劉潤澤，荊朝霞，黃寧馨，劉澤揚

(華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣東 廣州 510641)

電力市場環(huán)境下，如何保證發(fā)電容量的充裕性是市場設(shè)計的重要內(nèi)容。之所以要單獨設(shè)計發(fā)電容量充裕度機制，主要原因是：一方面，市場營運后價格的波動性和政策不確定性會增大發(fā)電投資的風(fēng)險從而影響發(fā)電投資；另一方面，電作為社會的基本生產(chǎn)資料和生活資料，電價常常受到較為嚴格的管制，也受到很多政策的影響，這會造成市場價格與其真實價值之間的差異。一些學(xué)者用缺失市場(missing market)和缺失收益(missing money)來說明以上問題。在以新能源為主的電力系統(tǒng)中，大量出力波動和隨機的風(fēng)電、太陽能等發(fā)電的存在，會加劇以上問題[1]。國際上，2001年的美國加利福尼亞州(以下簡稱“加州”)停電等一些典型的缺電、停電事件促進了學(xué)術(shù)界、工業(yè)界對電力市場環(huán)境下發(fā)電容量充裕性的關(guān)注。在我國，隨著市場建設(shè)的深入、供需形式的變化以及“雙碳”目標下電源結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)電容量充裕度問題也引起了越來越多的重視。

市場環(huán)境下保證發(fā)電容量充裕度的機制/方法有多種[2]，包括戰(zhàn)略備用機制、容量補償機制、稀缺定價(administrative scarcity pricing)機制、價格增量機制、容量市場機制、中長期合約機制等。本文將其分為兩大類：容量機制和稀缺定價機制。在稀缺定價機制下，發(fā)電資源僅根據(jù)在市場中的實際發(fā)電(含輔助服務(wù))獲得收益，又稱單一能量市場機制；容量機制下，發(fā)電資源除了發(fā)電收益，其全部或部分容量還可以得到另外一部分補償。兩類方法根據(jù)其價格形成機制、配套規(guī)則等的不同，又分為不同的子類型。稀缺定價機制按供給緊張時段高電價的形成方法分為市場化高電價[3](澳大利亞)與價格增量[4](美國得克薩斯州，以下簡稱“得州”)；容量機制按容量補償價格的形成方式分為容量補償方式和容量市場方式，容量補償方式又分全部容量補償和部分容量補償，容量市場方式又分集中式容量拍賣和分散式容量義務(wù)等。

稀缺定價機制和容量機制各有優(yōu)缺點，不同學(xué)者對其評價不一?？傮w上，稀缺定價機制適用于市場機制比較完善，沒有或比較少電價扭曲的政策或市場機制的系統(tǒng)，主要問題是在電力供需變化較大時，現(xiàn)貨市場的價格波動也會比較大，需要有相關(guān)的配套機制、工具來幫助市場主體規(guī)避、降低風(fēng)險，對市場主體的風(fēng)險管理能力也有較高的要求。容量機制相對比較穩(wěn)妥，可以使得市場的價格比較平穩(wěn)，是大多數(shù)管制機制比較推崇的機制，也是很多發(fā)電企業(yè)希望的市場機制。其存在的問題包括：容量補償價格或容量需求需要由市場運營機構(gòu)來確定，可能造成過補償，增加整體供電成本[5]；容量補償?shù)拇嬖跁で芰渴袌鰞r格，一些情況下反而限制新投資的進入[6]。

國際上，不同國家/地區(qū)采用的發(fā)電容量充裕度機制各異。美國除了得州外的大多數(shù)市場采用容量市場機制[7]，如賓西法尼亞-新澤西-馬里蘭聯(lián)合電力市場(Pennsylvania, Jersey, and Maryland, PJM)、加州、紐約，能量市場也采用了相對比較低的價格上限。得州、澳大利亞市場都采用了稀缺定價機制，批發(fā)市場的價格上限分別為9 000 美元/MWh和13 800 澳元/MWh，2個市場的區(qū)別在于稀缺情況下高電價的形成機制不同。歐洲多個國家/地區(qū)采用了戰(zhàn)略備用、容量市場等機制，但歐盟于2019年頒布的法案[8]中明確規(guī)定，目標機制是稀缺定價機制，即市場不對容量進行補償，也不設(shè)置價格上限。同時規(guī)定，各國/地區(qū)可以在市場機制尚不完善，尚存在扭曲市場的相關(guān)機制，且在發(fā)電容量充裕度無法滿足的情況下，才能作為臨時性措施實施容量機制，并必須制訂逐漸去除容量機制的措施。

在我國，發(fā)電容量充裕度問題也引起了多個電力市場和學(xué)者的重視。目前，全國11個省(自治區(qū)、直轄市)提出要研究建立容量補償機制，山東[9]、廣東[10]2個省份已經(jīng)出臺容量補償政策，但是現(xiàn)有政策還處于非市場化的階段。一些文獻對國外發(fā)電容量充裕度機制進行綜述[11-14]，但重點關(guān)注集中式容量市場；也有一些文獻進行容量機制的仿真[15-16]，但主要針對集中式容量市場機制。我國發(fā)電容量充裕度機制方面的現(xiàn)有文獻也多數(shù)圍繞集中式容量市場進行設(shè)計[17-19]，而對其他類型的充裕度模式設(shè)計與討論則較少。總而言之，無論是學(xué)界還是實踐方面，目前我國的主流觀點和方案是初期采取容量補償方式、遠期建設(shè)容量市場，鮮少關(guān)注其他模式。

