中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
01
引言
2022年初，國(guó)家發(fā)展改革委和國(guó)家能源局印發(fā)的《關(guān)于加快建設(shè)全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系的指導(dǎo)意見》（即118號(hào)文件）要求，各地區(qū)根據(jù)實(shí)際情況“建立市場(chǎng)化的發(fā)電容量成本回收機(jī)制”，可選擇的方式包括“容量補(bǔ)償機(jī)制、容量市場(chǎng)、稀缺電價(jià)等”[1]。
根據(jù)睿博能源智庫(kù)（RAP）此前的研究，一個(gè)包含了設(shè)計(jì)完善的稀缺電價(jià)（即隨時(shí)間和地點(diǎn)浮動(dòng)的現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格）機(jī)制的現(xiàn)貨市場(chǎng)，對(duì)于支持可靠的新型能源系統(tǒng)非常重要。國(guó)際經(jīng)驗(yàn)和分析也表明，成功設(shè)計(jì)一個(gè)“單一電能量”的現(xiàn)貨市場(chǎng)（即不包含任何容量電價(jià)的市場(chǎng)）來支持合理的容量成本回收[2]是可行的。
然而，鑒于選擇什么方式的成本回收機(jī)制在中國(guó)的電力行業(yè)仍然是一個(gè)熱點(diǎn)話題，本文在此探討稀缺電價(jià)之外的兩種方式：容量補(bǔ)償機(jī)制和容量市場(chǎng)，為簡(jiǎn)單起見，我們不妨將它們一起稱為容量補(bǔ)償機(jī)制。
我們根據(jù)國(guó)際經(jīng)驗(yàn)（主要是美國(guó)）來闡明若干要點(diǎn)。任何容量補(bǔ)償機(jī)制都需要非常仔細(xì)地設(shè)計(jì)，以避免產(chǎn)生過高的系統(tǒng)成本和多余的碳排放。我們特別建議，如果選擇使用容量補(bǔ)償機(jī)制，這種機(jī)制應(yīng)：
經(jīng)過科學(xué)全面的資源充足性評(píng)估，堅(jiān)決避免對(duì)不必要的發(fā)電資源進(jìn)行補(bǔ)償。
根據(jù)減排和新能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)發(fā)出合理的信號(hào)，支持所需的資源投資和適當(dāng)?shù)馁Y源退役。一個(gè)合理的機(jī)制不應(yīng)該擔(dān)保資本成本的回收。
讓所有的資源在一個(gè)公平的環(huán)境中競(jìng)爭(zhēng)，包括需求側(cè)資源，如對(duì)節(jié)能的投資。
通過績(jī)效評(píng)估要求資源對(duì)收到的容量電費(fèi)負(fù)責(zé)，對(duì)績(jī)效差的資源實(shí)施嚴(yán)格懲罰。
02
科學(xué)全面的資源充足性評(píng)估
合理的容量補(bǔ)償機(jī)制需要通過資源充足性評(píng)估來判斷系統(tǒng)所需電力容量。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的資源充足性評(píng)估過程將根據(jù)預(yù)期需求、現(xiàn)有資源組合、以及為合理管控停電風(fēng)險(xiǎn)所需的額外容量，來確定總的新增容量需求[3]。如果這一規(guī)劃做得不好，或者如果沒有將容量補(bǔ)償機(jī)制很好地納入到規(guī)劃過程中，就可能會(huì)導(dǎo)致過度投資、造成高成本和高排放[4]。
