編者按：國網(wǎng)能源院財審所主要聚焦于電力市場價格理論、政策、國際經(jīng)驗、價格機(jī)制、結(jié)算機(jī)制、價格跟蹤分析等領(lǐng)域，重點圍繞現(xiàn)貨市場價格機(jī)制、結(jié)算、輔助服務(wù)價格機(jī)制、零售市場競爭的售電策略以及用戶可選擇銷售電價套餐體系、電力市場電費結(jié)算系統(tǒng)建設(shè)、電力金融衍生品、容量市場機(jī)制等開展了課題研究。本專欄將圍繞電力市場價格的國際經(jīng)驗、體系設(shè)計、熱點問題等，結(jié)合相關(guān)成果和研究思考與讀者進(jìn)行交流分享。

文章導(dǎo)讀：發(fā)電容量充裕程度對電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠運行具有至關(guān)重要的影響。在現(xiàn)行電力市場機(jī)制下，隨著發(fā)電功率具有高間歇性、高波動性的可再生能源裝機(jī)容量顯著上升，在一定程度上擠壓了可靠性較高的火電機(jī)組的生存環(huán)境，導(dǎo)致火力發(fā)電廠收益下降且使整個電力系統(tǒng)的可靠發(fā)電容量充裕度受到威脅。本文從保證電力系統(tǒng)發(fā)電容量充裕度的必要性出發(fā)，通過研究國外先進(jìn)電力市場中保障電力系統(tǒng)可靠發(fā)電容量的體制機(jī)制，希望探求出一套適合我國現(xiàn)行電力市場發(fā)展，且有助于建立保障全系統(tǒng)可靠發(fā)電容量充裕度并可以與現(xiàn)行電力市場銜接的市場機(jī)制。

適應(yīng)我國現(xiàn)行電力市場環(huán)境下的容量市場機(jī)制設(shè)計

執(zhí)筆人：孫啟星

國網(wǎng)能源院 財會與審計研究所

1 引言

隨著我國電力市場建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，電力生產(chǎn)由原來的計劃運營模式逐步向市場經(jīng)濟(jì)運營模式轉(zhuǎn)變。在市場經(jīng)濟(jì)模式運行下，電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電容量的充裕程度將成為保證電網(wǎng)長期穩(wěn)定的重要因素[1-3]。在未來的電能量市場和輔助服務(wù)市場的機(jī)制下，由于發(fā)電企業(yè)對電網(wǎng)長期發(fā)展中容量保障機(jī)制認(rèn)識不足且在市場化條件下具有一定逐利特性，電力系統(tǒng)中發(fā)電容量的充裕度將會受到一定威脅。因此，需進(jìn)一步完善和健全電力市場機(jī)制設(shè)計，由電網(wǎng)運營商建立起保證電力系統(tǒng)發(fā)電容量充裕的市場化制度機(jī)制，從全局層面保證電網(wǎng)穩(wěn)定運營[4]。

隨著可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量和可再生能源消納率的提高，2018年我國可再生能源發(fā)電量已達(dá)1.87萬億千瓦時，約占全社會用電量27%。并且，2019新增裝機(jī)容量高達(dá)7億千瓦。在可再生能滲透率逐漸提升的背后，火電機(jī)組的發(fā)電運營面臨較大的壓力。2018年，6000千瓦以上火電發(fā)電設(shè)備平均利用小時數(shù)3862，火電生存壓力逐步顯現(xiàn)[5-6]。

火電廠利用小時數(shù)不足將不僅帶來其現(xiàn)階段營收及效益問題，還會對火電機(jī)組未來的穩(wěn)定發(fā)展及運營產(chǎn)生不利影響。

溫室氣體的排放和全球氣候變暖問題使全球各國對環(huán)境保護(hù)的重視程度與日俱增，也推動了能源領(lǐng)域的低碳化轉(zhuǎn)型升級。我國依然面臨著較為嚴(yán)峻的降低碳排放的壓力，確立了在2050年達(dá)成兩個“50%”（能源清潔化率和電氣化率超過50%）的目標(biāo)，也為火電等化石能源發(fā)電的發(fā)展帶來較大不確定性。因此，未來火電的功能定位將有可能由基荷機(jī)組向調(diào)峰機(jī)組轉(zhuǎn)變，使火電利用小時數(shù)更加不容樂觀。

我國是典型的富煤、貧油、少氣的國家。煤電機(jī)組可以長期穩(wěn)定的提供電能保證電網(wǎng)穩(wěn)定，所以未來煤電機(jī)組仍將會是我國火力發(fā)電的主力軍。相對于電量平衡而言，未來電力平衡將成為保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵問題。電力平衡和對其他電源的補(bǔ)償調(diào)節(jié)決定了煤電在電力系統(tǒng)中仍將繼續(xù)發(fā)揮‘壓艙石’和‘穩(wěn)定器’的作用。國網(wǎng)能源研究院預(yù)測表示，2030年前后，電力系統(tǒng)中仍需12億千瓦以上的煤電裝機(jī)，不宜過早過快大規(guī)模淘汰煤電[7-8]。

