数字储能网讯：近期，美国最大电网运营商PJM Interconnection（PJM）最新的容量拍卖价格创下历史新高。
在PJM运营范围内的13个州，2026年6月后的容量成本将从此前的每天28.92美元/兆瓦·日跃升至269.92美元/兆瓦·日，其中马里兰州巴尔的摩地区的容量电价更是达到466.35美元/兆瓦·日。
2023年，容量成本在PJM的批发电价中约占15%（总电价为53.42美元/兆瓦时），容量市场已成为PJM市场不可或缺的一部分。
PJM如何运行容量市场
PJM的容量拍卖市场为多重市场，包括1个基本拍卖市场（Base Residual Auction，BRA）、3个追加市场（Incremental Auction）和1个双边市场（Bilateral Market）。本次拍卖属于BRA，通常提前3年开展。（具体流程见图1）
图1：PJM容量市场拍卖流程
来源：PJM官方网站
容量市场的一大目的是引导投资，因此BRA要考虑一定的提前量，允许新的、未建成的容量参与竞争。PJM基于联合循环燃气机组（CCGT）的建设周期，把拍卖周期设定为3年。PJM根据3年后的负荷预测，组织容量发电商竞价，以满足电网3年后的容量需求，购买容量的费用根据规则分摊给负荷服务商。每年的6月1日到次年的5月31日为一个容量交付年，BRA通常在每个容量交付年前3年的5月举行。本次拍卖原定于2022年5月进行，但由于美国联邦能源监管委员会（FERC）审核确认新的容量市场规则，拍卖时间有所调整。
中标机组须在承诺期内提供约定的发电容量，在供应短缺时接受PJM的调度，以市场价发电或削减负荷，保证发电充裕度和系统可靠性。此外，PJM规定容量机组必须在日前电量市场报价，参与批发市场。
根据规定，PJM区域内拥有可用装机容量（ICAP）的现有机组必须参加BRA竞拍，区域外的机组、规划建设的机组、现有或规划的负荷资源、获得审批的输电升级计划可自愿选择参加。需求曲线由PJM提供，供给曲线由容量资源提供者报价确定，拍卖以购买成本最小化为目标进行市场出清。与能量市场一样，容量市场也采用边际价格，出清点为需求曲线和供给曲线的交点。
机组退役，负荷增加，容量资源供应短缺
本次拍卖中容量价格飙升的主要原因是PJM范围内电力容量供需偏紧。
从供需来看，与2024/2025年交付年度（2024年6月1日至2025年5月31日期间）的发电资源相比，约有6600兆瓦的发电机组已经退役或有退役的计划。而新增容量仅有110.3兆瓦，远低于上一次拍卖时的330兆瓦。
此外，预计峰值负荷的增加也推高了拍卖价格。PJM2025/2026交付年度的峰值负荷预测已飙升至153883兆瓦，而2024/2025交付年度的峰值负荷为150640兆瓦。负荷增加的同时，供给却不充足，容量资源的紧缺令PJM市场的拍卖价格上涨。
拍卖结果显示，PJM获得了2025年6月1日至2026年5月31日期间135684兆瓦的电力，此次拍卖给用户带来的总成本将从此前的22亿美元跃升至147亿美元。美国电力供应协会（EPSA）指出，拍卖发出的高价信号将激励发电商在PJM的区域内建设新的发电机组。
而在2022至2023年的容量拍卖中，PJM的容量价格曾呈下降趋势。当时，PJM高级副总裁Stu Bresler警告称，这一趋势如持续下去，将会引发可靠性问题。目前的拍卖结果恰恰表明了市场对于系统可靠性的担忧。
值得注意的是，本次拍卖的容量中，新运营机组的容量很少，低于上次拍卖中的330兆瓦。
新建发电机组数量减少的一部分原因是发电项目接入电网时需排队等待。PJM表示，虽然有总计超过38000兆瓦的发电项目已经满足了接入电网的有关流程和要求，但由于融资、供应链、选址和许可等问题与挑战，很多项目尚未建设，造成新发电项目的减少。
本次容量电价上涨也令PJM招致广泛批评。美国清洁能源贸易集团Advanced Energy United的董事Jon Gordon认为，容量拍卖的高价反映了PJM没有为能源转型做好准备，对电力基础设施缺乏良好的规划。在中标的容量机组中，燃气发电占48%，核能占21%，煤炭占18%，而光伏和风能各占1%，可再生能源占比很少。此外，PJM在电网互连和长期输电规划方面落后多年，导致问题越积越多。
2023年，PJM拍卖的2024/2025交付年度的电力容量为148946兆瓦，相比之下，2024年容量减少超过13000兆瓦。PJM预测，未来15年该地区的电力需求会增加40吉瓦，但到2030年，整个系统还将面临40吉瓦发电机组的退役。如果发电机组新增速度始终缓慢，预计本世纪末或更早时间，PJM就将出现供应短缺。
市场规则修订，可信容量减少
除了供需偏紧，PJM市场容量拍卖规则的修订也是本次拍卖价格上涨的重要原因。
自2024年起，PJM修改了发电机组可信容量（UCAP）的定义，可信容量的计算会直接影响容量拍卖的供需情况，从而对系统容量充裕度和容量价值产生影响。定义的修改导致2025/2026交付年度的有效供给大幅降低，供需关系变化导致价格明显上涨。
