中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：張柳潼 水石能源咨詢
01
背景
在電力市場中，資源充裕性和可靠性是非常重要但也難以解決的市場設(shè)計(jì)和政策問題。政策制定者可能會(huì)更喜歡超出純能量市場所能提供的更高水平的可靠性和資源充裕度。
資源充裕度是系統(tǒng)中供需雙方資源滿足負(fù)載的能力。一個(gè)地區(qū)的資源充裕度標(biāo)準(zhǔn)是由監(jiān)管機(jī)構(gòu)通過行政手段制定的，通常會(huì)用失負(fù)荷期望值（Loss of Load Expectation, LOLE）或失負(fù)荷概率（Loss of Load Probability, LOLP）來表示1。該標(biāo)準(zhǔn)會(huì)被列入規(guī)劃要求，以保證目標(biāo)容量儲(chǔ)備裕度高于預(yù)測峰值負(fù)荷。但純能量市場無法從根本上確保產(chǎn)能投資達(dá)到目標(biāo)容量儲(chǔ)備裕度要求。
為了有效解決這一潛在問題，越來越多的競爭性電力市場（如PJM、ISO-NE、NYISO、英國、愛爾蘭等）引入了容量市場。這些市場使用由監(jiān)管機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)運(yùn)營商確定的競爭流程來識(shí)別和吸引合格的資源，以滿足儲(chǔ)備裕度要求，達(dá)到資源充裕度目標(biāo)。
這些容量市場的成熟度不同，但都在不斷發(fā)展中。PJM、ISO-NE和NYISO的容量市場均起源于1999年至2005年期間，并在2000年代中期推進(jìn)。英國容量市場是通過2013年立法建立的，而愛爾蘭容量市場則在2018年重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
容量市場為電力系統(tǒng)提供了以下幾個(gè)好處：
它為符合條件的資源提供額外的收入來源，以彌補(bǔ)他們?cè)谀茉春洼o助服務(wù)市場想要達(dá)到的預(yù)期收入和他們?yōu)闈M足資源充裕度標(biāo)準(zhǔn)所獲得的收入之間的差距。
相比純能量市場，它能降低符合條件資源的收入波動(dòng)。這可以降低風(fēng)險(xiǎn)，使投資更具吸引力，還可降低融資成本。
它能使消費(fèi)者受益于更高的可靠性，雖然消費(fèi)者要在需求預(yù)測方面承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)。
基于市場方法的競爭規(guī)則可以確保容量所需的投資和維護(hù)盡可能高效和透明地完成。在理想情況下，容量市場可以準(zhǔn)確反映資源充裕度在任何時(shí)間點(diǎn)上的邊際成本和價(jià)值。
每個(gè)容量市場設(shè)計(jì)都必須回答以下問題：
什么是容量產(chǎn)品？
容量產(chǎn)品的資格預(yù)審規(guī)則是什么？
需要多少容量產(chǎn)品？
市場定價(jià)機(jī)制是什么？
產(chǎn)品交付有哪些保證？
誰支付費(fèi)用？
在這篇文章中，我們將討論不同的容量市場是如何解決這些設(shè)計(jì)問題的，以及其中一些設(shè)計(jì)特點(diǎn)是如何在不同的國家和地區(qū)中隨時(shí)間而演變的。
02
什么是容量產(chǎn)品？
由于容量市場的目標(biāo)是確保資源充裕度，因此容量產(chǎn)品的定義必須對(duì)應(yīng)于資源充裕度的兆瓦“需求”，并且必須有與可靠性目標(biāo)一致的明確義務(wù)。一個(gè)容量產(chǎn)品的典型定義是具有兆瓦容量供應(yīng)義務(wù)，是可用的或能運(yùn)行的，能向系統(tǒng)提供至少與他們所承諾的一樣多的可靠性價(jià)值，期限通常為一年，會(huì)因未能執(zhí)行而受到處罰。換句話說，容量供應(yīng)義務(wù)是在需要時(shí)提供能源和輔助服務(wù)，會(huì)因不可用或不執(zhí)行而遭受處罰。
此外，還有需要確定交付容量產(chǎn)品的遠(yuǎn)期期限。早期的容量市場實(shí)際上是短期現(xiàn)貨市場，需要在采購后幾天或幾個(gè)月內(nèi)交付產(chǎn)能。然而，短期市場限制了新的潛在進(jìn)入者參與市場的能力。競爭減少，增加了現(xiàn)有發(fā)電企業(yè)行使市場勢力的可能性。
隨著時(shí)間的推移，大多數(shù)容量市場（NYISO除外2）的遠(yuǎn)期期限已經(jīng)變?yōu)榱烁L的三到四年，以此降低新進(jìn)入者的投資風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)競爭。雖然更長的期限有助于促進(jìn)市場競爭并降低成本，但它會(huì)帶來一些由于負(fù)荷預(yù)測的不確定性所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。因此補(bǔ)充拍賣被引入遠(yuǎn)期容量市場，以便隨著負(fù)荷預(yù)測變得更準(zhǔn)確以及考慮可獲得的資源容量在接近交付日期時(shí)發(fā)生的變化，進(jìn)行平衡調(diào)整。
