抽水蓄能電量認(rèn)購(gòu)交易機(jī)制研究

鐘 樺，應(yīng)志瑋，呂征宇，楊建林，黃宇鵬，董 力

（1.上海電力交易中心有限公司，上海 200122；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122；3.江蘇省智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（東南大學(xué)），南京 210096）

◆研究與探討◆

抽水蓄能電量認(rèn)購(gòu)交易機(jī)制研究

鐘 樺1，應(yīng)志瑋1，呂征宇2，楊建林2，黃宇鵬2，董 力3

（1.上海電力交易中心有限公司，上海 200122；2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司，上海 200122；3.江蘇省智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（東南大學(xué)），南京 210096）

隨著中國(guó)電力體制改革的逐步推進(jìn)，市場(chǎng)化方式成為提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率的重要途徑。為改善抽水蓄能電站的綜合效益，研究了抽水蓄能市場(chǎng)的電量集中競(jìng)價(jià)交易模式。通過(guò)對(duì)比安徽省和江蘇宜興市的抽水蓄能交易機(jī)制，分析了報(bào)量不報(bào)價(jià)模式的不足。在明確了市場(chǎng)參與主體與準(zhǔn)入條件的基礎(chǔ)上，基于對(duì)積極承擔(dān)抽水蓄能電站容量電費(fèi)發(fā)電廠的鼓勵(lì)，以及對(duì)串謀交易和利用市場(chǎng)力操縱市場(chǎng)等消極競(jìng)價(jià)行為的懲罰，建立了考慮獎(jiǎng)懲的抽水蓄能電站容量電費(fèi)交易模型。最后，以某市7家發(fā)電廠為例，結(jié)合具體算例對(duì)抽水蓄能市場(chǎng)運(yùn)行進(jìn)行模擬，驗(yàn)證了出清模型與獎(jiǎng)懲機(jī)制的有效性，可以在市場(chǎng)建設(shè)初期對(duì)市場(chǎng)參與主體有一定的引導(dǎo)作用。

電力體制改革；抽水蓄能市場(chǎng)；集中競(jìng)價(jià)交易；容量電費(fèi)；出清模型；獎(jiǎng)懲機(jī)制

目前，中國(guó)電力體制改革正處于快速發(fā)展階段，市場(chǎng)化方式成為優(yōu)化資源配置的有效途徑。中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)》（中發(fā)［2015］9號(hào)）文件及其配套文件《關(guān)于推進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》明確指出此次電改需要有序放開(kāi)發(fā)用電計(jì)劃和競(jìng)爭(zhēng)性環(huán)節(jié)電價(jià)，不斷擴(kuò)大參與直接交易的市場(chǎng)主體范圍和電量規(guī)模［1—2］。

抽水蓄能電站是保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全，緩解調(diào)峰調(diào)頻壓力的重要手段。在市場(chǎng)化環(huán)境下，為充分發(fā)揮抽水蓄能電站的綜合效益，實(shí)現(xiàn)抽水電量交易的市場(chǎng)化和常態(tài)化發(fā)展，對(duì)抽水電量開(kāi)展競(jìng)價(jià)交易，以市場(chǎng)化方式對(duì)抽水蓄能電站提供的服務(wù)給予補(bǔ)償。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委印發(fā)的《關(guān)于抽水蓄能電站建設(shè)管理有關(guān)問(wèn)題的通知》（發(fā)改能源［2004］71號(hào)）文件以及《關(guān)于完善抽水蓄能電站價(jià)格形成機(jī)制有關(guān)問(wèn)題的通知》（發(fā)改價(jià)格［2014］1 763號(hào)）文件的相關(guān)規(guī)定，抽水蓄能電站實(shí)行容量電價(jià)的兩部制費(fèi)用結(jié)算，即按照彌補(bǔ)抽水蓄能電站的固定成本及準(zhǔn)許收益的原則分別核定，由此確定抽水蓄能電站的容量費(fèi)用，且50%的抽水蓄能電站容量電費(fèi)原則上由電網(wǎng)企業(yè)承擔(dān)，剩余部分由發(fā)電企業(yè)和用戶均攤，其中，發(fā)電企業(yè)承擔(dān)的容量費(fèi)用可通過(guò)電網(wǎng)企業(yè)向發(fā)電企業(yè)招標(biāo)采購(gòu)抽水電量的方式解決［3—4］。