電力市場建設(shè)具有路徑依賴性，實施后規(guī)則修改的難度大，成本高。發(fā)電容量充裕度機制是電力市場機制設(shè)計的一個核心內(nèi)容，其機制的選擇會影響價格上限設(shè)定、市場力監(jiān)控、信息披露等多個方面的內(nèi)容[14]。學(xué)術(shù)界在充裕度機制方面尚未達成完全一致的意見[20]，實踐上不同國家和地區(qū)的相關(guān)機制在不斷演進，新能源為主體的電力系統(tǒng)建設(shè)也帶來了一些新的挑戰(zhàn)[21]。我國在進行充裕度機制設(shè)計時，不能直接照搬照抄國外現(xiàn)行的集中式容量市場等機制。

可靠性期權(quán)(reliability options，RO)是一種基于金融產(chǎn)品中的期權(quán)理念的發(fā)電容量充裕度機制，作為一種金融工具，給予期權(quán)持有者調(diào)用發(fā)電容量并獲得對應(yīng)電量實際電價與執(zhí)行價格之間的正差值收益的權(quán)利，與一般期權(quán)的差別在于其拍賣由市場運營機構(gòu)組織，期權(quán)費按一定方式分攤給用戶側(cè)?？煽啃云跈?quán)的概念最早在文獻[22]中提出，隨后相關(guān)理論和方法不斷完善[23-26]。可靠性期權(quán)按組織方式分為集中式和分散式兩大類：集中式[23-25]模式下，市場運營機構(gòu)代表所有用戶作為單一購買方購買；分散式[26]模式下，由用戶側(cè)市場主體直接購買。

可靠性期權(quán)一方面可以類似容量機制提前給發(fā)電資源一定的收入保障，降低發(fā)用雙方的風(fēng)險，另一方面從機制上解決了容量機制對能量市場造成價格扭曲、增加系統(tǒng)總成本等問題，已經(jīng)在多個國家和地區(qū)應(yīng)用與實踐，包括哥倫比亞[27]、新英格蘭[28]和愛爾蘭[29]、意大利[30]等。以上4個市場早期均采用了容量機制，運行若干年后改為可靠性期權(quán)。

本文首先對可靠性期權(quán)機制的原理進行介紹，然后對實施此機制的重要模塊進行分析，包括結(jié)算原理、需求曲線、運作流程等。然后針對愛爾蘭、意大利電力市場，對不同市場的具體細節(jié)特征進行分析。最后，結(jié)合我國實際情況提出建議。

1 可靠性期權(quán)機制特征

1.1 可靠性期權(quán)的基本原理

基于可靠性期權(quán)的發(fā)電容量充裕度機制融合了稀缺定價、容量市場、期權(quán)的特性，主要特點和基本原理如下。

a)類似集中式容量市場，由市場運營機構(gòu)在遠期確定容量的需求，以確定可靠性期權(quán)的數(shù)量。

b)由市場運營機構(gòu)組織可靠性期權(quán)的拍賣，確定期權(quán)的價格。拍賣總體流程類似集中式容量市場，具體拍賣機制等方面與其有區(qū)別。

c)與容量市場的區(qū)別主要在于結(jié)算機制：可靠性期權(quán)中中標的容量獲得類似容量補償?shù)钠跈?quán)費，但需要將現(xiàn)貨市場中高于執(zhí)行價的正差值收益返回給市場運營機構(gòu)。

d)可靠性期權(quán)機制可以與稀缺定價機制結(jié)合，設(shè)置稀缺價格增量或不設(shè)價格上限。

1.2 市場組成

可靠性期權(quán)機制可以認為是電能量市場的配套機制，交易產(chǎn)品是可靠性期權(quán)合約。期權(quán)賣方為容量資源，包括區(qū)內(nèi)(區(qū)外)發(fā)電機組、需求響應(yīng)資源、儲能運營商等。容量資源可以是自愿參與，也可以規(guī)定強制參與。買方可以是市場運行機構(gòu)(集中式)或負荷服務(wù)實體(分散式)。期權(quán)保險費(簡稱“保費”)一般根據(jù)用戶對系統(tǒng)峰值負荷的占比進行分攤。

1.3 需求曲線

可靠性期權(quán)機制需求曲線的制訂方法類似于英國、美國等集中式容量市場采用的曲線，一般形式為四點曲線，如圖1所示，圖中用下標1表示愛爾蘭，用下標2表示意大利。X軸對應(yīng)的各容量需求與系統(tǒng)可靠性有關(guān)，一般選取根據(jù)失負荷期望LLOLE作為可靠性指標，表示一年中非自愿負荷削減的小時數(shù)，單位為h/a。Y軸代表系統(tǒng)愿意為容量支付的價格﹝歐元/(MW·a)﹞。

圖1 可靠性期權(quán)容量需求曲線

1.4 報價與交易

在可靠性期權(quán)拍賣中，市場主體申報量(MW)和價格﹝元/(MW·a)﹞可以按照市場需要，允許主體設(shè)置多個投標塊?？煽啃云跈?quán)拍賣的出清機制有2種：多輪式的下降型時鐘拍賣(descending clock auctions)；普通的一輪式密封投標拍賣(和集中式容量市場拍賣相同)。不同市場采取的出清機制不同。

出清之后，市場運營機構(gòu)代表用戶側(cè)作為統(tǒng)一購買方，和出清的容量資源簽訂長期合約。為便于主體調(diào)整頭寸，一般還設(shè)置多個時間尺度的拍賣，允許可靠性期權(quán)合約在二級市場進行交易。

1.5 結(jié)算機制

1.5.1 結(jié)算原理

可靠性期權(quán)是一種金融產(chǎn)品，屬于看漲期權(quán)(call options)，其原理如圖2所示。期權(quán)的買方向賣方支付保費，賦予期權(quán)買方按照約定的執(zhí)行價格(strike price)s執(zhí)行合同的權(quán)利(而非義務(wù))。當(dāng)市場參考價格(reference price)ρ(日前或平衡市場價格)高于執(zhí)行價格s時，期權(quán)賣方需要將正差值收益支付給買方。

