《面向智能电网的需求响应及其电价研究》—智能电网下需求响应及相关电价研究（二）

5.2.7基于拉姆齐定价的峰谷分时电价模型研究

1.需求侧响应的经济学原理

根据经济学原理，与一般商品市场相似，当将需求响应原理引入到电力市场中时，电力需求也会随着价格的变化而变化。我们可以通过需求——价格曲线分析需求响应原理，如图5.2所示。

需求弹性系数可表示为：

需求弹性系数不仅与本时段的价格变化有关，还与其他时段的价格变化有关，分别用自需求弹性系数与交叉弹性系数表示。具体表达式为：

即得到了基于需求弹性矩阵的用户需求响应模型。

2.需求侧响应效益的经济学模型

根据经济学原理可知，市场中买者与卖者的行为可以通过供给——需求曲线来研究，如图5-3所示：

正常情况下电力市场的供给曲线为S。，需求曲线为D，两条曲线的交点即是市场均衡点。横坐标每单位KW11所对应的供给曲线的高度值表示发电厂新增lKWh电力供应所产生的成本，对应的需求曲线的高度值表示用户每节约lKWh用电所发生的成本。由于某种原因供给减少而引起价格上涨的时候，供给曲线将向上移动。在正常的情况下，市场价格是P。但是当供电减少的时候价格要上涨，价格上涨多少取决于用电需求对价格上涨的响应情况。在未引入需求侧响应之前，需求弹性往往很小(可以假设成需求无弹性)，见图5-3中曲线D。在价格上涨期间，需求变化量几乎很小，而电价则从P上涨到P+△P。如果引入需求侧响应.即通过一系列措施使需求弹性增加，则在电价上涨期间，电力需求减少△Q=Q2 – Q0。价格上涨幅度△P =P0+△P2 -P0=△P2。

3.拉姆齐定价理论

拉姆齐定价理论是由Ramsey在1927年发表的一篇著名文章中提出，不同于按边际成本定价的最优定价方式，它是一种次最优定价，在考虑对资源配置的消极影响最小的同时，至少允许企业能够回收固定成本。拉姆齐定价的基本思想是在保证预算平衡的前提下实现经济福利的最大化。假设电力公司为n类用户提供服务，由经济学原理可知，用以表征社会福利的生产者剩余与消费者剩余可以分别表示为：

则以拉姆齐定价基本原则表示的优化问题为

根据最优化理论，对上式构造拉格朗日函数并分别对q求导，得到拉姆齐定价公式：

拉姆齐定价的约束条件是保证企业财务收支平衡，即生产者剩余等于企业固定成本，具体表达式为：

式中，F为企业的固定成本。

由拉姆齐定价公式可知，价格不仅与边际成本有关，还受用户需求弹性的影响。价格偏离边际成本的程度与需求弹性呈反比关系。如果用户的需求弹性比较大，则过高的价格会引起需求量的大幅度减少，致使用户的福利损失严重，此时应制定一个较低的价格，来保证用户的经济福利;如果用户的需求弹性比较小，则即使价格变动比较大引起的需求变动也比较小，对社会福利影响相对较小。因此，拉姆齐定价考量的是在使供电企业收支平衡的情况下，使全社会总福利达到最大的价格。

4.拉姆齐定价理论在峰谷分时电价中的应用

理性消费者会对价格激励作出反应，峰谷分时电价的实施正是通过价格手段引导消费者改变用电方式，从而达到削峰填谷等目标。通常在用电高峰时段执行高电价，激励用户减少高峰用电量或将用电安排在电价相对较低的平时段和谷时段。保障峰谷分时电价可操作性的一个理论基础是用户的消费行为具有弹性，用户的消费需求会随着价格的变化而变化，刚户通常会牺牲自己的舒适度以换取经济上的利益。

拉姆齐定价正是摹于用户的需求弹性与企业的边际成本进行的。因此，通过求得电力用户在不同时段的需求弹性，结合考虑供电企业在不同时段的供电边际成本，则可以在不同时段制定不同的价格以引导需求，从而实现社会福利的优化。