在傳統(tǒng)的電力工業(yè)中，發(fā)電、輸電、配電、售電均屬于電網(wǎng)公司，抽水蓄能電站為容量租賃的經(jīng)營(yíng)方式，由電網(wǎng)公司支付抽水蓄能電站的合理費(fèi)用，不存在對(duì)抽水蓄能提供輔助服務(wù)的核算分?jǐn)倖?wèn)題。但是，在電力市場(chǎng)環(huán)境下，各發(fā)電廠均是獨(dú)立的經(jīng)濟(jì)實(shí)體，抽水蓄能電站必須充分結(jié)合自身利益考慮是否提供輔助服務(wù)，其通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的方式認(rèn)購(gòu)輔助服務(wù)電量，能夠體現(xiàn)系統(tǒng)供需以及輔助服務(wù)的價(jià)值，符合未來(lái)電力市場(chǎng)化的發(fā)展趨勢(shì)［5—7］。并且，抽水蓄能電量認(rèn)購(gòu)交易需要輔以規(guī)范的運(yùn)行機(jī)制，市場(chǎng)運(yùn)行初期可以結(jié)合獎(jiǎng)懲機(jī)制鼓勵(lì)各發(fā)電商積極認(rèn)購(gòu)抽水蓄能容量費(fèi)用，防止市場(chǎng)中出現(xiàn)消極競(jìng)價(jià)和串謀行為，保證抽水蓄能合理費(fèi)用的有效回收。

電力市場(chǎng)發(fā)展至今，由于市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)是體現(xiàn)系統(tǒng)供需和成本的最直接指標(biāo)，因此，大部分的電力市場(chǎng)均是在市場(chǎng)參與主體同時(shí)申報(bào)電量與電價(jià)的情況下進(jìn)行的，且關(guān)于市場(chǎng)成員報(bào)量且報(bào)價(jià)的市場(chǎng)交易機(jī)制研究也已經(jīng)較為成熟，主要分為統(tǒng)一出清和按報(bào)價(jià)出清2種機(jī)制，這2種機(jī)制一般以購(gòu)買(mǎi)成本最低為目標(biāo)建立經(jīng)濟(jì)性出清模型，在滿足一定約束條件的安全性前提下，確定市場(chǎng)的中標(biāo)機(jī)組。但不同的是，在統(tǒng)一出清機(jī)制下，市場(chǎng)以中標(biāo)邊際機(jī)組的報(bào)價(jià)為市場(chǎng)出清價(jià)統(tǒng)一結(jié)算，而按報(bào)價(jià)結(jié)算機(jī)制是依據(jù)各臺(tái)機(jī)組的實(shí)際報(bào)價(jià)進(jìn)行結(jié)算。文獻(xiàn)［8］—文獻(xiàn)［11］分析了國(guó)外抽水蓄能電站的運(yùn)行模式和價(jià)格機(jī)制，文獻(xiàn)［12］—文獻(xiàn)［15］提出了對(duì)抽水蓄能電站補(bǔ)償與運(yùn)行效率的評(píng)價(jià)方法，文獻(xiàn)［16］—文獻(xiàn)［19］研究了抽水蓄能電站參與市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)模型。但是，現(xiàn)有文獻(xiàn)均沒(méi)有提出合適的市場(chǎng)交易機(jī)制引導(dǎo)市場(chǎng)成員積極承擔(dān)抽水蓄能電站的容量電費(fèi)，并有效抑制發(fā)電廠通過(guò)串謀消極競(jìng)價(jià)，以及利用市場(chǎng)力操縱市場(chǎng)等擾亂市場(chǎng)秩序的不良行為。在電力市場(chǎng)建設(shè)初期，為有效規(guī)范各市場(chǎng)成員參與市場(chǎng)交易的競(jìng)價(jià)行為，本文提出了市場(chǎng)成員參與抽水蓄能市場(chǎng)報(bào)量且報(bào)價(jià)的交易機(jī)制。

為充分保障抽水蓄能電站的綜合效益，以及發(fā)電廠參與市場(chǎng)競(jìng)價(jià)的公平競(jìng)爭(zhēng)性原則，本文首先依據(jù)政策文件要求，核定了發(fā)電廠需要通過(guò)參與集中競(jìng)價(jià)交易承擔(dān)的抽水蓄能電站容量電費(fèi)額度。各發(fā)電廠自愿申報(bào)交易電量與價(jià)格，抽水蓄能市場(chǎng)基于按報(bào)價(jià)結(jié)算的出清機(jī)制，以發(fā)電廠的申報(bào)電價(jià)為基礎(chǔ)，考慮對(duì)積極參與交易電廠的獎(jiǎng)勵(lì)額度，以及對(duì)消極交易、串謀交易和利用市場(chǎng)力操縱市場(chǎng)的懲罰項(xiàng)，綜合確定出最終的市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站容量電費(fèi)的收取與分?jǐn)?，以?jiǎng)懲因子對(duì)市場(chǎng)秩序進(jìn)行有效約束，并結(jié)合具體算例驗(yàn)證了交易機(jī)制的有效性。

