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電力市場下的發(fā)電容量充裕性問題
供電可靠性包括短期可靠性和容量充裕性。短期可靠性是指電力系統(tǒng)防御突發(fā)干擾的能力，為防止電力系統(tǒng)崩潰，尤其保障高峰時段的供電可靠性，主要依靠的手段有：調(diào)度機構(gòu)日內(nèi)甚至實時的決策，過去投資的發(fā)電機組提供運行備用服務，以及調(diào)度機構(gòu)切負荷、調(diào)入電力等；容量充裕性是指電力系統(tǒng)在未來任何時候都能滿足電力電量需求的能力，主要是依靠提前2年及以上的投資決策，通過新建尖峰電廠和基荷電廠，從而滿足電力需求的增長，并提供足夠的備用容量以應對極端情況。
容量充裕性作為一種保障電力系統(tǒng)長期安全的公共產(chǎn)品，具有非競爭性和非排他性。其非競爭性是指，發(fā)電公司決策投資新的電力設施后，全社會都可以從中獲益，即享受到更為安全的電力系統(tǒng)；非排他性是指，容量充裕性一旦供給，便是全員無差別享用，無法根據(jù)每個消費者的供應可靠性偏好和相應的支付意愿，而對保障長期供電安全的服務進行個性化定制。
典型容量機制的觸發(fā)及應用
容量機制是以確保未來電力供應安全，即保障電力系統(tǒng)在面對高峰負荷時發(fā)電容量充裕為目標，以提供除電能量市場與輔助服務市場以外有保證的容量付費為手段，而建立的一種經(jīng)濟激勵方式。容量機制使得為滿足高峰負荷需求而提供發(fā)電容量的投資者可以收回投資成本并獲得一定程度的經(jīng)濟回報，其核心是在經(jīng)濟性和可靠性之間進行協(xié)調(diào)。
在全球多個運營的電力市場中，為確保發(fā)電容量充裕性采用的方法各不相同，并仍處于改進完善甚至重新構(gòu)建的過程中。不同國家基于本國不同國情、不同需求（見表1），選擇不同的容量機制，典型的包括戰(zhàn)略備用、容量拍賣、可靠性期權(quán)、具有可交換證書的容量義務和容量支付（見表2）。
戰(zhàn)略備用機制是通過與到期應該退出市場運行的老舊機組，進行容量招標簽訂備用合同，或者通過確保在合同期內(nèi)收回投資者的資本成本來激勵尖峰容量的投資，在系統(tǒng)遇到可靠性問題時，由調(diào)度機構(gòu)統(tǒng)一調(diào)用，從而確保供電安全的一種方式。這部分機組屬于專門預留，只有當電量市場無法提供充足容量時，戰(zhàn)略備用機組才會投入使用。因此，也只有當市場價格高于釋放稀缺價格信號時，才會調(diào)用這部分備用機組，以保證電力系統(tǒng)所期望的高峰容量備用得到滿足。但這種機制存在一定的缺陷。首先，這些發(fā)電設施基本上都是老舊機組，在應對實時平衡需求方面缺乏靈活性，因此僅適合在嚴重依賴水電的國家中，用于應對季節(jié)間或者干旱年份的變化，如瑞典、比利時（比利時為淘汰核電，打算用容量義務模式取代戰(zhàn)略備用）、德國（僅作為臨時方案）、挪威和芬蘭。其次，隨著用電需求的增加，為保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，將不得不增加戰(zhàn)略備用容量，甚至投資建設新的機組，增加戰(zhàn)略備用中的新建電源合同，而這會導致電能市場的參與者進一步減少，扭曲市場功能，同時也存在市場力泛濫的可能。
