市场设计

随着能源转型,当前的电力市场已达到其极限。将来,它还必须保障能源供应的安全并能够激励投资。

能源转型提出了电力市场设计的新问题。1998年随着能源市场自由化的进程而创建的电力市场,只进行关于电量的交易。这就是为什么它通常被称为“纯电力”市场的原因。毫无疑问,纯电力市场可确保使用最便宜的发电厂来满足给定的电力需求。然而,有争议的是,现有电力市场能否产生足够的投资信号,无论是对于新的常规发电厂还是新的可再生能源发电厂(例如风力涡轮机或光伏系统)来说。

为了即使在高峰负载的几个小时内也能确保供应安全,必须始终有足够的容量。这些可以是产量可控的可再生能源、化石能源备用容量、电力存储以及可移动负载。经济学家之间存在着激烈的争论,即现有的纯电力市场是否从根本上能够确保供应安全,也就是说,纯电力市场是否总是有足够的发电厂来满足用电高峰需求?在许多市场开放的国家(例如美国的东海岸、巴西、西班牙、英国、俄罗斯或韩国),电力市场监管机构已得出结论,将引入更多手段来确保必要的发电厂容量,例如发电容量市场。其原因是因为供电安全是一种公共产品,将惠及所有电力使用者。但是,纯电力市场存在高风险,无法充分确保供应安全。

能源转型加剧了这一问题:即使可再生能源的份额不断增加,德国也将需要与今天数量相近的的化石燃料工厂,以补偿风能和太阳能发电低产出的时间(例如,冬季的无风期)来满足用电需求。但是,其中许多备用发电厂每年将仅运行几个小时。此外,对德国来说确保供应安全的备用发电容量的问题尤其重要,因为从2015年到2022年,所有剩余的核电容量将被淘汰,从而有十二吉瓦(GW)的核电厂容量将消失,而且其中大部分发电容量(8 GW)将在很短的时间内(即从2020年到2022年)脱机。

此外还有一个问题,即纯电力市场是否能够让风能和太阳能发电收回成本,即使这些可再生能源的的总成本低于煤炭或天然气发电厂的成本。因为风电和光伏系统的问题在于,它们在基于边际成本的现货市场上会自毁其定价。当风吹过而阳光普照时,同一天气区域内的所有风能和光伏系统会同时发电。一旦电力系统中整合的的风力涡轮机和光伏系统达到一定数量,这就会对电力交易市场的价格产生影响:由于提供了大量边际成本为零的电力,因此市场价格下跌;因为边际成本更高的电厂没有得到使用,所以市场价格就将由边际成本较低的电厂所决定(所谓的绩效顺序效应)。结果,风能和太阳能发电厂无法在当今实行边际成本原则的市场上收回成本。

在这种背景下,Agora Energiewende正在探索适合能源转型的电力市场的可能形式。新的能源转型市场的任务必须是同时有效地控制现有发电厂的使用,并为必要的投资创造激励措施,以确保符合能源转型的两个重要目标:供应安全和可再生能源的扩张。

主要结论

  1. 1

    要成本有效地实现 2030 年非化石电力占比达到 50% 的目标,2020 年至 2030 年期间,中国每年需新增大约 35 GW 的风能和 65 GW 的太阳能。

    这与前几年观察到的最快发展水平大致相符。随着技术成本的迅速下降,风电和太阳能可成为新的主力新增电源。

  2. 2

    中国电力系统需要将“灵活性”作为新追求,到2030年,大约25%的电力来自波动性可再生能源。

    电力系统结构性改革对于保持其可靠性和成本效益至关重要。缺乏灵活性的基荷电源,以及非经济效率为基础、粗尺度的调度方式不符合依赖天气的发电技术日益占据主导地位的电力系统的要求。

  3. 3

    中国已经启动多项重要改革,但依然面临根本性挑战。

    随着中国启动全国碳排放交易体系,重新审视其可再生能源补贴计划,并明确建立电力现货市场的迫切性,近期的政策改革方向无疑是正确的。然而,根本性挑战仍亟待解决。这些挑战包括燃煤发电产能过剩、调度系统不够灵活、以及缺乏透明度和市场参与者获取数据的便利。

  4. 4

    五条黄金法则将有助于建立一致性的政策体系并确保电力系统可靠性并具成本效益。

    中国有机会快速迈向可再生能源主导的电力系统设计,使成本效益和可靠性得到保证。本文确立的五项黄金法则将帮助政策制定者从实用性和一致性角度去审视各种政策及新的市场工具,同时考虑它们的互动影响并避免出现不一致情况:黄金法则一: 通过发展短期市场以有效利用现有发电能力黄金法则二: 激励系统灵活性,确保系统可靠性和充足性黄金法则三: 为可再生能源的新投资提供稳定收益黄金法则四: 管理煤炭占比下降及其结构性后果黄金法则五: 明确透明度和数据可获得性的关键角色

研究成果 : 中国能源转型之星

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