資源充足評(píng)估要從全面、透明的負(fù)荷預(yù)測(cè)開始。負(fù)荷預(yù)測(cè)要給出一天中的不同時(shí)間、不同的季節(jié)和不同的天氣條件等各種情況下的期望負(fù)荷水平。負(fù)荷預(yù)測(cè)同時(shí)也應(yīng)包含未來的各種預(yù)期負(fù)荷，包括電動(dòng)汽車和電力供熱，還應(yīng)考慮由于氣候變化帶來的未來天氣條件的變化對(duì)負(fù)荷的影響。參照國(guó)際上相對(duì)成熟的資源充足性評(píng)估，負(fù)荷預(yù)測(cè)往往要關(guān)注未來至少5年的情況，并且每年進(jìn)行滾動(dòng)更新（即，每年開展對(duì)未來5年的預(yù)測(cè)）。
由于不同的天氣條件和其他因素，系統(tǒng)需求在不同時(shí)段和不同地點(diǎn)會(huì)有很大的變化。決策者需要分析每小時(shí)的需求變化，并確定所需的發(fā)電容量，以確保滿足包括極端天氣在內(nèi)的各種情況下系統(tǒng)的需求。美國(guó)的電力市場(chǎng)通常要規(guī)劃出一定的備用容量，以達(dá)到某個(gè)預(yù)先確定的可靠性標(biāo)準(zhǔn)?？煽啃詷?biāo)準(zhǔn)也不是一成不變的，目前美國(guó)的電力行業(yè)從業(yè)人士和學(xué)者正在探索改進(jìn)在高比例可再生能源系統(tǒng)中衡量系統(tǒng)的可靠性[5]的方法。
03
為資源的投資和退役發(fā)出合理信號(hào)
假若要實(shí)施容量電費(fèi)機(jī)制，則該機(jī)制需要經(jīng)過仔細(xì)設(shè)計(jì)，確保為資源的退役和投資發(fā)出合理的信號(hào)。這些信號(hào)應(yīng)有利于可靠性目標(biāo)（如上一節(jié)所述）和政策目標(biāo)（如減排目標(biāo)）的實(shí)現(xiàn)。容量電費(fèi)僅應(yīng)補(bǔ)償滿足必要電力需求且有利于脫碳的資源，同時(shí)推動(dòng)妨礙減排目標(biāo)（和其他政策目標(biāo)）實(shí)現(xiàn)的過剩產(chǎn)能和資源退役。必須指出的是，容量電費(fèi)機(jī)制通常并非是影響各種資源投資和退役的唯一政策機(jī)制。在這種情況下，容量電費(fèi)機(jī)制可以被認(rèn)為是一種“微調(diào)”政策，雖不尋求補(bǔ)償所有的投資成本，但這種機(jī)制可以提供額外的合理激勵(lì)，以確保政策和可靠性目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。
原則上，一個(gè)設(shè)計(jì)先進(jìn)、發(fā)送合理經(jīng)濟(jì)信號(hào)的容量補(bǔ)償機(jī)制的關(guān)鍵在于容量電價(jià)水平的確定：
當(dāng)容量（在規(guī)劃周期內(nèi)）明顯過剩時(shí)，容量?jī)r(jià)格應(yīng)該為零或接近于零，這有助于阻止新的產(chǎn)能進(jìn)入市場(chǎng)和/或鼓勵(lì)現(xiàn)有的發(fā)電容量退役[6]；
當(dāng)容量剛好或出現(xiàn)稀缺時(shí)采用正的容量?jī)r(jià)格（從而引導(dǎo)新產(chǎn)能進(jìn)入市場(chǎng)和/或維持現(xiàn)有的發(fā)電設(shè)施）。
容量電費(fèi)不應(yīng)保證對(duì)現(xiàn)有資源的固定成本回收。這樣做有風(fēng)險(xiǎn)，可能會(huì)延長(zhǎng)不經(jīng)濟(jì)資源的使用壽命，增加系統(tǒng)成本，取代其它更低成本的資源，并阻礙脫碳和空氣質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。美國(guó)在2010年代的大部分年份中，電力系統(tǒng)都出現(xiàn)了容量過剩，超出了滿足可靠性目標(biāo)的需要。產(chǎn)生這樣結(jié)果的部分原因來自于2000年代天然氣發(fā)電裝機(jī)容量的大規(guī)模擴(kuò)張，能效投資導(dǎo)致負(fù)荷接近零增長(zhǎng)，以及其他政策驅(qū)動(dòng)引起的可再生能源增加。最終的結(jié)果是，容量電價(jià)往往明顯低于新增最低報(bào)價(jià)資源的凈成本[7]，這一價(jià)格信號(hào)鼓勵(lì)過剩容量逐漸退出市場(chǎng)。如下圖所示，在這方面，美國(guó)容量市場(chǎng)的“自我糾正”表現(xiàn)符合預(yù)期。
