中國儲能網(wǎng)訊：在能源轉(zhuǎn)型和電力市場化的背景下，確保電力供應(yīng)的可靠性成為一個核心問題。可再生能源的普及和傳統(tǒng)電廠的逐步淘汰，加劇了電力系統(tǒng)的發(fā)電容量不足風(fēng)險。本章圍繞如何設(shè)計和實施發(fā)電容量充裕度機制展開，分析了歐洲各國的實踐與經(jīng)驗，并探討了跨國協(xié)同和統(tǒng)一市場規(guī)劃的可能性。
為什么需要發(fā)電容量充裕度機制？
電力市場的穩(wěn)定運行依賴于系統(tǒng)中充足的發(fā)電容量。然而，隨著電力市場化改革和能源低碳化轉(zhuǎn)型的推進，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)面臨一系列新問題，導(dǎo)致供應(yīng)可靠性受到威脅。以下是具體問題和背景：
在電力市場中，發(fā)電收入通常由市場電價決定。然而，政策干預(yù)（如價格帽）和可再生能源補貼的影響，使得電價無法完全反映供需狀況，尤其在高峰負荷時期，電價無法顯著提升。這種情況被稱為“收入缺失”（missing money），使傳統(tǒng)發(fā)電廠的收入不足以覆蓋其固定和可變成本，特別是老舊化石燃料機組面臨更大的生存壓力。
在北歐電力市場中，盡管電力改革降低了平均電價，但傳統(tǒng)電廠投資增速緩慢，而可再生能源的快速擴張又進一步壓低了市場價格。德國由于風(fēng)電和太陽能的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)燃煤電廠的利用小時數(shù)持續(xù)減少，部分機組提前退役，進一步加劇了備用容量不足的風(fēng)險。
理論上，電力市場應(yīng)該通過價格信號引導(dǎo)投資。然而，實際情況是，由于政策限制、缺乏長期電力金融產(chǎn)品、市場價格波動性大等因素，現(xiàn)有機制未能提供足夠信號吸引新建投資，無法滿足系統(tǒng)長期供需平衡。
美國批發(fā)電力市場的研究顯示，在供需緊張時，批發(fā)價格未能達到“失負荷成本”的水平，不能提供足夠的投資信號。斯坦福大學(xué)學(xué)者指出，盡管市場機制旨在提高效率，但實際未能保障足夠的發(fā)電裝機。
風(fēng)能和太陽能等可再生能源發(fā)電具有隨機性和波動性，導(dǎo)致發(fā)電容量的可用性和穩(wěn)定性不足。當系統(tǒng)中的可再生能源占比上升時，對靈活性和備用容量的需求顯著增加。
比利時因核電淘汰計劃引發(fā)容量缺口，同時風(fēng)電和光伏發(fā)電占比快速上升，削弱了系統(tǒng)對需求波動的應(yīng)對能力。2014年，比利時冬季電網(wǎng)供應(yīng)能力不足，最終通過緊急合同保留部分燃氣機組，才勉強渡過用電高峰期。
理解關(guān)鍵概念：
1. 容量充裕度
容量充裕度指電力系統(tǒng)中具備滿足可靠性要求的發(fā)電能力。其核心問題是是否能夠滿足峰值負荷，并預(yù)留足夠的備用容量應(yīng)對突發(fā)事件，如機組故障或極端天氣。
在供電可靠性標準中，通常以“失負荷期望”（LOLE，Expected Loss of Load Hours）衡量，即系統(tǒng)因容量不足導(dǎo)致停電的概率或時間。例如，歐洲許多國家將LOLE標準設(shè)為一年不超過3小時。
英國國家電網(wǎng)通過容量市場規(guī)劃容量需求，基于LOLE確定所需發(fā)電能力和備用容量，確?？煽啃阅繕?。
