。其中關(guān)鍵難點(diǎn)之一是，市場(chǎng)設(shè)計(jì)者期望容量資源的報(bào)價(jià)方式與市場(chǎng)參與者實(shí)際的報(bào)價(jià)行為是否相容。在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中，市場(chǎng)設(shè)計(jì)者希望市場(chǎng)主體以邊際成本進(jìn)行報(bào)價(jià)，而市場(chǎng)主體為了最大化自身利益，也會(huì)采取基于邊際成本的報(bào)價(jià)策略，兩者是相容的。在容量市場(chǎng)中，設(shè)計(jì)者希望各容量資源基于對(duì)自身不能通過電能量和輔助服務(wù)等市場(chǎng)回收的成本進(jìn)行評(píng)估來報(bào)價(jià)。但是，對(duì)于容量資源已經(jīng)建成的市場(chǎng)主體，由于投資等固定成本是沉沒成本，無論其如何報(bào)價(jià)，這部分成本都已經(jīng)發(fā)生了，并不會(huì)有所改變，此時(shí)的最優(yōu)策略是報(bào)低價(jià)以確保盡可能中標(biāo)，這與設(shè)計(jì)者的預(yù)期并不相容。只有待建資源會(huì)依據(jù)對(duì)自身不能通過電能量等市場(chǎng)回收的成本進(jìn)行評(píng)估后進(jìn)行報(bào)價(jià)，一旦報(bào)價(jià)沒有被接受（出清），則不進(jìn)行新資源的建設(shè)，才能避免投資等成本的發(fā)生。因此，對(duì)容量市場(chǎng)而言，要真正能發(fā)揮作用，就必須有新建資源的參與。正是由于此原因，開展容量市場(chǎng)實(shí)踐的國家都需提前若干年進(jìn)行市場(chǎng)出清，給予新建資源建設(shè)時(shí)間。一旦這個(gè)市場(chǎng)沒有新建資源被出清，出清價(jià)格就可能非常低，起不到回收固定成本、吸引和鼓勵(lì)投資的目的。
為規(guī)避買、賣雙方的市場(chǎng)力，容量市場(chǎng)通常要設(shè)置嚴(yán)格、復(fù)雜的價(jià)格上下限。所以，容量市場(chǎng)在一定程度上不能稱為真正意義上的自由競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)，而是管制性很強(qiáng)的市場(chǎng)，無論在理論上還是實(shí)踐中都存在許多亟待突破的難點(diǎn)。
稀缺定價(jià)
稀缺定價(jià)方案的理論出發(fā)點(diǎn)簡(jiǎn)單直接。如前所述，建立發(fā)電容量成本回收機(jī)制的原因之一在于作為公共產(chǎn)品的系統(tǒng)可靠性價(jià)值無法在電能量市場(chǎng)中得到充分體現(xiàn)。因此，如果在用電高峰期的現(xiàn)貨市場(chǎng)出清價(jià)格上加收用以保障系統(tǒng)可靠性的容量邊際成本，似乎可解決此問題。稀缺電價(jià)方案保留了單一電能量?jī)r(jià)格形式，客觀上需要允許極高電價(jià)的出現(xiàn)。以美國得州為例，自2011年起價(jià)格上限從1000美元/兆瓦時(shí)逐步提升至最高時(shí)的9000美元/兆瓦時(shí)。而這種極高電價(jià)的出現(xiàn)又恰恰是稀缺電價(jià)方案面臨的最大問題。
2021年，得州極端暴雪事件之前，部分“市場(chǎng)派”人士高度評(píng)價(jià)得州的稀缺電價(jià)機(jī)制，認(rèn)為它準(zhǔn)確體現(xiàn)了市場(chǎng)均衡的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，是真正的市場(chǎng)。然而，2021年，持續(xù)約1個(gè)月的極端暴雪導(dǎo)致全年平均實(shí)時(shí)電價(jià)水平比2020年高出6倍多，尖峰價(jià)格持續(xù)時(shí)間達(dá)166小時(shí)，其中有64小時(shí)電價(jià)達(dá)到9000美元的上限，這一階段得州電力市場(chǎng)所表現(xiàn)出的電力價(jià)格飛升和供給短缺讓人們開始重新審視稀缺定價(jià)機(jī)制。事實(shí)上，得州市場(chǎng)也在做出改變，一方面，得州市場(chǎng)降低了價(jià)格上限，但這種做法已經(jīng)違背了稀缺定價(jià)的初衷；另一方面，得州市場(chǎng)開始考慮建立類似于容量市場(chǎng)的績(jī)效信用機(jī)制PCM（Performance Credit Mechanism），這是一項(xiàng)面向發(fā)電企業(yè)的性能獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制，作為單一電能量?jī)r(jià)格的補(bǔ)充。因此，從實(shí)踐結(jié)果看，稀缺定價(jià)機(jī)制對(duì)于市場(chǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，對(duì)市場(chǎng)的設(shè)計(jì)者、監(jiān)管者、執(zhí)行者和所有市場(chǎng)成員都是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
