《Energy Policy》：Can Europe’s decarbonisation goals offset the merit-order effect and support renewable energy value factors?
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本文针对欧洲可变可再生能源(VRE)因装机容量快速扩张导致市场价值(MV)与价值因子(VF)持续恶化的问题，研究人员通过构建Balmorel能源系统模型，分析了至2050年不同部门耦合情景下风电和太阳能的市场价值演变。研究发现，部门耦合和跨部门灵活性对稳定VRE价值因子具有决定性作用，高灵活性系统虽降低平均批发电价但能改善价值因子。该研究为评估VRE盈利能力提供了新视角，对可再生能源投资决策具有重要指导意义。
随着欧洲各国大力推进能源转型，风电和太阳能等可变可再生能源(VRE)在电力系统中的占比快速提升。然而，这种快速增长带来了新的挑战——当大量边际成本接近零的可再生能源并入电网时，会压低电力市场的边际价格，这种现象被称为"优先顺序效应"(merit-order effect)。更值得关注的是，可再生能源发电量越高，其市场价值反而可能越低，形成所谓的"自蚕食"(self-cannibalisation)现象。以德国为例，2014年至2017年间，批发电价下降了2.89-8.89欧分/千瓦时；意大利的研究也表明，太阳能和风电发电量每增加1吉瓦时，电价分别下降2.3欧元/兆瓦时和4.2欧元/兆瓦时。
这种趋势引发了严重关切：如果可再生能源的市场价值持续下降，将如何保证未来投资的积极性？传统的平准化度电成本(LCOE)指标已不足以评估可再生能源的经济性，因为它没有考虑发电时序与市场价格的关系。为此，研究者提出了市场价值(MV)和价值因子(VF)这两个新指标。市场价值指可再生能源在电力市场中获得的平均收益，价值因子则是市场价值与平均系统价格的比值，能够更好地反映可再生能源的市场竞争力。
为了深入探究这一问题，丹麦技术大学风能与能源系统系的Sumanth Yamujala、Matti Koivisto和Shubham Nayak组成的研究团队，在《Energy Policy》上发表了最新研究成果。他们使用Balmorel能源系统模型，模拟分析了欧洲到2050年的能源转型路径，特别关注了不同部门耦合程度对可再生能源市场价值的影响。
研究团队采用了三种主要的建模方法：能源系统优化模型、多情景分析框架和小时级时序分析。Balmorel模型是一个开源的自下而上能源系统模型，基于线性规划方法，共同优化投资和运营决策，以最小化总系统成本。模型覆盖了19个欧洲国家的30个区域，时间分辨率采用8个代表周（每小时数据）进行容量扩张优化，然后进行全年8760小时的调度模拟。研究设置了三种部门耦合情景：电力与供热耦合(EH)、电力供热与交通耦合(EHT)、全部门耦合(FSC)，并在每种主情景下设置了5种子情景，以考察技术成本、燃料价格等因素的不确定性影响。
3.1 历史趋势分析
研究人员首先分析了2015-2024年欧洲主要竞价区的历史数据，发现太阳能和风电的价值因子均呈现下降趋势。太阳能的价值因子下降尤为明显，从约0.6-0.7降至0.3-0.4，这主要是因为太阳能发电具有高度同时性，正午时分多个地区的太阳能同时发电，导致电价大幅降低甚至出现负电价。
3.2 全部门耦合基准情景分析
在全部门耦合基准情景(FSC_Base)下，模拟结果显示，到2050年，欧洲大多数地区的平均批发电价呈下降趋势。例如，捷克地区的平均电价从2030年的77欧元/兆瓦时降至2050年的40欧元/兆瓦时。尽管太阳能市场价值在北部欧洲有所下降，但在西班牙、法国、意大利等太阳能资源丰富地区，由于太阳能发电与电动汽车充电、氢能生产等需求的匹配度提高，其市场价值反而有所提升。
4. 部门耦合程度的影响
研究发现部门耦合水平对可再生能源价值因子有显著影响。在仅考虑电力与供热耦合的EH情景中，太阳能价值因子普遍较低，在太阳能丰富地区甚至低于0.2。而当加入交通部门耦合形成EHT情景后，电动汽车的灵活充电能力帮助提升了太阳能的价值因子。全部门耦合情景(FSC)通过氢能等更多灵活性资源进一步改善了可再生能源的市场价值。
5.1 成本不确定性的影响
技术成本变化对可再生能源市场价值影响显著。在风电成本低、太阳能成本高的情景下，风电份额增加会加剧自身蚕食效应，降低其市场价值；相反，在太阳能成本低的情景下，太阳能价值因子短期内会下降，但到2050年随着系统灵活性增强可恢复至0.76。
5.2 资源质量的影响
研究将资源质量分为三个等级(RG1-RG3)，发现资源质量对太阳能价值因子影响较小，因为同一地区内不同等级的太阳能资源发电时序高度相关。而对风电来说，优质资源站点(RG1)的价值因子通常优于低质量站点(RG3)。
5.3 太阳能技术选择的影响
对比固定式和平单轴跟踪式太阳能光伏系统，研究发现跟踪系统能够提高发电量并在不同时段均衡输出，从而获得更高的市场价值和价值因子。在西班牙等地区，跟踪系统可使太阳能市场价值提高3.63欧元/兆瓦时，价值因子提高5%。
6. 经济性指标分析
通过比较年化LCOE和平准化市场价值，研究发现：风电在多数地区具有良好的盈利潜力，特别是在优质资源站点；而太阳能的盈利能力较弱，在风电丰富地区甚至可能出现负收益。这表明太阳能项目在近期仍需政策支持。
7. 讨论与政策启示
研究表明，部门耦合带来的灵活性是提升可再生能源价值因子的关键。然而，实现这一潜力需要相应的政策支持，包括推动热泵部署、电动汽车智能充电、氢能基础设施建设等。此外，电力市场设计需要改革，引入更精细的时空价格信号，以更好地反映可再生能源的价值。
该研究的结论强调，欧洲的脱碳目标与可再生能源价值因子之间存在复杂的相互作用。部门耦合和跨部门灵活性可以显著缓解优先顺序效应带来的负面影响，但需要配套的政策和市场设计支持。这一研究为欧洲可再生能源发展提供了重要的决策参考，指出在推进能源转型的同时，必须重视可再生能源的经济可持续性。