容量電價(jià)持續(xù)走低的一個(gè)可能的影響是，經(jīng)濟(jì)效益差的資源面臨退出電力系統(tǒng)的巨大財(cái)務(wù)壓力，從2012年到2021年，平均每年有近10吉瓦的煤炭發(fā)電機(jī)組退役[8]。雖然這是多種因素合力作用的結(jié)果，例如日益嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)促使一些外部成本內(nèi)化，但燃煤發(fā)電經(jīng)濟(jì)性等其他方面的因素起了主導(dǎo)作用。燃煤發(fā)電的固定成本高、相對(duì)不靈活，使得它越來越難以與更低成本、更靈活的資源競(jìng)爭(zhēng)，而這些資源所需的容量電費(fèi)更低。
04
讓所有資源在公平的環(huán)境中競(jìng)爭(zhēng)
合理的容量機(jī)制應(yīng)該讓所有的電力資源在一個(gè)公平的環(huán)境中競(jìng)爭(zhēng)。要想找到最經(jīng)濟(jì)的電力資源來滿足可靠性目標(biāo)，這種方法是有必要的。在美國(guó)，現(xiàn)有的容量補(bǔ)償機(jī)制正在不斷地被修訂，以確保更好地支持各種資源參與容量補(bǔ)償機(jī)制，例如需求響應(yīng)、分布式發(fā)電和能效（節(jié)能）資源等。在設(shè)計(jì)容量補(bǔ)償機(jī)制時(shí)，須確保所有這些資源都能夠與傳統(tǒng)資源公平競(jìng)爭(zhēng)，以提供“有效容量”（Effective Capacity）。例如，與投資傳統(tǒng)的燃煤或燃?xì)獍l(fā)電廠相比，通過節(jié)能投資來維持可靠性的成本往往更低[9]。
一個(gè)重要的原則是，對(duì)每種資源都應(yīng)該根據(jù)它能作出的貢獻(xiàn)和它所具有的局限性來進(jìn)行評(píng)估。量化每種資源對(duì)可靠性的貢獻(xiàn)，應(yīng)在科學(xué)的建?；A(chǔ)上，對(duì)各個(gè)資源進(jìn)行橫向比較。美國(guó)普遍采納了名為有效載荷能力（Effective Load Carrying Capability，以下簡(jiǎn)稱ELCC）[10]的量化方法。在六個(gè)設(shè)有容量補(bǔ)償機(jī)制的美國(guó)電力市場(chǎng)中，有兩個(gè)應(yīng)用了ELCC（CAISO[11]和MISO[12]），兩個(gè)正在向ELCC過渡（PJM[13]和SPP[14]），兩個(gè)正在制訂ELCC的相關(guān)程序（NYISO[15]和ISO-NE[16]）。
一個(gè)新電廠ELCC的數(shù)值是指：在保證同等系統(tǒng)可靠性的條件下，在當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)新建電廠導(dǎo)致系統(tǒng)可以承載的最大載荷的增值。換句話說，ELCC可以測(cè)算出等量的“完美”容量（即隨時(shí)可用的容量）。例如，在保證整個(gè)電力系統(tǒng)可靠性不發(fā)生變化的情況下，50%的太陽能ELCC表示假如新建一個(gè)100兆瓦光伏電站后，可以多滿足50兆瓦的電力需求。計(jì)算每個(gè)資源的ELCC可以衡量各種資源之間的可替代性，這為公平競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)造了條件。ELCC經(jīng)常被用來量化可再生能源為系統(tǒng)提供的可靠性貢獻(xiàn)。但現(xiàn)在，越來越多的人認(rèn)識(shí)到計(jì)算所有資源——包括儲(chǔ)電[17]和需求響應(yīng)[18]——ELCC的重要性。