2. 收入缺失
“收入缺失”描述了市場價格無法覆蓋發(fā)電機組固定成本的情況，主要原因包括價格上限、政策補貼和可再生能源的低邊際成本競爭。
傳統(tǒng)化石燃料機組需要通過市場高電價（稀缺定價）彌補其成本，但價格帽等政策限制了稀缺信號的傳遞，導(dǎo)致機組虧損。
德國的燃煤電廠受到風(fēng)電、光伏擠壓，利用小時數(shù)銳減，盈利能力顯著下降。數(shù)據(jù)顯示，某些燃煤電廠每年虧損超過1000萬歐元，被迫提前退役。
3. 市場失靈
市場失靈是指市場無法通過價格信號為電力投資提供足夠激勵，導(dǎo)致發(fā)電能力不足。主要成因包括政策干預(yù)和價格機制不完善。
理想市場中，價格高企時應(yīng)刺激新增投資，但當政策限制價格上限，或缺乏金融衍生品規(guī)避風(fēng)險時，投資者對建設(shè)新機組的意愿下降。
美國德州采用稀缺定價機制，但在極端天氣事件中，批發(fā)價格上限未能有效引導(dǎo)投資，導(dǎo)致冬季極寒天氣時大面積斷電。
收入缺失和市場失靈形成了一個惡性循環(huán)：
1. 市場價格受到政策干預(yù)或補貼影響，無法準確反映供需關(guān)系。
2. 電價低迷使傳統(tǒng)電廠收入不足，投資意愿下降，部分機組提前退役。
3. 機組退役后備用容量不足，系統(tǒng)面臨可靠性風(fēng)險。
4. 可再生能源的波動性進一步增加備用需求，加劇供應(yīng)缺口。
因此，建立發(fā)電容量充裕度機制成為解決上述問題的關(guān)鍵。通過明確可靠性目標、優(yōu)化市場設(shè)計和補償機制，為電力系統(tǒng)提供必要的投資信號和備用容量。
如何解決容量不足的問題？
電力市場容量不足的挑戰(zhàn)多樣化，因此需要針對不同問題設(shè)計與實施合適的容量機制。這些機制不僅關(guān)注短期供需平衡，還要為長期投資創(chuàng)造激勵，從而提高電力系統(tǒng)的可靠性和靈活性。
根據(jù)時間尺度，容量機制可分為三類：
1. 短期解決方案
通過戰(zhàn)略備用機制保留即將退役的老舊機組或快速響應(yīng)的需求側(cè)資源，形成備用容量以應(yīng)對緊急情況。適用于突發(fā)性容量短缺或特定區(qū)域的供需失衡。
2. 中期解決方案
引入容量市場，通過市場化拍賣提前鎖定未來發(fā)電容量需求，提供穩(wěn)定的額外收入來源，保障現(xiàn)有和新建機組的盈利能力。
3. 長期解決方案
采用可靠性期權(quán)機制，通過金融化手段減少市場扭曲，為發(fā)電投資提供長期穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)在低碳轉(zhuǎn)型中實現(xiàn)投資和可靠性平衡。
容量機制的分類與特性
1. 戰(zhàn)略備用
戰(zhàn)略備用機制適用于應(yīng)對短期容量不足問題，主要通過合同保留老舊機組、儲能設(shè)施或需求響應(yīng)資源，確保在極端情況下的備用能力。這類資源不參與日常市場，僅在電力供應(yīng)不足時調(diào)用。
? 設(shè)計特性
? 調(diào)用條件：通常當市場價格高于稀缺信號價格或其他備用資源無法滿足需求時調(diào)用。
? 成本分攤：備用容量的成本通過輸電費或平衡費向用戶分攤。
? 實例：德國的戰(zhàn)略備用
