Hiệu ứng Merit Order của năng lượng tái tạo

ThS. Vũ Tuyết Chi

Trường Đại học Điện lực

Email: chivt@epu.edu.vn

Tóm tắt

Chuyển dịch năng lượng đang trở thành xu thế tất yếu trên toàn cầu để đảm bảo an ninh năng lượng, phục vụ phát triển kinh tế và thực hiện các cam kết giảm phát thải khí nhà kính. Tác động của các nguồn năng lượng tái tạo biến đổi như điện gió và điện mặt trời tại mỗi quốc gia phụ thuộc vào mức độ thâm nhập của chúng vào hệ thống điện. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của năng lượng tái tạo không chỉ đặt áp lực lớn lên hạ tầng kỹ thuật, mà còn tác động đến giá của thị trường điện. Trong ngắn hạn, khi công suất năng lượng tái tạo gia nhập hệ thống ở quy mô lớn, hiện tượng Merit Order Effect (MOE) có thể xảy ra, dẫn đến xu hướng giảm giá điện bán buôn trung bình. Phân tích MOE đã được thực hiện tại nhiều thị trường điện lớn. Nghiên cứu này cung cấp cái nhìn tổng quan về hiện tượng MOE và nhấn mạnh sự cần thiết phải xem xét tác động của MOE trong bối cảnh các thị trường điện tại các nước đang phát triển.

Từ khóa: Merit Order Effect (MOE), năng lượng tái tạo, thị trường điện

Summary

The global shift toward energy transition has become an inevitable trend to ensure energy security, support economic development, and fulfill commitments to reduce greenhouse gas emissions. The impact of variable renewable energy sources, such as wind and solar power, in each country depends on their level of penetration into the power system. However, the rapid increase in renewable energy not only places significant pressure on technical infrastructure but also affects electricity market prices. In the short term, when renewable energy capacity enters the system at a large scale, the Merit Order Effect (MOE) may occur, leading to a downward trend in average wholesale electricity prices. MOE has been analyzed in many major electricity markets. This study provides an overview of the MOE phenomenon and emphasizes the need to consider its implications within the context of electricity markets in developing countries.

Keywords: Merit Order Effect (MOE), renewable energy, electricity market

GIỚI THIỆU

Tại các thị trường điện cạnh tranh, sau khi các nhà sản xuất và người tiêu dùng gửi chào giá cho thị trường ngày tới, đơn vị vận hành thị trường sẽ căn cứ vào các bản chào để lập lịch điều độ theo từng chu kỳ. Trong các thị trường điện, chào giá từ phía cung được sắp xếp từ thấp đến cao, còn chào giá từ phía cầu được xếp từ cao xuống thấp. Hệ thống sẽ xác định lịch huy động, tính giá thị trường và thực hiện thanh toán theo từng chu kỳ giao dịch trong ngày giữa bên phát điện và bên mua điện. Điểm giao nhau của hai đường cung - cầu sẽ xác định giá điện và sản lượng điện giao dịch. Do sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên như gió và mặt trời, điện tái tạo có chi phí vận hành rất thấp, cho phép các nhà máy điện tái tạo đưa ra mức giá chào rất thấp, thậm chí bằng 0.

Nhằm thúc đẩy đầu tư vào các dự án điện năng lượng tái tạo, các chính sách hỗ trợ như biểu giá điện cố định (feed-in tariffs - FiT) đã được áp dụng. Theo đó, các nhà máy năng lượng tái tạo được đảm bảo mức giá cố định cho sản lượng điện phát ra, trong khi các nhà máy điện khác phải tham gia thị trường giao ngay. Khi tỷ trọng năng lượng tái tạo trong hệ thống tăng, tác động của các nguồn này đến thị trường điện cũng tăng lên. Trong thị trường điện giao ngay, giá được xác định tại giao điểm giữa đường cầu và giá của nhà máy có chi phí cao nhất được huy động. Điều này xảy ra bởi các nhà máy năng lượng tái tạo có chi phí cận biên gần như bằng 0. Các chính sách mới cũng đã cho phép các nhà máy năng lượng tái tạo tham gia trực tiếp vào thị trường điện và ký kết hợp đồng với các khách hàng lớn. Do đó, việc phân tích hiệu ứng MOE trở nên rất quan trọng đối với các quốc gia. Tuy nhiên, tại Đông Nam Á, đa số nghiên cứu chỉ tập trung vào chính sách FiT và đầu tư vào năng lượng tái tạo, trong khi rất ít nghiên cứu định lượng MOE, trừ những trường hợp đi sâu vào giá điện trên thị trường bán buôn. Nghiên cứu này nhằm cung cấp thông tin và đánh giá tính cấp thiết của việc nghiên cứu MOE trong bối cảnh thị trường điện Việt Nam.

