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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(wù)，以及調(diào)度機構(gòu)切負(fù)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(yīng)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(shè)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(yīng)可靠性偏好和相應(yīng)的支付意愿，而對保障長期供電安全的服務(wù)進行個性化定制。
典型容量機制的觸發(fā)及應(yīng)用
容量機制是以確保未來電力供應(yīng)安全，即保障電力系統(tǒng)在面對高峰負(fù)荷時發(fā)電容量充裕為目標(biāo)，以提供除電能量市場與輔助服務(wù)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(fù)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(wù)和容量支付（見表2）。
戰(zhàn)略備用機制是通過與到期應(yīng)該退出市場運行的老舊機組，進行容量招標(biāo)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(yù)留，只有當(dāng)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(dāng)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(shè)施基本上都是老舊機組，在應(yīng)對實時平衡需求方面缺乏靈活性，因此僅適合在嚴(yán)重依賴水電的國家中，用于應(yīng)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(wù)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(shè)新的機組，增加戰(zhàn)略備用中的新建電源合同，而這會導(dǎo)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(yīng)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(yīng)，之后市場內(nèi)具有可靠性的機組和需求響應(yīng)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(shè)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(biāo)價格的容量供應(yīng)者，供應(yīng)商和發(fā)電商的風(fēng)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(zé)任的界定較復(fù)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(wù)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(rèn)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(fēng)險的貢獻相匹配。大用戶或電力供應(yīng)商有義務(wù)根據(jù)其未來消費或供應(yīng)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(yīng)的價值，如果供應(yīng)商或消費者未按照合同規(guī)定的水平履行容量供應(yīng)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(yīng)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(xué)預(yù)期中，這種最優(yōu)值相當(dāng)于在電力供應(yīng)緊張情況下容量限制的影子價格與將要建設(shè)投資的邊際調(diào)峰電力設(shè)施的成本，由監(jiān)管機構(gòu)預(yù)先確定費用并支付給容量供應(yīng)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(biāo)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(yù)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(shè)。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(shè)計誤區(qū)
不能設(shè)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(yīng)，供應(yīng)不足時價格就會上漲，直到有足夠的容量來滿足負(fù)荷需求，且滿足負(fù)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(yù)措施是最少的，其市場設(shè)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(shè)足夠的容量來滿足尖峰負(fù)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(yīng)負(fù)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(fēng)險。同時，失負(fù)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(yīng)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(dǎo)致設(shè)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(dǎo)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(shè)定的目的是保證電力供應(yīng)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(yīng)設(shè)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(zhǔn)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(fēng)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(zhǔn)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(yīng)、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(yīng)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(dǎo)到用戶，將導(dǎo)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(shè)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(shè)定更加嚴(yán)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(yīng)采用市場的手段，而不是贖買
我國當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)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(yù)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(shè)。因此，為了更好地激發(fā)容量市場活力，應(yīng)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(shè)的總體思路
中國建設(shè)容量機制的目的主要是：隨著短時尖峰負(fù)荷增長過快，鼓勵需求響應(yīng)來削減負(fù)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(yīng)的容量設(shè)施滿足尖峰負(fù)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(shè)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(shè)重點，但建立容量機制仍有其必要性。當(dāng)前，需要充分借鑒各國容量機制運行的經(jīng)驗和教訓(xùn)，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(shè)。
二是加強頂層設(shè)計，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)改革舉措。電力市場體系設(shè)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(shè)計，需要統(tǒng)籌考慮電能量市場、容量市場和輔助服務(wù)市場，甚至是碳市場、綠證機制等，既要考慮當(dāng)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(yīng)將其當(dāng)作確保發(fā)電資源利潤的工具，應(yīng)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(yīng)作為能量現(xiàn)貨市場的補充并配合輔助服務(wù)市場，進而實現(xiàn)電力市場的體系化設(shè)計。
三是分階段建立容量市場。市場建設(shè)初期，可以采用輔助服務(wù)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(wù)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(luò)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(biāo)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(fù)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(yīng)根據(jù)各省的不同情況，確定容量市場建設(shè)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(shè)計相對簡單，而復(fù)雜電源結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的容量激勵機制設(shè)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(yīng)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(shè)計差異化的容量市場機制，才能滿足多政策目標(biāo)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(shè)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(fù)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(shè)計，仍然需要初步有個基礎(chǔ)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(shè)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(yīng)對低碳清潔電源的間歇特性。因此，需要針對性地設(shè)計輔助機制，彌補所需容量因成本高、收益不確定等因素導(dǎo)致的市場競爭不足。其中，新建容量應(yīng)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(fēng)險），具體時限應(yīng)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(shè)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(yīng)充分利用，通過政策逐步建立完善容量市場，引導(dǎo)煤電積極參與調(diào)峰等輔助服務(wù)，加強對新能源消納的支撐。同時應(yīng)審視火電利用小時數(shù)這一重要評價指標(biāo)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(wù)、容量供給等服務(wù)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(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)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(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院
原標(biāo)題：電力容量機制設(shè)計與完善的關(guān)鍵要點探析
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