德國從2016年起實施戰(zhàn)略備用機制，通過與老舊燃煤機組簽訂合同，每年保留2000 MW的備用容量。備用機組在市場之外，僅在批發(fā)市場無法滿足需求時調(diào)度。
? 設(shè)計特點：備用調(diào)用價格設(shè)定高于稀缺價格信號，以減少市場扭曲。
? 優(yōu)點：快速見效，能夠在短期內(nèi)增強供應(yīng)能力。
? 缺點：無法解決長期投資激勵不足的問題。
2. 容量市場
容量市場通過競爭性拍賣為發(fā)電容量提供額外收入。容量市場通常以集中式拍賣為主，由市場運營方統(tǒng)一采購未來交割期內(nèi)的容量需求。
? 設(shè)計特性
? 拍賣形式：采用荷蘭式降價拍賣，從價格帽開始，逐輪遞減，直至供需平衡。
? 參與資格：除發(fā)電機組外，儲能和需求響應(yīng)資源也可參與，通常通過降額系數(shù)核定其有效容量。
? 實例：英國的容量市場
英國在2014年引入容量市場，分為提前4年（T-4）和1年（T-1）兩類拍賣。國家電網(wǎng)負責(zé)需求預(yù)測和拍賣設(shè)計，容量提供者通過資格預(yù)審后參與拍賣。
? 效果：在2020年的T-4拍賣中，出清價格為15.97英鎊/kW，授予43,748 MW容量協(xié)議，確保了2023-2024年的容量供應(yīng)目標。
? 優(yōu)勢：通過市場機制明確投資信號，提高容量供應(yīng)可靠性。
? 劣勢：可能導(dǎo)致容量市場外的投資受抑制，并增加社會成本。
3. 可靠性期權(quán)
可靠性期權(quán)是一種金融化機制，將容量補償與現(xiàn)貨市場價格掛鉤。通過支付期權(quán)費用，買方在電力價格超過行權(quán)價格時獲得收益返還，從而平衡容量成本與價格信號。
? 設(shè)計特性
? 行權(quán)價格：通常基于參考技術(shù)（如燃氣聯(lián)合循環(huán)電廠）的邊際成本設(shè)定，動態(tài)調(diào)整以反映燃料、碳排放和其他市場變化。
? 收益機制：在市場價格高于行權(quán)價格時，容量供應(yīng)商需返還差額收益，既提供補償又減少市場扭曲。
? 實例：意大利的可靠性期權(quán)機制
意大利從2011年起設(shè)計并實施可靠性期權(quán)機制，旨在平衡容量市場與能量市場。
? 動態(tài)行權(quán)價格：每月調(diào)整，根據(jù)燃氣成本、碳排放價格等動態(tài)因素設(shè)定。
? 拍賣形式：采用下降型時鐘拍賣，兼顧新建和現(xiàn)有機組的激勵需求。
? 結(jié)果：既提高了市場效率，又通過可靠性期權(quán)的收入穩(wěn)定性，激勵了新建容量投資。
實例對比：機制效果與適用性
在解決容量不足問題時，不同的機制適用于不同的場景，各自有其優(yōu)點和局限性，歐洲國家在實際應(yīng)用中提供了典型案例。以下是三種主要機制的適用場景與特點描述：
1. 戰(zhàn)略備用：短期容量不足的應(yīng)對機制
戰(zhàn)略備用機制主要用于應(yīng)對短期容量不足或突發(fā)性需求波動的場景。這種機制通過與老舊機組或其他備用資源簽訂合同，確保這些資源能夠在關(guān)鍵時刻為系統(tǒng)提供可靠的備用能力。
優(yōu)點：戰(zhàn)略備用實施迅速，成本較低，適合作為緊急情況下的臨時解決方案。其設(shè)計簡單，可以快速增強系統(tǒng)的容量可靠性，特別是在現(xiàn)有機組即將退役但短期內(nèi)尚有利用價值的情況下。