未來，提升電網(wǎng)穩(wěn)定性，調(diào)整電網(wǎng)發(fā)電結(jié)構(gòu)不能以簡單的行政命令方式解決。需建立整套完備的價格機(jī)制及方式，引導(dǎo)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)展走向。因此需解決三方面問題：一是如何保證優(yōu)質(zhì)火電企業(yè)合理收入；二是如何疏導(dǎo)落后煤電產(chǎn)能退出市場；三是如何有效指引機(jī)組未來投資。

發(fā)電容量充裕是保證電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行的重要因素[9-10]。發(fā)電設(shè)備建設(shè)周期長，用戶用電波動大，電能不易儲存。為保證電網(wǎng)安全，應(yīng)對用電高峰需求，發(fā)電容量必須保證在滿足最大用電高峰同時留有適當(dāng)充裕的電源容量以應(yīng)對可能出現(xiàn)的負(fù)荷突變和發(fā)電機(jī)組故障[11]。因此發(fā)電容量適當(dāng)多于負(fù)荷需求容量即稱為發(fā)電充裕度。充裕度高代表電網(wǎng)長期安全得到保障但過多的發(fā)電容量會使發(fā)電機(jī)組平均利用小時數(shù)降低，導(dǎo)致資源浪費。充裕度低會使電網(wǎng)在高峰時段用電緊張從而影響電網(wǎng)安全。

從2015年開始的本輪電力市場改革中，改革由售電開放，中長期市場交易到電力現(xiàn)貨市場轉(zhuǎn)變[12-13]。大多數(shù)研究集中在電力市場中電能量市場的出清方式[14-15]、結(jié)算機(jī)制[16-17]和輔助服務(wù)市場的研究[18-19]。目前，鮮有研究針對我國電力工業(yè)發(fā)展和電力市場的實際運行情況，對適應(yīng)我國的容量市場機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)性的分析與研究，且在如何保證發(fā)電商合理收益、保障電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行方面的考慮有所欠缺。在現(xiàn)有的電能量市場和輔助服務(wù)市場機(jī)制下，如不能建立有效的市場機(jī)制確保發(fā)電容量的充裕性，未來可能會造成穩(wěn)定性電源（如煤電，氣電）因電能量市場和輔助服務(wù)市場帶來的收益不足而導(dǎo)致關(guān)停的情況。若情況進(jìn)一步加劇，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電容量不能滿足電力尖峰負(fù)荷，將會對電力系統(tǒng)可靠性帶來較大威脅。因此，需對電力系統(tǒng)發(fā)電容量可靠性建立有效的容量市場保障機(jī)制，維持電力系統(tǒng)內(nèi)有充足的有效發(fā)電容量，保證電網(wǎng)長期穩(wěn)定運行。

另一方面，根據(jù)季節(jié)不同，可再生能源在電力生產(chǎn)中也提供一部分可靠發(fā)電容量。美國PJM容量市場設(shè)計中，非水可再生能源可計入可靠發(fā)電容量為5%-35%的裝機(jī)容量。水電計入可靠發(fā)電容量為30%-50%的裝機(jī)容量。接下來的討論中也將會對可再生能源部分進(jìn)行討論。

本文將集中討論適應(yīng)我國現(xiàn)行電力體制機(jī)制下的容量市場建設(shè)路徑。通過合理的機(jī)制及過渡方式建設(shè)容量市場，不僅加劇市場競爭并保證全系統(tǒng)發(fā)電充裕程度而且保證電力價格總體穩(wěn)定，減少電力市場中引入容量市場帶來的價格波動。

2 國外電力市場保證發(fā)電容量的機(jī)制設(shè)計

國外部分國家電力市場建立較早，模式較為成熟。通過借鑒國內(nèi)電力市場相關(guān)經(jīng)驗并結(jié)合我國電力市場實際有助于建立和完善我國發(fā)電容量市場機(jī)制設(shè)計[20]。為提高發(fā)電容量充裕度和提高電力系統(tǒng)可靠性，合理調(diào)控發(fā)電機(jī)組的投資規(guī)模，國外電力市場發(fā)電容量充裕性保障機(jī)制主要分為三種做法：1）稀缺定價機(jī)制[21-23]；2）戰(zhàn)略備用機(jī)制[24-25]；3）容量市場機(jī)制[26-28]。

2.1 稀缺定價機(jī)制

稀缺定價機(jī)制是電能量市場中的一種存在形式，一般應(yīng)用于純電能量市場機(jī)制[29]。稀缺定價機(jī)制允許部分發(fā)電商存在發(fā)電容量持留，使其可通過系統(tǒng)運營中短時供電短缺時產(chǎn)生的稀缺電價回收成本并且創(chuàng)造收益[30]。另外有效的市場監(jiān)管是稀缺定價機(jī)制的重點，有力的監(jiān)管消除市場力帶來的電價虛高的現(xiàn)象。此外，用戶側(cè)及時有效的需求響應(yīng)也是減少稀缺電價機(jī)制影響的重要因素[31]。當(dāng)用戶對電價足夠敏感并且可以按照電價調(diào)整用電行為時，用戶才可以避免稀缺機(jī)制引起的用電費用上升，進(jìn)而從需求側(cè)保證電力市場穩(wěn)定運行。稀缺定價機(jī)制雖使用有效監(jiān)管降低市場力，但其在供電短缺時允許電能量市場中尖峰價格的出現(xiàn)，沖擊了電力市場價格穩(wěn)定性。

