中国储能网讯：在能源转型和电力市场化的背景下，确保电力供应的可靠性成为一个核心问题。可再生能源的普及和传统电厂的逐步淘汰，加剧了电力系统的发电容量不足风险。本章围绕如何设计和实施发电容量充裕度机制展开，分析了欧洲各国的实践与经验，并探讨了跨国协同和统一市场规划的可能性。

为什么需要发电容量充裕度机制？

电力市场的稳定运行依赖于系统中充足的发电容量。然而，随着电力市场化改革和能源低碳化转型的推进，传统电力系统面临一系列新问题，导致供应可靠性受到威胁。以下是具体问题和背景：

在电力市场中，发电收入通常由市场电价决定。然而，政策干预（如价格帽）和可再生能源补贴的影响，使得电价无法完全反映供需状况，尤其在高峰负荷时期，电价无法显著提升。这种情况被称为“收入缺失”（missing money），使传统发电厂的收入不足以覆盖其固定和可变成本，特别是老旧化石燃料机组面临更大的生存压力。

在北欧电力市场中，尽管电力改革降低了平均电价，但传统电厂投资增速缓慢，而可再生能源的快速扩张又进一步压低了市场价格。德国由于风电和太阳能的迅猛发展，传统燃煤电厂的利用小时数持续减少，部分机组提前退役，进一步加剧了备用容量不足的风险。

理论上，电力市场应该通过价格信号引导投资。然而，实际情况是，由于政策限制、缺乏长期电力金融产品、市场价格波动性大等因素，现有机制未能提供足够信号吸引新建投资，无法满足系统长期供需平衡。

美国批发电力市场的研究显示，在供需紧张时，批发价格未能达到“失负荷成本”的水平，不能提供足够的投资信号。斯坦福大学学者指出，尽管市场机制旨在提高效率，但实际未能保障足够的发电装机。

风能和太阳能等可再生能源发电具有随机性和波动性，导致发电容量的可用性和稳定性不足。当系统中的可再生能源占比上升时，对灵活性和备用容量的需求显著增加。

比利时因核电淘汰计划引发容量缺口，同时风电和光伏发电占比快速上升，削弱了系统对需求波动的应对能力。2014年，比利时冬季电网供应能力不足，最终通过紧急合同保留部分燃气机组，才勉强渡过用电高峰期。

理解关键概念：

1. 容量充裕度

容量充裕度指电力系统中具备满足可靠性要求的发电能力。其核心问题是是否能够满足峰值负荷，并预留足够的备用容量应对突发事件，如机组故障或极端天气。

在供电可靠性标准中，通常以“失负荷期望”（LOLE，Expected Loss of Load Hours）衡量，即系统因容量不足导致停电的概率或时间。例如，欧洲许多国家将LOLE标准设为一年不超过3小时。

英国国家电网通过容量市场规划容量需求，基于LOLE确定所需发电能力和备用容量，确保可靠性目标。

2. 收入缺失

“收入缺失”描述了市场价格无法覆盖发电机组固定成本的情况，主要原因包括价格上限、政策补贴和可再生能源的低边际成本竞争。

传统化石燃料机组需要通过市场高电价（稀缺定价）弥补其成本，但价格帽等政策限制了稀缺信号的传递，导致机组亏损。

德国的燃煤电厂受到风电、光伏挤压，利用小时数锐减，盈利能力显著下降。数据显示，某些燃煤电厂每年亏损超过1000万欧元，被迫提前退役。

3. 市场失灵

市场失灵是指市场无法通过价格信号为电力投资提供足够激励，导致发电能力不足。主要成因包括政策干预和价格机制不完善。

理想市场中，价格高企时应刺激新增投资，但当政策限制价格上限，或缺乏金融衍生品规避风险时，投资者对建设新机组的意愿下降。

美国德州采用稀缺定价机制，但在极端天气事件中，批发价格上限未能有效引导投资，导致冬季极寒天气时大面积断电。

收入缺失和市场失灵形成了一个恶性循环：

1. 市场价格受到政策干预或补贴影响，无法准确反映供需关系。

2. 电价低迷使传统电厂收入不足，投资意愿下降，部分机组提前退役。

3. 机组退役后备用容量不足，系统面临可靠性风险。

4. 可再生能源的波动性进一步增加备用需求，加剧供应缺口。

因此，建立发电容量充裕度机制成为解决上述问题的关键。通过明确可靠性目标、优化市场设计和补偿机制，为电力系统提供必要的投资信号和备用容量。

如何解决容量不足的问题？

电力市场容量不足的挑战多样化，因此需要针对不同问题设计与实施合适的容量机制。这些机制不仅关注短期供需平衡，还要为长期投资创造激励，从而提高电力系统的可靠性和灵活性。