容量補(bǔ)償機(jī)制
容量成本回收機(jī)制的設(shè)計(jì)初衷之一是補(bǔ)償那些無法通過電能量和輔助服務(wù)市場(chǎng)完全回收的成本。從這個(gè)角度上講，該機(jī)制可視為一種補(bǔ)充或“兜底”機(jī)制。因此，更為直接的做法是由市場(chǎng)監(jiān)管機(jī)構(gòu)制定單位容量的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，由市場(chǎng)運(yùn)營機(jī)構(gòu)核算各種容量資源的有效容量，并向那些系統(tǒng)所需但無法獲得足夠收入的資源支付費(fèi)用，補(bǔ)償他們的成本缺額。
容量補(bǔ)償方案的主要問題是它通過顯性的行政手段對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行“糾正”，在一定程度上損害了市場(chǎng)機(jī)制的純粹性。然而，這種方案的優(yōu)勢(shì)也恰恰體現(xiàn)在這種“顯性”上。由于發(fā)電容量成本回收這一問題的特殊性，在當(dāng)前無論是采用容量市場(chǎng)還是稀缺定價(jià)，市場(chǎng)管理者都在通過各種各樣“行政化”的方式默默影響和調(diào)節(jié)著回收的范圍、規(guī)模和程度等。與這些“隱性”的干預(yù)相比，容量補(bǔ)償方式這種“看得見”的修正手段更為公開、簡(jiǎn)潔、直觀和易操作。
其他方案
除上述三種主要方案外，國際實(shí)踐中還存在多種積極的探索和嘗試。例如，基于雙邊交易的容量義務(wù)機(jī)制的美國加州資源充裕性計(jì)劃；在容量市場(chǎng)的基礎(chǔ)上引入了金融性期權(quán)的意大利等國的可靠性期權(quán)方案以及瑞典等北歐國家的戰(zhàn)略備用機(jī)制。
關(guān)鍵要素設(shè)計(jì)建議
無論對(duì)上述哪一種方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，都有一些共同的關(guān)鍵要素需要著重關(guān)注。
方案的實(shí)施對(duì)象
理論上，方案應(yīng)是技術(shù)中立的，應(yīng)該涵蓋所有能提供可靠性容量的資源，包括傳統(tǒng)常規(guī)電源，比如：煤電、燃機(jī)、水電、核電等；間歇性資源，比如：風(fēng)電、光伏等；需求側(cè)響應(yīng)資源，比如：可中斷負(fù)荷、分布式發(fā)電、電化學(xué)儲(chǔ)能等。各國市場(chǎng)還依自身特性，將能效資源、區(qū)外輸入容量、“聚合”資源等囊括在內(nèi)。具體實(shí)踐中，我們可能做不到一蹴而就，一次性地把所有資源都包含進(jìn)來，可以依據(jù)市場(chǎng)建設(shè)進(jìn)程、面臨問題的輕重緩急，有步驟、分批次地?cái)U(kuò)大實(shí)施范圍。目前，我國已經(jīng)先后對(duì)煤電實(shí)施了容量電價(jià)機(jī)制，對(duì)抽水蓄能實(shí)施了兩部制電價(jià)，部分地區(qū)對(duì)燃?xì)獍l(fā)電也采用了兩部制電價(jià)，還有許多地方對(duì)儲(chǔ)能實(shí)施了各種各樣的容量成本回收和疏導(dǎo)機(jī)制。隨著市場(chǎng)建設(shè)的推進(jìn)，納入容量成本回收機(jī)制的容量資源類型會(huì)更加豐富多樣。需要特別指出的是，對(duì)不同資源分階段實(shí)施的方案要注重彼此之間的銜接和融合，避免相互之間的沖突以及和市場(chǎng)建設(shè)的割裂。
方案的標(biāo)的選擇
容量產(chǎn)品的標(biāo)的設(shè)計(jì)主要有兩種選項(xiàng)：裝機(jī)容量和有效容量。研究顯示，以裝機(jī)容量為標(biāo)的可能導(dǎo)致逆向選擇現(xiàn)象，即容量成本較低但性能和可靠性也較低的資源更易獲得出清或補(bǔ)償，而實(shí)際運(yùn)行中裝機(jī)容量無法準(zhǔn)確地反映機(jī)組容量的實(shí)際可用性，在緊急狀態(tài)下容易導(dǎo)致容量資源無法使用。因此，有效容量應(yīng)該是更優(yōu)的選擇。當(dāng)我們把有效容量定義為某一資源能夠可靠提供的出力水平時(shí)，那么有效容量的評(píng)估應(yīng)至少體現(xiàn)兩個(gè)方面的影響，一是技術(shù)特性，即由各類資源技術(shù)特性決定的能夠持續(xù)可預(yù)測(cè)地提供容量的能力；二是運(yùn)行水平，即體現(xiàn)每一容量資源實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行水平對(duì)其提供可靠容量的影響。當(dāng)我們將有效容量定義為某一資源能夠可靠提供的且是系統(tǒng)真正需要的出力水平時(shí)，那么有效容量還應(yīng)反映市場(chǎng)對(duì)容量的供需狀況。容量的供需狀況也可以通過容量電價(jià)水平來反映。