定價機(jī)制方面，澳大利亞的最高價格限定為13500澳元/MWh；美國德州最高價格限定價為9000美元/MWh。美國德州在2019年8月12日尖峰時刻電價達(dá)到8983.88美元/MWh,電價約合63元/度。2014年美國也曾出現(xiàn)800美元/MWh的稀缺電價持續(xù)幾小時的極端情況。此外，法國電網(wǎng)也在2012年2月9日出現(xiàn)過2000歐元/MWh的尖峰電價。電能量市場中稀缺電價的產(chǎn)生，可客觀反映所在地區(qū)發(fā)電容量充裕程度的不足，也在一定程度上影響了市場秩序，提升了用戶用能成本。稀缺定價機(jī)制不能前瞻性的提升電網(wǎng)發(fā)電容量，不利于電力市場價格穩(wěn)定。

2.2 戰(zhàn)略備用機(jī)制

戰(zhàn)略備用機(jī)制是指電網(wǎng)運營商與一些面臨退役或停用的發(fā)電機(jī)組簽訂合約，在需要時使用其發(fā)電容量對電網(wǎng)負(fù)荷需求進(jìn)行響應(yīng)。在系統(tǒng)常規(guī)運行時，參與戰(zhàn)略備用的機(jī)組將不被調(diào)用。在整個系統(tǒng)出現(xiàn)容量短缺時，簽訂備用合約的機(jī)組將會被調(diào)用以應(yīng)對短時電力供需矛盾突出問題。在戰(zhàn)略備用機(jī)制中，參與備用的機(jī)組將不會被允許參加電能量市場。因此，此類機(jī)組收入的唯一來源為與電網(wǎng)運營商簽署的戰(zhàn)略備用合約。

戰(zhàn)略備用機(jī)制采用的容量一般由電網(wǎng)運營商確定，并采用招標(biāo)的方式進(jìn)行采購。采購發(fā)電容量的成本通過輸電價格或者平衡費用回收，最終將成本疏導(dǎo)到用戶[32]。

戰(zhàn)略備用是將一部分發(fā)電裝機(jī)剝離出電力市場之外，該部分戰(zhàn)略備用容量不能參與市場。因此，不能通過電能量市場獲利，這導(dǎo)致該機(jī)制不能給發(fā)電商的投資行為起到正向引導(dǎo)作用。另一方面，戰(zhàn)略備用會使用戶承擔(dān)因戰(zhàn)略備用支付給備用機(jī)組的費用，會導(dǎo)致終端電價上升。目前瑞典和比利時采用戰(zhàn)略備用機(jī)制，但瑞典計劃于2020年逐步退出戰(zhàn)略備用機(jī)制。

2.3 容量市場機(jī)制

容量市場區(qū)別于電能量市場，是兩種不同的市場方式。電能量市場是發(fā)電和用電的實時平衡，保證整個系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。容量市場目標(biāo)是保證電力系統(tǒng)中總體可靠發(fā)電容量的充裕度，保證系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運行[33]。

2.3.1 美國PJM容量市場

本文將通過容量市場的需求曲線確定和容量市場結(jié)算方式兩部分介紹美國PJM容量市場。通過調(diào)整需求曲線參數(shù)可以體現(xiàn)全系統(tǒng)容量需求、釋放價格指導(dǎo)信號，從而引導(dǎo)發(fā)電企業(yè)投資及運營，通過容量市場結(jié)算可將合理的市場價格傳導(dǎo)到用戶[34]。

2.3.1.1 需求曲線確定

圖1為PJM容量需求曲線，該曲線分為三部分折線，分別對應(yīng)三種不同的供需情況及報價[35-36]。特征點坐標(biāo)如表1所示，其中b點表示電網(wǎng)運營商期望的區(qū)域發(fā)電容量總量及容量價格，d點到a點表示當(dāng)容量資源極度稀缺時，對應(yīng)的容量價格為限定的最高值。b點向左表示當(dāng)容量資源較稀缺時，對應(yīng)容量價格上升；b點向右表示容量資源較為充裕，容量單價價格下降，減少了發(fā)電商收益并給出了市場投資信號。c點向右表示資源嚴(yán)重過剩，容量單價價格為零。

圖1 PJM容量需求曲線示意圖

表1 PJM容量需求曲線特征點坐標(biāo)

表1中，CONE表示新建機(jī)組總成本，PJM參考的是通用電氣聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)7HA的成本；E&AS表示電能量市場和容量市場獲利抵消量；Lp表示區(qū)域峰值負(fù)荷；IRM表示裝機(jī)容量裕度（目前PJM規(guī)定為0.15）；FRR表示負(fù)荷自供應(yīng)部分；RelReq表示區(qū)域可靠裝機(jī)需求，計算公式為：