根据时间尺度，容量机制可分为三类：

1. 短期解决方案

通过战略备用机制保留即将退役的老旧机组或快速响应的需求侧资源，形成备用容量以应对紧急情况。适用于突发性容量短缺或特定区域的供需失衡。

2. 中期解决方案

引入容量市场，通过市场化拍卖提前锁定未来发电容量需求，提供稳定的额外收入来源，保障现有和新建机组的盈利能力。

3. 长期解决方案

采用可靠性期权机制，通过金融化手段减少市场扭曲，为发电投资提供长期稳定性，确保系统在低碳转型中实现投资和可靠性平衡。

容量机制的分类与特性

1. 战略备用

战略备用机制适用于应对短期容量不足问题，主要通过合同保留老旧机组、储能设施或需求响应资源，确保在极端情况下的备用能力。这类资源不参与日常市场，仅在电力供应不足时调用。

• 设计特性

• 调用条件：通常当市场价格高于稀缺信号价格或其他备用资源无法满足需求时调用。

• 成本分摊：备用容量的成本通过输电费或平衡费向用户分摊。

• 实例：德国的战略备用

德国从2016年起实施战略备用机制，通过与老旧燃煤机组签订合同，每年保留2000 MW的备用容量。备用机组在市场之外，仅在批发市场无法满足需求时调度。

• 设计特点：备用调用价格设定高于稀缺价格信号，以减少市场扭曲。

• 优点：快速见效，能够在短期内增强供应能力。

• 缺点：无法解决长期投资激励不足的问题。

2. 容量市场

容量市场通过竞争性拍卖为发电容量提供额外收入。容量市场通常以集中式拍卖为主，由市场运营方统一采购未来交割期内的容量需求。

• 设计特性

• 拍卖形式：采用荷兰式降价拍卖，从价格帽开始，逐轮递减，直至供需平衡。

• 参与资格：除发电机组外，储能和需求响应资源也可参与，通常通过降额系数核定其有效容量。

• 实例：英国的容量市场

英国在2014年引入容量市场，分为提前4年（T-4）和1年（T-1）两类拍卖。国家电网负责需求预测和拍卖设计，容量提供者通过资格预审后参与拍卖。

• 效果：在2020年的T-4拍卖中，出清价格为15.97英镑/kW，授予43,748 MW容量协议，确保了2023-2024年的容量供应目标。

• 优势：通过市场机制明确投资信号，提高容量供应可靠性。

• 劣势：可能导致容量市场外的投资受抑制，并增加社会成本。

3. 可靠性期权

可靠性期权是一种金融化机制，将容量补偿与现货市场价格挂钩。通过支付期权费用，买方在电力价格超过行权价格时获得收益返还，从而平衡容量成本与价格信号。

• 设计特性

• 行权价格：通常基于参考技术（如燃气联合循环电厂）的边际成本设定，动态调整以反映燃料、碳排放和其他市场变化。

• 收益机制：在市场价格高于行权价格时，容量供应商需返还差额收益，既提供补偿又减少市场扭曲。

• 实例：意大利的可靠性期权机制

意大利从2011年起设计并实施可靠性期权机制，旨在平衡容量市场与能量市场。

• 动态行权价格：每月调整，根据燃气成本、碳排放价格等动态因素设定。

• 拍卖形式：采用下降型时钟拍卖，兼顾新建和现有机组的激励需求。

• 结果：既提高了市场效率，又通过可靠性期权的收入稳定性，激励了新建容量投资。

实例对比：机制效果与适用性

在解决容量不足问题时，不同的机制适用于不同的场景，各自有其优点和局限性，欧洲国家在实际应用中提供了典型案例。以下是三种主要机制的适用场景与特点描述：

1. 战略备用：短期容量不足的应对机制

战略备用机制主要用于应对短期容量不足或突发性需求波动的场景。这种机制通过与老旧机组或其他备用资源签订合同，确保这些资源能够在关键时刻为系统提供可靠的备用能力。

优点：战略备用实施迅速，成本较低，适合作为紧急情况下的临时解决方案。其设计简单，可以快速增强系统的容量可靠性，特别是在现有机组即将退役但短期内尚有利用价值的情况下。