英國與美國的PJM、新英格蘭和紐約的容量市場經(jīng)過不斷的改進與完善，逐步發(fā)展為容量拍賣、可靠性定價模型(Reliability Pricing Model, RPM）、區(qū)域裝機容量（Locational Installed Capacity, LICAP）市場方法和遠期容量市場（Forward Capacity Market, FCM）等。由有關(guān)機構(gòu)，通常是電力運營商，提前幾年評估保障電力供應長期安全需要的容量，通過拍賣遠期容量合同或長期可靠性期權(quán)來保證所需容量的供應，之后市場內(nèi)具有可靠性的機組和需求響應都可以進行報價，通過類似現(xiàn)貨市場集中出清的過程，來確定最終容量支付價格。因此，這種容量機制模式可以通過控制容量規(guī)模來確保對總?cè)萘康挠行б?guī)劃。在遠期容量合同（或可靠性期權(quán)合同）的約束下，發(fā)電企業(yè)為了在交付期不被罰款，需要投資足夠的容量來對沖簽訂的容量合同。遠期容量合同或可靠性期權(quán)合同旨在激勵對新的調(diào)峰發(fā)電廠進行投資，并為這些新的容量資源提供了建設期，使得存量容量、新進入容量和小型發(fā)電機組都有機會參與拍賣，穩(wěn)定了調(diào)峰機組的收入，同時，遠期合同只需覆蓋低于中標價格的容量供應者，供應商和發(fā)電商的風險均較小。但是，這種機制最適合于“強制電力庫”市場模式，在“雙邊交易”市場模式中，對于容量或可靠性實際責任的界定較復雜、技術(shù)難度較大。且容量拍賣可能會讓已過還本付息期的煤電機組得到額外的收入，而低碳靈活性容量由于成本報價高，難以在容量拍賣中平等競爭。
澳大利亞、法國、美國的CAISO和SPP采用的是具有可交換證書的容量義務模式，電力市場上的各種參與者都被要求為容量市場的實施作出貢獻，監(jiān)管機構(gòu)為認證的容量分配了一定數(shù)量的證書，分配額度與減少電力系統(tǒng)故障風險的貢獻相匹配。大用戶或電力供應商有義務根據(jù)其未來消費或供應量，自我評估掛鉤提供或者削減的發(fā)電容量，并獲得簽發(fā)的容量證書，再加上一個儲備保證金。通過出售容量證書來實現(xiàn)可靠性容量和需求響應的價值，如果供應商或消費者未按照合同規(guī)定的水平履行容量供應或者削減，他們將受到經(jīng)濟處罰。但是，由于容量證書的期限相對較短，該機制對新進入容量供應商的激勵作用可能很小。
容量支付模式是有關(guān)部門根據(jù)理想市場中實現(xiàn)可靠性滿足的最優(yōu)容量值，在數(shù)學預期中，這種最優(yōu)值相當于在電力供應緊張情況下容量限制的影子價格與將要建設投資的邊際調(diào)峰電力設施的成本，由監(jiān)管機構(gòu)預先確定費用并支付給容量供應商，接受容量固定補償?shù)碾姀S可以繼續(xù)參與現(xiàn)貨市場。意大利（近期決定轉(zhuǎn)向容量拍賣）、波蘭、葡萄牙和西班牙目前采用的是目標容量支付，即有關(guān)部門對符合條件的機組定期發(fā)放補貼，而愛爾蘭則采用了全市場的容量支付。但是，容量支付模式為行政干預發(fā)電機組的空間分布和組成提供了更多的可能性，同時，這種機制可以視為一種補貼形式，近中期可能會刺激新的化石能源發(fā)電機組的建設。而且，未來隨著電力系統(tǒng)的構(gòu)成發(fā)生變化，若取消可能需要經(jīng)歷艱難的過程。
目前常見容量機制設計誤區(qū)
不能設計成能量補償
能量補償是指電力系統(tǒng)可靠性和電源投資水平由市場參與者根據(jù)電能量市場的價格信號而非規(guī)定的容量要求來確定，允許發(fā)電商通過尖峰時刻產(chǎn)生的稀缺電價回收成本并創(chuàng)造收益。理想的電力市場狀態(tài)下，需求對價格有著及時的反應，供應不足時價格就會上漲，直到有足夠的容量來滿足負荷需求，且滿足負荷需求的所有容量都按照尖峰時刻的稀缺電價進行結(jié)算（見圖1左）。理論上講，稀缺電價機制需要的監(jiān)管干預措施是最少的，其市場設計也簡單透明，這樣所有的容量不論有沒有被使用，其意義是一樣的，都是為了保證電力系統(tǒng)的可靠性和長期穩(wěn)定性而存在，需要投資建設足夠的容量來滿足尖峰負荷。