RelReq=LP*（1+IMR）*（1-等效停機(jī)率）-FRR

由此可見，PJM容量市場的需求曲線中，當(dāng)總裝機(jī)容量低時，容量價格為制定的容量價格最大值。當(dāng)容量小于點b時，單位容量的價格變化越高。代表參與容量市場的機(jī)組獲利增加，并且刺激發(fā)電商增加發(fā)電裝機(jī)以滿足未來供電需求。當(dāng)容量大于b點對應(yīng)容量時，單位容量價格下降較為緩慢。代表參與容量市場的機(jī)組容量少量過剩，單位容量獲利減少，加速電力企業(yè)轉(zhuǎn)型，促使其通過電能量市場和輔助服務(wù)市場獲利。在規(guī)則中，原則上容量市場不會為超過區(qū)域可靠性裝機(jī)需求過多的機(jī)組提供補(bǔ)償（即超過c點）。這也側(cè)面以市場競爭機(jī)制引導(dǎo)發(fā)電商改造或關(guān)停經(jīng)濟(jì)效益差的機(jī)組（多為高耗能機(jī)組）。

另一方面，容量市場價格與輔助服務(wù)市場和電能量市場存在一定聯(lián)系。當(dāng)在其他兩個市場收益提升時，容量市場的收益會降低，該機(jī)制可在保證發(fā)電商收益率的同時降低用戶的用能漲價風(fēng)險。

在現(xiàn)實報價中，由于結(jié)算機(jī)制的存在，在供電區(qū)域中發(fā)電容量富裕會整體壓低單位容量價格，當(dāng)發(fā)電容量緊缺時會提升單位容量價格。

2.3.1.2 容量市場結(jié)算

（1）容量市場結(jié)算方式及時間

美國PJM容量市場結(jié)算分為三種主要的結(jié)算方式，分別為基本市場拍賣、追加市場拍賣和雙邊合約。雙邊合約結(jié)算方式是用戶和發(fā)電企業(yè)直接簽訂容量合約以實現(xiàn)容量交易。

基本拍賣市場主要目的為釋放價格信號并引導(dǎo)發(fā)電商投資。基本拍賣中允許新建和在容量交付日期前建成的發(fā)電設(shè)備參與基本拍賣，基本拍賣一般在交付前3年完成。區(qū)域內(nèi)的可用容量必須參與基本拍賣，區(qū)域外的機(jī)組可選擇自愿參加容量市場拍賣。

三個追加市場拍賣為每個交付年前的第20月、10月和3月開展。追加市場拍賣的設(shè)立是為了應(yīng)對負(fù)荷水平和機(jī)組建設(shè)計劃等不確定性因素，從而對基本拍賣起到有效的補(bǔ)充作用。

（2）容量拍賣結(jié)算方式

如圖2，結(jié)算拍賣以邊際結(jié)算方式結(jié)算[37]。以兩組（S1和S2）報價為例，S1與S2分別有4個機(jī)組參與市場競拍。S1的情況中，四個機(jī)組組合的報價情況與容量需求曲線相交于e點，則第4個機(jī)組成為容量邊際機(jī)組。并且此點的單位容量價格高于b點對應(yīng)價格，體現(xiàn)容量市場中發(fā)電容量充裕度不夠，釋放鼓勵發(fā)電企業(yè)增加電力系統(tǒng)發(fā)電容量建設(shè)信號。S2的情況中，四個發(fā)電機(jī)組報價組成的報價曲線與容量需求曲線相交于f點，此點對應(yīng)單位容量價格低于b點對應(yīng)價格。則說明市場容量資源相對富裕，釋放發(fā)電投資要謹(jǐn)慎的市場信號。

圖2 容量市場結(jié)算方式

（3）容量市場參與方的義務(wù)

發(fā)電商在容量市場拍賣中標(biāo)的容量必須在交付年中任意時間可以有效提供不少于中標(biāo)容量的發(fā)電功率。由于容量市場干預(yù)使得發(fā)電容量留有部分裕度，使電力市場避免發(fā)生稀缺性定價引起的電價突增。區(qū)別于戰(zhàn)略備用機(jī)制，參與容量市場的發(fā)電商必須參與電能量市場報價，在系統(tǒng)運行需要時將會被優(yōu)先調(diào)用。如不達(dá)標(biāo)將會對發(fā)電商產(chǎn)生罰款，未完成發(fā)電容量需求的第一年容量報酬減半，第二年降至25%，第三年取消其參與容量市場資格。

2.3.1.3 美國PJM容量市場運行效果

在PJM運營管理區(qū)域，容量市場的介入使得其容量緊缺的東部地區(qū)引入新的發(fā)電機(jī)組投資。同時，容量市場彌補(bǔ)了發(fā)電商的大部分固定成本，使得發(fā)電廠在電能量市場報價接近其邊際成本。

在2014/15年容量市場價格提升了34%，用以彌補(bǔ)發(fā)電商環(huán)保升級帶來的成本增加。然而，部分老舊機(jī)組因環(huán)保改造費用過高，導(dǎo)致容量市場獲利不足以彌補(bǔ)其費用，不具備經(jīng)濟(jì)性而淘汰。

對于發(fā)電商而言，容量市場彌補(bǔ)了發(fā)電設(shè)備的大部分固定成本，提升了發(fā)電企業(yè)收益。圖3為2018年P(guān)JM用戶電價構(gòu)成組成。其中，電能量費用占63.05%，容量費用占19.82%，輸電費用占14.73%，剩下2.4%為輔助服務(wù)產(chǎn)生的費用。

