深度丨电力市场集中竞价的经济学原理分析

2017-12-04 10:47:57 走进电力市场　点击量：评论 (0)

电力市场与其他市场的一个最主要的区别是电不易储存，需要保持实时平衡，因此如何保持实时的供需平衡、如何对平衡进行定价、结算也是电力市场设计的核心内容之一。本系列文章中前面的文章对电力市场中对平衡的处

电力市场与其他市场的一个最主要的区别是电不易储存，需要保持实时平衡，因此如何保持实时的供需平衡、如何对平衡进行定价、结算也是电力市场设计的核心内容之一。本系列文章中前面的文章对电力市场中对平衡的处理方法进行了讨论。电力市场中与实时供需平衡相关的另外一个特点是：对进行电力生产的发电机组，有一些类型(很多市场中是很大一部分)具有较长的启停时间、较大的启停成本，具有最大、最小出力及爬坡速度等约束。在需要保持实时供需平衡的电力市场中，如何对这些因素进行考虑，也是电力市场设计的核心内容之一。以美国PJM为代表的“集中”式电力市场和以英国、欧洲为代表的“分散”式电力市场，之间的一个主要的、本质的区别就在于对机组的启停等约束的处理不同。本文从经济学角度对电力市场竞价规则中对发电机组相关约束的处理方法进行讨论。

一、发电机组的成本与技术约束

1、发电机组的成本分析

企业在进行产品的生产时有不同类型的成本，这里以发电为例进行简要分析。

1)电厂建设成本。包括购买或征用土地、购买相关设备、施工、调试等的成本。

2)启停成本。发电机组从停机到启动或者从运行到停机都需要一定的时间，也需要消耗一定的成本。特别对于火电等，启、停时间一般较长，启停成本较大。

3)空载成本。在一些情况下，为了保证系统备用等需求，需要一些机组空载运行，这种情况下，虽然没有发出电力，但是机组仍然具有一些运行成本。

4)发电变动成本(微增成本)。是指由于实际发电而产生的增量的成本。对于火电机组，主要是燃料成本，对于核电、水电、风电、光伏等，变动成本几乎为零。

2、发电机组运行的技术约束

电力系统运行中，必须考虑发电机组的一些技术约束，最典型的是最小启停时间和最大爬坡速率。

1)最小启、停时间。发电机组从停机到启动、从运行到停机都需要一定的时间，包括热启动时间、冷启动时间、停机时间等。

2)爬坡速率。发电机组的发电功率的变化有一定的限制，包括向上爬坡速率和向下爬坡速率。

二、电力市场中对发电机组技术约束的考虑方法

电力市场中，对发电机组的各种技术约束，有两大类处理的方法。

1、由市场运营者考虑

1)方法描述

这种方法下，要求发电机组在报价时，申报多个方面的参数和价格，包括：启停时间及成本、爬坡速率、空载成本、微增发电成本等。市场运营者在市场出清时将相关技术参数作为出清模型的约束，保证出清结果在技术上的可行。

这种方法下，每个时段、每个位置的LMP(Locational Marginal Price)是根据经济学中的边际成本概念计算出来的价格，即在该时段、该位置增加单位负荷时系统增加的成本。对该时段的发电和负荷，都按照其所在位置的LMP结算。

由于市场出清价LMP一般会高于市场成员申报的微增发电成本，因此其通过LMP得到的收益除了补偿其燃料等可变成本，还有多余的收入，可以用来补偿其启停成本。但是，这部分多的收入是不确定的，在一些情况下可能小于其启停成本。这种情况下，系统运营者会通过对发电企业支付另外的补偿来保证其总收益大于总成本。系统运营者对发电企业支付的这部分成本一般以价格上浮(price adder 或 uplift)的形式分摊给市场的用户。

2)方法优点

这种方法的优点包括以下几个方面。

首先，能够保证出清结合的可行性。在市场出清时已经考虑机组的各种技术约束，结果一般是可行的。

其次，对发电商来说，报价策略相对比较简单：根据机组的实际的成本、实际技术参数申报即可。

3)方法存在的问题

这种方法存在的主要问题是，发电机组如果仅仅得到按照LMP计算的收入，很多情况下可能无法补偿其全部成本，特别对启停成本比较大的机组。在系统中风电、光伏等零边际成本的发电比例增加以后，这一问题更加突出。

以几个简单的例子来说明这个问题。

【算例1.1】