發(fā)電側(cè)電力市場結(jié)算方法發(fā)電商競價(jià)模型分析

1、問題的描述和基本假定

一級密封價(jià)格拍賣( The First2price2sealed Auc2tion) 是許多拍賣形式中的一種。在這種拍賣中,投標(biāo)人同時(shí)將自己的出價(jià)寫下來裝入一個(gè)信封, 密封后交給拍賣人, 拍賣人打開信封, 出價(jià)最高者為贏者, 按他的出價(jià)支付價(jià)格, 拿走被拍賣的物品。投標(biāo)人是否能夠成功由它自己的出價(jià)和其他投標(biāo)人的出價(jià)共同決定。當(dāng)該投標(biāo)人的出價(jià)大于其他人的出價(jià)時(shí), 支付為他對物品的評價(jià)減去他的出價(jià); 當(dāng)該投標(biāo)人的出價(jià)小于任何其他1 個(gè)投標(biāo)人的出價(jià)時(shí),支付為零。使得該投標(biāo)人的期望支付最大化的出價(jià)即為該投標(biāo)人的最優(yōu)出價(jià)策略。

我國目前6 省市試行的電力市場中, 發(fā)電商競價(jià)上網(wǎng), 交易中心(電網(wǎng)公司) 按各個(gè)負(fù)荷時(shí)段發(fā)電商的報(bào)價(jià)從低到高排序, 然后根據(jù)各時(shí)段預(yù)測的負(fù)荷需求按此排序確定各發(fā)電商的上網(wǎng)電量。這種發(fā)電商的競價(jià)與一級密封價(jià)格拍賣相似。若將滿足某一時(shí)段負(fù)荷需求的最后1 臺機(jī)組的報(bào)價(jià)對交易中心所購買的電量進(jìn)行統(tǒng)一結(jié)算, 即是按照MCP 結(jié)算法; 而按照各機(jī)組不同的實(shí)際報(bào)價(jià)對各發(fā)電商的上網(wǎng)電量進(jìn)行分別結(jié)算則是屬于按照實(shí)際申報(bào)價(jià)格結(jié)算法。

2、模型構(gòu)建

發(fā)電商參與實(shí)時(shí)市場競價(jià), 有3 種可能的結(jié)果。

(1) 發(fā)電商競價(jià)成功, 其報(bào)價(jià)低于市場出清價(jià)。用H (·) 來表示這種情況的概率。不難得出H ( ·) 是該發(fā)電商成本ck 的函數(shù), 又因?yàn)閎_k=B (ck) , 故可將概率函數(shù)表示為H( B^-1( bk) ) 。

(2) 發(fā)電商競價(jià)成功, 其報(bào)價(jià)恰好等于市場出清價(jià)。我們用R(B^-1 ( bk) ) 表示這種情況的概率。

(3) 發(fā)電商競價(jià)失敗, 用F(B^-1(bk ) ) 表示這種情況的概率。

那么, 發(fā)電商在以上3 種情況下的支付分別為:

a.在按MCP 結(jié)算的條件下發(fā)電商競價(jià)成功, 其報(bào)價(jià)小于市場出清價(jià)：

q_k (ω- ck)

式中:q_k 為上網(wǎng)電量; ω為市場出清價(jià); c_k為其成本。

b.發(fā)電商競價(jià)成功, 且報(bào)價(jià)等于市場出清價(jià)：

q_k(b_k-c_k)

