随着新一轮电力体制改革的推进，电力批发价格“双轨制”中“计划电量”和政府定价的退出，使得市场在供过于求时，发电企业失去了原本相对稳定的固定成本回收保障，用户将面临电价大幅上涨的风险。不同国家基于本国国情、实际需求，选择不同的容量充裕性保障机制，如稀缺定价、容量市场、战略备用机制等。我国容量市场建设正处于起步阶段，应尽早展开相关规则和机制设计的研究。

对于如何建立容量市场规则来保证系统发电充裕性，引导发电企业合理投资，国内外学者进行了相关研究^[1-3]。文献[4]详细介绍了英国容量市场的背景和具体形式，并针对我国实施该模式的适用性进行了分析。文献[5]分析了美国宾夕法尼亚‒新泽西‒马里兰州（Pennsylvania‒New Jersey‒Maryland，PJM）容量市场框架、关键参数以及相关影响因素。文献[6]对不同成本回收机制的优缺点进行分析，提出了国内开展容量市场的建议。文献[7]对美国新英格兰地区（ISO New England，ISO‒NE）容量市场的拍卖形式、区域划分和需求曲线进行了详细研究，对基于系统可靠性的需求曲线进行了建模分析，认为容量市场需求曲线的制定在保证市场高效运行以及容量出清价格稳定方面发挥着重要作用。文献[8]对美国PJM的容量市场需求曲线设计流程进行了详细分析。上述文献大多聚焦容量市场机制的建设理念、运行效果及其国际实践，鲜有从容量市场需求曲线制定方面进行深入研究的文献。

英国、美国PJM、美国ISO‒NE等国家及地区引入容量市场作为解决成本回收问题的长效机制，具有设计较为成熟的市场规则，且在新能源参与容量市场方式方面具有一定的代表性。因此，本文在此基础上重点对该机制下的关键制度，也就是容量市场需求曲线制定这一环节对曲线的形状确定、关键参数设计等方面，按各国实际情况进行分类综述，并针对中国容量市场实际发展情况提出容量市场需求曲线制定的可行性建议。

ISO‒NE容量市场由1个基本拍卖市场和3个追加拍卖市场构成。前者提前3年进行拍卖，组织建立拍卖市场，后者根据市场需求动态变化对数据进行协调修正。本文主要介绍基本拍卖市场。其中，市场均衡由供需曲线共同决定，供需曲线的交点确定了出清价格以及发电商提供的容量资源，进而实现发电容量资源优化配置，促进各方市场成员利益公平分配，保障发电容量充裕和未来市场的稳定。

政府或机构设计需求曲线的初衷是引导发电商新增容量满足系统可靠性要求，补偿价格能够帮助发电机组刚好回收在传统电能量市场所需要的固定成本。但考虑到未来负荷预测的不确定性，为保证系统长期的发电充裕性需要，利用需求曲线释放价格信号，以影响发电商的投资意愿。本文聚焦于美国ISO‒NE容量市场，关注容量需求与系统发电充裕性之间的紧密关系。ISO‒NE系统可靠性指标曲线和边际可靠性影响（Marginal Reliability Impact，MRI）曲线如图 1所示。

图 1 ISO‒NE系统可靠性指标曲线和MRI曲线

由图 1(a)可以看出，失负荷期望（Loss of Load Expectation，LOLE）随着容量的增加而下降。系统单位新增容量对可靠性的贡献随着总装机容量的增加不断降低，当总装机容量增加到一定程度时，继续增加装机容量，LOLE的变化量接近于零。这与经济学中需求曲线的边际价值曲线一致。在发电系统可靠性指标曲线的基础上，通过微分处理得到了MRI曲线。在MRI曲线基础上引入缩放因子，得出以容量边际价值为价格的容量市场需求曲线如图 2所示。

图 2 引入MRI缩放因子的容量市场需求曲线

缩放因子并不是一个假设条件，而是根据系统可靠性增量与新建机组净成本（Net Cost of New Entry，Net CONE）的比值推导而来。通过缩放因子能够将可靠性影响曲线上的MRI值转化为容量需求的边际价值，并确保容量市场需求曲线在目标容量处满足系统可靠性标准（0.1 d/a）。这种设计不仅有助于确保电力系统的稳定运行，实现在市场中回收机组投资成本的目标，也更好地平衡了系统规划与投资回报之间的关系^[9]。

绘制容量市场需求曲线需要结合本国实际情况以确定相关参数。为了将容量数量与容量价格控制在合理范围内，ISO‒NE设定了1.6倍Net CONE的价格上限和0.1倍LOLE对应的容量上限。价格上限反映用户购买单位容量的最高支付意愿，发挥了限制市场力和消费者成本的作用。在确定最高限价时需要权衡的是，既要促进容量资源参与竞争，又要避免消费者承担高昂费用。最终容量需求曲线如图 3所示。其中，Net ICR表示净装机容量需求（Net Installed Capacity Requirement）。

