ノンテクニカルサマリー

電力システムの経済学II:上限価格と容量市場

執筆者 金本 良嗣(政策研究大学院大学)
研究プロジェクト 産業組織に関する基盤的政策研究
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このノンテクニカルサマリーは、分析結果を踏まえつつ、政策的含意を中心に大胆に記述したもので、DP・PDPの一部分ではありません。分析内容の詳細はDP・PDP本文をお読みください。また、ここに述べられている見解は執筆者個人の責任で発表するものであり、所属する組織および(独)経済産業研究所としての見解を示すものではありません。

産業フロンティアプログラム(第五期:2020〜2023年度)
「産業組織に関する基盤的政策研究」プロジェクト

電力市場の自由化前は一般電気事業者が安定供給を担い、供給義務と料金規制が課されていた。自由化に伴いこれらが撤廃されたので、必要な供給力が確保されない可能性が懸念されるようになった。こういった状況に対処するために容量市場が開設され、2020年に2024年の供給力を対象とする最初の入札が行われた。

金本(2022)の単純なモデルでは、①送電混雑時に地域間値差を発生させる、②停電時の価格を停電コストに等しく設定するという2つの政策介入がなされていれば、完全競争市場で最適な電源キャパシティーが達成される。ただし、これは電源投資に市場の失敗が存在しないことを前提としている。たとえば、金融市場が不完全で電源投資のファイナンスがスムースに進まないといったことがあると、電源キャパシティーが過小になる可能性がある。もう一つ重要なのは市場支配力の問題である。ただでさえ価格が高い需給逼迫時には供給余力がある供給者はごく少数になり、残った少数の供給者が売り惜しみをすることによって価格のさらなる高騰が起きる。こういった事態を避けるために、多くの国では上限価格を設定している。ところが、上限価格の設定は電源投資の採算性を悪化させ、供給力不足を招いてしまう。これはミッシングマネー問題と呼ばれ、世界の電力関係者の間で大きな議論となった。

電源キャパシティーが過少になる事態に備えて、様々な仕組みが考えられてきた。これらの仕組みは総称して「容量メカニズム(Capacity Remuneration Mechanism)」と呼ばれている。日本の容量市場は供給力を入札させる容量オークション(Capacity Auction)であり、同様な仕組みは米国のPJMや英国で導入されている。なお、上限価格を高くして容量メカニズムを使わない米国テキサス州のERCOTのような「エネルギー・オンリー市場Energy Only Market」も存在する。

容量市場を採用すべきかどうかについては専門家の間でも大きな議論になってきた。容量市場の必要性に関する議論は決着したわけではないが、電源キャパシティーが過小になる可能性が現実に存在する場合には何らかの政策介入が必要なことは否定できない。

上限価格のもとでの容量市場

市場支配力対策のために上限価格を設定するケースを考える。上限価格が意味を持つためには、上限価格は停電価格より低く、ピーク電源の限界費用より高くなければならない。これらの条件のもとでは、競争市場で需要量、発電量、送電量は最適になる。しかしながら、電源キャパシティーは最適にならない。上限価格によって収入が減少するので、電源キャパシティーが過小になり、過剰な停電が発生する。

上限価格の設定による収入不足額は「(停電コスト-上限価格)×停電確率」であり、すべての電源タイプについて同じである。したがって、これに等しく容量価格を設定すれば電源キャパシティーを最適に戻すことができる。

図1 上限価格のもとでの最適な容量価格
図1 上限価格のもとでの最適な容量価格

英国のZachary et al. (2022)や日本の電力広域的運営推進機関(2021)、岡本浩(2018)等の多くの論者は、停電コストと容量市場における調達コストの和を最小にするのが最適であるという前提に立っている。本稿ではこれが誤りであり、停電コストと調達コストの和を最小にすると容量価格は「VoLL×停電確率」となり、最適解とは一致しないことを示した。

日本でも採用されている容量オークション市場は、市場運営者が供給者の費用構造を知らなくても、需要曲線を適切に設定すれば、最適な容量価格が容量市場の均衡解として得られるという長所をもっている。本稿では、最適解を与える容量市場需要曲線が負荷持続曲線から簡単に導出できることを示した。

図 2 容量市場の需要曲線と供給曲線
図2 容量市場の需要曲線と供給曲線

市場の失敗によって固定費が過大になっている場合の容量価格

電源コストが参入障壁等の市場の失敗によって過大になっているときには、容量価格をその歪みの分だけ上げることによって最適な電源キャパシティーが達成できる。これは容量市場における需要曲線を上限価格のみの時より固定費の歪み分だけ上方にシフトさせることによって達成できる。上限価格が存在せず、固定費の歪みだけが電源キャパシティーを過小にしている場合には、容量市場における需要曲線は水平になり、電源キャパシティーには依存しない。

地域間送電と送電網増強の便益

送電容量制約が有効でない場合には両地域の価格が等しいが、送電制約が有効になると地域間で価格差が発生する。上限価格が設定されず、停電時の価格が停電コスト(VoLL)に等しくなれば、エネルギー市場の値差収入が送電網増強の限界便益に等しい。上限価格が設定されると電源キャパシティーが過小になるが、容量価格を収入不足額に等しくすれば最適解を達成することができる。その際には、容量価格にも地域間の価格差が発生する。

上限価格が設定されるとエネルギー市場の値差収入は送電網増強の限界便益より小さくなる。送電網増強の限界便益と値差収入の差分は送電網増強のアデカシー便益と解釈することができる。アデカシー便益は「停電量の減少×(停電コスト-上限価格)」に等しい。また、電源キャパシティーが最適になるように容量価格が設定されていれば、「アデカシー便益=送電網増強による容量市場収入の減少」が成り立つ。

欧米では送電網増強のアデカシー便益を推計することが行われている。ただし、推計手法は欧州とPJMで大きく異なっており、欧州では停電コストの推計値を用いているのに対して、PJMでは送電容量の増加による容量価格の変化を推計している。本稿の理論的分析結果は、これら2つの推計手法に理論的な基礎を与えている。なお、欧州では「停電量の減少×停電コスト」を用いており、ここでの理論的分析によれば、停電コストから上限価格を差し引く必要がある。

参考文献
  • 金本良嗣(2022)「電力システムの経済学I:給電、電源接続、系統増強」、RIETI Discussion Paper Series 22-J-013.
  • Stan Zachary, S., Wilson, A., Dent, C., 2022. The integration of variable generation and storage into electricity capacity markets, Energy Journal Vol. 43, No. 4.
  • 岡本浩(2018)「容量オークション方式の違いによる信頼度の比較及びkW価値(調整係数)の考え方について」第8回 容量市場の在り方等に関する検討会 追加資料。
  • 電力広域的運営推進機関(2021b)「2021年度メインオークション需要曲線作成要領」2021年7月1日。