式中:b_k為發(fā)電商的報(bào)價(jià); q_k,c_k意義同上。

c.發(fā)電商競價(jià)失敗, 其報(bào)價(jià)大于市場出清價(jià), 此時(shí)支付為0 。

電力工業(yè)的市場改革已在全世界范圍內(nèi)展開,我國也正處在“廠網(wǎng)分開, 競價(jià)上網(wǎng)”這一改革的進(jìn)程之中: 上海、遼寧、浙江等6 省市已經(jīng)成功地在發(fā)電側(cè)引入了市場競爭機(jī)制。目前我國在建立電力市場的過程中, 急需澄清、解決的問題較多, 結(jié)算方式就是其中之一。雖然國內(nèi)有些文獻(xiàn)對這一問題進(jìn)行了研究, 但大都是將注意力集中在發(fā)電商的市場力上。如通過比較在購電費(fèi)用目標(biāo)函數(shù)最小時(shí)按照系統(tǒng)邊際電價(jià)和按照機(jī)組實(shí)際申報(bào)價(jià)格進(jìn)行結(jié)算的兩種方法的優(yōu)劣, 認(rèn)為在降低市場力這一方面按機(jī)組實(shí)際申報(bào)價(jià)格結(jié)算有一定優(yōu)勢; 也可以在采用系統(tǒng)邊際電價(jià)結(jié)算的方式下,邊際電價(jià)為最后一臺機(jī)組的報(bào)價(jià)決定, 易被投機(jī)行為所左右。

但是就世界范圍內(nèi)看, 絕大多數(shù)電力市場化改革的國家采用市場邊際出清價(jià)(MCP) 進(jìn)行結(jié)算。

雖然按照發(fā)電商實(shí)際報(bào)價(jià)結(jié)算可以從一定程度上降低發(fā)電商借助市場力操縱市場清算價(jià)的可能性, 但是由于在這種結(jié)算方式下, 發(fā)電商提高報(bào)價(jià)會使得市場均衡量下降, 造成社會福利的凈損失。

1、電力市場供需模型

在我國試行的基于電力庫(交易中心) 的電力市場運(yùn)行機(jī)制中,發(fā)電商、交易中心(電網(wǎng)公司) 、用戶構(gòu)成了一個(gè)特殊的交易市場。在發(fā)電側(cè)市場作為供給者的發(fā)電商面對的是作為購買者的交易中心;而在配電側(cè)市場交易中心又作為電能供給者面對終端電力用戶。

圖1表示在某一時(shí)刻的2 個(gè)市場的供求均衡。

圖1(a) : P為價(jià)格; Q為電量; P₀為均衡價(jià)格;Q₀為均衡電量; S 為發(fā)電商的供給; D′為交易中心的需求; P_cap為市場交易最高限價(jià); Q_max為最大可供電量。在發(fā)電側(cè)電力市場中,電力公司在預(yù)測到某一時(shí)刻的負(fù)荷水平后,必須在交易市場中購進(jìn)同樣數(shù)值的電量以滿足系統(tǒng)出力與負(fù)荷的實(shí)時(shí)平衡約束,所以需求線D′在圖中表現(xiàn)為一價(jià)格彈性為0 的垂線。

圖1(b) : P, Q , P0 , Q₀ 意義同(a) , D 為用戶需求;S′為交易中心的供給; Qmax為通過輔助服務(wù)所能提供的最大電量。無論是按照MCP 結(jié)算還是按照機(jī)組實(shí)際申報(bào)價(jià)格結(jié)算,對于某一時(shí)刻用戶的電價(jià)都是固定不變的,所以供給線S′在圖中表現(xiàn)為一條水平線。

2、社會剩余分析

上述通過對博弈模型的分析,得出了在按照機(jī)組實(shí)際報(bào)價(jià)結(jié)算中機(jī)組會提高報(bào)價(jià)的結(jié)論。

表示在按照機(jī)組實(shí)際申報(bào)價(jià)格結(jié)算下發(fā)電商提高報(bào)價(jià), 將使得原來在按照MCP 結(jié)算下的供給線S 垂直上移Δb_ca(c) ,變?yōu)樵诎凑諜C(jī)組實(shí)際申報(bào)價(jià)格結(jié)算的S′,結(jié)果使均衡點(diǎn)E 變?yōu)镋′, 均衡價(jià)格變?yōu)镻d ,均衡量變?yōu)镼0′,