缺點：這種機制只能提供短期保障，無法解決長期投資激勵不足的問題。此外，由于備用資源獨立于市場規(guī)則之外，可能對市場價格信號產(chǎn)生一定的扭曲，影響市場效率。
代表國家：德國和比利時廣泛采用了戰(zhàn)略備用機制。例如，德國通過合同保留了2000 MW的備用容量，這些機組不參與日常市場交易，僅在批發(fā)市場無法滿足需求時調(diào)用。比利時則通過類似措施應(yīng)對核電淘汰計劃下的冬季電力供應(yīng)不足問題。
2. 容量市場：中期規(guī)劃容量需求
容量市場機制用于中期容量規(guī)劃，目的是通過市場化拍賣提前鎖定未來交割期內(nèi)的發(fā)電容量。這一機制既可以保障現(xiàn)有機組的盈利能力，又能為新建機組提供明確的投資信號。
優(yōu)點：容量市場機制的核心優(yōu)勢在于其市場化特性，通過透明的競爭性拍賣，明確供應(yīng)商和消費者的容量需求和成本。其提供的額外收入來源，保障了發(fā)電機組的穩(wěn)定運營和新增投資的吸引力。
缺點：盡管容量市場能有效解決中期容量問題，但其設(shè)計可能對現(xiàn)貨市場產(chǎn)生影響，壓低市場價格，進而抑制市場外的投資。此外，拍賣過程可能增加系統(tǒng)總體成本，尤其在容量需求過高的情況下。
代表國家：英國是容量市場的典型實踐國家。其容量市場分為提前4年（T-4）和1年（T-1）兩類拍賣，通過荷蘭式降價拍賣方式鎖定容量需求。在2020年的T-4拍賣中，英國以15.97英鎊/kW的價格授予了43,748 MW的容量協(xié)議，成功為2023-2024年的供需平衡提供了保障。
3. 可靠性期權(quán)：長期容量保障的金融化機制
可靠性期權(quán)機制適用于容量問題的長期解決方案，其通過金融工具結(jié)合容量補償與價格信號，平衡市場效率和供應(yīng)保障。發(fā)電機組通過期權(quán)費用獲得補償，但需在價格超出行權(quán)價格時返還差價收益，從而激勵市場參與者維持供應(yīng)能力。
優(yōu)點：可靠性期權(quán)的設(shè)計減少了市場扭曲，同時提供了長期的收入穩(wěn)定性。其結(jié)合了容量和能量市場，使發(fā)電機組能夠在現(xiàn)貨市場中基于邊際成本報價，保持價格信號的真實性。此外，可靠性期權(quán)還通過收益返還機制增強了發(fā)電投資的吸引力。
缺點：這一機制的設(shè)計和實施較為復(fù)雜，對市場運營機構(gòu)的計算能力和規(guī)則精細化程度要求較高，初期可能面臨較大的政策協(xié)調(diào)成本。
代表國家：意大利和愛爾蘭是可靠性期權(quán)的典型代表。意大利的機制采用動態(tài)行權(quán)價格，根據(jù)燃氣成本和碳排放等因素進行月度調(diào)整，同時通過復(fù)雜的正向差價返還機制優(yōu)化了容量市場與現(xiàn)貨市場的結(jié)合。愛爾蘭則強制所有容量大于10 MW的發(fā)電機組參與可靠性期權(quán)拍賣，并通過靈活的價格上限確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定。
通過以上三種機制的對比可以看出，不同的機制各有側(cè)重，適用于不同的容量問題和時間尺度。在實際應(yīng)用中，短期可通過戰(zhàn)略備用應(yīng)急，中期利用容量市場規(guī)劃供應(yīng)，而長期則需通過可靠性期權(quán)機制減少市場扭曲并保障投資信心。