图 3 最终容量需求曲线

2020—2021年容量交付年需求曲线的净装机容量需求设为34 075 MW，Net CONE设为11.640美元/kW·月，价格上限为18.624美元/kW·月，缩放因子为17.935^[10]。

英国国家电网作为容量市场实施的主体机构，在政府授权下对未来电力的容量需求形式作出评估，并先于交付年4年组织主市场拍卖。容量市场需求曲线设计的基本原理与ISO‒NE类似。为了降低计算复杂度，对曲线形状进行简化处理，采用了单调递减曲线，同时设定价格上限以降低市场风险。在拍卖过程中允许根据需求曲线对目标容量进行调整，自动实现采购成本与可靠性的优化均衡。英国容量市场需求曲线如图 4所示。

图 4 英国容量市场需求曲线

英国容量市场需求曲线分别以可信容量为横坐标，以容量边际价值（价格）为纵坐标，相应参数的设置会影响容量拍卖结果。下面将针对目标容量、容差范围以及参考机组的选择等主要参数进行分析^[11]。

（1）目标容量  首先，考虑未来负荷预测的不确定性，根据年度电力系统负荷需求，结合低碳化与经济性发展的多种可能趋势，确定多个典型场景，设计多种电源规划方案（包含电源结构和负荷预测2个维度），满足电力系统发电充裕性要求。然后，综合平衡发电系统经济性与可靠性，将各方案在不同电源结构下的投资成本与停电损失之和作为评价指标，评估发电系统的效益。最后，基于鲁棒优化原理，采用最小最大后悔值法进行风险规避，从而确定最优方案^[12]。由于各机组采用的是考虑充裕性贡献的可信容量，因此电源规划方案确定的发电系统总容量即为目标容量。

（2）容差设置  为确保在可靠性和经济性之间取得平衡，同时降低博弈风险，ISO‒NE对容差范围进行了调整。一方面，将容差设置作为一种反博弈措施，通过改变需求曲线斜率降低发电商操纵拍卖结果的能力。容差数值大小会影响需求曲线的斜率，并且在拍卖中允许对目标容量进行调整，以便从社会福利方面优化结果。另一方面，容差设置能够在拍卖结果低于边际机组净成本时激励发电商投资扩容（取决于净福利算法），拍卖结果高于边际机组净成本时，情况相反。容差为目标容量±1.5 GW^[13]，相当于两台容量大小相同的联合循环燃气轮机。这些参数实行年核查机制。

（3）参考机组的选择  从经济学意义上讲，边际成本定价可以使全社会经济效益最大化。在电力系统低谷时段，电力负荷无需增加额外设备容量，而在电力系统高峰负荷时段，需要增加发电设备容量来满足电力负荷的增长。综合考虑建设成本和对系统可靠性的贡献，英国容量市场中主要以联合循环燃气机组作为参考机组来反映系统容量需求的边际价值，从而实现资源的合理配置。2022—2023年容量交付年，需求曲线的Net CONE设置为49英镑/kW^[14]，价格上限取1.5倍的Net CONE。

美国PJM容量市场运行时间相对较长，被视为容量市场的典范。其需求曲线设计关系到权衡容量资源价格与容量资源数量的问题，需要避免价格过度波动。1999年，PJM开创了容量信用交易模式的容量信用市场，采用垂直的需求曲线。如果负荷供应商（Load Service Entity，LSE）缺少发电容量，政府愿意支付高昂的容量费用，而如果容量信用过剩，则容量价格降为零，价格具有较大的波动性，使得发电企业的利润具有很大的不稳定性，不利于引导发电企业增容扩建。

由于容量信用市场中的一些设计缺陷及其运行结果不理想，2004年PJM提出基于失负荷价值的需求曲线。当装机备用裕度（Installed Reserve Margin，IRM）偏离PJM预期目标时，该曲线尝试通过失负荷期望来反映容量价值。2007年美国PJM采用可靠性定价模式取代原有的容量信用市场^[15]，并于当年4月开始正式运行。在基本拍卖和第2次追加拍卖市场中，容量拥有者作为卖方进行单边报价，并形成供给曲线，PJM根据一定规则确定需求曲线，并根据供给曲线和需求曲线确定出清价格。

2017—2018年容量交付年之前，PJM容量市场所采用的需求曲线为凹形，自2018—2019年容量交付年开始，美国PJM主拍卖市场由凹形转向凸形曲线，使容量价格与系统的边际可靠性价值保持一致。同时，与ISO‒NE和英国相比，PJM容量市场需求曲线制定方法在计算复杂度上进行了折中处理，主要是在ISO‒NE基础上进行了分段线性化处理，且曲线上各转折点均满足设定的系统可靠性指标。美国PJM容量市场各阶段的需求曲线如图 5所示。

