Nghiên cứu ghi lại tác động của việc đưa tấm pin mặt trời vào sử dụng trên mái nhà với quy mô lớn đối với sự cạnh tranh
Caitlin Kizielewicz, Cao đẳng Heinz thuộc Đại học Carnegie Mellon
Nguồn: Unsplash/CC0 Public Domain
Các nhà máy nhiên liệu hóa thạch ngày càng bị buộc phải dừng và bắt đầu sản xuất để ứng phó với những thay đổi về sản lượng từ năng lượng tái tạo. Trong một nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã phát triển một chuẩn mực cạnh tranh năng động có tính đến chi phí khởi nghiệp và các ràng buộc hoạt động khác ở cấp độ đơn vị. Họ áp dụng khuôn khổ của mình vào Tây Úc, một bối cảnh mà công suất điện mặt trời trên mái nhà đã tăng gấp đôi từ năm 2014 đến năm 2018, đạt tỷ lệ thâm nhập điện mặt trời trên mái nhà hàng đầu thế giới.
Nghiên cứu phát hiện ra rằng việc mở rộng công suất điện mặt trời trên mái nhà với quy mô lớn có thể dẫn đến tăng lợi nhuận chung của các nhà máy nhiên liệu hóa thạch vì sự cạnh tranh sẽ yếu đi vào lúc hoàng hôn—các nhà máy bị thay thế bởi điện mặt trời vào ban ngày phải chịu chi phí khởi nghiệp để cạnh tranh vào buổi tối.
Nghiên cứu do các nhà nghiên cứu tại Đại học Carnegie Mellon và Đại học Monash thực hiện, được công bố trên Tạp chí American Economic Review.
"Chúng tôi đã xây dựng một khuôn khổ để đo lường sức mạnh thị trường trên thị trường điện bán buôn", Akshaya Jha, phó giáo sư kinh tế và chính sách công tại Cao đẳng Heinz thuộc Đại học Carnegie Mellon, đồng tác giả của nghiên cứu, giải thích. "Khung này tính đến các đặc điểm của công nghệ máy phát điện như chi phí khởi động cố định và các hạn chế về tăng tốc đang ngày càng trở nên phù hợp hơn trong bối cảnh toàn cầu đang chuyển đổi sang công nghệ gió và mặt trời không liên tục".
Các công ty phải chịu chi phí cố định cần thiết để bắt đầu sản xuất dự kiến sẽ thu hồi được các chi phí này bằng cách kiếm được doanh thu vượt quá chi phí biến đổi của họ trong các giai đoạn tiếp theo. Điều này đặt ra hai thách thức đối với việc nghiên cứu cạnh tranh: Thứ nhất, sức mạnh thị trường thường được đo lường dựa trên mức tăng giá trên chi phí cận biên ngắn hạn, nhưng các nhà kinh tế từ lâu đã nhận ra rằng việc đặt giá bằng chi phí cận biên ngắn hạn bỏ qua yêu cầu rằng giá phải đủ để các công ty thu hồi được chi phí cố định của họ. Thứ hai, chi phí cố định là rào cản đối với cạnh tranh: Quyết định về biên độ lớn để chịu chi phí cố định cần thiết để sản xuất sẽ ảnh hưởng đến cường độ cạnh tranh sau này.
Các nhà nghiên cứu đã áp dụng khuôn khổ của họ cho Tây Úc, một quốc gia dẫn đầu thế giới về tỷ lệ thâm nhập năng lượng mặt trời trên mái nhà. Họ đo lường sức mạnh thị trường bằng cách so sánh sản lượng nhà máy quan sát được và giá thị trường với chuẩn mực của họ—một chuỗi thời gian phản thực tế của sản lượng nhà máy và giá thị trường—có tính đến việc thu hồi các chi phí cố định cần thiết để các nhà máy khởi động.