TỔNG QUAN VỀ MERIT ORDER EFFECT (MOE)

Khái niệm MOE

Theo Sensfuß (2008), MOE là hiện tượng giá điện giảm do nguồn NLTT có chi phí biên thấp được ưu tiên huy động trước trong thị trường điện cạnh tranh.

Hình 1: Sự dịch chuyển sang phải của biểu đồ merit order và đường cung, chủ yếu do việc tích hợp điện gió vào hệ thống điện

Nguồn: Keles và cộng sự, 2013

MOE xuất hiện khi NLTT được ưu tiên phát điện, đặc biệt điện gió và điện mặt trời với chi phí cận biên thấp làm dịch chuyển đường cung điện sang phải trong biểu đồ cung cầu. Sự dịch chuyển này làm giảm đi ểm giao cắt giữa đường cung và cầu làm giảm giá trên thị trường điện giao ngay (Hình 1). Cụ thể, giả sử nhu cầu điện không co giãn trong ngắn hạn của thị trường ngày trước, điện sản xuất từ NLTT được mua trước, dẫn đến nhu cầu còn lại trên thị trường điện sẽ giảm.

Trong một số trường hợp để đơn giản hóa, thì đường cong MOE vốn là một hàm bậc thang của từng đơn vị nhà máy trong thực tế chuyển thành một đường cung tuyến tính. Trong điều kiện đảm bảo đường cung này có độ dốc dương, việc giảm nhu cầu trên thị trường sẽ dẫn đến giá thấp hơn (Hình 2).

Hình 2: MOE của việc phát điện từ năng lượng tái tạo

Nguồn: Frank Sensfuß, 2008

Tác động của MOE

MOE là hiệu ứng tất yếu và cần thiết của thị trường khi có sự thâm nhập lớn của NLTT. Nó đã có tác động tích cực và tiêu cực đến thị trường.

Tác động tích cực

Giảm giá bán điện trên thị trường bán buôn: Trong tất cả các nghiên cứu được đề cập, điện NLTT gia nhập đã tạo ra MOE rõ rệt trên thị trường điện. Điều này giúp cho giảm chi phí mua điện cho các nhà phân phối và người tiêu dùng lớn, đặc biệt là các doanh nghiệp công nghiệp mua điện trực tiếp từ thị trường bán buôn điện. Hơn nữa, việc duy trì mức giá điện thấp vào các thời điểm NLTT có công suất cao có thể kích thích hoạt động tiêu dùng điện của người tiêu thụ, góp phần giảm áp lực đầu tư vào các nhà máy chạy công suất đỉnh.

Khuyến khích nhà máy NLTT tham gia thị trường: Hiệu ứng này tạo động lực cho việc tăng trưởng của NLTT. Khi NLTT được ưu tiên huy động do chi phí biên thấp, các đơn vị sản xuất sẽ có cơ hội bán điện với mức giá cạnh tranh hơn, đặc biệt trong các thị trường điện cạnh tranh.

Giúp cải thiện khả năng tiếp cận điện năng giá rẻ: Các khách hàng có cơ hội tiêu thụ điện năng từ nguồn điện rẻ hơn, giúp mở rộng độ cung cấp điện năng cho các vùng, giảm chi phí năng lượng.

Tác động tiêu cực

Giảm doanh thu các nhà máy điện truyền thống: Khi NLTT được điều động phần lớn ở các thời điểm đồng nghĩa việc giảm giờ vận hành và làm giảm doanh thu từ thị trường điện giao ngay của các nhà máy điện truyền thống. Trong nghiên cứu của Sensfuß, F. (2008) chỉ ra rằng, khi sản lượng điện gió và mặt trời tăng cao, giá điện trung bình giảm xuống đáng kể, dẫn đến giảm lợi nhuận của các nhà máy điện khí và than.

Có thể gây rủi ro tài chính nếu thị trường điện chưa linh hoạt: Hiệu ứng MOE làm giảm giá điện trên thị trường bán buôn, nhưng nếu thị trường chưa đủ linh hoạt để thích ứng với biến động nhanh chóng về cung từ NLTT có thể tạo rủi ro tài chính nghiêm trọng cho các nhà máy điện truyền thống. Nguyên nhân chính là do thị trường chưa thể phản ứng kịp thời với sự thay đổi đột ngột về giá và sản lượng từ NLTT.

