英國電力容量市場現(xiàn)狀及對中國電力市場啟示
來源：絲路印象
2024-07-19 17:33:24
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引言
英國自20世紀(jì)80年代以來,已經(jīng)完成2次電力市場改革,分別建立了電力市場的POOL模式(1989年)、電力交易機制模式(2001年的新電力交易機制(NETA)模式及2007年的電力交易和傳輸機制(BETTA)模式)。其中,POOL模式采用集中交易方式,實現(xiàn)完全現(xiàn)貨市場競爭；NETA和BETTA模式進一步體現(xiàn)了電力的商品屬性,采用雙邊交易和期貨市場為主、現(xiàn)貨市場(平衡市場)輔助的方式。
為了保障能源產(chǎn)業(yè)的競爭性、安全性和可持續(xù)性,歐盟委員會于2014 年1 月22 日公布的《2030年氣候與能源政策框架》中明確了歐盟向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的3個階段性目標(biāo)路徑：減排、提高能效、提高可再生能源占比。其中：在提高可再生能源比例方面,規(guī)劃于2030年前將歐盟能源消費中可再生能源占比提高27% 以上,其中,電力部門于2020年達到21%,于2030年提高至45%。
目前,英國電力市場總體能夠穩(wěn)定、高效運營,然而為應(yīng)對全球氣候變化和能源供給安全的需求,英國第3次電力市場改革勢在必行。英國這次改革的目標(biāo)是在推進低碳電源發(fā)展和確保供電可靠性的同時避免電價提升。為實現(xiàn)上述目標(biāo),英國電力市場開展了以建立容量市場為主的第3次電力市場改革。容量市場是政府設(shè)立的中長期規(guī)劃市場,以削減(100%可信)容量作為商品,通過容量市場收益彌補單獨電能市場收益對投資刺激的不足,為具有間歇特性的低碳能源提供充足的備用容量。
目前,英國已發(fā)布一系列政府報告,介紹并分析了英國容量市場設(shè)計。文獻是英國政府評估報告以及分析容量市場設(shè)立的必要性。文獻給出了容量市場制定的相關(guān)法律法規(guī)以及咨詢會的意見。文獻介紹了主要包含5個運營階段的容量市場設(shè)計方案。文獻給出了英國容量市場目標(biāo)交易容量確定的建模方法。文獻主要確定了容量市場中各部門的職能。文獻給出了英國首輪容量市場拍賣參數(shù)。文獻提供并統(tǒng)計了英國首輪容量拍賣的結(jié)果。文獻分析了英國容量市場設(shè)計。文獻指明了英國容量市場后續(xù)的發(fā)展方向。文獻介紹了其他各國容量市場設(shè)計以同英國容量市場設(shè)計進行比對分析。
目前除英國外,國際運營電力容量市場的國家主要包括美國(PJM(PJM 是由賓夕法尼亞州、新澤西州和馬里蘭州的3個電力公司組成的一個區(qū)域電力協(xié)作組織)、新英格蘭獨立系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)(ISONE)、紐約獨立系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)(ISO－NY))和北歐四國(瑞典、丹麥、挪威、芬蘭)。法國準(zhǔn)備參照英國模式建設(shè)容量市場,澳大利亞暫無容量市場。各國設(shè)立容量市場的原因主要有：供給不足、需求過大和低碳化趨勢。英國推進低碳電源發(fā)展的過程中需要針對其間歇特性提供充足的備用容量,推進低碳化作為英國容量機制設(shè)立的原因具有普適性。因此,本文通過介紹分析英國容量市場設(shè)計,為中國新一輪電力市場改革中關(guān)于容量市場的開展提供參考。
一 設(shè)立容量市場的必要性
隨著污染嚴(yán)重的燃煤機組和老舊火電機組的淘汰(英國約20%的發(fā)電設(shè)施將陸續(xù)關(guān)閉)和用電負荷的增長(2050年電力需求增加30%到60%),未來英國將增加低碳間歇電力容量,因此,需要通過設(shè)立容量市場來引導(dǎo)投資,保證峰荷時期備用容量的充裕。為此,英國已進行一系列評估驗證設(shè)立容量市場的必要性。
1)確保供電可靠性。英國能源及氣候變化署(DECC)和國家天然氣和電力市場辦公室(OFGEM)預(yù)估容量市場的引入對英國電力系統(tǒng)可靠性的改善作用如圖1所示。圖1中,可靠性指標(biāo)用電力不足期望值(LOLE)表示。這是由于容量市場的引入增加了發(fā)電商未來收益的確定性,從而促進發(fā)電機組的建設(shè)。
二 英國容量市場設(shè)計內(nèi)容
英國容量市場的建立也經(jīng)歷了長期的討論,頒布了一系列文件并試運營。下面分別從法律、結(jié)構(gòu)及參與方綜述英國容量市場的設(shè)計。
①相關(guān)法規(guī)
英國政府制定了一系列容量市場相關(guān)的法律法規(guī),其發(fā)展脈絡(luò)如表1所示。
容量定額是由系統(tǒng)運營者(SO)根據(jù)可靠性指標(biāo)確定容量交易額度的過程。英國主要包含目標(biāo)容量和需求曲線制定兩部分內(nèi)容。
