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?？稍偕茉吹钠占昂蛡鹘y(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(fù)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(fù)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(dāng)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?xì)鈾C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(fù)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(biāo)準(zhǔn)中，通常以“失負(fù)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(biāo)準(zhǔn)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，確保可靠性目標(biāo)。
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(dāng)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(zhǔn)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(biāo)、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(dāng)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?jǐn)偅簜溆萌萘康某杀就ㄟ^輸電費或平衡費向用戶分?jǐn)偂?
? 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(fù)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(biāo)。
? 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?；趨⒖技夹g(shù)（如燃?xì)饴?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?xì)獬杀?、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(xì)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?xì)獬杀竞吞寂欧诺纫蛩剡M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(biāo)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(biāo)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(dān)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(zhǔn)入條件，如可靠性標(biāo)準(zhǔn)、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?xì)鈾C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(biāo)，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(biāo)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?jǐn)傂枰鞔_。
? 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。