在真實的電力市場中，由于需求側(cè)不夠靈活，無法及時響應負荷削減，而且稀缺電價僅反映短時的供需，會給系統(tǒng)長期容量充裕性以及發(fā)電投資帶來較大的風險。同時，失負荷價值和稀缺定價機制仍需通過類似行政的手段確定，計算困難。制定的稀缺電價過高，難以通過市場監(jiān)管消除市場力帶來的價格虛高，且突然飆高的電價會提高用戶的用能成本，并對電力市場的穩(wěn)定性產(chǎn)生沖擊，中國的電力市場對于尖峰時刻極高電價的接受度不高。制定的稀缺電價過低，容量供應商則無法通過用電尖峰時段的收入回收資本成本，發(fā)電容量經(jīng)濟效益持續(xù)虧損會導致設備最終關(guān)停，或者無法激勵新的具有靈活性的容量投資，最終導致尖峰時段電力供給不足，電力系統(tǒng)穩(wěn)定性降低甚至出現(xiàn)崩潰。如果一年中出現(xiàn)的尖峰時段價格較低，那么僅參與尖峰時段的機組凈收入將不足以支付大量被需要的電力，從而造成“缺錢”問題（見圖1）。
容量構(gòu)成不能是單一機組
容量市場設定的目的是保證電力供應的可靠性和長期充裕性，隨著煤電逐步退出和可再生能源的高比例接入，為滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定和綠色可持續(xù)發(fā)展的雙重要求，容量構(gòu)成不應設置成為單一機組，而要適時將不同類型的機組有序引入容量市場，通過透明且無準入壁壘的市場規(guī)則來提升容量市場產(chǎn)品豐富度，增強市場抗風險能力。我國不同類型的機組有序引入容量市場可大致分為兩個階段，第一階段考慮將高可靠性的火電、氣電、核電和水電機組等按地區(qū)實際情況納入容量市場，充分進行市場交易，提供市場經(jīng)驗；第二階段在市場較為成熟之后，再準許出力波動性較大的非水可再生能源進入容量市場。同時，容量市場的構(gòu)成除了在發(fā)電側(cè)引入不同類型的機組之外，還可以在需求側(cè)通過需求側(cè)響應、虛擬電廠、儲能等方式參與容量市場，進一步提高電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。
不應該成為落后機組的保護傘
落后機組參與容量構(gòu)成，使其在容量短缺時才被調(diào)用，而不參與電能量市場，是某些國家戰(zhàn)略備用機制的運行方式。在這種機制下，此類機組的唯一收入來源就是簽署的戰(zhàn)略備用合約，最終這些老舊機組的成本傳導到用戶，將導致終端電價上升。同時，戰(zhàn)略備用機組不參與現(xiàn)貨市場，也無法對發(fā)電商的投資行為起到正向激勵作用，落后機組占比過高，電力系統(tǒng)靈活性仍然有限。
發(fā)電機組的新進入成本（CONE, Cost of New Entry）包括自有資金投資回報、還本付息、折舊和固定運維成本，計算并分析全國不同時期投產(chǎn)的各等級容量煤電機組的平均CONE（見圖2），可以發(fā)現(xiàn)，新投產(chǎn)1000兆瓦煤電機組的CONE比新投產(chǎn)的600兆瓦低11%，新投產(chǎn)的高效煤電機組具有一定成本優(yōu)勢。但是早期投產(chǎn)的低效機組中，除100兆瓦低效機組外，200兆瓦和300兆瓦機組的平均CONE分別為225元/千瓦·年和182元/千瓦·年，比中期投產(chǎn)的600兆瓦等級機組成本少21%和36%，比新投產(chǎn)的1000兆瓦等級機組成本少28%和42%。在容量拍賣市場中，出現(xiàn)低效的老舊機組比新機組固定成本低的現(xiàn)象，低效的老機組在容量競價中會更具競價優(yōu)勢。因此，這些已經(jīng)完成還本付息過程、收回固定成本的老舊煤電機組，將通過容量拍賣市場得到額外的收入，擠壓高效靈活機組的發(fā)展空間，產(chǎn)生了落后煤電產(chǎn)能難以退出市場的“激勵扭曲”現(xiàn)象，破壞了脫碳電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。