在年度期權(quán)合同中，期權(quán)賣方按照拍賣的出清量和出清價P﹝元/(MW·a)﹞支付保費給買方。在電能量市場，期權(quán)在每日的每個時刻進行結(jié)算，是一種正向差價返還機制：T1、T5時段參考價格ρ低于執(zhí)行價格s，買方選擇不執(zhí)行；T2、T3、T4時段參考價格ρ高于執(zhí)行價格s，發(fā)電商在市場中獲得價格為ρ的收益，同時需按照差價(ρ-s)還部分收益給期權(quán)賣方。此外，由于T3時段發(fā)電機不可用，不僅沒有來自電能量市場的價格為ρ的收益，還仍需繼續(xù)將執(zhí)行價格s和參考價格ρ之間的差額返還，構(gòu)成對主體的隱式懲罰(ρ-s)。有的市場進一步規(guī)定了發(fā)電機不可用的顯式懲罰：將發(fā)電機實際容量與可靠性期權(quán)合同中承諾的容量進行比較，超過閾值時可以對其在隱式懲罰的基礎(chǔ)上，額外處以顯式懲罰spen，每個市場的具體懲罰規(guī)定不同。圖2中各情況的結(jié)算公式[23]見表1。

表1 可靠性期權(quán)結(jié)算機制

可靠性期權(quán)機制使得市場取消價格上限成為可能，有利于消除市場扭曲，同時又保障了發(fā)電側(cè)和用戶側(cè)的穩(wěn)定性。對于發(fā)電商而言，放棄其稀缺時期的高峰價格，換取保費，對沖現(xiàn)貨價格波動，獲得穩(wěn)定收益；對于用戶而言，可靠性期權(quán)機制可以保護其免受高電價；對于市場運營機構(gòu)而言，可以保障系統(tǒng)發(fā)電容量充裕度，提高系統(tǒng)安全性，避免價格扭曲，提高市場效率。

1.5.2 結(jié)算參數(shù)

可靠性期權(quán)的結(jié)算機制中較為重要的2個參數(shù)是執(zhí)行價格和參考價格。

執(zhí)行價格通常由系統(tǒng)運行機構(gòu)在拍賣前公布，通常依據(jù)參考峰值發(fā)電機組的可變成本來確定。一般市場將執(zhí)行價格視為常量，也有更為復(fù)雜的市場設(shè)計，執(zhí)行價格可能隨著時間的推移而變化。

可靠性期權(quán)的參考價格用以反映容量提供商在電能量市場出售其電源時實際獲得的價格。價格高時表明發(fā)電稀缺，價格低時表明發(fā)電容量充裕度充足。參考價格可以是不同市場的組合，例如日前市場、平衡市場(實時市場)等。一般而言，參考價格選取為日前市場價格和平衡市場報價的加權(quán)平均值，以歐洲模式為例，其通用計算公式為：

Ri=λPda+(1-λ)bi.

(1)

式中：Pda為日前市場價格；bi為代理商i在平衡市場中的報價；λ∈[0,1]為調(diào)整參數(shù)，不同市場的設(shè)置不同，見表2。在美國新英格蘭的遠期容量市場上，僅利用實時價格結(jié)算；哥倫比亞則僅采用日前價格進行結(jié)算；愛爾蘭、意大利市場的調(diào)整參數(shù)則較為復(fù)雜，根據(jù)主體的不同報價行為，在0～1之間波動，詳見第2章。

表2 可靠性期權(quán)的參數(shù)λ的選取

1.6 運作流程

綜上所述，可靠性期權(quán)機制運作流程如圖3所示，有以下主要步驟。

圖3 可靠性期權(quán)機制的運作流程

a)參數(shù)確定。市場運營機構(gòu)確定執(zhí)行價格、拍賣時間、需求曲線等參數(shù)。其中，執(zhí)行價格一般在正常電價和稀缺時刻的價格之間，高于發(fā)電機運營成本?？?cè)萘啃枨笠话銥榉逯地摵杉由弦欢ǖ膫溆迷６?。需求曲線一般為四點曲線，形狀根據(jù)各市場的可靠性要求不同而不同。

b)主體報價。參與拍賣的主體為容量資源，可以是自愿參與，也有的市場是強制參與。報價包含價格、容量等參數(shù)。其中，由于資源的裝機不能直接用以衡量其可靠性，各市場規(guī)定了降額系數(shù)計算方法。

c)拍賣出清。隨后進行可靠性期權(quán)拍賣的出清并簽訂合同。拍賣機制中，可以是意大利、哥倫比亞選擇的下降時鐘拍賣，也可以是愛爾蘭等采用的密封拍賣方式。

d)合同簽訂。國外市場一般區(qū)分存量資源和新建資源的合同期限，以進一步激勵新建資源。不同市場的合同期限不同，在意大利，現(xiàn)有發(fā)電廠將獲得為期1年的合同，而新建容量可獲得長達15 年的合同。在愛爾蘭，現(xiàn)有發(fā)電廠將獲得為期1年的合同，新建容量獲得為期10 年的合同。

e)按照差價進行結(jié)算。簽訂可靠性期權(quán)合同的發(fā)電機必須承諾在系統(tǒng)需要時的可用性，如果發(fā)電少于可靠性期權(quán)合同簽訂的容量值則為違約。對于違約可以設(shè)置隱式懲罰或顯式懲罰。隱式懲罰指主體需返還多余收益，但由于其不可用，相當(dāng)于在無收益的情況下多付收益返還；顯式懲罰則是有的市場為了確保系統(tǒng)可靠性，在隱式懲罰的基礎(chǔ)上，進一步規(guī)定違約主體的賠償金額計算方法，以進一步激勵可靠性期權(quán)主體的可用性。

