屋頂太陽能板大規模進場對競爭的影響：澳洲西部案例研究

隨著再生能源的快速發展，傳統火力發電廠被迫頻繁啟動和停止生產，以應對再生能源輸出量的變化。一項新研究開發了一個動態競爭基準，考慮了啟動成本和其他單元級別的運營限制。研究人員將這一框架應用於澳洲西部，該地區的屋頂太陽能容量在2014年至2018年間翻了一倍以上，成為全球屋頂太陽能滲透率的領先者。

研究發現，屋頂太陽能容量的大規模擴張可能會導致火力發電廠的集體盈利能力增加，因為在日落時分競爭會減弱——白天被太陽能取代的發電廠必須在傍晚時分承擔啟動成本以重新參與競爭。這項研究由卡內基梅隆大學和莫納什大學的研究人員共同完成，並發表在《美國經濟評論》上。

「我們開發了一個框架來衡量批發電力市場中的市場力量，」卡內基梅隆大學海因茨學院的經濟學與公共政策副教授Akshaya Jha解釋道。「這個框架考慮了發電單元技術的特徵，例如固定啟動成本和爬坡限制，這些在全球轉向間歇性風能和太陽能技術的背景下變得越來越重要。」

研究人員將這一框架應用於澳洲西部，該地區是全球屋頂太陽能滲透率的領先者。他們透過比較觀察到的發電廠輸出和市場價格與其基準——一個考慮了發電廠啟動所需固定成本回收的反事實時間序列——來衡量市場力量。

具體來說，他們擴充套件了靜態生產函式方法，使用高頻率的天然氣使用和電力輸出資料來估計單元級別的成本函式，包括可變成本、啟動成本以及與執行相關但不與輸出水平掛鉤的成本。然後，他們的動態基準設定輸出水平，以最小化每天滿足每半小時需求的發電廠排程總成本，同時設定價格，使每個發電廠能夠回收其固定和可變成本。

使用這一框架，研究人員發現屋頂太陽能滲透率的增加與日落後火力發電廠集體獲得的市場力量租金的大幅增加相對應。由於電力使用者支付的零售價格是透過成本服務監管設定的，市場力量租金的增加在很大程度上構成了從零售電力消費者到生產者的轉移。

儘管屋頂太陽能滲透率對批發市場的效率影響較小，但與溫室氣體減少相關的外部福利增益並未在批發電力市場中體現。在澳洲西部，屋頂太陽能滲透率的增加與導致氣候變化的碳排放量的大幅下降相對應，燃氣發電的輸出量大幅下降，從而減少了白天的碳排放量，而與太陽能誘導的燃氣單元啟動相關的傍晚碳排放量僅有小幅增加。

「我們的研究結果表明，採用多種設計特徵的重要性日益增加，這些特徵在美國以外的大多數市場中並不存在，」莫納什大學經濟學高階講師Gordon Leslie表示。這些特徵包括允許供應商提交啟動投標以及能源供應曲線，從而實現跨小時的協同最佳化。這可以提高市場效率，尤其是在更多單元因間歇性風能和太陽能資源的輸出而停止和啟動生產的情況下。

先前的研究已經證明，在物理運營限制更可能約束且市場參與者具有顯著市場力量的背景下，允許在日前市場中進行財務參與的益處尤其大。這項研究表明，增加屋頂太陽能滲透率可能會加劇單元級別的啟動成本和物理運營限制，導致供應商在傍晚時分擁有更大的市場力量。

在全球範圍內，大多數電力使用者面臨的零售價格並未與批發價格同步變化，甚至通常不會按小時變化。允許零售價格反映批發價格的每小時變化可能會將一些需求從傍晚轉移到白天。因此，在傍晚時分需要啟動的火力發電單元將會減少，這可以在傍晚高峰需求時段降低企業行使市場力量的能力，從而降低批發價格和消費者支付的零售價格。