早期容量機(jī)制采用的是系統(tǒng)的容量義務(wù)，沒有考慮到傳輸擁塞和本地可靠性指標(biāo)，這導(dǎo)致一些地區(qū)會(huì)出現(xiàn)容量短缺和可靠性的問題?，F(xiàn)在，大多數(shù)國際容量市場對(duì)不同區(qū)域都有不同的容量要求和定價(jià)，后者還能反映其傳輸能力限制。
近年來，業(yè)界一直在討論將“燃料安全”和“清潔”屬性納入遠(yuǎn)期容量市場的考量范圍。例如，PJM一直在考慮對(duì)其容量市場施加限制，以確保擁有最低數(shù)量能滿足燃料安全要求的容量。3幾個(gè)美國的容量市場（PJM、ISO-NE、NYISO）也一直在考慮將清潔屬性（clean attributes）整合到其容量市場中，以應(yīng)對(duì)發(fā)電燃料組合向產(chǎn)生更少或零溫室氣體排放資源的轉(zhuǎn)變。
03
容量產(chǎn)品的資格預(yù)審規(guī)則是什么
容量產(chǎn)品的資格預(yù)審規(guī)則是整個(gè)市場設(shè)計(jì)中最具爭議的方面之一。為了減少爭議，最好的國際實(shí)踐包括：
使用技術(shù)中立的思路來制定資格預(yù)審規(guī)則，這要考慮所有現(xiàn)有和計(jì)劃中的資源，包括傳統(tǒng)的火力發(fā)電容量、需求響應(yīng)、進(jìn)口、光伏、風(fēng)能和儲(chǔ)能。
經(jīng)過評(píng)級(jí)來確保所有資源都是合格的，保證每兆瓦容量提供相同的邊際可靠性值。
具體的資質(zhì)授權(quán)規(guī)則在不同的管轄區(qū)中略有不同。
對(duì)于可調(diào)度的火力發(fā)電容量，大多數(shù)市場依賴于同一種方法，即根據(jù)預(yù)期的計(jì)劃內(nèi)和計(jì)劃外停電頻率調(diào)整資源的裝機(jī)容量，確保能在供應(yīng)短缺期間提供容量。
對(duì)于太陽能、風(fēng)能、儲(chǔ)能和需求響應(yīng)，許多市場已開始使用基于有效負(fù)荷承載能力（Effective Load Carrying Capability，ELCC）的方法，以等效的最終可用容量來顯示間歇性和電量有限資源的容量貢獻(xiàn)。ELCC的計(jì)算依賴于電力不足概率（LOLP）模型，該模型模擬了電力系統(tǒng)幾十年在不同負(fù)荷和資源條件下的運(yùn)行情況。該模型可用于比較間歇資源和電量有限資源的可靠性貢獻(xiàn)，得出其容量貢獻(xiàn)如圖1所示。
圖 1：ELCC 的計(jì)算圖片
A：計(jì)算具有所需間歇或電量有限資源系統(tǒng)的可靠性值
B：從系統(tǒng)中移除間歇或電量有限資源，增加固定容量，直到系統(tǒng)可靠性值等于步驟A
間歇或能源有限資源的ELCC即是步驟B中所增加的固定容量
在ELCC方法下，太陽能和風(fēng)能的容量貢獻(xiàn)隨著其滲透率的增加而下降。此外，ELCC方法能反映太陽能和風(fēng)能發(fā)電的季節(jié)性模式；PJM和新英格蘭也因此引入了允許容量資源季節(jié)性匹配的方法。
04
需要多少容量產(chǎn)品？
在容量市場中，需求曲線確定了在每個(gè)容量數(shù)量下的最大支付意愿。需求曲線的設(shè)計(jì)與滿足可靠性指標(biāo)目標(biāo)一致，即采購足夠的容量以滿足所預(yù)測的年度負(fù)荷高峰加上所需要的儲(chǔ)備裕度。
早期的容量市場機(jī)制是使用垂直需求曲線的，它解決了與資源充裕度要求相等的固定數(shù)量的裝機(jī)容量。這意味著，比固定容量稍低的每兆瓦容量可靠性價(jià)值實(shí)際上就是價(jià)格上限，比固定容量稍高的每兆瓦容量可靠性價(jià)值即為零。這導(dǎo)致價(jià)格波動(dòng)和新投資者的不確定性過大，也使容量市場更容易受到市場力的影響。
從早期的容量市場設(shè)計(jì)中得出的修改經(jīng)驗(yàn)是：使用向下傾斜的需求曲線，這能讓在資源充裕度要求附近的容量價(jià)格變得平穩(wěn)。當(dāng)容量充裕度降低，價(jià)格上升，發(fā)出激勵(lì)發(fā)電商投資的價(jià)格信號(hào)，但設(shè)置了價(jià)格上限確保價(jià)格波動(dòng)不會(huì)過大；當(dāng)容量過剩，價(jià)格下降，降低新投資者進(jìn)入市場的熱情。圖2是國際容量市場使用的各種需求曲線，每一條都是根據(jù)其特定的市場條件量身定制的。
圖2：美國和英國容量市場需求曲線
來源：The Brattle Group
PJM Interconnection, "2021/2022 RPM Base Residual Auction Planning Period Parameters," February 2018.