目標(biāo)容量：為滿足預(yù)期可靠性標(biāo)準(zhǔn)(LOLE≤3h／A),SO分析并建議亟待拍賣的容量總額,經(jīng)技術(shù)專家組獨立審議后由國務(wù)大臣決定拍賣目標(biāo)容量。其中：SO 于2014年6月公布《電力容量報告》給出具體建模方法并確定2014年底英國首輪容量拍賣的目標(biāo)容量,建模進程如圖4所示。
魯棒優(yōu)化方法是在將來不確定因素的情況下,最小化決策成本。在分析建議容量目標(biāo)時,魯棒優(yōu)化方法是不斷將單一方案／靈敏度下獲得的容量水平在其他全部方案／靈敏度下進行最壞成本輸出,其中,成本包括容量獲得成本和電量不足期望值成本兩部分。遍歷全部容量水平,直到找出所有最大成本的最小值,對應(yīng)容量即為建議目標(biāo)容量。
需求曲線：英國根據(jù)目標(biāo)容量、新進入者成本(CONE)、價格上限和波動范圍(1.5GW)繪制需求曲線,如圖6所示。
資格：英國容量市場堅持“技術(shù)中立”原則,符合市場申請資格的容量包含供給容量和DSR容量兩部分。供給容量根據(jù)建設(shè)類型分為已有、翻修和新建容量。DSR容量根據(jù)有無測試證書分為已驗證、未驗證。資格不符的容量包括差價合約支持容量、小范圍上網(wǎng)電價補貼容量可再生能源義務(wù)容量和互聯(lián)容量?；ヂ?lián)容量因市場規(guī)范待定,暫無資格參與。其余容量均因已在其他機制中補貼,因此無資格再獲取容量收益。
主市場拍賣：主市場是先于交付年4年的拍賣,滿足絕大部分的容量交易。預(yù)審合格的容量進入該階段出價,容量主市場采用荷蘭式拍賣：自始拍價起,每輪價格遞減叫拍。當(dāng)中拍容量滿足目標(biāo)容量時,拍賣停止,此時獲得出清價格。拍賣總時長不超過1周。中拍容量簽署容量協(xié)議,協(xié)議中明確供應(yīng)商給予容量提供者穩(wěn)定的報酬,容量提供者則應(yīng)在交付年必要時刻交付相應(yīng)電能,否則將受到同負荷損失相關(guān)的懲罰。
已有容量適用于1年期容量協(xié)議；已有容量發(fā)生重大翻新(每千瓦最小支出費用滿足3年協(xié)議閾值)時,可申請3年期容量協(xié)議；新建容量(符合新建標(biāo)準(zhǔn)同時滿足協(xié)議閾值)最多可申請長達15年的容量協(xié)議。
3)交易(二級市場)
交易是先于交付年1年的拍賣,實現(xiàn)容量調(diào)整。該階段發(fā)生于主市場和交付之間,這是預(yù)審合格但未簽署協(xié)議的部分容量替代主市場簽署卻無法兌現(xiàn)的容量的交易進程。
4)交付
容量提供者將在交付年收到報酬。SO至少提前4h預(yù)警電力短缺,此時容量提供者須按照容量協(xié)議交付電能,超出協(xié)議的額外供給和未能交付的不足電能將受到相應(yīng)的獎勵和懲罰,懲罰不會超過容量提供者在容量市場中獲得的總收益；如果SO沒有提前預(yù)警,即使容量提供者未能按時按約交付電能,也不會受到懲罰。具體罰金的制定正待商榷。
5)支付(結(jié)算)
容量協(xié)議費用由供應(yīng)商承擔(dān),依據(jù)其交付年在電能市場中所占份額進行結(jié)算。當(dāng)正常支付(包含獎勵情況)時,資金流將從供給商開始,流經(jīng)容量市場決算機構(gòu)(CMSB),最終抵達容量提供者；當(dāng)容量提供者面臨懲罰時,資金逆向流動。
③市場參與方
容量市場參與方主要包括市場運作部門,市場買方(供應(yīng)商)和市場賣方(容量提供者)。其中,容量市場的運作部門包括DECC,OFGEM,SO,技術(shù)專家組,CMSB,ELEｘON LTD.以及國務(wù)大臣。在容量市場不同運營階段中各部門職能如附錄A表A1所示。DECC負責(zé)制定和維持相應(yīng)的能源法案；OFGEM 作為監(jiān)管者有義務(wù)監(jiān)督容量市場框架中法律的實施,在管理SO的同時強化現(xiàn)行容量市場相關(guān)法律對市場競爭的促進作用。同時,OFGEM 負責(zé)首輪拍賣后容量市場技術(shù)法規(guī)的管理。在線路阻塞約束下,SO將有能力運行區(qū)域化的拍賣,區(qū)域化的拍賣必須得到OFGEM 的批準(zhǔn)。
④評價標(biāo)準(zhǔn)
容量市場的評價標(biāo)準(zhǔn)同容量市場的優(yōu)勢對應(yīng),分別從確保供電、提高能效和能源低碳化的方面對機制設(shè)計進行評價。其中,確保供電選取LOLE作為電力系統(tǒng)可靠性的評價指標(biāo),分別計算有／無容量市場時的LOLE,評估容量市場對電力系統(tǒng)可靠性的影響；提高能效主要立足經(jīng)濟性,在確保供電的前提下,計算容量市場引入對尖峰電價的影響；能源低碳化主要從靈活容量占比進行分析,判斷容量市場機制的引入對可再生能源并網(wǎng)的支持力度。
三 首輪拍賣結(jié)果及分析
①拍賣參數(shù)和拍賣結(jié)果