根據(jù)不同的時間尺度與問題特性，容量機制需要靈活選擇。短期可通過戰(zhàn)略備用穩(wěn)定系統(tǒng)，中期以容量市場鎖定供應(yīng)，長期則需通過可靠性期權(quán)減少扭曲并激勵投資。設(shè)計機制時，應(yīng)遵循以下原則：
? 公平性：通過透明、非歧視的拍賣機制選擇容量資源。
? 經(jīng)濟性：盡量減少冗余容量與補償成本。
? 協(xié)同性：允許儲能、需求響應(yīng)和跨境資源參與，優(yōu)化全系統(tǒng)資源配置。
跨國容量市場：如何協(xié)同？
隨著歐洲電力市場一體化進程的加速，跨國容量市場的協(xié)同成為應(yīng)對區(qū)域間電力供需不平衡的重要手段。不同國家通過聯(lián)絡(luò)線連接形成電力網(wǎng)絡(luò)，各國資源的互聯(lián)互通為提高系統(tǒng)效率和可靠性提供了可能。然而，如何設(shè)計合理的跨國容量市場機制，使各國利益兼顧，資源利用最大化，仍是一個復(fù)雜的課題。
跨國容量市場的三種機制
歐洲各國根據(jù)實際情況，探索了三種主要的跨國容量市場協(xié)作機制，每種機制都有其適用場景和設(shè)計特點：
1. 隱式機制
隱式機制通過在容量需求計算中直接考慮跨國資源貢獻，而不允許區(qū)外資源直接參與市場。換句話說，本國市場僅對國內(nèi)容量資源開放，跨國資源的影響以調(diào)整需求目標的方式間接反映。
? 設(shè)計特點：簡單易行，不需要復(fù)雜的跨國協(xié)調(diào)機制。
? 案例：法國容量機制中，運營機構(gòu)通過對跨國聯(lián)絡(luò)線容量的估算，隱式扣除了區(qū)外資源的貢獻量。例如，如果某鄰國的發(fā)電機組通過聯(lián)絡(luò)線能夠向法國提供200 MW的容量支持，法國的容量需求目標會相應(yīng)減少200 MW。
? 優(yōu)缺點：隱式機制成本較低，適用于電力互聯(lián)性較弱或資源交換有限的國家。但由于區(qū)外資源無法直接參與市場，可能導(dǎo)致效率損失，也難以充分激勵跨境投資。
2. 半隱式機制
半隱式機制允許聯(lián)絡(luò)線直接參與容量市場，但區(qū)外的具體發(fā)電資源仍無法直接參與。這種機制通過聯(lián)絡(luò)線報價實現(xiàn)部分跨國協(xié)同，聯(lián)絡(luò)線的報價需反映其能夠提供的可靠容量。
? 設(shè)計特點：聯(lián)絡(luò)線的可靠性由歷史數(shù)據(jù)或建模評估，報價成功后聯(lián)絡(luò)線按國內(nèi)容量市場價格獲得補償。
? 案例：英國和愛爾蘭目前采用半隱式機制。愛爾蘭通過與英國的聯(lián)絡(luò)線引入容量，但跨國資源的參與限制在聯(lián)絡(luò)線層面。聯(lián)絡(luò)線根據(jù)容量拍賣的出清價格獲得報酬，同時承擔未能交付容量的罰款。
? 優(yōu)缺點：半隱式機制比隱式機制更高效，能夠反映聯(lián)絡(luò)線對系統(tǒng)的實際貢獻，但仍難以激勵區(qū)外資源直接投資，可能出現(xiàn)責(zé)任劃分不清的問題。
3. 顯式機制
顯式機制允許區(qū)外資源和聯(lián)絡(luò)線直接參與國內(nèi)容量市場的拍賣?？鐕Y源被視為本地市場的容量參與者，其報價與本地資源一起競爭，最終出清的資源無論是國內(nèi)還是區(qū)外，都需要在需求時間內(nèi)提供可靠容量。