同樣，計(jì)算傳統(tǒng)火力發(fā)電[19]的ELCC也很重要，但僅按照平均事故停機(jī)率（即10%的故障率導(dǎo)致90%的ELCC）對(duì)標(biāo)定容量降級(jí)是不充分的。最近的幾起引人矚目的事件表明，傳統(tǒng)上“可靠”的火電資源也可能會(huì)出現(xiàn)連帶故障。例如，2021年2月，得克薩斯州的低溫導(dǎo)致天然氣生產(chǎn)井口凍結(jié)，使得大約20吉瓦的天然氣發(fā)電機(jī)組無法獲得燃料。這種連帶影響意味著，一個(gè)由許多單個(gè)機(jī)組事故停機(jī)率僅為10%的機(jī)組所組成的發(fā)電機(jī)群，其ELCC可能小于90%。對(duì)PJM[20]的歷史分析顯示，在低溫條件下會(huì)出現(xiàn)火電停機(jī)率顯著升高的趨勢(shì)，許多觀察人士認(rèn)為，ISO-NE[21]市場(chǎng)也存在類似的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樵撌袌?chǎng)最近對(duì)天然氣發(fā)電的依賴程度有所增加，而燃料輸送能力（管道或液化天然氣）卻并沒有提高。
下圖給出了測(cè)算ELCC時(shí)所涵蓋的因素以及各資源類型的示例值。必須注意的是，這些ELCC值與資源的實(shí)際容量系數(shù)或利用小時(shí)數(shù)沒有任何顯著聯(lián)系。事實(shí)上，那些利用率很低，但在系統(tǒng)需要獲得可靠性時(shí)可以完全依賴的資源（如需求響應(yīng)、儲(chǔ)能或調(diào)峰機(jī)組），更可能被認(rèn)為具有較高的ELCC值。
讓各種資源在一個(gè)公平的環(huán)境下競(jìng)爭(zhēng)，不僅要考慮資源的物理特征，還要將資源的位置納入考慮范圍之中。將電力輸送到需求地點(diǎn)的能力是可靠性的一個(gè)關(guān)鍵要素。受輸電約束影響而限制了供電能力的發(fā)電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)相對(duì)較低，而輸電能力高的發(fā)電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)相對(duì)較高。美國(guó)的每個(gè)容量市場(chǎng)都通過發(fā)展“區(qū)域” （zonal）或“本地”容量需求（local capacity requirement）來反映這些因素。按照這種概念，ISO/RTO在每個(gè)區(qū)域內(nèi)都要設(shè)置不同的最低發(fā)電量，以確保該地區(qū)的可靠性，而這往往導(dǎo)致有輸電堵塞的地區(qū)的容量?jī)r(jià)格較高。這大概類似于在輸電約束的影響下，各區(qū)節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)中產(chǎn)生的價(jià)格差異[22]。下表展示了幾個(gè)容量市場(chǎng)的設(shè)計(jì)。
05
資源績(jī)效問責(zé)制
任何一種設(shè)計(jì)合理的容量機(jī)制都應(yīng)確保，在系統(tǒng)需要可靠性資源的關(guān)鍵時(shí)刻，接受補(bǔ)償?shù)馁Y源能夠按照容量補(bǔ)償機(jī)制設(shè)計(jì)好的方式發(fā)揮應(yīng)有的作用。這對(duì)于構(gòu)建兼具經(jīng)濟(jì)性和可靠性的電力系統(tǒng)都是必要的，因?yàn)槿绻Y源不能合格地發(fā)揮作用，就意味著（1）負(fù)荷為不存在的容量付費(fèi)，（2）系統(tǒng)沒有獲得實(shí)現(xiàn)可靠性所需的容量。
美國(guó)的幾個(gè)區(qū)域輸電組織最近加強(qiáng)了對(duì)資源的績(jī)效評(píng)估，包括對(duì)表現(xiàn)不佳的資源實(shí)施嚴(yán)格的經(jīng)濟(jì)懲罰[28]。接受補(bǔ)償?shù)馁Y源必須在系統(tǒng)需要保持可靠性（即系統(tǒng)出現(xiàn)容量不足）時(shí)提供容量。無法按核定容量水平提供服務(wù)的資源，將根據(jù)其相對(duì)于核定容量水平的表現(xiàn)予以處罰。因?yàn)樘幜P的存在，這套制度有利于提高資源核定容量的準(zhǔn)確性，所有資源都不會(huì)虛報(bào)超出自身發(fā)電水平的核定容量。