2014年12月16日,英國開始首輪容量拍賣以滿足交付年(2018—2019年)的容量需求,首輪拍賣時刻表和拍賣相關(guān)參數(shù)分別如附錄A 表A2和表A3所示。英國政府為本次拍賣擬定了48.6GW 的容量交易目標(biāo)。英國首輪容量競拍采用的荷蘭式拍賣具有快速交易的特點,以70-75英鎊／(KW.A)作為起拍價,每輪叫價下降5英鎊／(KW.A)。當(dāng)滿足目標(biāo)容量48.6GW 時,拍賣停止。
2014年12月18日晚,首輪容量拍賣結(jié)果揭曉,政府以19.40英鎊／(KW.A)的出清價格獲得49.26GW 的容量,相比48.6GW的容量預(yù)期,超額完成任務(wù)。總計64969.341MW的容量參與本次拍賣,其中75.82%的競拍容量獲得交付年容量協(xié)議,并于協(xié)議中承諾在需要時有供給電力的能力。二級市場的容量拍賣將于2017年晚些時候展開,該容量拍賣預(yù)期為交付年(2018—2019年)②英國容量市場設(shè)計優(yōu)劣分析英國首輪拍賣結(jié)果可以佐證容量市場設(shè)計的優(yōu)劣分析。其中：優(yōu)勢體現(xiàn)在加長新建容量協(xié)議時限；問題則集中于拍賣設(shè)計及缺乏儲能裝置支持設(shè)計。
1)英國容量市場設(shè)計的優(yōu)勢
加長新建容量協(xié)議時限：為充分利用已有容量和推進新投資,英國設(shè)立容量市場。相較已完成投資的已有容量,新建機組需要更為長期的容量協(xié)議。這是因為新建容量必須確保其支出資本的金融安全。通常,新建機組需要更高程度的金融確定性。DECC相信長達15年的容量長期合同有助于促進競爭性的市場新進入者,保障其低成本融資的安全及項目融資的便利［11］。另外,長達3年的容量協(xié)議可以保障已有機組進行重大翻新。本次容量拍賣結(jié)果(見表2)顯示,新建中拍容量(2621.151MW)中的91% 選擇了簽署15 年的容量協(xié)議(2391.004MW),這佐證了加長新建容量協(xié)議時限對于激勵新建投資的有效性。
拍賣設(shè)計：由于荷蘭式拍賣有助于提高效率,DECC盡管承認該拍賣設(shè)計可能會導(dǎo)致發(fā)電商勾結(jié),依然選取荷蘭式拍賣進行英國容量市場競拍。但哥倫比亞和新英格蘭容量市場的失敗教訓(xùn)表明：荷蘭式拍賣在每輪叫價中均會向發(fā)電商提供供需信息,當(dāng)少數(shù)大型電力公司壟斷市場時,過多的供需信息會導(dǎo)致其操縱市場、哄抬價格,引起低效分配。因此,英國容量市場拍賣設(shè)計并不合理。為了保證競拍的公平及促進小型電力公司參與市場,英國應(yīng)在眾多拍賣設(shè)計備選方案中選取密封拍賣替代荷蘭式拍賣。
缺乏儲能裝置支持設(shè)計：低碳電源的間歇特性無法保證交付年電量的供給,儲能裝置能夠平滑低碳電源的波動性,有助于融合低碳間歇電源并網(wǎng),因此英國電網(wǎng)預(yù)計于2030年需要16GW儲能裝置。但英國容量市場并未對其設(shè)計輔助支持機制。因此在無差別容量市場中收益資金流的不確定性大大限制了儲能裝置的建設(shè)。首輪拍賣結(jié)果顯示：共2.7GW儲能裝置中拍,遠小于2030年英國儲能裝置需求。當(dāng)儲能裝置不足以改善低碳電源間歇特性時,極有可能造成交付年峰荷時期停電。因此,缺乏儲能裝置支持設(shè)計是英國容量市場的隱患。
四 后續(xù)發(fā)展
1)加強英國同歐洲大陸的能源互聯(lián)
為促進供給方完全競爭,以更低的價格實現(xiàn)目標(biāo)容量,英國提出2015年起,允許歐洲鄰國(挪威、比利時、法國)容量參與英國容量主市場競拍的方案,確保英國2019—2020年冬季能源的安全供給。通過尋求海外清潔能源(風(fēng)能、水能及核能)補給,實現(xiàn)英國接收能源總額的成倍增長。該舉措將為消費者提供更為便宜的能源,總計將于2040年節(jié)省多達90億英鎊的費用。
2)促進弱勢容量參與市場的過渡時期安排
英國批準(zhǔn)2015年和2016年開展過渡時期安排的拍賣,用于進行2016—2017年和2017—2018年的容量交付。過渡時期安排旨在幫助主市場中尚不足以同傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)競爭的容量,其中包括新的DSR提供者、小規(guī)模嵌入式發(fā)電及小于50MW 的儲能器。上述容量提供者有機會參與過渡時期安排拍賣(限制更少),并可以應(yīng)用所獲經(jīng)驗及知識參與容量主市場拍賣,同時扶持更多DSR 提供者參與市場。
五 英國和美國容量市場的比對分析
美國根據(jù)地區(qū)劃分為多個各具特色的容量市場,以下分別從需求和時間尺度2個方面進行英國和美國容量市場設(shè)計的比對分析。
1)容量定額(需求)
目前容量定額主要采用3種形式。①容量義務(wù)：ISO計算每個負荷服務(wù)企業(yè)(LSE)需要履行的容量義務(wù),美國ISO－NY［24］使用此方法。②垂直需求曲線：在目標(biāo)容量處建立垂直的需求曲線,美國ISO－NE使用此方法。③變化需求曲線：建立傾斜向下的需求曲線(暗含目標(biāo)容量),美國PJM和英國采用此方法。
