德國能源轉型沒有造成缺電啦!那批售電力市場的極端價格波動又是怎麼一回事?

能源萬象

*封面圖片截自網路

德國能源轉型沒有造成缺電啦!

那批售電力市場的極端價格波動又是怎麼一回事?

文/Tony Yen (媽盟特約撰述)


前陣子有朋友私訊分享某個擁核網紅粉專的動態給我,該動態拿著德國批售電力市場在6月的成標價結果,說德國正陷入缺電。這當然是錯誤的訊息,只是又一次繼續將能源轉型較成熟的國家電力市場中的諸多正常機制打成「電不夠用」的擁核論述套路。

 


 

該篇動態最大的問題有二,一是在沒有任何合適的論據下,將備轉容量市場的運作狀況歸因於供電業者沒有充分競標、造成競標量不足等等無視備轉容量市場運作機制的論述。(其實拿批售電力市場的現象想直接討論備轉容量市場本身就是錯誤的做法。)

備轉容量市場的需求是由電力調度業者定出的;參與該市場的業者因為會受到各種調度規範,在考量各種機會成本之後必定會參與競標,不可能出現「誘因不足、不想競標」的情況。況且,這些業者參與備轉容量市場的誘因正是需要備轉容量的極端事件發生時的高額利潤,因此備轉容量市場本身是一負回饋系統(競爭不足時,參與的誘因會增加),市場中的價格尖峰從而不可能造成供給不足。

第二則是將批售電力市場的價格波動視為電力系統是否「電不夠用」的指標。把市場導向經濟調度的結果當成系統穩定度或供電裕度的判斷依據,是台灣的擁核網紅們常常犯的毛病,而這是一種不當因果連結。

事實上批售電力市場的價格只能代表一件事情,就是邊際供電裝置的供電機會成本。而邊際供電裝置隨著殘載起伏變動而有所不同,自然也會影響價格的波動。但這些價格波動對系統穩定性和供電裕度的影響,是無法直接想當然耳地做直接論斷的。

我們可以發現,這幾個批售電力市場出現極端價格尖峰事件時,並非都是殘載尖峰值發生的時候,其他殘載相近的時段,沒有出現這些價格尖峰反而是常態。這代表電力系統其實有足夠的供電裕度,但有其他因素影響了邊際供電裝置投入的機會成本(文章下段會提),導致成交價格上升。

更重要的是,這種市場根據實際殘載狀況產生價格訊號的現象,不僅不代表系統無法彈性反應,恰恰相反,這才是一個能彈性反應的電力系統所應有的特色。假如沒有能15分鐘調整價格和成交量的日間批售電力市場,電力市場的成交價格或許看起來會比較平緩,但系統面對殘載尖峰和預測誤差等事件的調度能力將會更差,屆時還是需要其他機制做調度,而這些調度造成的成本變動沒有反映在市場價格上,不代表這些波動不存在。日間調度本身一定會造成即時供電機會成本的變動,只是在沒有對應市場的電力系統中不會被看到而已。

最後,只要理解一個基本常識以後,指控德國缺電的論述就不攻自破了:6月是德國用電量較低的月份,供電裕度不足的風險本來就是最低的,如果德國在冬天都不必擔憂缺電了(這倒是核能機組常常檢修的法國比較需要擔心的事),夏季又何來缺電之說。


注:在6/6、6/12和6/25的批售電力市場的極端價格尖峰事件裡,次級和三級控制確實一度被完全調度,原因最有可能是殘載預測的失準,加上六月的備轉容量需求被低估。然而即使在這些事件中,更後備的四級控制(或稱取代備轉Replacement Reserve)是否有機會被用完,我十分懷疑。

另外,雖然電力調度業者確實可以透過更彈性的備轉容量需求規劃來降低次級和三級調度用罄的機率,但由於2019年的頭六個月只在換季過渡期間出現這幾起比較值得關注的事件,這樣的發生頻率其實尚在電力系統一般對次級和三級控制可靠度的要求中;況且所有事件最後也透過其他市場機制成功獲得解決,故我不認為有這種措施的迫切必要性。較為基進的意見甚至會認為,如果將批售電力市場的交易時間趨於即時,極短時間批售電力市場的角色就會和目前的備轉容量市場類似,甚至得以完全取而代之;此即電力市場應朝向單一化的理論。


極端價格波動討論的價值?