图 5 美国PJM容量市场不同发展阶段的需求曲线

美国PJM容量市场需求曲线的特点是横坐标为IRM，表示在满足系统可靠性的要求下，装机容量超出峰值负荷的部分占峰值负荷的百分比，纵坐标是以容量边际价值代表价格^[16]。值得一提的是，若PJM容量市场的基本拍卖市场连续3年实际出清容量低于装机备用裕度减去1% 的水平，则必须采取强制保障措施来确保系统供电可靠性。2023年美国PJM容量市场需求曲线如图 6所示。其中，A₁点对应的横坐标为预测年装机备用裕度M_IR−1.2%，处于PJM容量市场规定的强制措施实施阈值的右侧，这样的曲线设计保证了在非市场手段实施前，以价格上限刺激可用资源的投资^[8]。

图 6 2023年美国PJM容量市场需求曲线

在追加拍卖时，PJM采用垂直需求曲线弥补容量预测误差。在第2次追加拍卖前重新进行负荷预测，如果高于主拍卖市场中估计的预测负荷100 MW，则PJM举行追加拍卖以补足差额。第2次追加拍卖的需求曲线如图 7所示。其中，横坐标是基于预测负荷值而获得的容量差值，价格上限是在拍卖市场中需求曲线在所需容量这一点上的价格^[17]。

图 7 第2次追加拍卖的需求曲线

PJM容量市场区域内天然气价格较燃煤低，并且由于联合循环技术的运用，全美地区的发电份额都有所增加。另外，近年来燃气电厂作为基荷运行比燃煤电厂更具竞争力，这些因素直接导致了很多燃煤电厂的退役。在考虑多方面因素后，PJM从目前主流的联合循环燃气轮机（Combined-Cycle Gas Turbine，CCGT）和涡轮燃气轮机（Combustion Turbine，CT）中选取后者作为参考机组，从而帮助高峰负荷机组回收成本^[18]。两种参考机组的特性比较如表 1所示。

表 1 参考机组特性比较

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机组	运行效率/%	负荷等级	稳定性
CCGT	≤40	基荷、腰荷	不稳定
CT	≤60	峰荷	较稳定

2022—2023年容量交付年，A₁点、B₁点、C₁点相对目标容量偏移程度分别为1.2%、1.9%、7.8%。3个点代表的容量分别为系统可靠性需求等于0.11、0.02、0 d/a时所需的容量，Net CONE设置为260.50美元/MW·d，价格上限为293.63美元/MW·d^[5]。

墨西哥容量市场要求LSE采用容量购买的方式来满足负荷。虽然LSE必须提前签订一些容量合同，但最终的容量数量是根据负荷来确定的。发电商在容量市场上出售他们所有的容量，如果系统的总容量超过了LSE必须购买的数量，则系统运营商（Independent System Operator，ISO）会自动购买超过LSE总容量需求的剩余容量。墨西哥容量市场需求曲线的形状确定和参数选择与英国容量市场类似。容量市场需求曲线如图 8所示。其中，横坐标对应的容量需求与系统可靠性相关，纵坐标以容量边际价值作为价格；CONE（Cost of New Entry）表示新建机组成本。

图 8 墨西哥容量市场需求曲线

墨西哥容量市场的需求曲线是通过4个关键点来定义的。A₂点在纵轴上，代表容量市场的新建容量数量为零，价格是参考机组固定成本的2倍，也代表了市场的价格上限；B₂点的容量等同于LSE必须购买的总容量，被设定为系统的峰值负荷加上可靠性所需的最小储备量，容量价格水平与A₂点相同；C₂点所需的容量数量设置的初衷与英国容量市场的目标容量类似，其价格设置为参考机组的固定成本；B₂、C₂点的延长线与横轴相交于D点，价格设为零。

图 9为2017年墨西哥容量市场的供应和需求曲线。CONE设置为102.6美元/kW·a，二者相交于1.617倍CONE，结算价格为165.9美元/kW·a，最后减去参考机组从电能量市场获得的收益（2017年为128.9美元/kW·a），最终容量价格为37.0美元/kW·a^[19]。

图 9 2017年墨西哥容量市场供需曲线

各国资源禀赋不同，而我国电力系统电源结构差异又较大，简单套用国外容量市场建设经验显然是不切实际的。因此，在建立适用于我国容量市场机制的关键制度时，必须全面考虑电源成本差异和电源结构等关键要素，从而确保容量市场的公平和效率。下面针对适用于我国当前阶段容量市场需求曲线的曲线形状、关键参数及配套机制等提出建议。