容量義務(wù)的優(yōu)點是將義務(wù)落實到每個LSE,缺點是計算量大,過于精確個體的容量需求與而缺乏整體把握。垂直需求曲線的優(yōu)點是便于計算和制定,缺點是對價格缺乏彈性,垂直的價格波動會為發(fā)電企業(yè)的利潤帶來高度的不穩(wěn)定性。變化的需求曲線的優(yōu)點是價格具有彈性,降低了投資風(fēng)險。其中：美國PJM 定義的容量價格缺乏對容量可靠性價格的體現(xiàn)；英國計算分析建議容量時涵蓋未來多種可能性,同時在容量成本中包含可靠性價格,缺點是計算量大。但政府相信復(fù)雜的計算有助于提高可信度。因此,英國制定需求曲線的方法兼具價格彈性和可靠性的優(yōu)點(提高容量提供者信心,吸引新的市場競爭者；保證系統(tǒng)可靠性標(biāo)準(zhǔn))。
2)時間尺度
主市場：主市場時間尺度的設(shè)立主要有中期和長期2種形式。中期：先于容量期開始30D,美國ISO－NY使用該時長。長期：先于交付3年,美國ISO－NE和美國PJM 使用該時長；先于交付年4年,英國采用該時長。中期主市場拍賣的優(yōu)點是方便容量的靈活交易,缺點是無法為新建容量提供長期穩(wěn)定的金融支持和保證機組建設(shè)時間。長期主市場有效避免了上述缺點,二級市場的合理設(shè)置也能實現(xiàn)容量的靈活調(diào)整,因此長期主市場拍賣(英國、ISO－NE和PJM)能夠充分發(fā)揮時間優(yōu)勢(兼顧金融支持和建設(shè)時間)。
二級市場：將二級市場依據(jù)數(shù)目分為單一市場和多重市場2種形式。單一市場的優(yōu)點是運營簡單、節(jié)約成本,但靈活性差、缺乏對低碳能源間歇特性的體現(xiàn),適用于常規(guī)能源較多的情形,保障備用容量的充裕,英國采用此形式(僅1個二級市場)。多重二級市場的優(yōu)點是靈活多變,缺點是設(shè)立時間復(fù)雜、同電能市場部分重復(fù)、運營成本高,適用于間歇能源較多的情形,保證備用容量的充裕及靈活調(diào)整。美國容量市場(PJM,ISO－NE,ISO－NY)使用此形式。
六 英國第3次電力市場改革對中國電力市場建設(shè)的啟示
目前,中國新一輪電改已經(jīng)啟動,面對低碳能源間歇特性和用電負荷增長的雙重壓力,國內(nèi)在建立電能市場的同時也必須考慮容量市場的建立。比對分析英國和美國容量市場設(shè)計,中國應(yīng)從以下幾個方面學(xué)習(xí)容量市場的建設(shè)經(jīng)驗。
1)目標(biāo)容量和需求曲線(需求)
由英國和美國容量市場需求分析可得,中國在進行容量市場需求設(shè)計時,可以重點參考英國的方法,但涉及的相關(guān)參數(shù)還需要結(jié)合中國具體國情制定。
2)能源互聯(lián)促進充足供給(供給)
中國幅員遼闊、區(qū)域電力發(fā)展不同,國內(nèi)容量市場設(shè)立初期區(qū)域試點運營必不可少。英國容量市場后續(xù)發(fā)展顯示能源互聯(lián)能夠大幅提高容量經(jīng)濟性。因此,區(qū)域試點運營時建議同周遭地區(qū)進行能源互聯(lián),并明確相關(guān)規(guī)則。
3)時間尺度(主市場、二級市場)
由英國和美國容量市場時間尺度分析可知,中國容量主市場最好選取長期作為時間尺度。中國二級市場建議參考美國方案(多重市場),以靈活應(yīng)對低碳能源間歇特性,更好地推進今后低碳化改革的發(fā)展。
4)所需容量輔助支持設(shè)計
在推進低碳化電力市場改革中,需要大量新建容量和靈活容量(儲能裝置)確保提供充裕備用的同時應(yīng)對低碳電源間歇特性。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。靈活容量亟待英國公布過渡時期安排結(jié)果綜合分析。
另外,由于電力行業(yè)存在天然的壟斷,為避免少數(shù)大型電力公司操縱市場、哄抬價格,拍賣過程中應(yīng)盡量少向他們提供市場信息。因此,為了保證公平和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。
七 結(jié)語
電力市場由于價格上限的管制等原因,僅靠電能價格不足以吸引充足的投資保證峰荷時期的用電安全,同時老舊機組的淘汰及間歇式能源的大規(guī)模并網(wǎng)為電網(wǎng)運行的可靠性帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn),容量市場作為政府設(shè)立的中長期規(guī)劃市場,輔助電能市場的完善運營,在此時發(fā)揮關(guān)鍵作用。英國通過幾年的探索,推出了以容量市場為主的低碳化電力市場改革方案。通過分析對比英國和美國的容量市場設(shè)計,為中國今后深化電力市場改革提供了寶貴的經(jīng)驗。
以上內(nèi)容摘自絲路印象(www.miottimo.com)
英國自20世紀(jì)80年代以來,已經(jīng)完成2次電力市場改革,分別建立了電力市場的POOL模式(1989年)、電力交易機制模式(2001年的新電力交易機制(NETA)模式及2007年的電力交易和傳輸機制(BETTA)模式)。其中,POOL模式采用集中交易方式,實現(xiàn)完全現(xiàn)貨市場競爭；NETA和BETTA模式進一步體現(xiàn)了電力的商品屬性,采用雙邊交易和期貨市場為主、現(xiàn)貨市場(平衡市場)輔助的方式。