因此，在容量機制設計中，需要發(fā)揮市場“看不見的手”的作用，讓各類機組充分參與市場競爭，同時需要考慮由于早期投產(chǎn)煤電機組的固定成本低而造成的“激勵扭曲”現(xiàn)象。通過完善環(huán)保等相關(guān)政策，設定更加嚴格的排放績效，使得部分老舊機組和高耗能機組加速退出，從而實現(xiàn)電源結(jié)構(gòu)的低碳轉(zhuǎn)型。
應采用市場的手段，而不是贖買
我國當前處于容量市場起步階段，多地對于容量市場的構(gòu)建進行了有益的探索，同時也暴露出一些問題。山東省將容量成本按照政府制定的容量補償價格從用戶側(cè)收取，參與電力現(xiàn)貨市場的煤電機組試行容量補償電價，標準暫定為0.0991元/千瓦時（含稅），每月按機組的折算容量進行分配，已完成折舊的機組可獲得80%的補償，未完成折舊的機組可獲全部補償，檢修、非停等不可用容量要被扣除。容量補償能緩解一定經(jīng)營壓力，但這種贖買的方式無疑是有缺陷的，管制的靈活性滯后于市場調(diào)節(jié)，政府預先制定的容量補償價格未必與市場行情相符，定價過高會增加用戶成本，定價過低則無法對發(fā)電商投資起到激勵作用，政策的變化也會使得市場在振奮和蕭條間來回波動，不利于市場的穩(wěn)定建設。因此，為了更好地激發(fā)容量市場活力，應采用市場化的方式反映容量的價值，來避免系統(tǒng)需要的機組因為經(jīng)營虧損退出和激勵新的靈活性容量投資進入（見圖3）。
我國容量機制建設的總體思路
中國建設容量機制的目的主要是：隨著短時尖峰負荷增長過快，鼓勵需求響應來削減負荷；隨著間歇性可再生能源不斷增加，增加靈活性容量的價值；保障電力系統(tǒng)需要的調(diào)峰機組，能夠收回資本成本并獲得一定的收益；隨著靈活性需求的增加，鼓勵投資具有快速響應的容量設施滿足尖峰負荷；不是為虧損的煤電機組提供額外的收入，落后高碳機組需要退出市場，加快脫碳電力系統(tǒng)進程。因此，給出我國容量機制建設的總體思路如下：
一是及早謀劃，提前布局。對于中國電力市場而言，盡管現(xiàn)階段容量市場并未被納入電力市場建設重點，但建立容量機制仍有其必要性。當前，需要充分借鑒各國容量機制運行的經(jīng)驗和教訓，結(jié)合我國的電力發(fā)展特點，盡早布局謀劃具有中國特色的容量市場建設。
二是加強頂層設計，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)改革舉措。電力市場體系設計是系統(tǒng)工程，牽一發(fā)而動全身。加強電力市場體系頂層設計，需要統(tǒng)籌考慮電能量市場、容量市場和輔助服務市場，甚至是碳市場、綠證機制等，既要考慮當前存量資源優(yōu)化運行需要，也要考慮長期供給安全需要，既要考慮充分激勵降低可變運行成本需要，也要考慮國有資產(chǎn)沉沒成本回收需要等。容量市場可以填補發(fā)電資源電量收益與成本之間的差距，但不應將其當作確保發(fā)電資源利潤的工具，應將容量市場視為一個安全保障，以補償電量市場稀缺電價不足缺失的收益。必須明確容量市場應作為能量現(xiàn)貨市場的補充并配合輔助服務市場，進而實現(xiàn)電力市場的體系化設計。