1.7 可靠性期權(quán)與容量市場機制對比

可靠性期權(quán)和集中式容量市場機制的對比見表3。二者的相似之處在于拍賣流程整體相似，在拍賣之后，容量市場和可靠性期權(quán)機制下的出清主體都獲得“出清量×出清價格”的補償。但是二者在金融原理、配套機制上有著本質(zhì)區(qū)別。

表3 可靠性期權(quán)和容量市場對比

a)產(chǎn)品設(shè)計不同。從產(chǎn)品設(shè)計的角度看，可靠性期權(quán)和容量市場的區(qū)別在于容量市場是“多產(chǎn)品市場”模式，分為兩類產(chǎn)品：電能量、容量。在電能量市場中，具有容量補償?shù)臋C組僅有在日前市場報價的義務(wù)(獲得容量補償?shù)馁Y源可以包括需求響應(yīng)等其他類型，本文以發(fā)電機組為例)，容量收益會影響其電能量報價策略，導(dǎo)致電能量市場扭曲[5-6]。這種行為反過來又可能抑制市場價格，使發(fā)電機無法從能源的超邊際利潤中回收其容量成本，違背了容量市場的初衷，從而使對容量收入的需求永久化，系統(tǒng)愈發(fā)依賴于容量機制。

可靠性期權(quán)是“單一產(chǎn)品市場(能量)+衍生品”模式，買方獲得期權(quán)保費，在現(xiàn)貨市場正向差價返還，利用金融產(chǎn)品規(guī)避風(fēng)險。利用期權(quán)保費對容量進行補償與電能量市場得到了有效耦合。雖然機組獲得年度保費的計算方式與容量市場相似，但是，在現(xiàn)貨市場中，其多余收益仍需返還給期權(quán)賣方。已經(jīng)有文獻證明，在可靠性期權(quán)機制下，機組在現(xiàn)貨市場的最佳報價策略依然是基于邊際成本[24]。因此，可靠性期權(quán)機制對市場的扭曲較小甚至可以做到無扭曲。

b)配套機制不同。容量市場機制往往配置電能量市場較低的價格上限，雖然可以起到抑制市場力、保持價格穩(wěn)定等作用，但是存在以下問題：一方面，價格上限低于失負荷成本(無法解決)，缺電時無法引導(dǎo)需求響應(yīng)或容量市場外投資；另一方面，價格上限范圍內(nèi)，如果有非容量市場的容量，容量市場出清的容量收益可能高于市場均衡值，增加社會成本。

“可靠性期權(quán)+電能量市場”機制可以與稀缺定價機制相結(jié)合，通過正向差價返還，既保護發(fā)用電兩側(cè)的收益穩(wěn)定，又使得實時電價充分體現(xiàn)系統(tǒng)供需，正確引導(dǎo)發(fā)電投資，使電力容量的社會價值更加明晰和透明，提高電力市場的效率。

2 國外可靠性期權(quán)機制介紹

目前，意大利、愛爾蘭市場的可靠性期權(quán)機制發(fā)展較為完善，本文選取二者進行分析。由于二者市場總體流程較為相似，本章主要選取拍賣機制、結(jié)算機制這2個關(guān)鍵點進行重點分析。

2.1 意大利可靠性期權(quán)機制

意大利電力市場初期并未設(shè)計容量機制。2003年，意大利出現(xiàn)輪流停電事件，意大利政府要求監(jiān)管機構(gòu)設(shè)計容量機制。不久，意大利電力與天然氣管理局頒布第48/2004號決議，提出容量補償?shù)呐R時性過渡機制。過渡機制實施后，意大利新建了大量機組，系統(tǒng)裝機容量接近峰值，但容量需求已經(jīng)開始下降。為順應(yīng)意大利電力系統(tǒng)的發(fā)展需求，2011年意大利電力與天然氣管理局頒布第98/2011號決議，對可靠性期權(quán)機制進行初步設(shè)計，并交由意大利電網(wǎng)公司Terna進行詳細設(shè)計。經(jīng)多輪修改，Terna發(fā)布可靠性期權(quán)機制的最終設(shè)計文件[18-19]。

2.1.1 拍賣機制

意大利可靠性期權(quán)的拍賣方式為下降型時鐘拍賣，如圖4所示。第1輪拍賣中，主體申報量和價格，每個主體可以投3～10個投標塊。若第1輪拍賣中，發(fā)電商報出的總?cè)萘看笥谌萘啃枨螅瑒t供需曲線不相交，繼續(xù)進行第2輪拍賣，重新申報量和價格曲線，如此重復(fù)直至供需曲線相交，最多21輪。每輪拍賣中，主體報的量和價格較之上一輪只能保持或減少。在得到出清價格的該輪拍賣中，所有入圍的容量資源獲得統(tǒng)一出清價作為可靠性費用。

圖4 下降型時鐘拍賣機制

目前可靠性期權(quán)拍賣價格上限為：現(xiàn)有電廠的價格上限為25 000～45 000 歐元/(MW·a)，參照聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機(combined-cycle gas turbine, CCGT)的年度固定運營成本進行計算；新建電廠的價格上限為75 000～95 000 歐元/(MW·a)，參照新建機組成本進行計算。在價格相同的情況下，優(yōu)先選擇更靈活(啟動時間較短)、更環(huán)保(碳排放更低)的容量資源。

意大利可靠性期權(quán)拍賣產(chǎn)品分為四類(見表4)：①主拍賣，1年1次；②補充拍賣，作為容量機制初期實施的過渡機制；③調(diào)整拍賣，此時臨近合同交付期，便于容量供應(yīng)商調(diào)整頭寸或者市場運營機構(gòu)根據(jù)最新數(shù)據(jù)調(diào)整容量需求；④二級市場，執(zhí)行先到先得的連續(xù)拍賣，用于容量供應(yīng)商在臨近交割期調(diào)整頭寸。