為了保障能源產(chǎn)業(yè)的競爭性、安全性和可持續(xù)性,歐盟委員會于2014 年1 月22 日公布的《2030年氣候與能源政策框架》中明確了歐盟向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的3個階段性目標(biāo)路徑：減排、提高能效、提高可再生能源占比。其中：在提高可再生能源比例方面,規(guī)劃于2030年前將歐盟能源消費中可再生能源占比提高27% 以上,其中,電力部門于2020年達到21%,于2030年提高至45%。
目前,英國電力市場總體能夠穩(wěn)定、高效運營,然而為應(yīng)對全球氣候變化和能源供給安全的需求,英國第3次電力市場改革勢在必行。英國這次改革的目標(biāo)是在推進低碳電源發(fā)展和確保供電可靠性的同時避免電價提升。為實現(xiàn)上述目標(biāo),英國電力市場開展了以建立容量市場為主的第3次電力市場改革。容量市場是政府設(shè)立的中長期規(guī)劃市場,以削減(100%可信)容量作為商品,通過容量市場收益彌補單獨電能市場收益對投資刺激的不足,為具有間歇特性的低碳能源提供充足的備用容量。
目前,英國已發(fā)布一系列政府報告,介紹并分析了英國容量市場設(shè)計。文獻是英國政府評估報告以及分析容量市場設(shè)立的必要性。文獻給出了容量市場制定的相關(guān)法律法規(guī)以及咨詢會的意見。文獻介紹了主要包含5個運營階段的容量市場設(shè)計方案。文獻給出了英國容量市場目標(biāo)交易容量確定的建模方法。文獻主要確定了容量市場中各部門的職能。文獻給出了英國首輪容量市場拍賣參數(shù)。文獻提供并統(tǒng)計了英國首輪容量拍賣的結(jié)果。文獻分析了英國容量市場設(shè)計。文獻指明了英國容量市場后續(xù)的發(fā)展方向。文獻介紹了其他各國容量市場設(shè)計以同英國容量市場設(shè)計進行比對分析。
目前除英國外,國際運營電力容量市場的國家主要包括美國(PJM(PJM 是由賓夕法尼亞州、新澤西州和馬里蘭州的3個電力公司組成的一個區(qū)域電力協(xié)作組織)、新英格蘭獨立系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)(ISONE)、紐約獨立系統(tǒng)調(diào)度機構(gòu)(ISO－NY))和北歐四國(瑞典、丹麥、挪威、芬蘭)。法國準(zhǔn)備參照英國模式建設(shè)容量市場,澳大利亞暫無容量市場。各國設(shè)立容量市場的原因主要有：供給不足、需求過大和低碳化趨勢。英國推進低碳電源發(fā)展的過程中需要針對其間歇特性提供充足的備用容量,推進低碳化作為英國容量機制設(shè)立的原因具有普適性。因此,本文通過介紹分析英國容量市場設(shè)計,為中國新一輪電力市場改革中關(guān)于容量市場的開展提供參考。
一 設(shè)立容量市場的必要性
隨著污染嚴(yán)重的燃煤機組和老舊火電機組的淘汰(英國約20%的發(fā)電設(shè)施將陸續(xù)關(guān)閉)和用電負荷的增長(2050年電力需求增加30%到60%),未來英國將增加低碳間歇電力容量,因此,需要通過設(shè)立容量市場來引導(dǎo)投資,保證峰荷時期備用容量的充裕。為此,英國已進行一系列評估驗證設(shè)立容量市場的必要性。
1)確保供電可靠性。英國能源及氣候變化署(DECC)和國家天然氣和電力市場辦公室(OFGEM)預(yù)估容量市場的引入對英國電力系統(tǒng)可靠性的改善作用如圖1所示。圖1中,可靠性指標(biāo)用電力不足期望值(LOLE)表示。這是由于容量市場的引入增加了發(fā)電商未來收益的確定性,從而促進發(fā)電機組的建設(shè)。
圖1 英國容量市場對電力系統(tǒng)可靠性的影響
圖2 英國容量市場對批發(fā)電價的影響
二 英國容量市場設(shè)計內(nèi)容
英國容量市場的建立也經(jīng)歷了長期的討論,頒布了一系列文件并試運營。下面分別從法律、結(jié)構(gòu)及參與方綜述英國容量市場的設(shè)計。
①相關(guān)法規(guī)
英國政府制定了一系列容量市場相關(guān)的法律法規(guī),其發(fā)展脈絡(luò)如表1所示。
表1 英國容量市場法律發(fā)展表
圖3 容量市場階段圖
容量定額是由系統(tǒng)運營者(SO)根據(jù)可靠性指標(biāo)確定容量交易額度的過程。英國主要包含目標(biāo)容量和需求曲線制定兩部分內(nèi)容。
目標(biāo)容量：為滿足預(yù)期可靠性標(biāo)準(zhǔn)(LOLE≤3h／A),SO分析并建議亟待拍賣的容量總額,經(jīng)技術(shù)專家組獨立審議后由國務(wù)大臣決定拍賣目標(biāo)容量。其中：SO 于2014年6月公布《電力容量報告》給出具體建模方法并確定2014年底英國首輪容量拍賣的目標(biāo)容量,建模進程如圖4所示。
