[論文レビュー] Decreasing market value of variable renewables can be avoided by policy action

Tom Brown, Lina Reichenberg|arXiv (Cornell University)|Feb 7, 2020

Integrated Energy Systems Optimization参考文献 73被引用数 109

ひとこと要約

本稿は、変動型再生可能エネルギー（VRE）の市場価値の低下が、市場の本質的欠陥ではなく、政策設計の結果であることを示している。VREが補助金や割当制によって義務づけられる場合、収益が相殺されてしまうが、二酸化炭素（CO2）税を主な政策手段とする場合、80％を超える導入率でもVREの収益はコストをカバーするのに十分な水準を維持する。主な洞察は、CO2価格付けが、VREの効率的統合を促進しながらも、VREの市場価値を損なわないことである。

ABSTRACT

Although recent studies have shown that electricity systems with shares of wind and solar above 80% can be affordable, economists have raised concerns about market integration. Correlated generation from variable renewable sources depresses market prices, which can cause wind and solar to cannibalise their own revenues and prevent them from covering their costs from the market. This cannibalisation appears to set limits on the integration of wind and solar, and thus to contradict studies that show that high shares are cost effective. Here we show from theory and with simulation examples how market incentives interact with prices, revenue and costs for renewable electricity systems. The decline in average revenue seen in some recent literature is due to an implicit policy assumption that technologies are forced into the system, whether it be with subsidies or quotas. This decline is mathematically guaranteed regardless of whether the subsidised technology is variable or not. If instead the driving policy is a carbon dioxide cap or tax, wind and solar shares can rise without cannibalising their own market revenue, even at penetrations of wind and solar above 80%. The strong dependence of market value on the policy regime means that market value needs to be used with caution as a measure of market integration. Declining market value is not necessarily a sign of integration problems, but rather a result of policy choices.

研究の動機と目的

• 高水準のVRE統合が費用対効果に優れているとする研究と、市場価値の低下がVRE導入を制限するとする研究との矛盾を解消すること。
• 特にVRE補助金とCO2価格付けの違いが、風力および太陽光発電の長期的市場価値にどのように影響するかを調査すること。
• VRE支援政策下での市場価値低下が、変動型再生可能エネルギー自体の本質的制限ではなく、政策設計の結果であることを示すこと。
• CO2税を導入した場合、80％を超える導入率でもVREが全コスト回収を達成でき、収益の相殺が生じないことを示すこと。
• 市場価値は、政策メカニズムを考慮しないまま、統合の課題を示す指標として単独で用いるべきでないことを強調すること。

提案手法

• 完全競争、利益ゼロの法則、線形コスト関数を想定した長期的市場均衡の理論的分析。
• PyPSAフレームワークを用いた電力システムの投資および運用のモデリング。先行研究のEMMAエネルギー・システム・モデルを再実装。
• 2つの政策制度のシミュレーション：(1) VRE用のフィード・イン・プレミアム（FiP）、(2) 上限を設けないCO2税を主な政策手段とする制度。
• さまざまなVRE導入率における、電力価格、市場価値、LCOE、CO2排出量などのシステムレベルの成果を分析。
• 価格期間曲線と相対的市場価値（RMV）を用いて、収益配分とシステムコスト配分を評価。
• 送電網強化、バッテリーストレージ、水素ストレージを統合し、結果の頑健性を検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高水準のVRE導入において市場価値が低下するのは、本質的な市場ダイナミクスの結果か、特定の政策手段の結果か。
• RQ2 フィード・イン・プレミアム政策とCO2価格付けの両者を比較した場合、風力および太陽光発電の長期的収益安定性とコスト回収性は、どのように異なるか。
• RQ3 CO2税制度下でも、風力および太陽光発電の導入率が80％を超えていても、発電コストをカバーする十分な市場収益を維持できるか。
• RQ4 政策メカニズム（例：補助金対比炭素価格）が、長期的システム均衡における再生可能エネルギーの市場価値をどの程度決定づけるか。
• RQ5 一部の研究ではVRE市場価値が低下すると報告している一方で、他の研究では費用対効果の高い高水準導入シナリオが示されている。この矛盾の原因は何か。

主な発見

• フィード・イン・プレミアム政策下では、システム効率を考慮しないままVREが強制的に導入されるため、風力および太陽光の市場価値は高水準導入でゼロとなり、負の値にまで低下する。
• CO2税を主な政策手段とする場合、風力および太陽光の市場価値は安定的であり、100％VRE導入時でもLCOEをカバーするに十分な水準を維持し、収益の相殺は発生しない。
• 風力および太陽光の導入率が80％に達する段階で、CO2価格付け下では市場価値がLCOEと等しくなる。これは全コスト回収が達成されたことを示している。
• CO2価格付け下の相対的市場価値（RMV）はわずかに低下するが、これはVREがシステムコストに占める割合（例：100％VRE導入時でRMVが0.62に達する）を反映しており、収益効率の低下を意味しない。
• 特に高水準導入時において、CO2価格付けはVRE支援政策と同等のCO2削減水準を達成するが、より効率的なディスpatchと投資シグナルにより、システムコストが低くなる。
• CO2価格付け下の価格期間曲線は、収益が数時間の高収益時刻に集中せず、時間軸全体にわたってバランスよく分布しており、100％VRE導入時でさえも、ゼロまたは極端な価格に崩壊する現象は発生しない。