表4 拍賣期限

主拍賣流程如圖5所示，圖中Yi為年的序號，i=0,1,2,…。主拍賣1年1次，提前4 年拍賣，覆蓋為期3 年的可靠性容量需求。由于每年的主拍賣的交付期之間有重疊，因此每次主拍賣只需拍賣總需求的三分之一。但是，在Y0年初次實施可靠性期權(quán)拍賣時，考慮到?jīng)]有前面Y-1、Y-2年的可靠性期權(quán)合同對剩下三分之二的容量需求進行覆蓋，意大利市場與第1個主拍賣一起啟動了2個補充拍賣。補充拍賣的滯后期和主拍賣相同，但是合同期限不同。通過主拍賣和補充拍賣分配可靠性期權(quán)合同之后，啟動調(diào)整拍賣，便于主體之間進行可靠性期權(quán)合同轉(zhuǎn)讓。最后一次調(diào)整拍賣完成后，二級市場開放，在交付年度的每個月進行交易。以上規(guī)定僅針對已有電廠，對于新建電廠，為了對其提供更穩(wěn)定的收入預(yù)期，新建容量可獲得長達15 年的合同。

圖5 主拍賣流程

2.1.2 結(jié)算機制

在結(jié)算環(huán)節(jié)，意大利可靠性期權(quán)機制的結(jié)算原理不變，但是執(zhí)行價格和參考價格這2個結(jié)算參數(shù)的設(shè)置有自己的市場特色。

a)執(zhí)行價格。意大利可靠性期權(quán)的執(zhí)行價格每月計算1次，由輸電系統(tǒng)運營商(transmission system operator, TSO)根據(jù)參考峰值發(fā)電機組的可變成本確定。峰值機組至少提前30 d由TSO通知代理商，通常為CCGT類型。雖然給定合同的參考機組是固定的，但執(zhí)行價格是浮動的，考慮的因素包括燃料成本、不平衡成本、二氧化碳成本、采購成本、維護成本等：

(2)

b)參考價格。意大利短期電力市場包括日前市場、日內(nèi)市場及平衡市場，見表5。意大利的參考價格根據(jù)機組在市場間的參與情況進行區(qū)分。Pba為平衡市場最后一個中標機組的出清價格。簽訂可靠性期權(quán)合同的機組必須在交付期的每小時通過日前市場或日內(nèi)市場報價，并提供容量。如果在市場中出清的量小于可靠性期權(quán)合同簽訂的容量，則通過平衡市場結(jié)算。由于可再生發(fā)電暫時無法參與意大利平衡市場，因此簽訂可靠性期權(quán)合約的可再生機組必須在弱峰值(發(fā)生稀缺事件概率最高的6 h)期間在市場上提供簽訂的容量值。

c)違約懲罰。為進一步激勵稀缺時刻機組的可用性，意大利電力市場設(shè)置了稀缺定價機制，在稀缺時直接將市場價格抬升至失負荷價值(value of lost load, VOLL)〔目前在意大利市場設(shè)定為3 000 歐元/(MW·h)〕，參考價格也相應(yīng)變?yōu)槭ж摵蓛r值。因此在系統(tǒng)稀缺時，容量供應(yīng)商的收益返還更大，作為對容量供應(yīng)商的隱性懲罰。

此外，當(dāng)容量資源在交付期1個月內(nèi)25%的時間內(nèi)提供的容量不超過20%時，會發(fā)生臨時不履行(對于可再生能源和需求側(cè)資源，僅考慮弱峰值內(nèi)的時間)。如果臨時不履行，則停止支付每月的保費。如果臨時不履行在1年內(nèi)的總時長超過3月，則為最終不履行，此時取消可靠性期權(quán)合同，發(fā)電商需退還所有已獲得的月補償。

2.2 愛爾蘭可靠性期權(quán)機制

2007年，愛爾蘭建立單一電力市場(single electricity market，SEM)，在SEM模式下，容量補償機制是計劃性容量費模式，能源監(jiān)管委員會和系統(tǒng)運營商每年計算容量費總金額并向通過電力聯(lián)營體購買電力的參與者征收容量費，支付給向市場提供發(fā)電容量者。

2018年，為了更充分地促進全島電力市場與歐洲其他地區(qū)之間的耦合，愛爾蘭進行綜合單一電力市場(integrated single electricity market，ISEM)改革；因此，容量機制也需從行政決策機制轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌鰴C制。經(jīng)多方協(xié)商，愛爾蘭在2014—2015年選擇可靠性期權(quán)機制。愛爾蘭容量補償機制由SEM委員會首先開發(fā)，在2015—2017年發(fā)布咨詢文件和詳細設(shè)計，經(jīng)歐盟審核后發(fā)布。

2.2.1 拍賣機制

不同于意大利多輪下降型時鐘拍賣的機制，愛爾蘭的可靠性期權(quán)選擇簡單的密封拍賣模式，即一次出清。報價時，主體申報1～5對遞增的數(shù)量-價格組合，報量的最小刻度為0.001 MW，價格的最小刻度為0.01 歐元/MW。每對報價需標識為靈活性還是非靈活性。如果是非靈活，則該報價塊必須完全出清或不出清；如果是靈活性，則該報價塊可以部分出清。單個主體的報價可以是靈活和非靈活的組合。

愛爾蘭可靠性期權(quán)的拍賣產(chǎn)品類型見表6。系統(tǒng)運營商對每個容量年進行1次T-4拍賣，如果有特殊需求，也可以進行T-3拍賣、T-2拍賣或T-1拍賣。此外，設(shè)置二級市場，以供主體進行合同轉(zhuǎn)讓。