ISO New England, "Forward Capacity Market (FCA 12) Result Report," May 2018.
New York Independent System Operator, "ICAP Translation of Demand Curve (Summer 2018)," March 2018.
McNamara, Fergal, “Capacity Market,” United Kingdom Department of Energy & Climate Change, June 25, 2014.
需求曲線由三個(gè)關(guān)鍵特征組成。
可靠性指標(biāo)：需求曲線的數(shù)量點(diǎn)是根據(jù)維持電網(wǎng)可靠運(yùn)行所需的可靠性指標(biāo)建立的。即使在多變的供需條件下，需求曲線的設(shè)計(jì)也必須符合該標(biāo)準(zhǔn)。
新進(jìn)入容量的凈成本（Net CONE）：需求曲線的定價(jià)點(diǎn)是基于Net CONE確定的，即所預(yù)計(jì)的長期邊際供應(yīng)成本或在需要時(shí)吸引新資源所需的價(jià)格。
需求曲線形狀：大多數(shù)地區(qū)的需求曲線都是向下傾斜的，與垂直曲線相比，它們有著可靠性、定價(jià)和競爭優(yōu)勢。向下傾斜的曲線分別以可靠性指標(biāo)和新進(jìn)入的凈成本為橫縱坐標(biāo)軸，擁有清晰的特定形狀、位置和參數(shù)，如價(jià)格上限、數(shù)量上限、斜率（s）、寬度和x截距。這些所有選擇都會(huì)影響容量拍賣的結(jié)果，包括采購的容量數(shù)量、可靠性、消費(fèi)者成本和價(jià)格波動(dòng)。
05
市場定價(jià)機(jī)制是什么？
國際容量市場采用統(tǒng)一出清價(jià)格拍賣，所有取得資質(zhì)的資源每兆瓦容量獲得相同的邊際價(jià)格（圖3）。統(tǒng)一定價(jià)可以激勵(lì)供應(yīng)商以成本價(jià)供貨，這有助于確保以最低成本采購容量，并為投資和消費(fèi)提供有效的長期信號(hào)。
圖3：統(tǒng)一價(jià)格
容量資源的默認(rèn)交付期限通常為一年。盡管如此，一些容量市場（如英國、ISO-NE和愛爾蘭）允許新資源和翻新資源的出清價(jià)格“鎖定”多年。人們認(rèn)為，這種方法有助于減少收入的不確定性，從而有助于降低資本密集型新資源或翻新現(xiàn)有資源的融資成本。
表1：容量市場的鎖定價(jià)格
06
產(chǎn)品交付有哪些保證？
收到容量費(fèi)用的供應(yīng)商將承擔(dān)參與電能量和/或輔助服務(wù)市場的義務(wù)，以及參與計(jì)算合格容量級(jí)別所需的性能測試和數(shù)據(jù)收集活動(dòng)。
容量績效激勵(lì)和懲罰對(duì)于鼓勵(lì)績效和鞏固容量產(chǎn)品的價(jià)值非常重要。隨著時(shí)間的推移，ISO-NE和PJM都引入了更為嚴(yán)格的績效激勵(lì)系統(tǒng)，極大地激勵(lì)了供應(yīng)商在系統(tǒng)短缺的情況下提供更多的能源。
ISO-NE發(fā)展了績效激勵(lì)的概念方法，因?yàn)槿藗冊(cè)絹碓綋?dān)心容量可用性和績效的歷史衡量標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際需求之間的聯(lián)系并不充分，并且對(duì)資源績效的實(shí)時(shí)激勵(lì)不足。5 一些舊資源收取了容量費(fèi)用，但在需要使用時(shí)卻很少有所表現(xiàn)。此外，新英格蘭地區(qū)持續(xù)的冬季“寒流”和天然氣管道限制表明，一些資源在緊急情況下無法提供能源，但仍然在收取容量費(fèi)用。解決方案是為容量費(fèi)用設(shè)立一種兩階段的結(jié)算機(jī)制：（1）發(fā)電商以容量拍賣出清價(jià)收取容量費(fèi)用；（2）對(duì)在發(fā)生緊急事件期間表現(xiàn)不佳的容量賣家進(jìn)行處罰，所收取的罰款作為獎(jiǎng)金獎(jiǎng)勵(lì)給表現(xiàn)優(yōu)秀的供應(yīng)商。6
在2014年極地渦漩事件表現(xiàn)不佳后，PJM采用了ISO-NE的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了輕微的修改。極地渦漩在整個(gè)PJM市場區(qū)域造成了長時(shí)間低溫，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)宕機(jī)情況遠(yuǎn)比預(yù)期嚴(yán)重。7
