Merit Order - czyli dlaczego ceny energii elektrycznej rosną i spadają?

W sytuacji, gdy produkcja energii z odnawialnych źródeł jest wysoka, na przykład w słoneczne dni lub gdy wieje silny wiatr, ilość dostępnej energii na rynku wzrasta. Odnawialne źródła energii mają bardzo niskie koszty krańcowe – które są praktycznie zerowe, ponieważ po zainstalowaniu elektrowni (np. farmy wiatrowej czy fotowoltaicznej) koszt wytworzenia dodatkowej energii jest minimalny, a składają się na niego głównie koszty operacyjne i koszty utrzymania.

W systemie Merit Order, który ustala kolejność uruchamiania elektrowni na rynku w oparciu o ich koszty krańcowe, źródła z najniższymi kosztami są wykorzystywane jako pierwsze. Gdy energia z odnawialnych źródeł jest obfita, wprowadzają oni na rynek dużą ilość energii o niskim koszcie krańcowym, co przesuwa krzywą popytu i podaży, prowadząc do obniżenia cen energii.

Jednakże, ta sytuacja może również prowadzić do problemów, takich jak nadmiar energii, który może przekroczyć zapotrzebowanie i w efekcie doprowadzić do negatywnych (ujemnych) cen energii, gdzie producenci płacą za to, żeby pozbyć się nadwyżki energii. W tym artykule przedstawiamy szczegóły tego rozwiązania.

Na rynku hurtowym energii elektrycznej w Europie do ustalania cen stosuje się  mechanizm oparty o koszty krańcowe z różnych źródeł wytwórczych.

Oczywistym jest zatem, że inaczej krzywa kosztów krańcowych będzie wyglądać we Francji, a inaczej w Polsce (chodzi o dostępne technologie do produkcji energii elektrycznej, które mogą być uruchomione), natomiast co do zasady idea zmienności ceny pozostanie ta sama.

Spróbujmy wspólnie na przykładzie zrozumieć jak zmienia się cena energii w oparciu o koszty krańcowe oraz mechanizm popytu i podaży:

• Ustalamy zapotrzebowanie na moc systemu w danym czasie
• Biorąc pod uwagę koszt krańcowy, tj. taki koszt, który elektrownia musi ponieść, aby wyprodukować przynajmniej 1 dodatkowy MW w danej godzinie, jesteśmy w stanie sporządzić tak zwany "merit order". Ustawiamy na krzywej od lewej strony do prawnej elektrownie według ich najniższego kosztu krańcowego.
  I tak z lewej strony zaczynamy od odnawialnych źródeł energii, które mają zerowe koszty paliwa, następne są elektrownie jądrowe i kolejne elektrownie na węgiel brunatny i kamienny (‘układają’ się też kolejno poczynając od najwyższej do najniższej sprawności) oraz dalej z prawej strony elektrownie gazowe z istotnym kosztem gazu ziemnego do produkcji energii i całkowicie z prawej strony wytwarzanie energii w oparciu o ropę naftową
  Koszt krańcowy tworzą praktycznie tylko koszty zmienne tj koszt paliwa, koszty stałe nie są uwzględniane. 
• Mając krzywą merit order oraz przyjmując zapotrzebowanie na danym poziomie jesteśmy w stanie stwierdzić, która elektrownia wyznacza koszt krańcowy i przyporządkować cenę energii, jaka musi nastąpić na rynku, aby ta elektrownia chciała wyprodukować 1 MWh.  Przyjmując, że krańcową jest elektrownia gazowa o sprawności 50% oraz przyjmując, że w danym momencie cena gazu wynosi 50 EUR/MWh, krańcowa cena energii elektrycznej dla systemu będzie wynosić 100 EUR/MWh.

• Jeżeli rynek w danym momencie oferuje cenę energii elektrycznej na poziomie 80 EUR/MWh, to ta elektrownia nie będzie mieć zachęty do produkcji i odmówi działania. Odmowa produkcji to brak dostaw wystarczającego wolumenu aby pokryć zapotrzebowanie – wymusi to wzrost ceny energii by rynek był w równowadze.

Zwróćmy uwagę, że elektrownie o najniższych kosztach zmiennych tj m.in. OZE mają najwyższe koszty stałe i odwrotnie, elektrownie o najniższych kosztach stałych (elektrownie gazowe) bardzo często mają problem z tym kiedy mogą zostać włączone by generować zysk. Idąc dalej, elektrownie o najniższych kosztach zmiennych (OZE) otrzymują największy przypływ gotówki na sprzedaży energii elektrycznej i pokrycie ogromnych kosztów inwestycyjnych (i tutaj niestety są wyjątki, patrz ostatnie wyłączenia fotowoltaiki w związku z sytuacją bardzo dużej podaży i niewystarczającego popytu, stąd m.in. ujemne ceny energii w coraz większej liczbie krajów EU, np we Francji, NIemczech, Holandii czy nawet w Polsce).

Teraz prześledźmy, jak zachowa się krzywa kosztów marginalnych przy zmianie struktury zapotrzebowania (niski popyt/ wysoka podaż).

Po okresie ekstremalnie wysokich cen (jak np. w 2022 roku), gospodarka zwolniła przez co spadło zapotrzebowanie na energię elektryczną, spadły ceny węgla i gazu ziemnego. Równocześnie rok 2023 i 2024 to dużo większa dostępność energii z atomu w Europie oraz energii z Odnawialnych Źródeł Energii.

Sytuacja Merit Order przybrała zatem następującą postać:

Rozumiemy zatem, że rynek energii podlega prawom popytu i podaży i możemy wnioskować:

• W przypadku spadków cen gazu, węgla czy też uranu spadają koszty krańcowe elektrowni bo niższe koszty paliwa umożliwiają (zachęcają) załączanie się bloków energetycznych przy niższych cenach energii i generowanie dodatnich marż.
• Lewa strona ‘wypycha’ prawą stronę z systemu, czyli nadmiary OZE wypychają najpierw elektrownie gazowe później mniej rentowne elektrownie węglowe (W przypadku nadmiaru OZE mogą nastąpić wyłączenia jednostek odnawialnych po to by zapewnić bezpieczeństwo i stabilność systemu (baza)).
• Jeżeli brakuje mocy w systemie, mechanizm merit order winduje ceny do góry po to, by tworzyć zachęty do załączenia się bloków gazowych/ węglowych.
• Warto dodać, że elektrownie gazowe to bardzo ‘elastyczne’ źródła wytwarzania prądu i są bardzo dobrym uzupełnieniem niestabilnych źródeł OZE. Praca elektrowni gazowych uzależniona jest od możliwych do wygenerowania marż (opłacalności wytwarzania) w relacji do ceny gazu, ceny CO2 i ceny energii elektrycznej.  Elektrownie gazowe będą zatem konkurować przede wszystkim z elektrowniami węglowymi gdzie rachunek opłacalności danego źródła może się przesuwać raz w kierunku elektrowni węglowych, w innym razie w stronę elektrowni gazowych właśnie w relacji do cen surowców i możliwych do wygenerowania marż na produkcji. Więcej na temat marż dla elektrowni gazowych i węglowych (tzw Spark Spread lub Clean Spark Spread lub Dark Spread czy Clean Dark Spread) w osobnym artykule.