? 設(shè)計特點：顯式機制需要對跨國資源設(shè)定準入條件，如可靠性標準、技術(shù)類型等。收益和風(fēng)險由區(qū)外資源和聯(lián)絡(luò)線共享。
? 案例：意大利和波蘭允許區(qū)外資源直接參與容量拍賣。以意大利為例，其顯式機制通過預(yù)拍賣對區(qū)外資源進行資格審查，然后將合格的區(qū)外資源納入正式拍賣。例如，一座鄰國的燃氣機組通過意大利聯(lián)絡(luò)線參與容量拍賣，其報價和本地機組一起出清。如果中標，區(qū)外資源將獲得與國內(nèi)資源相同的補償。
? 優(yōu)缺點：顯式機制效率最高，能夠最大限度利用跨國資源，但其設(shè)計和實施復(fù)雜度較高，需協(xié)調(diào)多國規(guī)則和利益，且可能面臨政治阻力。
歐盟的政策建議
根據(jù)歐盟2019/943指令，跨國容量市場的設(shè)計需要遵循統(tǒng)一的政策指導(dǎo)，以減少市場扭曲，促進資源共享和優(yōu)化。主要措施包括：
1. 引入稀缺定價函數(shù)
在電力供應(yīng)緊張時，通過稀缺定價函數(shù)反映系統(tǒng)供需失衡，促使價格信號更加真實，從而提高市場效率。例如，愛爾蘭通過稀缺定價，在備用不足時采用價格上限高達11,000歐元/MWh的定價，顯著刺激了供應(yīng)側(cè)的響應(yīng)。
2. 促進儲能和需求側(cè)響應(yīng)
鼓勵儲能系統(tǒng)和需求響應(yīng)資源參與容量市場，通過政策支持提高這些資源的市場競爭力。例如，英國容量市場允許儲能系統(tǒng)參與T-1和T-4拍賣，并為需求響應(yīng)提供專門的激勵政策。
3. 將容量機制設(shè)計為臨時性手段
明確容量機制的時間邊界，防止其成為永久性補償手段，從而逐步減少市場扭曲。例如，德國規(guī)定戰(zhàn)略備用合同的期限不超過兩年，以避免對市場信號的長期干預(yù)。
跨國容量市場的價值與挑戰(zhàn)
跨國容量市場機制的核心價值在于通過資源共享降低整體系統(tǒng)成本，同時提高供應(yīng)可靠性和靈活性。然而，其實施面臨以下挑戰(zhàn)：
? 協(xié)調(diào)問題：不同國家的市場規(guī)則、政策目標和電力系統(tǒng)條件差異較大，跨國機制設(shè)計需要復(fù)雜的協(xié)調(diào)工作。
? 責(zé)任劃分：在半隱式或顯式機制中，聯(lián)絡(luò)線或區(qū)外資源未能履約的情況下，責(zé)任和罰款的分攤需要明確。
? 公平性問題：顯式機制可能導(dǎo)致部分國家的資源因價格競爭力不足被排除出市場，從而影響其國內(nèi)投資環(huán)境。
實例總結(jié)：歐洲跨國容量市場的實踐
1. 隱式機制——法國
法國通過隱式機制減少了復(fù)雜跨境協(xié)調(diào)，但因區(qū)外資源無法直接參與，限制了整體效率的提升。
2. 半隱式機制——英國與愛爾蘭
英國和愛爾蘭的聯(lián)絡(luò)線參與機制增加了部分跨國協(xié)同能力，但對區(qū)外資源的激勵作用有限。
3. 顯式機制——意大利
意大利的顯式機制通過允許區(qū)外資源直接參與容量拍賣，實現(xiàn)了效率最大化，但復(fù)雜性和政治成本較高。
通過以上三種機制和政策指導(dǎo)，歐洲逐步推進跨國容量市場的一體化。在未來，如何平衡效率、復(fù)雜性和公平性，將是實現(xiàn)資源共享、提高可靠性的重要課題。這些經(jīng)驗為全球其他區(qū)域的電力市場整合提供了寶貴的借鑒。