(1)供电边际成本的测算。考虑到电网企业供电边际成本的不确定性，可以用短期边际成本近似代替企业的边际供电成本。短期边际成本是指电力公司从发电厂购买单位KWh电量所增加的购电成本。发电侧市场的开放以及“厂网分开，竞价上网”的实施，使得在发电侧也实行峰谷电价的条件越来越成熟。考虑到不同的机组在系统中发挥的作用不同，承担基荷的机组电量效益高、容量效益低，可以通过电量电价回收成本并保证一定的利润;而承担调峰任务的机组容量效益高、电量效益低.实际运行过程中应制定较高的价格以保证成本回收。因此.实行两部制上网电价能够反映不同机组的效益结构，并能体现新老机组成本结构的差异，有利于融资、有利于实现竞争，促进电力工业的健康发展。这里以发电侧峰谷上网电价作为电力企业的供电边际成本，构建拉姆齐定价模型。

(2)发电侧上网峰谷分时电价设计。

①机组容量成本的确定。运用会计成本法确定机组的容量成本，具体计算公式为：

②机组电量电价的确定。不同的机组有不同的发电电量成本，即使同一台机组在峰段、平段、谷段等不同时段所消耗的燃料费用和水费用、小检修费等变动成本也是不相同的。因此，基于会计成本法的分时电量电价表达式为：

③机组容量成本的分摊。不同的机组其发电特性以及在系统中所处的位置是不一样的，如果单纯把容量成本归算到容量电价，电量成本归算到电量电价，有可能造成发电公司的造价失控。因此，有必要把容量成本分为两部分：一部分容量成本分摊到基本电价，另一部分容量成本分摊到电量电价。容量成本的具体分摊比例与该机组的运行方式有关。如果该机组的负荷率较高，长时间为电网提供电量，则其运行成本绝大部分可以通过电量电价回收;如果该机组负荷率较低，如调峰机组、事故备用机组等只在紧急状态下开机，则应该分摊较多的容量费用以保障成本回收。因此，容量成本在基本电价中的分摊系数由该机组的负荷率确定。假如该机组的负荷率为曰，，那么该机组的年基本电价：

可见，机组的负荷率越高，分摊的年基本电价相对越低。

实际电力系统运行中，满足系统负荷微增所需要的边际容量成本在不同的时段是不一样的。在负荷低谷期，由于发电容量充足，容易满足用户的负荷需求，则机组的边际效用低，边际容量成本低;在用电紧张的负荷高峰期，最大发电容量的限制导致机组往往不能提供充足的电力供应，此时机组的边际效用高，边际容量成本也较高。基于此，对应不同的时段，分摊到电量电价的容量成本是不相同的。不同时段的分摊比例视该机组在不同时段的出力状况确定。提出可以根据机组在不同时段的发电量占机组总发电量的比例来确定不同时段的分摊权重系数。因此，这里提出的分摊比例为：

因此，机组i确定的电量电价可以用下式表示为：

峰段电量电价

由此得到，按会计成本法测算出的发电侧峰谷分时上网电价表达式为：

(3)供电边际成本表达式。以上分析确定了在发电侧实行峰谷上网电价的情况下每台机组的上网电价计算模型。供电公司在确定供电边际成本时，应根据从发电厂(或各机组)购买的电量以及各电厂(或各机组)的上网电价来确定。假设供电公司从m台机组购买电量，从机组i购买的电量为q.，并向用户提供电力服务。则供电公司在峰段、平段以及谷段的供电边际成本分别为：

(5)算例分析。假设系统中有一台机组，具体参数如表5-1所示：

其他数据如下：单位下瓦投资=4 800元/KW;运行维护费率r=3%;基准折现率=12%;厂用电率=4%;机组可用率=80%;标煤影子价格P= 300元/t：变动增加系数=10%;机组使用年限取为25年。