P_d-P_s =Δb_ca(c)。此時(shí)消費(fèi)者獲得部分的生產(chǎn)者剩余:即消費(fèi)者剩余為ΔDE′P_d ΔPd E′S′,生產(chǎn)者剩余為S′E′GS ,而社會總剩余從在MCP 結(jié)算方式下的ΔDES減為DE′GS ,使ΔE′EG 成為無謂損失(Dead WeightLoss) 。因此按照機(jī)組實(shí)際報(bào)價(jià)結(jié)算不僅是剩余在生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間轉(zhuǎn)換,重要的是結(jié)算方式的改變會造成社會總剩余(即社會福利) 的減少。

目前,電力市場主要有兩種結(jié)算方法:

方法1按系統(tǒng)邊際電價(jià)進(jìn)行結(jié)算;

方法2 按機(jī)組的實(shí)際申報(bào)價(jià)格進(jìn)行結(jié)算。

為此,電力市場的目標(biāo)函數(shù)也分為兩種

1、一種是按系統(tǒng)邊際電價(jià)進(jìn)行結(jié)算的購電費(fèi)用最小的目標(biāo)函數(shù):

式中:F_m表示電網(wǎng)購電費(fèi)用;

P_i 為發(fā)電商(或發(fā)電機(jī)組)i競價(jià)獲得的發(fā)電功率;

i 表示發(fā)電商的序號,

I 表示發(fā)電商總數(shù);

C_om表示系統(tǒng)邊際電價(jià)。

2、另一種是按照機(jī)組的實(shí)際申報(bào)價(jià)格進(jìn)行結(jié)算的購電費(fèi)用最小的目標(biāo)函數(shù):

式中：C_i(P_i) 表示發(fā)電商i 發(fā)電費(fèi)用曲線(由報(bào)價(jià)曲線C_oi ( P_i ) 得到) ,是發(fā)電功率P_i 的函數(shù)。

兩種目標(biāo)函數(shù)有相同的約束 ,其中系統(tǒng)功率平衡約束為:

1、購電費(fèi)用最小原則

購電費(fèi)用最小原則約束公式和系統(tǒng)邊際電價(jià)的目標(biāo)函數(shù)的極值問題,因?yàn)檫呺H價(jià)格C_om對全網(wǎng)來說是一個(gè)值,所以可以從公式中提出來:

這樣滿足約束條件系統(tǒng)邊際電價(jià)的目標(biāo)函數(shù)的極值問題,實(shí)際上變成為滿足 約束條件下使邊際價(jià)格C_om最低的問題。

2、經(jīng)濟(jì)原則

系統(tǒng)邊際價(jià)格的主要作用是:只有當(dāng)商品的價(jià)格等于其邊際成本價(jià)格時(shí),該經(jīng)濟(jì)才能從各種稀缺資源的利用中獲得最大的滿足。即只有當(dāng)每一個(gè)企業(yè)使得它自己的邊際成本(MC) 等于其他企業(yè)的MC ——正如每一個(gè)MC 都等于共同的價(jià)格的情況——該行業(yè)才能以最低成本來實(shí)現(xiàn)它的總產(chǎn)量。也只有當(dāng)價(jià)格等于所有企業(yè)的邊際成本時(shí),社會才處于它的生產(chǎn)可能性邊界之上。就電力市場而言,最終應(yīng)該發(fā)展成一個(gè)完全市場,即對任何一個(gè)發(fā)電商來說,不應(yīng)存在超額利潤的現(xiàn)象。

所以兩種結(jié)算方式在這方面應(yīng)是一致的,但是電力市場是否可以及如何發(fā)展成一個(gè)完全市場,并不是一個(gè)樂觀的問題。所以不應(yīng)該用經(jīng)濟(jì)原則作為選擇那種結(jié)算方法的決定原則。

3、公平競爭原則

從公平競爭的原則出發(fā),商品應(yīng)該享受“同質(zhì)同價(jià)”的原則 ,電力也是商品,所以不應(yīng)該例外。顯然從這一點(diǎn)上講按系統(tǒng)邊際電價(jià)進(jìn)行結(jié)算的方法更合理一些。但是,目前也有人對此提出了疑問,認(rèn)為既然峰谷電價(jià)有差別已被大家所公認(rèn),且峰荷時(shí)所有發(fā)電商的發(fā)電質(zhì)量是否一定一樣尚無定論,所以簡單地將“同質(zhì)同價(jià)”原則作為電力市場結(jié)算方法的選擇原則同樣不合適。