表6 拍賣期限

2.2.2 結(jié)算機制

在結(jié)算環(huán)節(jié)，愛爾蘭可靠性期權(quán)機制的結(jié)算原理不變，但是執(zhí)行價格和參考價格這2個結(jié)算參數(shù)的設(shè)置有自己的市場特色。

a)執(zhí)行價格。愛爾蘭的可靠性期權(quán)執(zhí)行價格同時考慮碳排放成本、不同類型的燃料成本、燃料運輸成本等因素：

(3)

b)參考價格。愛爾蘭可靠性期權(quán)機制的參考價格為：①日前市場方面，對于在日前市場中出清的電力(不超過通過可靠性期權(quán)確定的合同量)，參考價格為日前價格。②日內(nèi)市場方面，對于在日內(nèi)交易市場中出清的電力(不超過可靠性期權(quán)合同量減去日前出清量后的剩余量)，參考價格為日內(nèi)市場價格。③平衡市場方面，對于通過平衡市場出售的電力(不超過可靠性期權(quán)合同量減去日前和日內(nèi)的出清量后的剩余電量)，參考價格為平衡市場價格。④系統(tǒng)服務(wù)方面，如果容量資源給系統(tǒng)提供備用等輔助服務(wù)，參考價格為該服務(wù)的合同價格。

c)懲罰機制。與意大利類似，愛爾蘭也配合可靠性期權(quán)設(shè)置了稀缺定價，進一步增大可靠性期權(quán)不可用時的隱式懲罰：一方面，取消發(fā)電商價格上限，實施反映失負荷價值的新價格上限〔約為11 000 歐元/(MW·h)〕；另一方面，平衡市場引入行政稀缺定價函數(shù)，作為可靠性期權(quán)產(chǎn)品的附加績效激勵機制。當(dāng)系統(tǒng)缺乏備用時，平衡市場價格不由市場確定，而是由行政確定的曲線來確定，以確保電力短缺時價格上漲。

此外，愛爾蘭可靠性期權(quán)結(jié)算機制中還設(shè)置止損限額(stop-loss limit)即罰款上限，以在價格長期高于執(zhí)行價的情況下保護發(fā)電公司。目前愛爾蘭的止損限額因子分為兩類：年度止損限額因子設(shè)置為1.5，即發(fā)電商支付的差價限制在每年收到的期權(quán)費的1.5倍；計費周期止損限額因子為0.5。這是為了某年度或計費周期內(nèi)系統(tǒng)發(fā)生了許多稀缺事件，容量供應(yīng)商達到了其止損限額時，止損限額制度可以最大限度地激勵機組在該年度或該計費周期的剩余時間內(nèi)仍可保持可用。

3 總結(jié)與啟示

3.1 可靠性期權(quán)機制設(shè)計要素總結(jié)

可靠性期權(quán)機制的關(guān)鍵市場設(shè)計要素主要體現(xiàn)在2個方面：一是需求曲線、參考價格、執(zhí)行價格等參數(shù)設(shè)計；二是可靠性期權(quán)與稀缺定價的結(jié)合機制設(shè)計。

3.1.1 參數(shù)設(shè)計

a)需求曲線。確定維護安全標準所需的適當(dāng)容量水平是可靠性期權(quán)機制成功與否的關(guān)鍵。曲線形狀一般為四點曲線，具體數(shù)值與系統(tǒng)規(guī)定的可靠性標準有關(guān)。更安全的標準將減少裁負荷的可能性，然而增大消費者成本，需要政府和市場運營機構(gòu)在可靠性和成本之間進行權(quán)衡。此外，是否分區(qū)也是制訂需求曲線時需要考慮的。如果電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性阻塞明顯，或有顯著的政治地理劃分，可以分區(qū)確定需求曲線，但要注意市場力的問題。

b)執(zhí)行價格。執(zhí)行價格是可靠性期權(quán)機制的關(guān)鍵要素之一，高于執(zhí)行價格意味著系統(tǒng)稀缺。執(zhí)行價格應(yīng)設(shè)得足夠高，只有在需要所有可用容量時，容量資源才支付差額。如果執(zhí)行價格設(shè)置得太低，可能使得機組經(jīng)常需要差價返還，一方面降低機組收益，另一方面可能降低真正稀缺時刻機組的可用性。

執(zhí)行價格可以設(shè)為定值，也可以約定方法計算浮動價格。其中，固定執(zhí)行價格往往采用系統(tǒng)邊際機組的成本，例如，新英格蘭根據(jù)參考峰值機組的短期邊際成本來設(shè)置。浮動價格往往基于現(xiàn)貨天然氣/石油價格等參數(shù)，愛爾蘭、意大利都采用此模式。浮動價格可能會導(dǎo)致參考價格不穩(wěn)定，但可以使得峰值機組得到有效對沖，并準確反映容量供應(yīng)商的租金，比固定價格更為有效。

c)參考價格。參考價格的設(shè)定是可靠性期權(quán)產(chǎn)品設(shè)計和績效激勵機制的關(guān)鍵因素之一。一般而言，參考價格應(yīng)針對近期市場，包括歐洲模式下的平衡市場、日內(nèi)市場、日前市場，美國模式下的現(xiàn)貨市場，或者也可以選擇電力期貨期權(quán)等產(chǎn)品的混合價格作為市場參考價格。總的來說，有3種方案：方案1，僅平衡/日內(nèi)/實時市場價格；方案2，日前市場價格；方案3，多參考市場混合價格。