需求和價(jià)格設(shè)計(jì)
容量的需求不是用戶自發(fā)產(chǎn)生的，它必須依賴各種方法“人為”給出，不同的評(píng)估方法最終決定的容量需求可能存在較大差異。首先，負(fù)荷的增長(zhǎng)是容量需求最直接的驅(qū)動(dòng)力。其次，容量是滿足系統(tǒng)可靠性要求的，因此可靠性標(biāo)準(zhǔn)也是影響需求的關(guān)鍵因素，顯然可靠性標(biāo)準(zhǔn)越高，對(duì)容量的需求也越大。再次，對(duì)于風(fēng)、光等間歇性資源的滲透是否會(huì)影響容量需求，對(duì)這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)存在分歧。一種看法是，風(fēng)、光這樣的間歇性資源的影響主要體現(xiàn)在供給上，它們提供可靠容量的能力不及常規(guī)能源，但對(duì)需求并不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響。另一種看法認(rèn)為，風(fēng)、光資源的集群效應(yīng)顯著，大規(guī)模場(chǎng)站受天氣等因素影響可能同時(shí)出現(xiàn)出力波動(dòng)，這種波動(dòng)程度可能遠(yuǎn)高于某些電力系統(tǒng)中單臺(tái)常規(guī)機(jī)組事故停運(yùn)帶來的影響，這使得系統(tǒng)所需的備用增加，直接影響容量需求。因此，不同的電力系統(tǒng)影響容量需求的因素可能不盡相同，合理確定容量需求是建立容量成本回收機(jī)制亟待進(jìn)一步完善的課題之一。
影響容量?jī)r(jià)格的因素也是眾多的，包括成本、供需關(guān)系、以及通過電能量等各種市場(chǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)的收入水平等。實(shí)施方案設(shè)計(jì)時(shí)需要特別注意的是，設(shè)計(jì)者希望價(jià)格呈現(xiàn)出怎樣的變化趨勢(shì)。從實(shí)踐中看，美國PJM（Pennsylvania-NewJersey-Maryland）市場(chǎng)過往18個(gè)交付年容量基礎(chǔ)拍賣的出清價(jià)格呈現(xiàn)高低起伏的劇烈波動(dòng)，最低出清價(jià)格不及最高價(jià)格的10%。英國容量市場(chǎng)2018年以來的10個(gè)交付年的出清價(jià)格整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，2027、2028交付年的出清價(jià)格達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的65英鎊/千瓦/年，是最低水平的10余倍，最低值出現(xiàn)在2022、2023交付年。智利的容量?jī)r(jià)格整體也呈上升趨勢(shì)，但幅度相對(duì)較小，近十年最高價(jià)約是最低價(jià)格的2倍左右。價(jià)格的波動(dòng)一定程度上體現(xiàn)了供需的變化，起到引導(dǎo)容量資源有序投資建設(shè)的作用。但是，容量資源建設(shè)的大資金投入需要在10余年甚至數(shù)10年間進(jìn)行回收，這期間容量?jī)r(jià)格的劇烈波動(dòng)給容量資源的投資回收帶來了較大不確定性，對(duì)于吸引投資可能起到了負(fù)面的作用。因此，在提供豐富準(zhǔn)確的價(jià)格信號(hào)和維持價(jià)格變化的相對(duì)穩(wěn)定之間，需要進(jìn)行權(quán)衡。此外，作為一個(gè)補(bǔ)充機(jī)制，容量?jī)r(jià)格一定程度上還可能要肩負(fù)起調(diào)節(jié)補(bǔ)償程度的重任，避免出現(xiàn)機(jī)制性欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償。
我國的競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)建設(shè)正在快速推進(jìn)中，與之相適應(yīng)的批發(fā)側(cè)電價(jià)體系亟需隨之優(yōu)化完善。發(fā)電容量成本回收機(jī)制是競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)下完整批發(fā)電價(jià)體系的重要組成部分，該機(jī)制的引入將對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局、發(fā)電機(jī)組的成本回收方式以及終端用電價(jià)格等方方面面產(chǎn)生質(zhì)的影響，因此仍需深入研究，審慎實(shí)施。