圖4 建模進程概念圖
圖5 容量機制流程圖
魯棒優(yōu)化方法是在將來不確定因素的情況下,最小化決策成本。在分析建議容量目標(biāo)時,魯棒優(yōu)化方法是不斷將單一方案／靈敏度下獲得的容量水平在其他全部方案／靈敏度下進行最壞成本輸出,其中,成本包括容量獲得成本和電量不足期望值成本兩部分。遍歷全部容量水平,直到找出所有最大成本的最小值,對應(yīng)容量即為建議目標(biāo)容量。
需求曲線：英國根據(jù)目標(biāo)容量、新進入者成本(CONE)、價格上限和波動范圍(1.5GW)繪制需求曲線,如圖6所示。
圖6 容量需求曲線
資格：英國容量市場堅持“技術(shù)中立”原則,符合市場申請資格的容量包含供給容量和DSR容量兩部分。供給容量根據(jù)建設(shè)類型分為已有、翻修和新建容量。DSR容量根據(jù)有無測試證書分為已驗證、未驗證。資格不符的容量包括差價合約支持容量、小范圍上網(wǎng)電價補貼容量可再生能源義務(wù)容量和互聯(lián)容量?；ヂ?lián)容量因市場規(guī)范待定,暫無資格參與。其余容量均因已在其他機制中補貼,因此無資格再獲取容量收益。
主市場拍賣：主市場是先于交付年4年的拍賣,滿足絕大部分的容量交易。預(yù)審合格的容量進入該階段出價,容量主市場采用荷蘭式拍賣：自始拍價起,每輪價格遞減叫拍。當(dāng)中拍容量滿足目標(biāo)容量時,拍賣停止,此時獲得出清價格。拍賣總時長不超過1周。中拍容量簽署容量協(xié)議,協(xié)議中明確供應(yīng)商給予容量提供者穩(wěn)定的報酬,容量提供者則應(yīng)在交付年必要時刻交付相應(yīng)電能,否則將受到同負荷損失相關(guān)的懲罰。
已有容量適用于1年期容量協(xié)議；已有容量發(fā)生重大翻新(每千瓦最小支出費用滿足3年協(xié)議閾值)時,可申請3年期容量協(xié)議；新建容量(符合新建標(biāo)準(zhǔn)同時滿足協(xié)議閾值)最多可申請長達15年的容量協(xié)議。
3)交易(二級市場)
交易是先于交付年1年的拍賣,實現(xiàn)容量調(diào)整。該階段發(fā)生于主市場和交付之間,這是預(yù)審合格但未簽署協(xié)議的部分容量替代主市場簽署卻無法兌現(xiàn)的容量的交易進程。
4)交付
容量提供者將在交付年收到報酬。SO至少提前4h預(yù)警電力短缺,此時容量提供者須按照容量協(xié)議交付電能,超出協(xié)議的額外供給和未能交付的不足電能將受到相應(yīng)的獎勵和懲罰,懲罰不會超過容量提供者在容量市場中獲得的總收益；如果SO沒有提前預(yù)警,即使容量提供者未能按時按約交付電能,也不會受到懲罰。具體罰金的制定正待商榷。
5)支付(結(jié)算)
容量協(xié)議費用由供應(yīng)商承擔(dān),依據(jù)其交付年在電能市場中所占份額進行結(jié)算。當(dāng)正常支付(包含獎勵情況)時,資金流將從供給商開始,流經(jīng)容量市場決算機構(gòu)(CMSB),最終抵達容量提供者；當(dāng)容量提供者面臨懲罰時,資金逆向流動。
③市場參與方
容量市場參與方主要包括市場運作部門,市場買方(供應(yīng)商)和市場賣方(容量提供者)。其中,容量市場的運作部門包括DECC,OFGEM,SO,技術(shù)專家組,CMSB,ELEｘON LTD.以及國務(wù)大臣。在容量市場不同運營階段中各部門職能如附錄A表A1所示。DECC負責(zé)制定和維持相應(yīng)的能源法案；OFGEM 作為監(jiān)管者有義務(wù)監(jiān)督容量市場框架中法律的實施,在管理SO的同時強化現(xiàn)行容量市場相關(guān)法律對市場競爭的促進作用。同時,OFGEM 負責(zé)首輪拍賣后容量市場技術(shù)法規(guī)的管理。在線路阻塞約束下,SO將有能力運行區(qū)域化的拍賣,區(qū)域化的拍賣必須得到OFGEM 的批準(zhǔn)。
④評價標(biāo)準(zhǔn)
容量市場的評價標(biāo)準(zhǔn)同容量市場的優(yōu)勢對應(yīng),分別從確保供電、提高能效和能源低碳化的方面對機制設(shè)計進行評價。其中,確保供電選取LOLE作為電力系統(tǒng)可靠性的評價指標(biāo),分別計算有／無容量市場時的LOLE,評估容量市場對電力系統(tǒng)可靠性的影響；提高能效主要立足經(jīng)濟性,在確保供電的前提下,計算容量市場引入對尖峰電價的影響；能源低碳化主要從靈活容量占比進行分析,判斷容量市場機制的引入對可再生能源并網(wǎng)的支持力度。
三 首輪拍賣結(jié)果及分析
①拍賣參數(shù)和拍賣結(jié)果
2014年12月16日,英國開始首輪容量拍賣以滿足交付年(2018—2019年)的容量需求,首輪拍賣時刻表和拍賣相關(guān)參數(shù)分別如附錄A 表A2和表A3所示。英國政府為本次拍賣擬定了48.6GW 的容量交易目標(biāo)。英國首輪容量競拍采用的荷蘭式拍賣具有快速交易的特點,以70-75英鎊／(KW.A)作為起拍價,每輪叫價下降5英鎊／(KW.A)。當(dāng)滿足目標(biāo)容量48.6GW 時,拍賣停止。