對于方案1而言，平衡/實時市場價格比任何其他市場價格都能更好地反映實時系統(tǒng)壓力(不同市場價格反映稀缺性的能力排序為：日前<日內(nèi)<實時，一般不考慮單純使用日內(nèi)價格作為參考價格)。因此，方案1的價格會更好地激勵容量供應(yīng)商在真正面臨系統(tǒng)壓力時提供容量。方案1的缺點在于，僅根據(jù)此價格可能影響發(fā)電機的策略。由于可靠性期權(quán)合同直接和實時市場價格對沖，這將促使發(fā)電機將大部分電量留在實時市場出售。如果選擇方案1，可以設(shè)計配套的一些機制緩解這一問題，例如強制發(fā)電資源在日前市場報價。

方案2的優(yōu)勢在于日前市場價格穩(wěn)定、便于預(yù)測。主要缺點是可能無法完全反映系統(tǒng)稀缺信號，例如系統(tǒng)日前參考價格并沒有反映市場容量稀缺，會削弱容量資源在最需要容量時提供服務(wù)的動機。

對于方案3而言，混合價格可以克服以上單一參考價格的缺點，具有一定的優(yōu)勢。目前，愛爾蘭和意大利都采取此模式，可以對容量資源提供較強且清晰的激勵，在實時短缺時促使容量資源將剩余容量保持可用。

3.1.2 與稀缺定價機制的耦合

實施可靠性期權(quán)機制后，可以同時實施稀缺定價機制和減少對市場的扭曲，而不用擔(dān)心單一實施稀缺定價引起的發(fā)用電兩側(cè)價格風(fēng)險大等問題。目前愛爾蘭、意大利等都已經(jīng)將可靠性期權(quán)機制與稀缺定價機制有機結(jié)合?？煽啃云跈?quán)和稀缺定價機制的交互如下。

一方面，稀缺定價可以激勵可靠性期權(quán)賣方在系統(tǒng)壓力時刻的可用性，也可以為電力系統(tǒng)提供正確的投資信號。稀缺定價機制下的現(xiàn)貨價格反映系統(tǒng)真實供需，有利于高效引導(dǎo)儲能等靈活性資源的投資。同時，稀缺價格機制使得可靠性期權(quán)的參考價格的波動變大，也對容量資源在系統(tǒng)稀缺時的可靠性提供了正向激勵。

另一方面，可靠性期權(quán)有助于避免稀缺定價機制下的風(fēng)險。一直以來，單純的稀缺定價機制被很多學(xué)者質(zhì)疑其效率，因為系統(tǒng)出現(xiàn)稀缺高價的概率較小，投資者難以預(yù)估是否能通過少見的稀缺高價收回其全部成本。而在實際中，投資者往往規(guī)避風(fēng)險，發(fā)電資源的建設(shè)周期又較長，因此單純實施稀缺定價可能無法有效保障系統(tǒng)充裕度。稀缺定價機制下，發(fā)用電主體往往尋求一些金融手段進行風(fēng)險規(guī)避，例如澳大利亞的金融差價合約。可靠性期權(quán)相比于普通的差價合約，優(yōu)勢在于總量可控、價格穩(wěn)定。發(fā)電主體放棄從現(xiàn)貨市場獲得不確定的、波動性很大的收入，以換取長期穩(wěn)定收益，大大降低了風(fēng)險；消費者不必直接承擔(dān)稀缺時極高的能源價格，實現(xiàn)了雙贏的局面。

3.1.3 未來改進

可靠性期權(quán)也存在一定的問題。不同類型機組特性差異大，利用時間差異大，容量成本差異大，現(xiàn)有的可靠性期權(quán)機制確定參考價格的方法默認燃氣輪機為邊際機組，可能不適用于新型電力系統(tǒng)中。對于高比例可再生能源的電力系統(tǒng)，如何確定執(zhí)行價需要探討，因為最優(yōu)執(zhí)行價與一些隨機因素有關(guān)，事先無法準確確定。收益估算法也是一種機組固定成本機制，應(yīng)用于加拿大的燃氣機組補貼中?？梢詫⒖煽啃云跈?quán)與收益估算法結(jié)合，探索基于多部制報價/收益估算法的可靠性期權(quán)機制。

3.2 對中國電力市場改革的啟示

世界范圍內(nèi)已有容量市場、容量義務(wù)等多種機制。短期內(nèi)，目前我國實際市場運營主要采用非市場化的容量補償機制；關(guān)于遠期模式，學(xué)術(shù)界、工業(yè)界均側(cè)重于集中式容量市場。但是，實際上容量市場機制本身并非完美，存在長期依賴性、扭曲價格信號等缺陷，容量市場是否是適合我國的最佳充裕度機制也有待商榷。

本文詳細介紹了可靠性期權(quán)機制的總體流程和設(shè)計細節(jié)，為我國發(fā)電容量充裕度機制設(shè)計提供了新的思路參考?？煽啃云跈?quán)機制可以實現(xiàn)價格發(fā)現(xiàn)、保障充裕度、提高電力系統(tǒng)可靠性等多個目標。可靠性期權(quán)和普通的集中式容量市場等容量機制相比，有以下幾點優(yōu)勢：

a)可靠性期權(quán)機制下，發(fā)電主體放棄從現(xiàn)貨市場獲得不確定、波動性大的收入，換取穩(wěn)定的保費，大大降低了風(fēng)險。這一機制同時實現(xiàn)多贏局面：一方面，消費者不必直接承擔(dān)稀缺時極高的能源價格，發(fā)電側(cè)獲得長期穩(wěn)定收益；另一方面，稀缺價格為新投資提供了有效的經(jīng)濟信號。

b)容量市場機制下的可靠性難以保障，而可靠性期權(quán)的結(jié)算原理對機組在高峰時刻的可用性提供正向激勵，有助于提高系統(tǒng)安全可靠性。

c)容量市場的補貼往往配套較低的電能量市場價格上限，容易造成市場扭曲；可靠性期權(quán)機制下，可以取消價格上限，利用可靠性期權(quán)合同保障發(fā)電和用電兩側(cè)主體的穩(wěn)定價格，有利于減少對電力市場的扭曲，促進價格發(fā)現(xiàn)?？煽啃云跈?quán)機制下，主體報價的最佳策略依然是基于邊際成本，因此對市場的扭曲較小。為支撐高比例可再生能源電力系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)取消能量市場的價格上下限制，逐步取消包括容量市場在內(nèi)的容量機制，建立以稀缺定價為基礎(chǔ)的純能量市場機制，可靠性期權(quán)機制正可以與其適配。