好的資源績(jī)效評(píng)估有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：
績(jī)效評(píng)估要針對(duì)可靠性風(fēng)險(xiǎn)最大時(shí)段
資源的績(jī)效評(píng)估應(yīng)針對(duì)系統(tǒng)最需要資源來保證可靠性的幾個(gè)小時(shí)（即滿足系統(tǒng)總需求和資源的單個(gè)容量核定的時(shí)段）內(nèi)。不應(yīng)在系統(tǒng)有足夠的和/或過量的供應(yīng)時(shí)段來對(duì)資源進(jìn)行評(píng)估。
績(jī)效評(píng)估應(yīng)與資源自身特性保持一致
績(jī)效評(píng)估應(yīng)根據(jù)資源自身特性來確定。例如，構(gòu)建隨季節(jié)或時(shí)間而變化的性能要求很重要，例如，光伏的ELCC一開始就并未假設(shè)它可以在夜間使用，這樣它就不會(huì)因?yàn)闊o法在夜間出力而受到懲罰。
加大經(jīng)濟(jì)處罰力度
對(duì)績(jī)效不佳的資源應(yīng)施加充分的經(jīng)濟(jì)罰款，績(jī)效極端不佳的情況下罰款額可以超過原來支付的容量費(fèi)。這種經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施是必要的，因?yàn)榭梢源_保資源（1）不虛報(bào)核定容量，（2）在投資和運(yùn)營(yíng)過程中確保這些資源能夠在需要時(shí)發(fā)揮作用。反之，比核定值表現(xiàn)更好的資源也可能因此獲得經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)（通常可以將對(duì)表現(xiàn)不佳資源的罰金用來獎(jiǎng)勵(lì)）。這樣的獎(jiǎng)懲金額設(shè)定通?？杀鹊湫偷哪茉磧r(jià)格高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)：例如，PJM和ISO-NE的績(jī)效罰款在3000—5000美元/MWh之間。
穩(wěn)定一致地開展績(jī)效評(píng)估
每年必須以穩(wěn)定和一致的方式開展資源的績(jī)效評(píng)估。如果不能保證每年開展績(jī)效評(píng)估，資源運(yùn)營(yíng)商就有可能鋌而走險(xiǎn)，認(rèn)為不一定會(huì)受到評(píng)估，從而虛報(bào)容量。
06
結(jié)論
若實(shí)施容量補(bǔ)償機(jī)制，就要精心設(shè)計(jì)，避免釋放低效和適得其反的信號(hào)。設(shè)計(jì)得不好，反而會(huì)嚴(yán)重加大系統(tǒng)成本，妨礙減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。中國(guó)在加大電力系統(tǒng)和其他基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)投資方面成效顯著，但有時(shí)也可能出現(xiàn)過度投資。在本文中，我們討論了設(shè)計(jì)容量補(bǔ)償機(jī)制和容量市場(chǎng)都需要考慮的幾個(gè)重要因素，包括完善資源規(guī)劃，允許需求側(cè)資源參與競(jìng)爭(zhēng)，以及建立對(duì)表現(xiàn)不佳資源的處罰。最重要的是，必須確保容量補(bǔ)償機(jī)制不承諾對(duì)發(fā)電資源的資本成本回收，否則將會(huì)使新能源轉(zhuǎn)型更加困難，代價(jià)更大。
（本文不代表eo立場(chǎng)）