Làm mất động lực đầu tư nguồn dự phòng: Do đặc tính không liên tục và khó điều khiển của NLTT, hệ thống điện vẫn cần các nguồn điện dự phòng có khả năng linh hoạt cao như nhà máy điện khí, thuỷ điện, các nhà máy điện lưu trữ. Những nguồn này thường có chi phí biên cao và chỉ vận hành trong thời gian ngắn khi NLTT sụt giảm hoặc nhu cầu tăng đột ngột. Hiệu ứng này khiến các nhà máy này không có động lực kinh tế đầu tư hoặc duy trì hoạt động. Trong dài hạn, việc không đảm bảo đủ nguồn điện linh hoạt có thể dẫn đến rủi ro về an ninh hệ thống, nhất là khi cơ sở hạ tầng chưa hoàn thiện ở những khu vực NLTT gia nhập.

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ MOE

MOE không phải lúc nào cũng xảy ra cùng một mức độ trong mọi thị trường điện, mà nó phụ thuộc vào một số yếu tố sau:

Mức độ thâm nhập của NLTT: Cường độ MOE tăng tỷ lệ thuận với sản lượng NLTT với hiệu ứng biên giảm dần.

Độ dốc của đường cung thị trường điện: Đường cung thị trường phản ánh chi phí biên của các công nghệ phát điện khác nhau. Thị trường có đường cung dốc, thì MOE sẽ mạnh hơn. Trong đó, độ đốc của đường cung phụ thuộc vào nhiều yếu tố có thể kể đến như: hiệu suất vận hành và công nghệ phát điện, chênh lệch giá nhiên liệu, giá CO2.

Tính linh hoạt của hệ thống điện: Các hệ thống điện có khả năng điều độ cao nhờ các nhà máy điện linh hoạt, hệ thống lưu chữ sẽ giảm dao động giá và làm phẳng hiệu ứng MOE.

Thiết kế thị trường: Cách thiết kế thị trường điện có ảnh hưởng đến mức hình thành và cách chi phí được phân bổ, từ đó có hiệu ứng MOE khác nhau. Các thị trường chỉ có thanh toán trên thị trường giao ngay sẽ dẫn đến MOE mạnh hơn đối với thị trường có áp dụng các cơ chế bù định kỳ. Những thị trường này cũng dễ gây rủi ro tài chính cho các nhà máy điện truyền thống.

KINH NGHIỆM THẾ GIỚI

Các nước châu Âu

Ở Đức, việc gia tăng sản lượng điện từ NLTT năm qua đã giúp giảm giá điện bán buôn ở nhiều quốc gia châu Âu, dù giá bán lẻ có thể không thay đổi. Đức là một trong những thị trường điện NLTT có tốc độ tăng nhanh, trong hơn 20 năm tăng từ 20TWh năm 1900 lên 142 TWh năm 2012, trong đó năng lượng gió và mặt trời chiếm lần lượt là 51TWh và 26TWh. Sau sự cố điện hạt nhân năm 2011 của thế giới, Đức khẳng định đẩy nhanh quá trình loại bỏ điện hạt nhân đến năm 2022. Đồng thời, đặt mục tiêu phát triển các nguồn NLTT đạt ít nhất 80% vào năm 2050 [10]. Mức giảm trung bình là €1.47/MWh cho mỗi GW điện gió tăng thêm.

Ở Tây Ban Nha, khung giá điện ưu đãi khác nhau đối với các trang trại điện gió. Điện gió đã làm giảm giá trên thị trường giao ngay từ 7,42 €/MWh (với 90% sản lượng gió) đến 10,94 €/MWh (với 110% sản lượng gió thực tế năm 2012). Cùng trong nghiên cứu, điện gió làm giảm giá giao ngay 9,72 €/MWh (trung bình trong giai đoạn 2007-2010).

Các nước khác trong Châu Âu cũng có sự biến động về giá khi điện từ NLTT gia nhập thị trường. Ở Đan Mạch theo ước tính nếu không có sản lượng điện gió, giá điện tiêu dùng lẽ ra đã cao hơn 0,1-0,4 c€/kWh trong giai đoạn 2004-2006. Giá bán buôn điện ở Hà Lan giảm 4% một phần do nhu cầu giảm gần 9% và sự gia tăng cả điện gió trên bờ và ngoài khơi [9]. Khu vực Baltic (Latvia, Litva, Estonia) chứng kiến giá giảm trung bình 3-4% do sự gia tăng công suất điện từ chất thải sinh khối và điện gió trên bờ.