圖3 2018年P(guān)JM電價及其構(gòu)成

由圖可以看出，容量市場在保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時彌補(bǔ)了發(fā)電企業(yè)大部分固定成本，剩余固定成本和變動成本由電能量市場回收。由于電能量市場競爭的存在，發(fā)電商為保證成本回收和獲得合理利潤將會壓低電能量市場的報價，這會使用戶電價仍處在合理的范圍。與此同時，部分老舊機(jī)組和高耗能機(jī)組由于會因容量市場競標(biāo)獲利價格水平低或因電能量市場發(fā)電價格沒有競爭力而加速退出市場，從而達(dá)到由價格信號優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)的目的。

3 我國容量市場制定方法研究

我國現(xiàn)有的電力市場研究主要集中在電能量市場和輔助服務(wù)市場，沒有對電力系統(tǒng)發(fā)電充裕度進(jìn)行過系統(tǒng)化的市場機(jī)制研究。現(xiàn)行的電力市場化機(jī)制設(shè)計會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益好的發(fā)電機(jī)組支撐電力系統(tǒng)的大部分用能需求，發(fā)電效益不好的機(jī)組僅能在少數(shù)用電高峰時段發(fā)電，導(dǎo)致其有效利用小時數(shù)不高。有效利用小時數(shù)與發(fā)電機(jī)組收益成正相關(guān)關(guān)系，發(fā)電設(shè)備過低的有效利用小時數(shù)可能導(dǎo)致以下兩種情況發(fā)生：1）發(fā)電設(shè)備通過尖峰時段利用小時數(shù)回收其固定成本及變動成本，導(dǎo)致尖峰時段電價過高，增加了電力市場的不確定性，并潛在增加了用戶的用能成本（參考稀缺定價機(jī)制對電力市場帶來的影響）；2）發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)低嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)效益，造成持續(xù)虧損，最終導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備關(guān)停，可能引發(fā)用電高峰時段電力供給不足，系統(tǒng)穩(wěn)定性降低。

在我國原有的計劃發(fā)電時代，電力系統(tǒng)發(fā)電容量較為充裕，容量安全性問題尚未凸顯。但隨著電力改革不斷深入，可再生能源發(fā)電量占比逐步上升，影響可以長期保證穩(wěn)定發(fā)電容量的火電機(jī)組，壓降火電利用小時數(shù)。火電發(fā)電商長期虧損會導(dǎo)致區(qū)內(nèi)發(fā)電容量降低，影響區(qū)內(nèi)系統(tǒng)安全性。隨著發(fā)改委能源局807號文政策要求提高可再生能源消納率，區(qū)域內(nèi)發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)又將受到進(jìn)一步擠壓。因此需要建立容量市場，從更高層面保證電力系統(tǒng)整體發(fā)電容量充裕性，保證電網(wǎng)長期穩(wěn)定運行。同時優(yōu)化電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)。

非水可再生能源未來在電能量市場和補(bǔ)貼等多方面有多方面獲得收益渠道，因此在容量市場建設(shè)初期不考慮非水可再生發(fā)電進(jìn)入容量市場，未來在機(jī)制成熟及可再生能源能達(dá)到以擺脫補(bǔ)貼形式參與發(fā)電市場競爭情況下，再考慮將可再生能源發(fā)電納入容量市場。核電、水電可在容量市場第二階段實施時進(jìn)入容量市場。因此，容量市場前期可僅納入煤電和氣電。通過煤電氣電充分進(jìn)行容量市場交易，為全面開放容量市場和允許更多類型的發(fā)電資源進(jìn)入容量市場提供經(jīng)驗。

我國電價政策以穩(wěn)定為主基調(diào)，以市場競爭方式產(chǎn)生最合理的用戶電價。因此稀缺定價機(jī)制潛在的用戶高電價風(fēng)險是不適應(yīng)我國當(dāng)前情況的。戰(zhàn)略備用機(jī)制雖可以穩(wěn)定用戶電價，但會從電力市場競爭機(jī)制中剝離部分發(fā)電容量，而電價由用戶承擔(dān)，也不適宜我國現(xiàn)狀。因此容量市場機(jī)制較為適應(yīng)我國現(xiàn)有情況，并且需要根據(jù)我國實際情況做修改，從而建成機(jī)制完善的中國特色電力市場體系。

另一方面，火電發(fā)電商的成本由固定成本和變動成本兩部分組成。固定成本包含材料費、員工工資和折舊費等，變動成本與燃料價格直接相關(guān)。我國現(xiàn)有的價格機(jī)制中，設(shè)計電能量市場回收發(fā)電商的變動成本和固定成本。發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)與收益的關(guān)系可用圖4表示。

圖4 單一電能量市場下發(fā)電設(shè)備收入及成本與發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)關(guān)系

