深度丨電力市場集中競價的經濟學原理分析

2017-12-04 10:47:57 走進電力市場　點擊量：評論 (0)

電力市場與其他市場的一個最主要的區別是電不易儲存，需要保持實時平衡，因此如何保持實時的供需平衡、如何對平衡進行定價、結算也是電力市場設計的核心內容之一。本系列文章中前面的文章對電力市場中對平衡的處

電力市場與其他市場的一個最主要的區別是電不易儲存，需要保持實時平衡，因此如何保持實時的供需平衡、如何對平衡進行定價、結算也是電力市場設計的核心內容之一。本系列文章中前面的文章對電力市場中對平衡的處理方法進行了討論。電力市場中與實時供需平衡相關的另外一個特點是：對進行電力生產的發電機組，有一些類型(很多市場中是很大一部分)具有較長的啟停時間、較大的啟停成本，具有最大、最小出力及爬坡速度等約束。在需要保持實時供需平衡的電力市場中，如何對這些因素進行考慮，也是電力市場設計的核心內容之一。以美國PJM為代表的“集中”式電力市場和以英國、歐洲為代表的“分散”式電力市場，之間的一個主要的、本質的區別就在于對機組的啟停等約束的處理不同。本文從經濟學角度對電力市場競價規則中對發電機組相關約束的處理方法進行討論。

一、發電機組的成本與技術約束

1、發電機組的成本分析

企業在進行產品的生產時有不同類型的成本，這里以發電為例進行簡要分析。

1)電廠建設成本。包括購買或征用土地、購買相關設備、施工、調試等的成本。

2)啟停成本。發電機組從停機到啟動或者從運行到停機都需要一定的時間，也需要消耗一定的成本。特別對于火電等，啟、停時間一般較長，啟停成本較大。

3)空載成本。在一些情況下，為了保證系統備用等需求，需要一些機組空載運行，這種情況下，雖然沒有發出電力，但是機組仍然具有一些運行成本。

4)發電變動成本(微增成本)。是指由于實際發電而產生的增量的成本。對于火電機組，主要是燃料成本，對于核電、水電、風電、光伏等，變動成本幾乎為零。

2、發電機組運行的技術約束

電力系統運行中，必須考慮發電機組的一些技術約束，最典型的是最小啟停時間和最大爬坡速率。

1)最小啟、停時間。發電機組從停機到啟動、從運行到停機都需要一定的時間，包括熱啟動時間、冷啟動時間、停機時間等。

2)爬坡速率。發電機組的發電功率的變化有一定的限制，包括向上爬坡速率和向下爬坡速率。

二、電力市場中對發電機組技術約束的考慮方法

電力市場中，對發電機組的各種技術約束，有兩大類處理的方法。

1、由市場運營者考慮

1)方法描述

這種方法下，要求發電機組在報價時，申報多個方面的參數和價格，包括：啟停時間及成本、爬坡速率、空載成本、微增發電成本等。市場運營者在市場出清時將相關技術參數作為出清模型的約束，保證出清結果在技術上的可行。

這種方法下，每個時段、每個位置的LMP(Locational Marginal Price)是根據經濟學中的邊際成本概念計算出來的價格，即在該時段、該位置增加單位負荷時系統增加的成本。對該時段的發電和負荷，都按照其所在位置的LMP結算。

由于市場出清價LMP一般會高于市場成員申報的微增發電成本，因此其通過LMP得到的收益除了補償其燃料等可變成本，還有多余的收入，可以用來補償其啟停成本。但是，這部分多的收入是不確定的，在一些情況下可能小于其啟停成本。這種情況下，系統運營者會通過對發電企業支付另外的補償來保證其總收益大于總成本。系統運營者對發電企業支付的這部分成本一般以價格上浮(price adder 或 uplift)的形式分攤給市場的用戶。

2)方法優點

這種方法的優點包括以下幾個方面。

首先，能夠保證出清結合的可行性。在市場出清時已經考慮機組的各種技術約束，結果一般是可行的。

其次，對發電商來說，報價策略相對比較簡單：根據機組的實際的成本、實際技術參數申報即可。

3)方法存在的問題

這種方法存在的主要問題是，發電機組如果僅僅得到按照LMP計算的收入，很多情況下可能無法補償其全部成本，特別對啟停成本比較大的機組。在系統中風電、光伏等零邊際成本的發電比例增加以后，這一問題更加突出。

以幾個簡單的例子來說明這個問題。

【算例1.1】