4、市場行為原則

由于基于系統(tǒng)邊際電價(jià)的購電費(fèi)用最小的結(jié)算方式,具有優(yōu)化算法簡單、便于市場運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn),所以最初被各國所采納,如英國電力市場,美國加州的電力市場實(shí)際上也是這種結(jié)算方式。但是,隨著電力市場的不斷發(fā)展,英國電力市場發(fā)現(xiàn)這種結(jié)算方式存在的缺點(diǎn),即很難控制電力公司的投機(jī)行為:對于市場份額較大的發(fā)電商,可能在這種結(jié)算方式下,降低發(fā)電量,尤其降低峰時(shí)發(fā)電量,這樣就導(dǎo)致邊際成本更高的電廠被調(diào)度,盡管這個(gè)發(fā)電商的發(fā)電量小了,但由于結(jié)算價(jià)提高了,仍能獲得超額利潤。

為此,英國已修改了這種結(jié)算方式。但這并不是說,按第二種結(jié)算方式就不存在類似的投機(jī)行為,而是對發(fā)電商來說,風(fēng)險(xiǎn)可能大一些,則對電力市場而言,投機(jī)行為就少一些。

由以上可以看到,很難明確區(qū)分兩種結(jié)算方法的優(yōu)劣,具體采用哪種結(jié)算方法,要根據(jù)各個(gè)國家各個(gè)地區(qū)具體電力系統(tǒng)的實(shí)際情況以及相應(yīng)的法規(guī)制度而定,從減少市場投機(jī)行為角度上講,按機(jī)組的實(shí)際報(bào)價(jià)進(jìn)行結(jié)算的方法要好一些。

通過構(gòu)建、求解在兩種結(jié)算方式下的發(fā)電商的競價(jià)博弈模型, 得到不同的報(bào)價(jià)策略, 并在此基礎(chǔ)上比較兩個(gè)不同的報(bào)價(jià)策略的社會總福利, 得出在按照機(jī)組實(shí)際報(bào)價(jià)結(jié)算方式下, 由于發(fā)電商提高報(bào)價(jià)從而導(dǎo)致社會總福利減少的結(jié)論。故本文認(rèn)為, 雖然按照機(jī)組實(shí)際報(bào)價(jià)結(jié)算有可能降低有市場力的發(fā)電商操縱市場清算價(jià)的可能性, 但是在加強(qiáng)電力市場交易監(jiān)管下, 還是采用經(jīng)濟(jì)學(xué)的競爭市場中的一般交易結(jié)算方式———統(tǒng)一市場出清價(jià)為好。世界上大多數(shù)電力市場化改革的國家均采用這種結(jié)算方式也從客觀上說明了其合理性。 2100433B

受市場規(guī)模擴(kuò)大、主體數(shù)量增多、轉(zhuǎn)運(yùn)等因素影響，區(qū)域電力市場考核結(jié)算問題呈現(xiàn)出日趨復(fù)雜的特點(diǎn)，傳統(tǒng)結(jié)算思路無法完全適用。為了解決這一問題，區(qū)域電力市場考核結(jié)算機(jī)制需要解決的核心問題，并對導(dǎo)致區(qū)域電力市場考核結(jié)算機(jī)制復(fù)雜化的因素進(jìn)行了分析。在分析的基礎(chǔ)上，提出基于解鍋的新結(jié)算方法，并介紹了其在南方電力市場中的應(yīng)用。新的結(jié)算方法能夠在保證市場公平性的前提下，簡化區(qū)域電力市場的考核結(jié)算機(jī)制。

考核結(jié)算機(jī)制是區(qū)域電力市場中的重要機(jī)制之一，還有稅收、轉(zhuǎn)移支付等諸多問題有待進(jìn)一步研究。 2100433B