如圖，不同發(fā)電設(shè)備由于能效不同，單位利用小時數(shù)收益也不同,其收益可以表示為一個區(qū)間。當(dāng)發(fā)電利用小時數(shù)低于h1時發(fā)電設(shè)備虧損，當(dāng)利用小時數(shù)高于h2時盈利。在h1和h2之間由發(fā)電設(shè)備效益不同，營收狀況也不同。我國電力市場可以實行“電能量市場+容量市場”模式，即保證電網(wǎng)充裕度的同時保證發(fā)電商獲得合理收益，并且盡量確保用戶用電價格接近發(fā)電商充分競爭條件下其“實際成本+合理收益”決定的電能邊際價格。由容量市場覆蓋部分或全部固定成本，由電能量市場覆蓋發(fā)電廠變動成本加合理收益。同時有足夠的激勵機(jī)制保證發(fā)電商有足夠動力提高發(fā)電效率效益從而獲得更大利潤。

本論文將主要考慮現(xiàn)階段適合我國目前電力市場條件下的容量市場機(jī)制實施路徑及過渡方式。以求減少新建容量市場后對電力市場帶來的干擾及價格大幅波動。不同于以廣東省起步的南方電網(wǎng)[38]及部分國家電網(wǎng)運營區(qū)內(nèi)電網(wǎng)企業(yè)單獨開辟容量市場的情況。此方式目的在于通過使用合理的機(jī)制進(jìn)行向容量市場過度，從而減少新機(jī)制對價格的沖擊及防止市場因不熟悉新規(guī)則帶來的價格大幅波動。通過過渡機(jī)制引導(dǎo)市場熟悉容量市場規(guī)則并明確容量價值，為容量市場實施開辟道路。

未來將會對可再生能源及其他發(fā)電資源并網(wǎng)對需求曲線影響、結(jié)算規(guī)則、適應(yīng)中國特色電力市場機(jī)制的補(bǔ)充條款等進(jìn)行詳細(xì)的論證說明。本文將不作討論。

4 適應(yīng)我國容量市場機(jī)制設(shè)計框架

我國現(xiàn)有的電力市場發(fā)展情況較為復(fù)雜，新引入的容量市場應(yīng)較好的接入現(xiàn)有電力市場，形成良性互動。為促進(jìn)容量市場的順利開展，在機(jī)制設(shè)計上應(yīng)充分考慮與現(xiàn)有電力市場規(guī)則和結(jié)算方式的銜接問題。我國容量市場應(yīng)以完全覆蓋或大部分覆蓋穩(wěn)定電源固定成本為最終目標(biāo)，由電能量市場覆蓋“變動成本+合理收益+容量市場未覆蓋的固定成本”。形成較為穩(wěn)定的電力市場環(huán)境，直觀表達(dá)電能發(fā)生成本，明確用戶承擔(dān)費用。

4.1 容量市場需求曲線方案

圖5為我國容量市場需求曲線設(shè)計，市場建設(shè)初期需求曲線應(yīng)以需求與價格線性變化為基準(zhǔn)。在后期電力數(shù)據(jù)充足，容量市場對價格的響應(yīng)情況可以預(yù)估的情況下，可逐步確定參考點，并引導(dǎo)電力系統(tǒng)總發(fā)電容量向容量需求點靠攏。

圖5 容量市場需求曲線設(shè)計

前期需求曲線應(yīng)采用線性遞減變化設(shè)計，一是因為設(shè)計較為簡單，二是可收集發(fā)電側(cè)的價格響應(yīng)情況數(shù)據(jù)，為容量需求曲線設(shè)計的第二步做準(zhǔn)備。容量需求曲線設(shè)計的第二步為利用明確的期望容量并對發(fā)電投資方良好的投資起到有效指引作用，有助于電網(wǎng)發(fā)電容量規(guī)劃的科學(xué)有序發(fā)展。

4.2 適應(yīng)我國電力市場的容量市場組織形式及資金回收方式

在目前中國電力市場體系下，容量市場費用不應(yīng)通過輸配電價和輔助服務(wù)市場回收，應(yīng)通過市場化手段形成價格并回收資金。

電能量市場報價中，產(chǎn)生的費用包含發(fā)電的變動成本和固定成本。未來，容量市場的費用可以通過原有的電能量市場拆分出來，將一定比例的發(fā)電固定成本由容量市場負(fù)責(zé)回收，而變動成本由電能量市場回收。因此不會對用戶側(cè)電費價格產(chǎn)生過多影響。未來容量市場支付給發(fā)電商的費用計劃通過容量市場賬戶進(jìn)行支付。

由于目前各省的電力市場都是以電能量市場為主，在容量市場實行的初期，可建立僅面向發(fā)電商的容量市場。用于容量市場的費用可由在容量市場拍賣中中標(biāo)的發(fā)電商以每千千瓦時a元形式從交易電價中扣除，用于“容量基金”賬戶。在此過度機(jī)制下，發(fā)電商每千千瓦時扣除費用a元和容量市場需求曲線可在容量市場拍賣前確定，發(fā)電商依此作為報價參考。

因此火電發(fā)電企業(yè)獲得的電能量市場的收入為

其中，I1表示發(fā)電企業(yè)在電能量市場的收入，T1為在電能量市場中發(fā)電商的結(jié)算價格，E1為發(fā)電企業(yè)按T1價格結(jié)算所發(fā)出的電量。σ1為發(fā)電企業(yè)偏差考核費用（如所在地存在現(xiàn)貨交易，則此項費用為零）。