2014年12月18日晚,首輪容量拍賣結(jié)果揭曉,政府以19.40英鎊／(KW.A)的出清價格獲得49.26GW 的容量,相比48.6GW的容量預(yù)期,超額完成任務(wù)。總計64969.341MW的容量參與本次拍賣,其中75.82%的競拍容量獲得交付年容量協(xié)議,并于協(xié)議中承諾在需要時有供給電力的能力。二級市場的容量拍賣將于2017年晚些時候展開,該容量拍賣預(yù)期為交付年(2018—2019年)②英國容量市場設(shè)計優(yōu)劣分析英國首輪拍賣結(jié)果可以佐證容量市場設(shè)計的優(yōu)劣分析。其中：優(yōu)勢體現(xiàn)在加長新建容量協(xié)議時限；問題則集中于拍賣設(shè)計及缺乏儲能裝置支持設(shè)計。
1)英國容量市場設(shè)計的優(yōu)勢
加長新建容量協(xié)議時限：為充分利用已有容量和推進新投資,英國設(shè)立容量市場。相較已完成投資的已有容量,新建機組需要更為長期的容量協(xié)議。這是因為新建容量必須確保其支出資本的金融安全。通常,新建機組需要更高程度的金融確定性。DECC相信長達15年的容量長期合同有助于促進競爭性的市場新進入者,保障其低成本融資的安全及項目融資的便利［11］。另外,長達3年的容量協(xié)議可以保障已有機組進行重大翻新。本次容量拍賣結(jié)果(見表2)顯示,新建中拍容量(2621.151MW)中的91% 選擇了簽署15 年的容量協(xié)議(2391.004MW),這佐證了加長新建容量協(xié)議時限對于激勵新建投資的有效性。
表2 容量協(xié)議時限分類表
拍賣設(shè)計：由于荷蘭式拍賣有助于提高效率,DECC盡管承認該拍賣設(shè)計可能會導(dǎo)致發(fā)電商勾結(jié),依然選取荷蘭式拍賣進行英國容量市場競拍。但哥倫比亞和新英格蘭容量市場的失敗教訓(xùn)表明：荷蘭式拍賣在每輪叫價中均會向發(fā)電商提供供需信息,當(dāng)少數(shù)大型電力公司壟斷市場時,過多的供需信息會導(dǎo)致其操縱市場、哄抬價格,引起低效分配。因此,英國容量市場拍賣設(shè)計并不合理。為了保證競拍的公平及促進小型電力公司參與市場,英國應(yīng)在眾多拍賣設(shè)計備選方案中選取密封拍賣替代荷蘭式拍賣。
缺乏儲能裝置支持設(shè)計：低碳電源的間歇特性無法保證交付年電量的供給,儲能裝置能夠平滑低碳電源的波動性,有助于融合低碳間歇電源并網(wǎng),因此英國電網(wǎng)預(yù)計于2030年需要16GW儲能裝置。但英國容量市場并未對其設(shè)計輔助支持機制。因此在無差別容量市場中收益資金流的不確定性大大限制了儲能裝置的建設(shè)。首輪拍賣結(jié)果顯示：共2.7GW儲能裝置中拍,遠小于2030年英國儲能裝置需求。當(dāng)儲能裝置不足以改善低碳電源間歇特性時,極有可能造成交付年峰荷時期停電。因此,缺乏儲能裝置支持設(shè)計是英國容量市場的隱患。
四 后續(xù)發(fā)展
1)加強英國同歐洲大陸的能源互聯(lián)
為促進供給方完全競爭,以更低的價格實現(xiàn)目標(biāo)容量,英國提出2015年起,允許歐洲鄰國(挪威、比利時、法國)容量參與英國容量主市場競拍的方案,確保英國2019—2020年冬季能源的安全供給。通過尋求海外清潔能源(風(fēng)能、水能及核能)補給,實現(xiàn)英國接收能源總額的成倍增長。該舉措將為消費者提供更為便宜的能源,總計將于2040年節(jié)省多達90億英鎊的費用。
2)促進弱勢容量參與市場的過渡時期安排
英國批準(zhǔn)2015年和2016年開展過渡時期安排的拍賣,用于進行2016—2017年和2017—2018年的容量交付。過渡時期安排旨在幫助主市場中尚不足以同傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)競爭的容量,其中包括新的DSR提供者、小規(guī)模嵌入式發(fā)電及小于50MW 的儲能器。上述容量提供者有機會參與過渡時期安排拍賣(限制更少),并可以應(yīng)用所獲經(jīng)驗及知識參與容量主市場拍賣,同時扶持更多DSR 提供者參與市場。
五 英國和美國容量市場的比對分析
美國根據(jù)地區(qū)劃分為多個各具特色的容量市場,以下分別從需求和時間尺度2個方面進行英國和美國容量市場設(shè)計的比對分析。
1)容量定額(需求)
目前容量定額主要采用3種形式。①容量義務(wù)：ISO計算每個負荷服務(wù)企業(yè)(LSE)需要履行的容量義務(wù),美國ISO－NY［24］使用此方法。②垂直需求曲線：在目標(biāo)容量處建立垂直的需求曲線,美國ISO－NE使用此方法。③變化需求曲線：建立傾斜向下的需求曲線(暗含目標(biāo)容量),美國PJM和英國采用此方法。