缺点：这种机制只能提供短期保障，无法解决长期投资激励不足的问题。此外，由于备用资源独立于市场规则之外，可能对市场价格信号产生一定的扭曲，影响市场效率。

代表国家：德国和比利时广泛采用了战略备用机制。例如，德国通过合同保留了2000 MW的备用容量，这些机组不参与日常市场交易，仅在批发市场无法满足需求时调用。比利时则通过类似措施应对核电淘汰计划下的冬季电力供应不足问题。

2. 容量市场：中期规划容量需求

容量市场机制用于中期容量规划，目的是通过市场化拍卖提前锁定未来交割期内的发电容量。这一机制既可以保障现有机组的盈利能力，又能为新建机组提供明确的投资信号。

优点：容量市场机制的核心优势在于其市场化特性，通过透明的竞争性拍卖，明确供应商和消费者的容量需求和成本。其提供的额外收入来源，保障了发电机组的稳定运营和新增投资的吸引力。

缺点：尽管容量市场能有效解决中期容量问题，但其设计可能对现货市场产生影响，压低市场价格，进而抑制市场外的投资。此外，拍卖过程可能增加系统总体成本，尤其在容量需求过高的情况下。

代表国家：英国是容量市场的典型实践国家。其容量市场分为提前4年（T-4）和1年（T-1）两类拍卖，通过荷兰式降价拍卖方式锁定容量需求。在2020年的T-4拍卖中，英国以15.97英镑/kW的价格授予了43,748 MW的容量协议，成功为2023-2024年的供需平衡提供了保障。

3. 可靠性期权：长期容量保障的金融化机制

可靠性期权机制适用于容量问题的长期解决方案，其通过金融工具结合容量补偿与价格信号，平衡市场效率和供应保障。发电机组通过期权费用获得补偿，但需在价格超出行权价格时返还差价收益，从而激励市场参与者维持供应能力。

优点：可靠性期权的设计减少了市场扭曲，同时提供了长期的收入稳定性。其结合了容量和能量市场，使发电机组能够在现货市场中基于边际成本报价，保持价格信号的真实性。此外，可靠性期权还通过收益返还机制增强了发电投资的吸引力。

缺点：这一机制的设计和实施较为复杂，对市场运营机构的计算能力和规则精细化程度要求较高，初期可能面临较大的政策协调成本。

代表国家：意大利和爱尔兰是可靠性期权的典型代表。意大利的机制采用动态行权价格，根据燃气成本和碳排放等因素进行月度调整，同时通过复杂的正向差价返还机制优化了容量市场与现货市场的结合。爱尔兰则强制所有容量大于10 MW的发电机组参与可靠性期权拍卖，并通过灵活的价格上限确保系统长期稳定。

通过以上三种机制的对比可以看出，不同的机制各有侧重，适用于不同的容量问题和时间尺度。在实际应用中，短期可通过战略备用应急，中期利用容量市场规划供应，而长期则需通过可靠性期权机制减少市场扭曲并保障投资信心。

根据不同的时间尺度与问题特性，容量机制需要灵活选择。短期可通过战略备用稳定系统，中期以容量市场锁定供应，长期则需通过可靠性期权减少扭曲并激励投资。设计机制时，应遵循以下原则：

• 公平性：通过透明、非歧视的拍卖机制选择容量资源。

• 经济性：尽量减少冗余容量与补偿成本。

• 协同性：允许储能、需求响应和跨境资源参与，优化全系统资源配置。

跨国容量市场：如何协同？

随着欧洲电力市场一体化进程的加速，跨国容量市场的协同成为应对区域间电力供需不平衡的重要手段。不同国家通过联络线连接形成电力网络，各国资源的互联互通为提高系统效率和可靠性提供了可能。然而，如何设计合理的跨国容量市场机制，使各国利益兼顾，资源利用最大化，仍是一个复杂的课题。

跨国容量市场的三种机制

欧洲各国根据实际情况，探索了三种主要的跨国容量市场协作机制，每种机制都有其适用场景和设计特点：

1. 隐式机制

隐式机制通过在容量需求计算中直接考虑跨国资源贡献，而不允许区外资源直接参与市场。换句话说，本国市场仅对国内容量资源开放，跨国资源的影响以调整需求目标的方式间接反映。

• 设计特点：简单易行，不需要复杂的跨国协调机制。

• 案例：法国容量机制中，运营机构通过对跨国联络线容量的估算，隐式扣除了区外资源的贡献量。例如，如果某邻国的发电机组通过联络线能够向法国提供200 MW的容量支持，法国的容量需求目标会相应减少200 MW。