Cụ thể, họ mở rộng các phương pháp tiếp cận hàm sản xuất tĩnh bằng cách sử dụng dữ liệu tần suất cao về mức sử dụng khí đầu vào và điện đầu ra để ước tính các hàm chi phí cấp đơn vị với ba thành phần: chi phí biến đổi, chi phí khởi động và chi phí liên quan đến việc vận hành không gắn liền với mức sản lượng. Sau đó, chuẩn mực động của họ đặt mức sản lượng để giảm thiểu tổng chi phí hàng ngày của việc điều động các nhà máy điện để đáp ứng nhu cầu trong mỗi nửa giờ trong ngày trong khi đặt giá cho phép mỗi nhà máy thu hồi chi phí cố định và chi phí biến đổi của họ.
Sử dụng khuôn khổ này, họ thấy rằng sự gia tăng trong việc thâm nhập năng lượng mặt trời trên mái nhà tương ứng với sự gia tăng đáng kể trong tiền thuê điện thị trường mà đội tàu nhiên liệu hóa thạch kiếm được sau khi mặt trời lặn. Vì giá bán lẻ mà người sử dụng điện phải trả được thiết lập thông qua quy định về chi phí dịch vụ, nên việc tăng tiền thuê điện thị trường phần lớn cấu thành sự chuyển giao từ người tiêu dùng điện bán lẻ sang nhà sản xuất.
Mặc dù sự thâm nhập của năng lượng mặt trời trên mái nhà có tác động nhỏ đến hiệu quả trên thị trường bán buôn, nhưng lợi ích phúc lợi bên ngoài liên quan đến việc giảm khí nhà kính không được ghi nhận trong thị trường điện bán buôn. Ở Tây Úc, sự gia tăng thâm nhập của năng lượng mặt trời trên mái nhà tương ứng với sự suy giảm đáng kể lượng khí thải carbon góp phần gây ra biến đổi khí hậu, với sự sụt giảm đáng kể về sản lượng điện đốt bằng khí đốt và do đó là lượng khí thải carbon vào ban ngày và chỉ có sự gia tăng nhỏ về lượng khí thải carbon vào buổi tối liên quan đến sự gia tăng do năng lượng mặt trời gây ra trong các đơn vị khí đốt.
"Những phát hiện của chúng tôi cho thấy sự liên quan ngày càng tăng của việc áp dụng một số tính năng thiết kế không có ở hầu hết các thị trường bên ngoài Hoa Kỳ", Gordon Leslie, giảng viên cao cấp về kinh tế tại Đại học Monash, đồng tác giả của nghiên cứu cho biết.
Các tính năng bao gồm cho phép các nhà cung cấp gửi giá thầu khởi nghiệp ngoài các đường cong cung cấp năng lượng có thể cho phép đồng tối ưu hóa trong nhiều giờ. Điều này có thể cải thiện hiệu quả thị trường, đặc biệt là khi nhiều đơn vị dừng và bắt đầu sản xuất để đáp ứng sản lượng từ các nguồn năng lượng gió và mặt trời không liên tục.
Nghiên cứu trước đây đã chứng minh rằng lợi ích của việc cho phép tham gia tài chính vào thị trường ngày trước đặc biệt lớn trong bối cảnh các ràng buộc hoạt động vật lý có nhiều khả năng ràng buộc và những người tham gia thị trường có sức mạnh thị trường đáng kể. Nghiên cứu này cho thấy rằng việc tăng tỷ lệ thâm nhập năng lượng mặt trời trên mái nhà có thể làm trầm trọng thêm chi phí khởi động ở cấp độ đơn vị và ràng buộc hoạt động vật lý, dẫn đến việc các nhà cung cấp có khả năng thực hiện quyền lực thị trường lớn hơn vào buổi tối.
Trên toàn thế giới, hầu hết người dùng điện phải đối mặt với giá bán lẻ không thay đổi đồng thời với giá bán buôn và thường không thay đổi theo giờ trong ngày. Cho phép giá bán lẻ phản ánh sự thay đổi theo giờ của giá bán buôn có thể sẽ chuyển một số nhu cầu từ buổi tối sang ban ngày. Do đó, ít đơn vị nhiên liệu hóa thạch hơn sẽ cần khởi động vào cuối buổi chiều để cạnh tranh hiệu quả vào lúc hoàng hôn. Điều này có thể làm giảm khả năng thực hiện quyền lực thị trường của các công ty trong giờ cao điểm vào buổi tối, dẫn đến giá bán buôn thấp hơn và giá bán lẻ mà người tiêu dùng phải trả giảm.