容量義務(wù)的優(yōu)點是將義務(wù)落實到每個LSE,缺點是計算量大,過于精確個體的容量需求與而缺乏整體把握。垂直需求曲線的優(yōu)點是便于計算和制定,缺點是對價格缺乏彈性,垂直的價格波動會為發(fā)電企業(yè)的利潤帶來高度的不穩(wěn)定性。變化的需求曲線的優(yōu)點是價格具有彈性,降低了投資風(fēng)險。其中：美國PJM 定義的容量價格缺乏對容量可靠性價格的體現(xiàn)；英國計算分析建議容量時涵蓋未來多種可能性,同時在容量成本中包含可靠性價格,缺點是計算量大。但政府相信復(fù)雜的計算有助于提高可信度。因此,英國制定需求曲線的方法兼具價格彈性和可靠性的優(yōu)點(提高容量提供者信心,吸引新的市場競爭者；保證系統(tǒng)可靠性標(biāo)準(zhǔn))。
2)時間尺度
主市場：主市場時間尺度的設(shè)立主要有中期和長期2種形式。中期：先于容量期開始30D,美國ISO－NY使用該時長。長期：先于交付3年,美國ISO－NE和美國PJM 使用該時長；先于交付年4年,英國采用該時長。中期主市場拍賣的優(yōu)點是方便容量的靈活交易,缺點是無法為新建容量提供長期穩(wěn)定的金融支持和保證機組建設(shè)時間。長期主市場有效避免了上述缺點,二級市場的合理設(shè)置也能實現(xiàn)容量的靈活調(diào)整,因此長期主市場拍賣(英國、ISO－NE和PJM)能夠充分發(fā)揮時間優(yōu)勢(兼顧金融支持和建設(shè)時間)。
二級市場：將二級市場依據(jù)數(shù)目分為單一市場和多重市場2種形式。單一市場的優(yōu)點是運營簡單、節(jié)約成本,但靈活性差、缺乏對低碳能源間歇特性的體現(xiàn),適用于常規(guī)能源較多的情形,保障備用容量的充裕,英國采用此形式(僅1個二級市場)。多重二級市場的優(yōu)點是靈活多變,缺點是設(shè)立時間復(fù)雜、同電能市場部分重復(fù)、運營成本高,適用于間歇能源較多的情形,保證備用容量的充裕及靈活調(diào)整。美國容量市場(PJM,ISO－NE,ISO－NY)使用此形式。
六 英國第3次電力市場改革對中國電力市場建設(shè)的啟示
目前,中國新一輪電改已經(jīng)啟動,面對低碳能源間歇特性和用電負荷增長的雙重壓力,國內(nèi)在建立電能市場的同時也必須考慮容量市場的建立。比對分析英國和美國容量市場設(shè)計,中國應(yīng)從以下幾個方面學(xué)習(xí)容量市場的建設(shè)經(jīng)驗。
1)目標(biāo)容量和需求曲線(需求)
由英國和美國容量市場需求分析可得,中國在進行容量市場需求設(shè)計時,可以重點參考英國的方法,但涉及的相關(guān)參數(shù)還需要結(jié)合中國具體國情制定。
2)能源互聯(lián)促進充足供給(供給)
中國幅員遼闊、區(qū)域電力發(fā)展不同,國內(nèi)容量市場設(shè)立初期區(qū)域試點運營必不可少。英國容量市場后續(xù)發(fā)展顯示能源互聯(lián)能夠大幅提高容量經(jīng)濟性。因此,區(qū)域試點運營時建議同周遭地區(qū)進行能源互聯(lián),并明確相關(guān)規(guī)則。
3)時間尺度(主市場、二級市場)
由英國和美國容量市場時間尺度分析可知,中國容量主市場最好選取長期作為時間尺度。中國二級市場建議參考美國方案(多重市場),以靈活應(yīng)對低碳能源間歇特性,更好地推進今后低碳化改革的發(fā)展。
4)所需容量輔助支持設(shè)計
在推進低碳化電力市場改革中,需要大量新建容量和靈活容量(儲能裝置)確保提供充裕備用的同時應(yīng)對低碳電源間歇特性。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。靈活容量亟待英國公布過渡時期安排結(jié)果綜合分析。
另外,由于電力行業(yè)存在天然的壟斷,為避免少數(shù)大型電力公司操縱市場、哄抬價格,拍賣過程中應(yīng)盡量少向他們提供市場信息。因此,為了保證公平和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。
七 結(jié)語
電力市場由于價格上限的管制等原因,僅靠電能價格不足以吸引充足的投資保證峰荷時期的用電安全,同時老舊機組的淘汰及間歇式能源的大規(guī)模并網(wǎng)為電網(wǎng)運行的可靠性帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn),容量市場作為政府設(shè)立的中長期規(guī)劃市場,輔助電能市場的完善運營,在此時發(fā)揮關(guān)鍵作用。英國通過幾年的探索,推出了以容量市場為主的低碳化電力市場改革方案。通過分析對比英國和美國的容量市場設(shè)計,為中國今后深化電力市場改革提供了寶貴的經(jīng)驗。
以上內(nèi)容摘自絲路印象(www.miottimo.com)
2026-2031年英國房地產(chǎn)行業(yè)投資前景及風(fēng)險分析報告
報告頁數(shù)：146頁
圖表數(shù)：100
報告類別：前景預(yù)測報告
最后修訂：2025.01
2026-2031年英國基礎(chǔ)建設(shè)行業(yè)投資前景及風(fēng)險分析報告
報告頁數(shù)：117頁
圖表數(shù)：86
報告類別：前景預(yù)測報告
最后修訂：2025.01
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