因此中標(biāo)的火電發(fā)電企業(yè)需要上繳的容量市場費用為：

其中C1表示在容量市場中標(biāo)的火電企業(yè)需上繳的容量市場費用。

此種方式下，在容量市場拍賣之前市場組織者將確定容量拍賣的容量需求曲線和發(fā)電企業(yè)中標(biāo)后單位發(fā)電量需要上繳的費用a。各發(fā)電企業(yè)依據(jù)自身情況決定容量市場報價。

在容量市場實施初期，可適當(dāng)縮短容量市場拍賣周期。在容量市場實施的短期內(nèi)，將國外三年的拍賣周期縮短為半年一拍賣或一季度一拍賣。該措施有助于讓發(fā)電商盡快適應(yīng)容量市場報價規(guī)則，并促使容量市場監(jiān)督機(jī)構(gòu)不斷依據(jù)市場報價調(diào)整每兆瓦向發(fā)電商扣除的單位容量費用及容量需求曲線，快速迭代的拍賣流程有助于發(fā)現(xiàn)發(fā)電容量的真實價格。有助于保證發(fā)電商報價的合理性，同時保證容量市場資金規(guī)模控制在一定范圍之內(nèi)，確保容量市場建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)。

此種方式有助于接入現(xiàn)行的電力市場框架并推進(jìn)容量市場發(fā)展。在市場和監(jiān)管機(jī)構(gòu)熟悉報價規(guī)則和市場情況之后，可以將容量市場拍賣周期延長，保障全系統(tǒng)發(fā)電容量長期穩(wěn)定。

4.3 容量市場定價原則方案一

第一種可行方案是容量市場覆蓋發(fā)電設(shè)備固定成本的100%，電能量市場覆蓋發(fā)電設(shè)備變動成本及準(zhǔn)許收益。其發(fā)電商利用小時數(shù)、成本及收益情況與現(xiàn)行的電能量市場對比如圖6所示。

圖6 電能量市場和容量市場下發(fā)電設(shè)備收入及成本與發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)關(guān)系

如圖所示，容量市場覆蓋全部固定成本的情況下，發(fā)電商會通過電能量市場競爭獲得發(fā)電設(shè)備上網(wǎng)發(fā)電量，從而獲取相應(yīng)利潤。由于發(fā)電設(shè)備固定成本已由容量市場覆蓋，發(fā)電商回收固定成本壓力小，只要可以上網(wǎng)發(fā)電就可以獲利，發(fā)電商可以不用顧慮固定成本帶來的成本回收問題，其會在電能量市場報價中增加盡量低的合理收益來獲得發(fā)電資格。因此相較于單一電能量市場的價格收益，“容量市場+電能量市場”結(jié)合的市場機(jī)制可以促進(jìn)發(fā)電商的有效競爭，降低發(fā)電商的固定成本回收壓力，同時鼓勵發(fā)電廠參與市場競爭，促進(jìn)其生產(chǎn)運行的提質(zhì)增效提升自身效能。

4.4 容量市場定價原則方案二

第二種可行方案是使容量市場覆蓋發(fā)電設(shè)備固定成本的70%，電能量市場覆蓋發(fā)電設(shè)備變動成本、固定成本的30%及合理收益。其發(fā)電利用小時數(shù)與成本及收益情況對比如圖7。

圖7 電能量市場和容量市場下發(fā)電設(shè)備收入及成本與發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)關(guān)系

如圖所示，在發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)高于其合理利用小時數(shù)時，發(fā)電設(shè)備“變動成本+固定成本”低于電能量市場獲利情況，發(fā)電機(jī)組盈利。當(dāng)發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)低于合理利用小時數(shù)時，發(fā)電機(jī)組虧損。虛線部分是部分高效能機(jī)組的獲利空間，由于部分高效能發(fā)電設(shè)備變動成本較低，使其在更低有效利用小時數(shù)時開始盈利。此機(jī)制促進(jìn)發(fā)電設(shè)備盡量達(dá)到合理利用小時數(shù)實現(xiàn)發(fā)電設(shè)備收支平衡并繼續(xù)獲利。

另外，由于容量市場承擔(dān)了發(fā)電設(shè)備部分市場風(fēng)險，在容量市場下，電能量市場中發(fā)電商報價將以“變動成本+合理收益+發(fā)電設(shè)備單位發(fā)電量承擔(dān)的容量基金”報價，此種報價更為直觀。

在引入容量市場后，發(fā)電市場獲得的容量費用占固定成本比例越多，發(fā)電設(shè)備回收固定成本壓力越小會使單位發(fā)電收益期望降低，從而加劇市場競爭。因此在充分市場競爭的情況下，發(fā)電商可以獲得較為穩(wěn)定的收益的同時，用戶也會獲得合理的電費報價，有助于市場交易中發(fā)電廠與用戶的良性互動。

4.5 兩種容量市場設(shè)計方案對比

方案一、方案二和單一電能量市場下發(fā)電設(shè)備收入與利用小時關(guān)系如圖8：

圖8 電能量市場和容量市場下發(fā)電設(shè)備收入及成本與發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)關(guān)系比較