Nhật Bản

Việc chuyển đổi sang sử dụng điện từ mặt trời và gió diễn mạnh mẽ sau sau 2011 với sự kiện của nhà máy điện hạt nhân. Chính sách giá Fit được áp dụng cho hai dạng năng lượng trên từ năm 2012. Tỷ lệ điện mặt trời tăng nhanh từ 4,8 TWh lên 79 TWh từ năm 2011 đến 2020, tăng 7,9% hơn điện hạt nhân. Giá bán buôn điện trung bình hàng năm tại Nhật Bản đã giảm xuống còn 7,93 Yên/kWh năm 2019. Nghiên cứu cũng ước tính hiệu ứng giảm giá thị trường của năng lượng mặt trời là 0,11-0,20 Yên/kWh trên mỗi mỗi GWh điện năng mặt trời được tạo ra. Khi nghiên cứu riêng MOE cho điện gió và điện mặt trời trong giai đoạn 2016-2019 lần lượt là 2,77 €/MWh và 0,68 €/MWh .

Úc

Tại thị trường này, MOE ngắn hạn giảm giá điện bán buôn trung bình một cách rõ ràng. Nghiên cứu chỉ ra rằng hiện tượng MOE của điện gió đã gây ra mức giảm giá $8.05/MWh cho Nam Úc và $2.73/MWh cho khu vực Victoria trong giai đoạn từ tháng 3/2009 đến tháng 02/2011.

ĐỀ XUẤT

Khảo sát thực hiện MOE ở một số nước như: châu Âu, Nhật Bản, Úc cho thấy, việc đánh giá và định lượng MOE là vô cùng quan trọng đối với thị trường điện có tỷ trọng NLTT cao. Bằng cách ưu tiên huy động nguồn có chi phí biên thấp từ gió và mặt trời góp phần giảm giá biên trên thị trường bán buôn, từ đó mang lại lợi ích cho khách hàng và giảm chi phí hệ thống, giảm phát thải khí nhà kính. Tuy nhiên, hiệu ứng này cũng có thể gây ra một số tác động tiêu cực: giảm doanh thu các nhà máy điện truyền thống, có thể gây rủi ro tài chính nếu thị trường điện chưa linh hoạt, làm mất động lực đầu tư nguồn dự phòng.

Việc đo lường tính MOE là cần thiết để đánh giá và đo lường sự tác động của NLTT vào thị trường điện Việt Nam. Để có thể đo lường được hiệu quả, cần thiết lập một cơ chế thị trường điện có tính linh hoạt cao, phù hợp với đặc thù biến động của các nguồn năng lượng tái tạo. Bên cạnh đó, việc nâng cấp hạ tầng lưới điện và đầu tư vào hệ thống lưu trữ năng lượng là yếu tố then chốt nhằm đảm bảo khả năng tích hợp tối ưu các nguồn phát không ổn định. Tiếp theo, cần xây dựng các cơ chế hỗ trợ nhằm duy trì đầu tư vào các nguồn điện linh hoạt và dự phòng. Cuối cùng, minh bạch hóa dữ liệu và nâng cao khả năng tiếp cận thông tin sẽ tạo điều kiện cho việc định lượng chính xác MOE.

Tài liệu tham khảo:

1. DEPP3. (2024). Báo cáo Triển vọng Năng lượng Việt Nam, Đường đến Phát thải ròng bằng không.

2. IPCC (2018). Summary for Policymakers of IPCC Special Report on Global Warming of 1.5°C Approved by Governments. https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/spm/

3. Rahmanta, M. A., Permana, A., Susanto, W., Sadono, E. D., Ikasari, I. H., & Muflikhun, M. A. (2023). The feed-in tariff (FIT) policy to improve renewable energy utilization: An analysis of FIT implementation in ASEAN countries from renewable energy growth, decarbonization, and investment perspective. International Journal of Renewable Energy Development, 12(5), 864-880.

4. Sensfuß, F., Ragwitz, M., & Genoese, M. (2008). The merit-order effect: A detailed analysis of the price effect of renewable electricity generation on spot market prices in Germany. Energy policy, 36(8), 3086-3094.

5. Schmid, E., Pahle, M., & Knopf, B. (2013). Renewable electricity generation in Germany: A meta-analysis of mitigation scenarios.