发电容量市场对国内的启示

发布时间：2022-10-05 21:42 热度：

　　电力市场环境下，潜在的装机容量不足是市场化改革带来的主要挑战之一。在成熟市场中应用的各类装机容量保障机制中，发电装机容量市场被认为是保障装机充裕度的有效方式。本文旨在通过深入分析英国和美国典型容量市场建设的背景条件，从容量市场建设的推动因素、容量市场与电能量市场模式的关联关系入手，提炼出不同电能量市场模式下容量市场建设的关键触发条件，以期为我国电力现货市场的建设提供借鉴。

　　关键词：电力现货市场；装机充裕度；触发条件；英国发电容量市场；美国PJM发电容量市场

　　2015年，以中共中央发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（中发〔2015〕9号）为标志，我国启动以电力现货市场建设为核心的本轮电力市场化改革。改革推进至今，全国中长期电力交易市场体系已初步构建完成，电力现货市场推进也已进行试运行阶段。随着改革的纵向推进，如何通过合理的市场机制设计以释放电力投资信号、保障发电装机的充裕度，进而维持安全、可靠的电力供应，受到多方普遍关注。在国内电力市场研究领域引发了关于是否应在电力市场设计中引入发电装机容量市场，以保障系统充裕度的讨论。基于此，本文在分析英国和美国典型发电装机容量市场的建设背景、建设触发条件及主要机制设计等内容的基础上，总结并提炼不同电能量市场模式下发电装机容量市场建设的主要触发条件，以期为后续我国发电装机容量市场的建设提供有益参考。

　　一、相关研究文献评述

　　国内相关学者对国外电力容量市场的设计方案及要素进行了深入分析。陈大宇（2020）通过分析英国和美国PJM的容量市场机制、容量补偿机制、稀缺电价机制，认为容量补偿机制可作为我国现阶段发电容量成本回收机制的选择。张粒子、唐成鹏（2016）在研究英国容量市场模式的基础上，对其直接应用于我国的可行性及适用性开展了有益的定性分析。侯孚睿等（2015）分别从法律发展、运营阶段、市场参与方及评价标准综述分析了英国容量市场设计的原则，并在英国首轮拍卖的基础上，分析了英国容量市场设计的优势和存在问题，提出我国应从目标容量和需求曲线、能源互联促进充足供给、时间尺度、所需容量辅助支持设计等方面学习建设容量市场的经验。曾鸣等（2013）从英国电力市场面临的挑战和一系列改革措施两方面阐述了英国电力市场改革现状，分别阐述了英国电力容量机制改革提出的两种改革方案：目标型容量机制和市场型容量机制。王冬明、李道强（2010）对美国PJM容量市场从容量信用市场向可靠性定价模型的转变历程及原因展开分析，提出应该建立符合我国实际的电力容量市场,用市场化的方式引导电力工业可持续发展。此外，有很多学者探讨对我国电力容量市场机制的设计。如陈雨果等（2020）提出南方(以广东起步)电力容量市场机制设计,包括交易品种、交易方式、结算机制等,并进一步探讨利用容量市场机制解决高成本机组搁置成本的补偿问题。周波等（2020）基于竞价拍卖原理,设计一套与电力现货市场运营规则相匹配的需求侧可调节负荷机制,机制包含容量市场、电量市场,可实现与现货市场的有效衔接。白玫（2019）通过分析我国电力市场现状及发展，为我国深化电力改革、抓住能源转型机遇、建立高质量的绿色电力体系提出实操性建议。杨威等（2020）、施子海等（2016）则在借鉴国外容量市场实践经验的基础上，对引入容量市场后，电能量市场的价格形成机制及其数学模型开展了相关研究工作。总体而言，现阶段针对发电装机容量市场的研究更多聚焦于容量市场的机制设计及实现模型方面的介绍与分析，但对于容量市场为何引入、何时才应引入这一关键的判据性问题缺乏深入的探讨。本文旨在通过深入剖析国外典型容量市场建设的背景条件，从建设背景中寻找容量市场建设的推动因素及线索，进而提炼并分析出容量市场建设的关键触发条件。