表2 三種不同方案比較

其中F表示發(fā)電設(shè)備的固定成本，V表示發(fā)電企業(yè)的變動成本。

一是，方案二相比于方案一，由于發(fā)電設(shè)備有固定成本回收壓力，單位發(fā)電量的期望收益上升，收益區(qū)間加大。在發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)大于一定值時，方案二的發(fā)電設(shè)備收益高于方案一的發(fā)電設(shè)備收益。從而導(dǎo)致用戶用能價格稍高。反之，方案二的發(fā)電收益低于方案一，用戶用能價格稍低。二是，方案一可以減少固定成本回收壓力，促進(jìn)發(fā)電商按照邊際成本報價，加劇市場競爭，有助于釋放電力市場建設(shè)進(jìn)程中的改革紅利，降低用戶用能成本。方案二可以促進(jìn)發(fā)電商發(fā)電積極性，以更高的發(fā)電量獲得更好地收益。三是，方案一包含了發(fā)電設(shè)備的全固定成本，可以有力保證所需發(fā)電容量的經(jīng)營情況。因此對全系統(tǒng)發(fā)電容量有強(qiáng)力的保障。方案二對發(fā)電容量保障能力相對弱于方案一，這是由于發(fā)電設(shè)備需在電能量市場競爭從而回收30%的固定成本。

未來將對兩種方案進(jìn)行深入研究，研究適應(yīng)全國各省情況的統(tǒng)一容量市場頂層設(shè)計方案。

5 算例分析

假設(shè)某電廠2臺100萬機(jī)組平均上網(wǎng)電價為380元/千千瓦時，發(fā)電變動成本為238元/千千瓦時。假設(shè)其每年固定成本回收壓力為10.64億元。

假設(shè)容量市場設(shè)計將利用小時數(shù)為3800小時為營收平衡標(biāo)準(zhǔn)計算。兩種不同容量市場設(shè)計方案中，發(fā)電企業(yè)每發(fā)一千千瓦時向容量基金交付費用a為：

表3 發(fā)電企業(yè)向容量基金賬戶上繳費用

通過容量市場競爭，發(fā)電企業(yè)獲得的容量費用會由于競爭而變化。為方便計算，此次算例中按照發(fā)電企業(yè)在方案一中中標(biāo)的金額為10.64億元，方案二中標(biāo)金額為7.448億元（70%的固定成本）計算。實際競拍中可能由于市場競爭存在帶來容量市場回收資金小幅變化，這部分變化會影響發(fā)電設(shè)備盈利情況，但此算例分析中不作考慮。

由于容量市場可以回收部分固定成本從而降低發(fā)電企業(yè)成本回收壓力，帶來的市場競爭加劇。其導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)平均上網(wǎng)電價降低的部分難以量化處理，因此在此案例分析中不考慮發(fā)電企業(yè)平均上網(wǎng)電價變化。兩種方案和單一電能量市場的火電機(jī)組不同利用小時數(shù)盈利情況比較如下。

表4 發(fā)電設(shè)備不同利用小時的盈利情況

如算例所示，方案一中由于發(fā)電設(shè)備變動成本較低，容量市場彌補(bǔ)了全部固定成本。所以發(fā)電設(shè)備持續(xù)盈利，并且利用小時數(shù)越高，盈利規(guī)模越大。方案二中，由于容量市場僅回收部分固定成本。因此發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)低時，發(fā)電企業(yè)虧損。另一方面，由于容量市場的存在，發(fā)電企業(yè)由于利用小時數(shù)少導(dǎo)致的虧損規(guī)模減少。并且，當(dāng)發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)較高時，發(fā)電設(shè)備盈利規(guī)模也不同。

因此，此種由現(xiàn)行電力市場向容量市場過渡方式可以為發(fā)電商提供防范風(fēng)險的作用（利用小時數(shù)過低虧損較少）；通過設(shè)計需求曲線參數(shù)可以保證全系統(tǒng)發(fā)電容量充裕；并且通過降低固定成本回收壓力促進(jìn)市場充分競爭，降低用戶用能成本。

6 結(jié)論

良好的發(fā)電資源充裕程度對于電力市場建設(shè)和電力工業(yè)的安全可靠運營具有至關(guān)重要的影響，本文介紹了三種典型的保證電力系統(tǒng)發(fā)電容量充裕性的解決辦法。容量市場模式目前是較為符合我國現(xiàn)階段電力市場運行現(xiàn)狀的方法。容量市場可以前瞻性的通過市場價格信號引導(dǎo)電源的規(guī)劃、投資與建設(shè)，可以有效發(fā)揮市場的主動調(diào)節(jié)作用。通過對不同容量市場設(shè)計方案場景的分析表明，引入容量市場可以降低發(fā)電商在電能量市場中回收固定成本的壓力，促進(jìn)發(fā)電商在電能量市場按邊際成本報價，有利于市場的充分競爭，同時使用戶獲得更清晰、合理的用電價格。本研究提出了容量市場參與現(xiàn)行電力市場的過度方式，可以幫助容量市場加速融入中國現(xiàn)行的電力市場體制。

該文已在《中國電力》期刊網(wǎng)絡(luò)首發(fā)

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專家介紹

孫啟星，博士，國網(wǎng)能源院財會與審計研究所研究員。主要從事電力現(xiàn)貨市場，容量市場，輸配電價改革相關(guān)研究工作。曾發(fā)表多篇SCI文章。