• 优缺点：隐式机制成本较低，适用于电力互联性较弱或资源交换有限的国家。但由于区外资源无法直接参与市场，可能导致效率损失，也难以充分激励跨境投资。

2. 半隐式机制

半隐式机制允许联络线直接参与容量市场，但区外的具体发电资源仍无法直接参与。这种机制通过联络线报价实现部分跨国协同，联络线的报价需反映其能够提供的可靠容量。

• 设计特点：联络线的可靠性由历史数据或建模评估，报价成功后联络线按国内容量市场价格获得补偿。

• 案例：英国和爱尔兰目前采用半隐式机制。爱尔兰通过与英国的联络线引入容量，但跨国资源的参与限制在联络线层面。联络线根据容量拍卖的出清价格获得报酬，同时承担未能交付容量的罚款。

• 优缺点：半隐式机制比隐式机制更高效，能够反映联络线对系统的实际贡献，但仍难以激励区外资源直接投资，可能出现责任划分不清的问题。

3. 显式机制

显式机制允许区外资源和联络线直接参与国内容量市场的拍卖。跨国资源被视为本地市场的容量参与者，其报价与本地资源一起竞争，最终出清的资源无论是国内还是区外，都需要在需求时间内提供可靠容量。

• 设计特点：显式机制需要对跨国资源设定准入条件，如可靠性标准、技术类型等。收益和风险由区外资源和联络线共享。

• 案例：意大利和波兰允许区外资源直接参与容量拍卖。以意大利为例，其显式机制通过预拍卖对区外资源进行资格审查，然后将合格的区外资源纳入正式拍卖。例如，一座邻国的燃气机组通过意大利联络线参与容量拍卖，其报价和本地机组一起出清。如果中标，区外资源将获得与国内资源相同的补偿。

• 优缺点：显式机制效率最高，能够最大限度利用跨国资源，但其设计和实施复杂度较高，需协调多国规则和利益，且可能面临政治阻力。

欧盟的政策建议

根据欧盟2019/943指令，跨国容量市场的设计需要遵循统一的政策指导，以减少市场扭曲，促进资源共享和优化。主要措施包括：

1. 引入稀缺定价函数

在电力供应紧张时，通过稀缺定价函数反映系统供需失衡，促使价格信号更加真实，从而提高市场效率。例如，爱尔兰通过稀缺定价，在备用不足时采用价格上限高达11,000欧元/MWh的定价，显著刺激了供应侧的响应。

2. 促进储能和需求侧响应

鼓励储能系统和需求响应资源参与容量市场，通过政策支持提高这些资源的市场竞争力。例如，英国容量市场允许储能系统参与T-1和T-4拍卖，并为需求响应提供专门的激励政策。

3. 将容量机制设计为临时性手段

明确容量机制的时间边界，防止其成为永久性补偿手段，从而逐步减少市场扭曲。例如，德国规定战略备用合同的期限不超过两年，以避免对市场信号的长期干预。

跨国容量市场的价值与挑战

跨国容量市场机制的核心价值在于通过资源共享降低整体系统成本，同时提高供应可靠性和灵活性。然而，其实施面临以下挑战：

• 协调问题：不同国家的市场规则、政策目标和电力系统条件差异较大，跨国机制设计需要复杂的协调工作。

• 责任划分：在半隐式或显式机制中，联络线或区外资源未能履约的情况下，责任和罚款的分摊需要明确。

• 公平性问题：显式机制可能导致部分国家的资源因价格竞争力不足被排除出市场，从而影响其国内投资环境。

实例总结：欧洲跨国容量市场的实践

1. 隐式机制——法国

法国通过隐式机制减少了复杂跨境协调，但因区外资源无法直接参与，限制了整体效率的提升。

2. 半隐式机制——英国与爱尔兰

英国和爱尔兰的联络线参与机制增加了部分跨国协同能力，但对区外资源的激励作用有限。

3. 显式机制——意大利

意大利的显式机制通过允许区外资源直接参与容量拍卖，实现了效率最大化，但复杂性和政治成本较高。

通过以上三种机制和政策指导，欧洲逐步推进跨国容量市场的一体化。在未来，如何平衡效率、复杂性和公平性，将是实现资源共享、提高可靠性的重要课题。这些经验为全球其他区域的电力市场整合提供了宝贵的借鉴。