　　二、英美发电装机容量市场建设背景、触发条件及涉及关键要素的分析

　　在国外部分已开展电力市场化改革的地区，为解决市场运行中潜在的装机容量不足风险，在电能量市场之外，单独设计了发电容量市场。这其中，英国发电装机容量市场及美国PJM容量市场是较为典型的案例。本文将从发电容量市场建设背景、触发条件、设计关键要素三个方面对英国和美国PJM发电容量市场进行分析。

　　（一）发电容量市场建设背景

　　1.英国发电装机容量市场建设的背景。英国电力市场化改革始于20世纪80年代，在市场建设之初，采用基于全电量竞价、强制性竞争的Pool模式；2001年后改为双边交易和期货市场为主、现货市场（平衡市场）辅助的NETA模式；2005年，随着苏格兰和北爱尔兰地区的加入，NETA模式升级为BETTA模式。英国作为分散式电力市场的典型代表，在市场运行初期，英国电力市场并未引入容量市场机制。作为近年来英国电力市场改革的一个重要组成部分，容量市场是在英国能源气候变化部2013年发布的《英国电力市场改革执行方案》中被正式提出的。在英国政府发布的容量市场设立必要性分析的系列报告中，容量市场设立的主要背景及促成因素包括：———电力负荷预期将大幅增长。由于电气化带来的电能替代作用，预计未来英国电力需求将大幅增长。根据预测：2050年电量需求将较现有水平增加30%-60%，高峰时段最大负荷约等于现有发电容量的2倍。———大量传统电源将陆续退役。以报告发布期为基准年份，预计未来10年，约20%的英国发电设施将被陆续关闭，主要包括已达服役年限的核电站及传统的燃煤发电站。———可再生能源发展迅速。在低碳发展目标引导下，英国对可再生能源发电引入差价合约(CFD)机制，相对稳定的收益预期将激励风电、光伏装机的大量增加。但由于风电、光伏固有的间歇性问题，需要系统配置更多的灵活性备用容量资源，以满足系统运行约束。2.美国PJM发电装机容量市场建设的背景。美国PJM市场目前负责美国13个州以及哥伦比亚特区电力市场的运行与管理。作为区域性独立系统运营商（ISO），PJM负责集中调度美国目前最大、最复杂的电力控制区。PJM区域的市场化改革始于1997年，其市场模式为以中长期金融合约为风险管控手段、全电量现货竞争为主的集中式模式。PJM市场是一个高度受管制市场，为了控制现货市场价格的不合理波动，PJM监管机构对市场成员的报价行为进行严格监管，要求市场成员上报运行成本、启动成本等变动成本数据以备核验，并通过三寡头垄断测算等技术手段，在机制设计层面限制市场成员策略性报价的操纵空间。美国作为集中式电力市场的典型代表，在市场设计初期，PJM市场即引入了容量市场的相关机制。初期，容量市场采用容量信用模式。容量信用市场允许各负荷服务企业通过日前、月度和多月容量市场来满足其自然容量责任。由于容量信用市场运行效果不佳，2007年6月1日PJM用可靠性定价模型（RPM,ReliabilityPricingModel）模式替代了原有容量信用市场。