在容量市场发展初期，我国应重点关注系统发电容量资源是否充足及其供电可靠性。针对经济发展水平较快且经济总量规模大的华南地区和华中地区，电力负荷较重，部分区域市外来电占比较高，为防止用电紧张，曲线形状可参考英国容量市场需求曲线的制定方法，建议在容量市场中设定较高的价格上限，以激励发电商进行投资，并扩大其发电容量。这种做法可以有效地应对未来负荷增长趋势，确保市场满足不断增长的电力需求。在确定目标容量时，设计多种扩容方案，以适应不同的负荷增长情况。在容量成本的计算中，建议纳入可靠性价格，以维护市场的可靠性。此外，英国在市场准入方面采取将规划中的发电容量、储能、需求侧资源同等对待的做法，使得需求曲线的绘制更加简便和精确。这一策略有助于避免美国可靠性定价模式中预测可中断负荷容量的误差，促使需求侧与供应侧资源平等参与市场，实现了资源的优化配置和投资效益最大化。

在容量市场发展后期，注重市场运行的稳定性和经济性，可参考ISO‒NE和美国PJM容量市场的曲线形状设计。在电力数据丰富的背景下，容量市场可逐渐实现对价格响应情况的可预测性。设立参考点有助于引导电力系统总发电容量向期望的容量需求逐步靠近。在需求曲线上基于可靠性要求设置期望容量，不仅有助于有效引导发电投资，更有利于实现电网发电容量规划的科学有序发展。我国在建立容量市场时，交易中心首先应根据试点实际情况制定可靠性需求容量曲线，然后结合国外经验参数以及国内实际情况来确定适合我国的可靠性指标及对应的装机容量。若负荷预测高于主容量市场预测负荷的一定范围，可以借鉴美国PJM追加拍卖市场，利用垂直需求曲线通过交易补足差额容量，规避交付年的容量偏差风险，满足修正和协调市场变化的需要。

在选取关键参数时，若全国电力市场采用统一标准，则无法体现各地区的实际需求。因此，应按照各区域实际容量需求来确定关键参数，引导发电商投资，减轻用户侧的电费负担。华东地区主要受经济结构、产业布局和气候等因素的影响，用电需求较高，主要依靠火力发电。西北地区具有充足的太阳能和风能资源，适宜发展新能源发电项目，目前新疆、青海等地已成为全国新能源的重要基地。在相同的装机水平下，高新能源渗透率地区的可用容量较低，满足可靠性要求的装机容量更大。因此，设计容量市场需求曲线时应扩大装机容量取值范围。

考虑到我国的资源禀赋以及开展容量市场的初衷，市场建设初期推荐选择煤电机组作为容量市场的参考机组。一方面，选择煤电机组作为参考机组可以为煤电机组提供除电能量市场和辅助服务市场以外的稳定容量收益途径，合理激励煤电机组的新建投资，引导煤电机组进行节能改造和灵活性改造，促进煤电与新能源的互补发展；另一方面，可再生能源的大规模发展将导致现货市场电价持续走低并趋近于零，传统机组的现货市场收益和发电利用小时数降低。选择煤电机组作为参考机组，可解决煤电经营难题，帮助煤电机组回收成本。随着新能源技术高速发展，煤电机组有序退役，市场格局将会发生变化，容量市场为各类型容量资源投资提供相对稳定的预期，可以参考美国PJM容量市场选择高峰负荷机组作为参考机组，刺激高峰负荷机组的投资，保障高峰负荷时段的电力可靠供应。

在建设容量市场的过程中，系统预测能力是保障市场稳定运行的重要因素。然而，缺乏足够的历史数据和理论经验可能导致对未来容量需求的预测出现较大偏差，影响发电企业的收益。因此，市场运营机构必须加强系统预测能力，从而保障电力系统的安全稳定运行。

在信息公开方面，市场运营机构在这一过程中扮演着关键的角色，应当提供详实的供需信息，增加信息透明度，降低投资风险，为市场参与者提供更稳健的决策基础。通过提供更长期的市场信息，可以使投资者和发电企业能够更准确地评估市场状况，促进发电资源的高效配置。

在监管机制方面，政府需要对市场的报价、出清进行严格监控，防止市场主体在容量市场中滥用市场力，扰乱市场秩序，损害社会福利，影响容量市场的稳定运行。参考国际电力市场的实践经验，对市场力的调控应综合运用法律手段进行规范，也要结合市场整体设计因地制宜实施管控措施。

本文综述了国外发达国家与发展中国家的容量市场需求曲线制定方法。首先，以美国ISO‒NE容量市场为例，分析了需求曲线的设计初衷与基本原理。然后，探讨了典型国家容量市场的发展历程，并阐述了各国结合实际情况对曲线形状设计和参数确定的具体方法。最后，基于国际经验提出了关于我国容量市场各发展阶段中曲线形状选择、关键参数确定，以及容量市场配套机制建立的建议。