碳定價對電力市場價格的影響

電力部門碳排放的價格表現為火電(化石燃料)發電機組可變(運營)成本的增加。這種增長是很容易計算的：它是一噸二氧化碳排放的價格和每兆瓦時發電排放二氧化碳的噸數(或比例)的乘積。發電機產生的排放量與所用燃料和電廠熱效率有直接關系——熱效率越高，排放的二氧化碳越少。

 

在依賴經濟調度的系統中，碳價格可以改變電廠的調度順序。效率更高的和使用更少高碳排放燃料的發電廠將會比原來沒有碳價情況下運營得更多。這種運營小時數變化的幅度取決于碳價格水平和不同燃料的相對價格，以及其他因素。如果調度是由一個競爭激烈的能源市場決定的，在這個市場中，所有的供應商都接受統一的市場出清價格(由該期間滿足需求所需的所有投標中最昂貴的投標確定)，那么碳價的一個必然影響是，無排放發電機組和能夠以低于新市場出清價格運營的火電機組的收入將增加。歐洲和北美的能源市場，以及中國的現貨市場試點，實際上都是這樣設計的。在這些市場中，發電廠有減少排放和提高效率的經濟動機。這是碳市場的一個核心目標，它依賴于一種運作良好的經濟調度方法。

 

圖2提供了圖1右側的寬展視圖。它說明了在競爭激烈的批發能源市場中，滿足特定時段需求所需的所有能源供應商都能獲得市場出清價格，碳價格是如何提高發電的總成本的。在圖2中，向左傾斜的垂線表示某一時刻的電力需求，并顯示了需求對價格的輕微響應，因為在更高的價格下，滿足需求所需的容量更少。出清價格是縱軸上電力需求線與供應曲線相交的點。

 

在這個例子中，燃煤電廠的運營成本決定了清算價格。當采用碳價時，如果邊際電廠使用化石燃料，出清價格就會上漲，所有在市場上出清的發電廠都會獲得額外收入(這部分超出發電廠運營成本的發電收入稱為“超邊際租金” ‘infra-marginal rent’)。只要化石燃料機組處于邊際(即設定清算價格時)，任何接受基于市場價格的資源都將從碳影響的清算價格中獲得更多收益。對于低碳發電(圖中為風電和核電廠)，增加的收入超過了增加的成本，而碳價帶來了增加的利潤。即使是成本相對較低的化石燃料機組也會受益于這一效應，因為它們也會獲得更高的清算價格，而額外的收入將償還部分、全部或超過碳排放配額的成本，取決于其相對于邊際(市場定價)工廠的“碳強度”(例如，熱效率)[1]。在圖2中，燃煤電廠必須為其排放買單，但它仍在運行，而更高的清算價格將使它在電力市場上收回大約一半的碳排放費用。

 

原則上，碳定價應該影響電力部門的調度。然而，在實踐中，歐洲和美國的經驗表明，需要高碳價格才能顯著影響調度和降低碳排放，而這些地方的政策制定者似乎不愿(或在政治上無法)設定如此高的碳價格[2]。