07
容量市場如何回收成本？
在國際容量市場中，容量成本分配給消費(fèi)者或?yàn)榻K端用戶提供服務(wù)的零售商，并與他們?cè)诟叻鍟r(shí)段所承擔(dān)的負(fù)荷成比例。這種費(fèi)用分配機(jī)制可以有效促進(jìn)消費(fèi)者在高負(fù)荷時(shí)段減少需求。
PJM的容量成本是根據(jù)一年中五個(gè)高峰時(shí)段的實(shí)際消耗分配的8。每個(gè)消費(fèi)者的峰值負(fù)荷貢獻(xiàn)（PLC）是根據(jù)其在（5個(gè)）峰值期間的消費(fèi)量計(jì)算，每個(gè)零售商都有義務(wù)反映其所有消費(fèi)者PLC的總和。
ISO-NE市場中，容量成本是根據(jù)一個(gè)負(fù)荷峰值來分配的。9 與PJM類似，ISO-NE有相對(duì)較高的峰值負(fù)荷，因此它尋求將容量價(jià)格信息集中在一年中最高的負(fù)荷小時(shí)。容量成本的分配根據(jù)上一年中整個(gè)系統(tǒng)相同峰值負(fù)荷期間的消耗情況進(jìn)行。
英國容量市場依據(jù)的是較為寬泛的高峰期定義。10 英國將11月至2月期間任何工作日的17:00 - 19:00時(shí)段定為高峰時(shí)段或“高需求時(shí)段”。消費(fèi)者將依據(jù)其在這些期間的消耗量（MWh）被收取費(fèi)用。
注釋（上下滑動(dòng)查看）
1.例如，許多北美地區(qū)的電力不足標(biāo)準(zhǔn)是十年發(fā)生一次失負(fù)荷事件(1-in-10)，而英國的供電安全標(biāo)準(zhǔn)則是每年三小時(shí)的電能不足期望值。
2.NYISO曾在不同場合研究過轉(zhuǎn)向更長的遠(yuǎn)期期限的好處。研究普遍得出結(jié)論，雖然從可靠性和新資源開發(fā)激勵(lì)的角度來看，較長的遠(yuǎn)期可能會(huì)帶來好處，但考慮到當(dāng)時(shí)的市場和系統(tǒng)條件以及現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的成功經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)向更長的遠(yuǎn)期是既沒有必要也沒有保障的。
3.PJM, Fuel Security Senior Task Force, accessed May 2019. www.pjm.com/committees-and-groups/closed-groups/fsstf.aspx
4.S&P Global, PJM stakeholders mull creating a market for clean energy resources
5.ISO New England (ISO-NE) (2017a), “FCM Performance Incentives Key Project.” Posted at: https://www.iso-ne.com/committees/key-projects/fcm-performance-incentives
6.See PJM Manual 18, Section 8.4A. See also p. 8 of Borgatti, Michael, “Comparison of Performance-Based Capacity Models in ISO-NE and PJM,” June 2, 2016. Posted at:http://www.pjm.com/~/media/committees-groups/task-forces/urmstf/20160602/20160602-item-09-pay-for-performance-and-capacity-performance-comparison.ashx
7.PJM Interconnection, L.L.C., 151 FERC ? 61,208 (June 9, 2015).
8.PJM, Manual 18: PJM Capacity Market, Section 7 (pp. 149-155), January 2019.
9.ISO-NE, Demand-Side Settlement – FCM Charges, October 2018.
10.EMR Settlement Limited, G12 – Supplier Capacity Market Demand Forecast, June 2018.
（本文原文為英文，由eo實(shí)習(xí)記者劉昭宏翻譯，eo記者姜黎編輯，已經(jīng)作者本人審定）
