碳定价对电力市场价格的影响

电力部门碳排放的价格表现为火电(化石燃料)发电机组可变(运营)成本的增加。这种增长是很容易计算的：它是一吨二氧化碳排放的价格和每兆瓦时发电排放二氧化碳的吨数(或比例)的乘积。发电机产生的排放量与所用燃料和电厂热效率有直接关系——热效率越高，排放的二氧化碳越少。

 

在依赖经济调度的系统中，碳价格可以改变电厂的调度顺序。效率更高的和使用更少高碳排放燃料的发电厂将会比原来没有碳价情况下运营得更多。这种运营小时数变化的幅度取决于碳价格水平和不同燃料的相对价格，以及其他因素。如果调度是由一个竞争激烈的能源市场决定的，在这个市场中，所有的供应商都接受统一的市场出清价格(由该期间满足需求所需的所有投标中最昂贵的投标确定)，那么碳价的一个必然影响是，无排放发电机组和能够以低于新市场出清价格运营的火电机组的收入将增加。欧洲和北美的能源市场，以及中国的现货市场试点，实际上都是这样设计的。在这些市场中，发电厂有减少排放和提高效率的经济动机。这是碳市场的一个核心目标，它依赖于一种运作良好的经济调度方法。

 

图2提供了图1右侧的宽展视图。它说明了在竞争激烈的批发能源市场中，满足特定时段需求所需的所有能源供应商都能获得市场出清价格，碳价格是如何提高发电的总成本的。在图2中，向左倾斜的垂线表示某一时刻的电力需求，并显示了需求对价格的轻微响应，因为在更高的价格下，满足需求所需的容量更少。出清价格是纵轴上电力需求线与供应曲线相交的点。

 

在这个例子中，燃煤电厂的运营成本决定了清算价格。当采用碳价时，如果边际电厂使用化石燃料，出清价格就会上涨，所有在市场上出清的发电厂都会获得额外收入(这部分超出发电厂运营成本的发电收入称为“超边际租金” ‘infra-marginal rent’)。只要化石燃料机组处于边际(即设定清算价格时)，任何接受基于市场价格的资源都将从碳影响的清算价格中获得更多收益。对于低碳发电(图中为风电和核电厂)，增加的收入超过了增加的成本，而碳价带来了增加的利润。即使是成本相对较低的化石燃料机组也会受益于这一效应，因为它们也会获得更高的清算价格，而额外的收入将偿还部分、全部或超过碳排放配额的成本，取决于其相对于边际(市场定价)工厂的“碳强度”(例如，热效率)[1]。在图2中，燃煤电厂必须为其排放买单，但它仍在运行，而更高的清算价格将使它在电力市场上收回大约一半的碳排放费用。

 

原则上，碳定价应该影响电力部门的调度。然而，在实践中，欧洲和美国的经验表明，需要高碳价格才能显著影响调度和降低碳排放，而这些地方的政策制定者似乎不愿(或在政治上无法)设定如此高的碳价格[2]。