三是分階段建立容量市場。市場建設初期，可以采用輔助服務市場與電量市場非聯(lián)合出清的方式，因為市場規(guī)則比較簡單清晰，實施和運行起來相對容易，市場管理者易于追溯運行結(jié)果，市場監(jiān)管者容易監(jiān)督市場，發(fā)現(xiàn)可能的違規(guī)行為。電力市場成熟化后，可以采用輔助服務市場、容量市場與電量市場聯(lián)合出清，尋找系統(tǒng)較長時間跨度的最優(yōu)運行方式，解決網(wǎng)絡阻塞的問題。鑒于中國國情，控制電價和保證電力可靠性的需求仍然存在。短期來看，以戰(zhàn)略備用為代表的目標容量機制適用于中國電力市場，這是由于中國目前電力供大于求，存在大量老舊機組，戰(zhàn)略備用容量機制可以作為老舊機組退出電量市場的合理路徑；長期來看，全市場容量機制將更適用于中國較為復雜的電力市場，較之于行政管控，以市場力量為主體可以更好推動容量市場的平穩(wěn)有序發(fā)展，幫助形成健全合理的電力市場。同時，中國各省間電力供需情況差異較大，應根據(jù)各省的不同情況，確定容量市場建設方向。
四是因地制宜來探索建立差異化的容量激勵機制。因資源稟賦不同，我國各區(qū)域電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)差異很大。單一電源結(jié)構(gòu)系統(tǒng)容量激勵機制設計相對簡單，而復雜電源結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的容量激勵機制設計，則需要充分考慮存量電源成本差異、增量電源結(jié)構(gòu)調(diào)整需要等因素。容量機制還應考慮區(qū)域的多樣性，允許外部容量資源參與實現(xiàn)跨境交付。綜合多方考慮，兼顧效率與公平，探索設計差異化的容量市場機制，才能滿足多政策目標需要。中國目前剛剛開始探索建立容量市場，整個市場體系所處的階段不同，資源稟賦不同，外國的市場設計和改革不一定對中國全都適用。尤其是美國能夠快速調(diào)節(jié)的燃氣機組較多，加之其負荷峰谷差較小，調(diào)峰壓力較小，而中國的電力結(jié)構(gòu)以煤電為主，實現(xiàn)短時間內(nèi)快速啟停的能力有限，同時，中國近年來大力發(fā)展可再生電力，需要更豐富的靈活性資源。因此，開展同中國實際相符合的容量機制設計，仍然需要初步有個基礎構(gòu)思，并在實踐中不斷修正。
五是探索容量支持輔助機制設計。低碳轉(zhuǎn)型背景下電力市場改革過程中，需要大量新建容量和靈活容量（儲能裝置），在確保提供充裕備用的同時應對低碳清潔電源的間歇特性。因此，需要針對性地設計輔助機制，彌補所需容量因成本高、收益不確定等因素導致的市場競爭不足。其中，新建容量應采用加長新建容量時限的方法（保證收益穩(wěn)定、減少投資風險），具體時限應結(jié)合中國國情確定。另外，由于電力行業(yè)的天然壟斷特性，為避免市場力濫用，保證公平并促進小型電力公司的參與，中國今后開展容量市場時建議采用密封拍賣的設計。
六是調(diào)整煤電定位，部分機組由電量機組向容量機組轉(zhuǎn)變。對于現(xiàn)有煤電容量，應充分利用，通過政策逐步建立完善容量市場，引導煤電積極參與調(diào)峰等輔助服務，加強對新能源消納的支撐。同時應審視火電利用小時數(shù)這一重要評價指標在新形勢下的適用度，考慮煤電定位的調(diào)整變化，建立包含電量、輔助服務、容量供給等服務在內(nèi)的煤電角色評估機制。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2021年02期，作者袁家海系華北電力大學經(jīng)濟與管理學院教授、新能源電力與低碳發(fā)展研究北京市重點實驗室副主任，張為榮、楊炯君供職于華北電力大學經(jīng)濟與管理學院
原標題：電力容量機制設計與完善的關(guān)鍵要點探析
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