電力工業(yè)從一體化壟斷模式向競爭型市場模式的轉(zhuǎn)變是一項(xiàng)艱巨復(fù)雜的任務(wù)，需要慎重而行。世界各國電力工業(yè)改革的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)告訴我們，電力市場的建立和發(fā)展必須根據(jù)本國電力工業(yè)己經(jīng)形成的特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)哪Ｊ?，?jīng)過嚴(yán)格的論證，制定明確的目標(biāo)，并在法律法規(guī)的支持下有序進(jìn)。我國的電力市場改革也應(yīng)該遵循這樣的原則，從發(fā)電側(cè)到用電側(cè)，市場開放程度逐步擴(kuò)大，競爭力度逐步增強(qiáng)，改革的最終目的是最大限度地利用市場手段提高電力工業(yè)生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置 。

我國從1998年起，開始實(shí)行“廠網(wǎng)分開、競價(jià)上網(wǎng)”的電力工業(yè)改革，并確定浙江上海、山東、遼寧、吉林、黑龍江等六省市電網(wǎng)為試點(diǎn)單位，建立發(fā)電側(cè)開放的電力市場。發(fā)電側(cè)電力市場模式可以看作是運(yùn)用市場機(jī)制、開展電力商業(yè)化運(yùn)營的初級階段，在技術(shù)設(shè)備、人員素質(zhì)和運(yùn)行管理尚未達(dá)到較高水平時(shí)，為盡快加快電力工業(yè)的發(fā)展，可以采用這一模式?，F(xiàn)階段我國發(fā)電側(cè)電力市場的主要特點(diǎn)是:

(1)僅發(fā)電側(cè)開放。在發(fā)電側(cè)引入競爭機(jī)制，廠網(wǎng)分離，各發(fā)電廠成為獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)實(shí)體，成為自主經(jīng)營、自負(fù)盈虧的競爭主體，按照一定的市場規(guī)則競價(jià)上網(wǎng)，而用戶只能從電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)購電，不能直接與發(fā)電廠簽訂購電合同。

(2)單一購買者。實(shí)行“1 N”模式，作為單一購買者的電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)，在經(jīng)營管理電網(wǎng)的同時(shí)擔(dān)任市場操作員，而各獨(dú)立發(fā)電廠以優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)參與市場競爭。

(3)有限電量競價(jià)上網(wǎng)。首先保證各機(jī)組完成基本電量(或合約電量)，剩余電量實(shí)行競價(jià)上網(wǎng)。

(4)雙軌制競價(jià)體系。基本電量按核定電價(jià)結(jié)算，競價(jià)電量按競爭性電價(jià)結(jié)算。 在現(xiàn)階段我國各省市發(fā)電市場中，雖然AGC機(jī)組達(dá)到了一定比重，但是AGC資源還不是很充裕，總的AGC調(diào)整能力相對于系統(tǒng)需求來說沒有處于明顯過剩狀態(tài)。

配電側(cè)電力市場是與發(fā)電側(cè)電力市場、輸電網(wǎng)開放等電力工業(yè)市場化改革的宏觀步驟相適應(yīng)的，對傳統(tǒng)配電側(cè)(包括配電網(wǎng)運(yùn)營、電力銷售、用戶等環(huán)節(jié))的經(jīng)營管理模式進(jìn)行打破壟斷、引入競爭的市場化改革和重組，建立新的市場競爭模式和完善的現(xiàn)代監(jiān)管制度，從而實(shí)現(xiàn)配電側(cè)提高效率、優(yōu)化資源配置，并促進(jìn)整個(gè)電力工業(yè)發(fā)展的市場化改革的重要階段 。

配電側(cè)電力市場包含的內(nèi)容主要有配電公司參與市場競爭、配電網(wǎng)及配電設(shè)施實(shí)現(xiàn)開放、競爭的零售市場、適應(yīng)市場化的配電規(guī)劃和建設(shè)、配電側(cè)市場監(jiān)管機(jī)制。

只有實(shí)現(xiàn)配電側(cè)的市場化改革才能建立完整的電力市場，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。