　　（二）发电容量市场建设的触发条件

　　1.英国发电容量市场建设的触发条件。英国电力市场是分散式电力市场的典型代表。从英国电力市场的建设历程来看，其在市场建设初期并未设立容量市场机制，并在原有模式下稳定运行20余年。只是在新能源快速发展的近期，才开始研究并引入容量市场机制。深究其背后原因，这与其电能量市场的竞争模式与价格形成机制是密切相关的。英国电力批发市场是一个以双边实物合同为主的市场。各类交易的电量占比中，双边合同的交易电量约占90%，交易所的交易电量约占5%，平衡机制（Bid/Offer）的交易电量约占3%-5%。占绝对多数的双边合同，由市场成员自行协商签订或通过经纪公司组织的OTC交易签订，并以中长期合约形式为主，最长可提前数年。在以中长期实物交易为主的市场中，与短期竞争性市场中机组基于短期边际成本报价的市场竞争策略不同的是，由于机组固定资产投资产生的还本付息费用是发电企业在运营期的刚性支出（通常按月度或季度支付），为覆盖生产所需必要成本支出，在以中长期电量为交易标的的市场中，机组的报价策略更倾向于选择基于平均成本报价的竞争策略。因此，在市场供需相对均衡的状态下，其市场的交易价格理论上应能基本覆盖固定成本回收的诉求。换言之，从市场与价格机制本身出发，中长期物理合约为主的电能量市场模式中，容量市场并非市场建设的必备要素。但随着新能源发电的快速发展，原有的平衡状态被打破。新能源发电对传统电源发电量的挤占效应明显，1990年至2017年典型年份英国各类电源发电量统计如表1所示。除此之外，由于新能源发电价格受差价合约保护，为抢占更多市场份额，其在市场报价中更倾向于采取低价竞争策略，致使电力批发价格涨幅相对有限。上述双重因素叠加，致使传统电源企业盈利能力出现较大幅度滑坡。从表1可以看出，从改革初期的1990年至2017年，英国电力负荷需求总体平稳。但新能源发电占比出现快速增长，尤其在2010年后，传统电源发电量占比从2010年的94.08%快速下降至2017年的72.41%。在这一形势下，若仍意图维持批发市场价格的相对稳定，传统电源将存在由于盈利不佳加快退役的可能性。但由于新能源发电固有的不确定性，系统仍需要传统的火电、核电等确定性电源在系统中承担电力支撑作用。因此，考虑到未来负荷可能出现的快速增长以及新能源并网对传统支撑性电源的需求增加因素，为避免出现电力供应不足以及批发市场价格大幅攀升等问题，英国于2013年推出发电装机容量市场。基于此，可以看出：一是容量市场与以中长期交易为主的电力市场并不存在天然的共生关系；二是以中长期交易为主的电力市场是否引入容量市场通常需视其系统运行的实际需求确定。以英国为例，英国电力市场在平稳运行逾20年后引入容量市场，更多的是基于新能源大规模发展的背景下，传统支撑性电源持续盈利能力不足，以致系统存在潜在装机不足风险而设立的。2.美国PJM发电容量市场建设的触发条件。美国PJM电力市场是集中式电力市场的典型代表。从市场改革历程的分析来看，美国PJM容量市场始终随着其电能量市场的发展而推进。这与PJM能量市场的竞争模式、价格形成机制以及监管方式是密切相关的。PJM主能量市场采用全电量参与现货市场竞争、节点边际电价结算的市场模式，由于市场高度受管制、机组策略性报价空间相对受控等原因，在市场竞争中，市场成员面临的报价环境更近似于经济学概念上的完全竞争市场。根据微观经济学的基本概念，在完全竞争的市场环境中，以个体利润最大化为目标，生产商组织生产及报价的最优策略是基于短期边际成本组织生产及报价。但发电企业属于资金高度密集行业，固定投资相对较高，单纯的依赖短期边际价格存在固定成本不能全部回收的固有问题。需要说明的是，尽管PJM市场允许自调度（self-dispatch）机组的存在，即通过与用户签订物理性中长期双边合约、以地板价进入现货市场出清排序的机组。但考虑到其市场中双边合约价格谈判的参照物仍为现货市场的出清价格，其中长期合约的价格水平从趋势上看与现货市场的出清均价应是相趋近的。因此，为了保障发电企业固定成本的合理回收及电力投资的稳定，从机制设计本身，高度受管制的电能量市场就需要引入额外的容量市场作为必要的补充，并不需要设置单独的触发条件。换而言之，由于机制本身的固有缺陷，集中式电力市场与发电容量市场存在天然的共生关系。