「所以這些價格波動對批售電價有很大的影響嗎?」朋友聽完我上述的論述後問我。

確實,這些少數極端的價格波動到目前為止,對於市場的傳統參與者(尤其非彈性機組)的營收或零售電價都不會有太明顯的影響。再加上目前只有日間批售電力市場有比較明顯的價格波動,而這個市場的交易量遠小於日前批售電力市場,因此這些波動的效應又進一步被稀釋了。

不過,站在新興、具有高度調度彈性的市場參與者,或者政策制定者的角度上,批售電力市場的極端價格波動仍是值得鑽研的課題。對新興市場參與者來說,好的價格預測能夠提升他們策略競價的成效、增進他們在市場上和傳統電廠的競爭力;對政策制定者來說,價格波動的程度和頻率則是轉型路徑中,何時應該導入大量儲能裝置的重要判斷依據。

因此我想在文末做個簡單說明,到底批售電力市場上的極端價格波動是怎麼產生的。底下的討論會聚焦在極端價格尖峰的情況中,但極端價格低谷的情況可以用類似的方法推論出另一套模型。

批售電力市場的極端價格尖峰形成,主要有兩個機制:競價順位效應(merit order effect)以及啟動成本效應(start cost effect)。

競價順位效應指的就是因為邊際供電裝置不同、造成邊際供電成本改變的現象。這是能源轉型過程中,最直觀的一個微觀經濟學效應:批售電力市場上的需求越高,邊際供電成本就越高,也因此最後的成交價格會越高。

但競價順位效應不足以完全解釋極端價格峰值出現的時段和程度。讀者從底下的或許注意到,日間批售電力的價格尖峰往往落在日間批售電力交易量的峰值之前。

 

 

2019年6月德國日間批售電力市場交易量和成交價格。資料來源


這就是啟動成本效應。當日間市場的需求增加,供電業者考慮本來未開機的彈性機組是否要啟動的依據,就是接下來日間批售電價的價格是否夠高,足以補償啟動所需的成本。如果可以,供電業者會選擇以邊際供電成本進入市場;如果不行,他們會將啟動成本扣除預期市價的淨損失,納入開機時刻的競標價中。這樣一來,他們得標之後就都不會有淨損失。

這樣做會有甚麼影響?除了前述讓少數的極端價格峰值傾向落在交易量尖峰之前的現象之外,這種競標策略也會讓市場的價格峰值集中發生在很短暫的時間之內。這就是為何日間批售電力市場會出現這些少數短暫而劇烈的價格峰值。

備轉容量需求規劃低估則造成如下的影響:因為應該要上線的邊際供電裝置沒有被事先排在經濟調度中,在日間批售電力市場交易時,這些邊際供電裝置的啟動成本效應可能會更顯著。如果備轉容量需求規劃充分,這些邊際供電裝置有可能得以事先就被安排在經濟調度中,電力市場的成交價格也可能因此變得平滑(但平均成交價格會增加)。

最後,我還是得提醒讀者,極端價格波動在目前還是非常罕見的情況,但未來出現的頻率勢必會增加。同時,需量反應、彈性再生能源、儲能裝置在中長期的未來要能夠導入市場獨立運作,某種程度的價格波動是個助力,甚至可以視為必須。在能源系統以彈性為王的時代裡,任何不將批售電力市場價格波動視為必然、而試圖抗拒的論述,都只會是能源轉型進程的絆腳石。