随着新能源、储能等资源的不断增加，电力系统需要新方法来充分评估每种资源和整个系统的可靠性。
对于可调度的火电容量，大多数市场根据预期的计划内和计划外停电频率，调整资源的装机容量，确保机组能在供应短缺期间提供容量。在PJM市场，有意向参与容量拍卖的发电商会申报机组装机容量等参数，PJM审查并核算其可信容量。在2024/2025交付年度以前，PJM通过机组等效强迫停运率转换火电机组的装机容量计算出可信容量。机组在申报容量资源时，需要同步申报其可用装机容量（ICAP）和对应的强迫停运率（EFORd），从而用于计算能够由容量市场出清的可信容量（UCAP）。
不过，对于光伏、风电、储能和需求响应等新型资源，等效强迫停运率并不适用。这些新型资源需要区分夏季负荷高峰和冬季负荷高峰时段，通过平均有效出力来判断其可信容量。目前，国际上许多市场开始使用基于有效负荷承载能力（Effective Load Carrying Capability，ELCC）的方法，以等效的最终可用容量来显示这些新型资源的容量贡献。
ELCC的计算依赖于电力不足概率（LOLP）模型，该模型模拟了电力系统在不同负荷和资源条件下的运行情况，更能体现光伏和风电的季节性。在此方法下，资源的实际容量系数或利用小时数与其ELCC值没有任何显著联系。也就是说，一些利用率很低，但在系统需要获得可靠性时可以完全依赖的资源，如需求响应、储能或调峰机组的ELCC值反而较高，而风电、光伏等的ELCC值则相对较低。
ELCC也是评估传统火电可靠性的关键指标，尤其在极端天气频发的情况下。2021年2月，美国得州的低温导致天然气井口冻结，约20吉瓦的天然气发电机组无法获得燃料而被迫停机。PJM的历史数据显示，在低温条件下火电停机率会出现显著升高的趋势。因此，在冬季负荷高峰时期，传统的等效强迫停运率也可能无法准确衡量火电机组的可信容量。
2024年1月30日，FERC批准了PJM对容量市场规则的修订，允许PJM采用边际ELCC方法进行容量认证。新方法将帮助PJM的容量市场设计更准确地反映系统的可靠性要求以及容量资源是否满足需要。根据修订后的规则，自2025/2026交付年度起，PJM将通过ELCC计算出所有发电机组的可信容量，来体现在相同可靠性标准下单一资源对系统可承载负荷的贡献。
图2：测算ELCC时涵盖的因素
数据中心负荷激增，公用事业公司电价将大幅上涨
PJM市场服务与战略执行副总裁Stu Bresler表示，目前尚不清楚容量价格上涨会如何影响用户电费。他指出，2023年容量电价成本约占用户电费的8%。
PJM运营范围内最大的公用事业公司Exelon的首席财务官Jeanne Jones则表示，预计最新的容量电价可能导致该公司部分子公司电价出现两位数上涨，涨价幅度取决于输电容量限制和现有的供电合同。
Exelon总裁兼首席执行官Calvin Butler表示，容量电价传递出的价格信号表明，Exelon需要在其业务范围内进行发电、输电等基础设施投资，增加这些地区的发电和输电量，尤其是在巴尔的摩地区。Exelon预计在2024—2027年期间，将花费345亿美元进行资本投资，预计基础电价（Base Rate）将增长7.5%。
与此同时，PJM地区数据中心的激增将拉动电力需求不断攀升，供应端的压力也将同步增加，这可能进一步推高电力价格。电力成本的增加将体现到包括数据中心在内的所有终端用户的电费中。
PJM2024年初发布的一份报告显示，数据中心是推动该区域用电负荷上涨的主要因素。2019年，美国伊利诺伊州批准了数据中心的电价优惠，已有多个数据中心投建运营。Commonwealth Edison公司有超过5吉瓦的数据中心项目处于建设阶段，另有13吉瓦的项目也在筹备之中。目前，PJM区域内包括伊利诺伊、弗吉尼亚、宾夕法尼亚等在内的多个州都是数据中心投建的主要市场。
Exelon公司在财报中指出，高耗能负荷中心（如数据中心、光伏电池板生产厂和电动汽车电池制造厂）的增长是Exelon将其输电支出在未来4年增加45%（至97亿美元）的重要原因。
此外，数据中心直接与核电站签订购电合同也会导致电网可用容量减少。
2024年3月，亚马逊以6.5亿美元从Talen Energy手中收购了位于宾夕法尼亚州的数据中心，该数据中心由毗邻的Susquehanna Steam Electric Station核电站直接供电，核电站也属于Talen Energy。据Reaves Asset Management分析师Rodney Rebello估计，基于已公布的售电条款，与该核电站在电力市场上所能获得的价格相比，Talen Energy至少得到了50%的溢价。
然而，从核电站直接向亚马逊数据中心出售电力的协议已经遭到了公用事业公司美国电力公司（AEP）与Exelon的反对，他们向FERC提出投诉并指出，亚马逊和Talen公司之间的协议开创了一个先例，电力公司选择不上网而直接向数据公司供电，将导致PJM电网范围内可用电力减少，并损害现有电网用户的利益。