　　（三）发电容量市场设计的关键要素

　　1.英国发电容量市场设计的关键要素。在容量市场设计中，市场需求的确定、价格形成机制的设计及基准价格的设定是需要重点关注的设计要素。———市场需求的确定。容量交付年的容量需求由预测系统操作员（systemoperator，SO）负责，满足系统长期可靠性标准（电力不足期望值LOLE≤3h/a）所需的容量进行分析，经技术专家组审议通过后由国务大臣决定容量市场中需求目标值。———价格形成机制及基准价格。采用拍卖方式，发电容量供给曲线由市场主体自主申报，需求曲线则由政府确定，带有较明显的政府定价色彩。需求容量的目标值确定如前所述，目标值对应的价格则基于系统中作为边际机组的联合循环燃气轮机的最低报价设定值Net-CONE（netcostofnewentry），其值等于新建机组的净成本，即新建机组的容量成本扣除其在能量市场和辅助服务市场的可能收益。2.美国法定容量市场设计的关键要素。———市场需求的确定。容量交付年的容量需求由PJM区域ISO负责确定，主要考虑因素包括：区域最大负荷的预测值以及为满足可靠性要求而确定的装机裕度（基于预测最大负荷的一定百分比确定）。———价格形成机制及基准价格。与英国容量市场基本相同。PJM容量市场同样采用拍卖方式，发电容量供给曲线由市场主体自主申报，需求曲线则由政府确定。需求容量的目标值确定如前所述，目标值对应的价格则基于新建机组需要在容量市场回收的成本（容量成本扣除其在能量市场和辅助服务市场的可能收益）确定。PJM将周期性地对这一数值进行调整。

　　三、英美发电容量市场建设及触发条件对我国的启示

　　（一）发电容量市场建设及触发条件的国际经验

　　基于英国与美国PJM两个典型发电容量市场的表1英国典型年份各类电源发电量单位：TWh建设背景、触发条件及关键设计要素的分析。可以看出：1.容量市场建设的必要性与电能量市场的模式选择密切相关。在以中长期交易为主的市场模式中，容量市场通常不作为市场设计的必备要素考虑，其引入需设置适当的触发条件；在以短期现货交易为主的市场模式中，由于其机制本身固有的发电容量投资补偿不足问题，一般需要引入单独的容量保障机制作为必要的补充。2.从容量市场机制设计本身而言，不同能量市场模式对应的容量市场机制并不存在明显差异。具有普遍的共性特征：（1）容量市场的市场需求规模通常由政府主管部门或其授权的机构基于系统负荷预测确定，普遍带有政府对总体市场控制的色彩；（2）容量市场的价格与电能量市场价格是互相补充的关系。即为了避免过补偿问题，容量市场中基准价格的确定，通常以新建机组的容量成本扣除其在能量市场和辅助服务市场的可能收益为限。