綜上，可靠性期權(quán)機制可以解決容量市場扭曲價格和單純稀缺定價機制下價格波動問題，使容量和電能量市場有效耦合，使得電力容量的社會價值更加明晰和透明，提高電力市場的整體效率。在我國發(fā)電容量充裕度機制設(shè)計中，可以考慮引入可靠性期權(quán)機制，在保障系統(tǒng)充裕的同時降低成本，提高可靠性。

考慮到我國電力市場的現(xiàn)狀，本文以廣東電力市場為例，提出以下關(guān)鍵問題與建議。

3.2.1 參數(shù)設(shè)計

a)需求曲線。可靠性期權(quán)機制的需求曲線可以參考國外可靠性期權(quán)的需求曲線、集中式容量市場的需求曲線制訂，方法類似。

考慮到我國仍處于社會主義初級階段，面臨負荷增長、負荷轉(zhuǎn)型、電力系統(tǒng)清潔低碳化轉(zhuǎn)型等多方因素，因此對于未來供需的預(yù)測難以準確。集中式容量市場只能采取保守計算，為了充裕度寧可購買容量超額，否則主體無法回收成本；可靠性期權(quán)機制的優(yōu)勢在于，可靠性期權(quán)可以采用保守的預(yù)測，例如只購買80%的容量需求，由于可靠性期權(quán)可以和稀缺定價結(jié)合，其余的未受補償主體仍然可以在現(xiàn)貨市場收回全部成本。

b)合約設(shè)計。由于燃料價格波動較大，執(zhí)行價格建議參考浮動價格，與天然氣、煤炭期貨等的價格聯(lián)動。我國多數(shù)市場采用類似美國PJM的模式，建議參考價格選為日前市場和實時市場的混合價格。

此外，可靠性期權(quán)的合約可以根據(jù)我國電力市場需求制訂。例如，將現(xiàn)有基數(shù)電量、高成本機組補貼等轉(zhuǎn)為可靠性期權(quán)合約，詳見3.2.2節(jié)。

3.2.2 與現(xiàn)有補貼機制的銜接

目前，廣東電力市場中有2個與容量補償相關(guān)的機制和1個容量補償管理辦法。其中，相關(guān)機制包括：①對市場機組分配一定額度的基數(shù)電量，按政府核定的上網(wǎng)電價以金融合約的形式參與現(xiàn)貨市場；②現(xiàn)貨市場中，根據(jù)各機組基數(shù)合約外的發(fā)電情況，對高成本(高上網(wǎng)電價)的機組按照上網(wǎng)電價差進行補償。2020年發(fā)布容量補償機制，用戶側(cè)對價差中長期合約外的電量支付容量電費，按照發(fā)電機組有效補償容量分配給機組。

可靠性期權(quán)機制可以較好地和當(dāng)前的補償機制銜接：

a)現(xiàn)有的基數(shù)電量合約可以視市場情況直接取消，也可以轉(zhuǎn)化為可靠性期權(quán)合約執(zhí)行，市場運營機構(gòu)設(shè)定各類機組基數(shù)電量的總量(可按機組類型分為燃煤、燃氣、核電等幾類)，同一類型機組通過拍賣競價出清。

b)現(xiàn)有的高成本機組補貼可以轉(zhuǎn)化為可靠性期權(quán)合約執(zhí)行。目前高成本機組補貼主要針對燃氣機組，目的是解決同臺競價的問題。轉(zhuǎn)為可靠性期權(quán)后，可以將參考價格設(shè)為上網(wǎng)電價(或燃氣機組成本)。在執(zhí)行價格(基于現(xiàn)貨價格)低于成本時給予其補貼，和現(xiàn)有補貼一致；在執(zhí)行價格高于成本時，燃氣機組需要將多余收益返還給市場運營機構(gòu)，從而限制了燃氣機組的過多收益。

c)廣東試結(jié)算中的基于分配的容量補償機制是充裕度機制的過渡機制。在采取可靠性期權(quán)機制之后，可以直接取消，轉(zhuǎn)為市場化的競爭補償機制。

3.2.3 可靠性期權(quán)配套機制

在我國高比例可再生能源的新型電力系統(tǒng)中，價格信號的作用更為凸顯。有效的價格信號將作為需求響應(yīng)、儲能、虛擬電廠等制訂運營策略的信息基礎(chǔ)，并引導(dǎo)各類資源的投資。美國市場實施較低的價格上限，與管制意味較強的集中式容量市場匹配，這是為了限制獲得容量補償?shù)闹黧w在電能量市場中收益過大，但造成價格扭曲。因此，建議如3.1.2節(jié)所述，將可靠性期權(quán)機制與稀缺定價機制結(jié)合。建議取消現(xiàn)有廣東電力市場1 500 元/MWh的價格上限，采用新的基于失負荷價值的價格上限。

總而言之，市場建設(shè)具有路徑依賴，需要結(jié)合我國實際情況，考慮電力市場、電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，進行發(fā)電容量充裕度機制的頂層設(shè)計?？煽啃云跈?quán)機制克服了集中式容量市場和單純稀缺定價的缺點，可以作為我國充裕度設(shè)計的參考。