　　（二）对我国发电容量市场建设的启示

　　根据中发〔2015〕9号配套文件相关精神，我国电力市场后续建设将围绕分散式和集中式两种模式开展具体的市场设计工作。其中，集中式电力市场是以中长期金融（差价）合同管理市场风险，配合现货交易采用全电量集中竞价的电力市场模式，其对应的典型国外市场则为美国PJM市场。分散式电力市场是主要以中长期实物合同为基础，发用双方在日前阶段自行确定日发用电量曲线，偏差电量通过日前、实时平衡交易进行调节的电力市场模式，与其相对应的国外典型市场即为英国电力市场。而通过本文的初步梳理，两种不同市场模式下发电容量市场的触发条件设定存在较明显的差异。基于这一判断，我国在后续电力市场化改革推进过程中，需要根据具体省份现货市场模式的差异及电力系统运行的实际情况，差别化选择是否推进容量市场建设。1.集中式现货电力市场模式的试点省份：对于采用集中式模式的电力现货市场，若市场监管借鉴PJM市场的强监管模式，由于竞争模式与电能量市场价格形成机制本身即存在发电固定投资回收不足的问题，结合国外市场建设实践经验，建议在市场建设初期考虑容量市场这一配套机制的设计及引入。即对于选用集中式电力市场模式的试点省份，在其市场机制设计之初，建议同步开展容量市场设计与论证工作。2.分散式现货电力市场模式的试点省份：对于采用分散式模式的电力现货市场，由于容量市场通常不作为市场设计的必备要素考虑，是否引入需视实际情况是否满足设定的触发条件而定。结合国外电力实际市场建设经验及我国电力系统运行面临的实际问题，分散式电力市场引入容量市场的触发条件建议包括：———潜在的装机不足风险。系统潜在的装机不足是触发容量市场建设的必要不充分条件。在现实市场运行中，造成潜在装机不足的原因较复杂，包括但不限于：系统中发电投资激励信号不足、发电商的策略性投机等。因此，不宜将其设定为发电容量市场触发的必要条件，但它却是触发发电容量市场建设必要性分析最为直观及易获取的重要观测数据。对于选择分散式现货电力市场的省份，建议滚动开展的中长期装机充裕度评估，以观测未来系统内可能存在的发电装机容量不足风险。一旦出现潜在的容量不足信号，即可启动发电容量市场建设的必要性分析工作。———容量支撑性电源存在持续性亏损。容量支撑性电源存在持续性亏损同样是触发容量市场建设的必要不充分条件。作为电力平衡支撑性的电源类型存在持续性的亏损问题，可能的原因包括市场投资信号偏弱或系统供需形势供大于求等。需要甄别造成这一问题的主要原因，对由于市场机制本身缺陷造成的亏损应当考虑设计容量市场机制予以补充。当分散式市场同时满足以上两个触发条件时，表明这一市场需要启动容量市场的建设评估及机制设计工作。而最终是否引入容量市场，需要在甄别上述两个触发条件引致因素的基础上加以具体判定。对于具备容量市场建设必要性的省份，考虑到国外不同现货市场模式下容量市场的机制设计并不存在明显差异，体现出较明显的一致性特征。建议在具体机制设计时，可在借鉴国外成熟容量市场机制设计经验的基础上，考虑自身电力市场实际运行特点加以改良，形成适用于试点省份的容量市场机制方案。

　　参考文献：

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　　[2]张粒子、唐成鹏.英国容量市场模式在中国的适用性分析[J].电力建设,2016(3).

　　[3]侯孚睿、王秀丽、锁涛、张文韬、姚力、宫本辉.英国电力容量市场设计及对中国电力市场改革的启示[J].电力系统自动化,2015(24).

　　[4]曾鸣、向红伟、刘晓立、杨雍琦、李娜.英国电力容量机制改革思路及其启示[J].华东电力,2013(9).

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　　[7]周波、丁荣、徐宁、徐楠.电力现货市场环境下的可调节负荷机制研究[J].山东电力技术,2020(5).

　　[8]白玫.中国电力工业高质量发展：目标、机遇挑战与实现路径———壮丽70年新中国电力工业再出发[J].价格理论与实践,2019(7).

　　[9]杨威、曾智健、姚星安、段翩、杨柳、吴敬慧、龚学良、刘嘉逊、李凯欣、张杰.电力现货市场分区结算方法比较研究——基于节点电价的分析[J].价格理论与实践,2020(1).

　　[10]施子海、侯守礼、支玉强.美国电价形成机制和输配电价监管制度及启示[J].价格理论与实践,2016(7).

　　作者：王睿 刘瑞丰 刘庆 贺元康