1 國(guó)內(nèi)抽水蓄能電量交易的實(shí)施現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)各地區(qū)根據(jù)政策文件要求，積極展開(kāi)了抽水蓄能電量的招標(biāo)工作，以安徽省和江蘇省宜興市為例，2個(gè)地區(qū)均采用了報(bào)量不報(bào)價(jià)的模式進(jìn)行交易。但是，在報(bào)量不報(bào)價(jià)的交易模式下，各電廠申報(bào)的電價(jià)是固定的，缺乏價(jià)格導(dǎo)向與激勵(lì)的交易機(jī)制，不利于市場(chǎng)成員參與市場(chǎng)的積極性。

2個(gè)地區(qū)的抽水蓄能市場(chǎng)交易模式具體如表1所示，當(dāng)各交易單元申報(bào)電量總和大于市場(chǎng)招標(biāo)交易電量時(shí)，安徽省抽水蓄能市場(chǎng)按照招標(biāo)交易電量和交易申報(bào)電量占比來(lái)確定最終的出清價(jià)格，而江蘇宜興市按照全部申報(bào)電廠裝機(jī)容量的比例進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

表1 安徽和江蘇宜興抽水蓄能市場(chǎng)交易模式

2 抽水蓄能市場(chǎng)交易機(jī)制設(shè)計(jì)

2.1 總體思路

為合理有效地分?jǐn)偝樗钅茈娬镜娜萘侩娰M(fèi)，本文設(shè)計(jì)了發(fā)電廠參與的抽水蓄能電量集中競(jìng)價(jià)交易機(jī)制。發(fā)電企業(yè)按照自愿參與的原則，對(duì)抽水蓄能電量開(kāi)展競(jìng)價(jià)交易，以市場(chǎng)化方式承擔(dān)抽水蓄能電站的容量電費(fèi)。

交易中心由抽水蓄能總?cè)萘侩娰M(fèi)和發(fā)電廠應(yīng)承擔(dān)比例，計(jì)算發(fā)電廠分?jǐn)偟目側(cè)萘侩娰M(fèi)額度，且根據(jù)當(dāng)時(shí)的上網(wǎng)電價(jià)水平，確定參與市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)電量，及時(shí)發(fā)布確定的集中競(jìng)價(jià)交易電量、市場(chǎng)成員、申報(bào)電量上下限、申報(bào)電價(jià)上下限、交易周期、交易流程和時(shí)間等。各市場(chǎng)成員根據(jù)平等參與、自愿申報(bào)、嚴(yán)守規(guī)則、合作共贏的原則參與交易。

在抽水電量進(jìn)行集中交易時(shí)，市場(chǎng)以集中申報(bào)和單邊競(jìng)價(jià)的方式進(jìn)行，各市場(chǎng)成員在核定范圍內(nèi)申報(bào)電量和電價(jià)，超出范圍的申報(bào)信息視為無(wú)效，不得參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。交易中心根據(jù)市場(chǎng)成員的申報(bào)信息，按照價(jià)格優(yōu)先、節(jié)能減排優(yōu)先的原則，對(duì)市場(chǎng)各發(fā)電廠進(jìn)行排序，依次出清機(jī)組，直至成交電量之和達(dá)到交易電量的設(shè)定值。抽水蓄能市場(chǎng)的出清價(jià)格是在原申報(bào)電價(jià)的基礎(chǔ)上，疊加了對(duì)積極承擔(dān)抽水蓄能電站容量電費(fèi)的獎(jiǎng)勵(lì)，以及對(duì)消極競(jìng)價(jià)和以市場(chǎng)力操縱市場(chǎng)行為的懲罰，具體流程如圖1所示。

圖1 交易流程圖

2.2 準(zhǔn)入機(jī)制

為明確參與抽水蓄能市場(chǎng)的交易主體，首先根據(jù)國(guó)家發(fā)改委印發(fā)的《關(guān)于抽水蓄能電站建設(shè)管理有關(guān)問(wèn)題的通知》（發(fā)改能源［2004］71號(hào)）文件以及《關(guān)于完善抽水蓄能電站價(jià)格形成機(jī)制有關(guān)問(wèn)題的通知》（發(fā)改價(jià)格［2014］1 763號(hào)）文件要求，對(duì)發(fā)電廠的準(zhǔn)入條件做出規(guī)定：

（1）符合國(guó)家基本建設(shè)審批程序并取得發(fā)電業(yè)務(wù)許可證的發(fā)電企業(yè)；

（2）正常投運(yùn)環(huán)保設(shè)施，并且符合國(guó)家和地方環(huán)保要求的發(fā)電企業(yè)；

（3）具有獨(dú)立法人資格、財(cái)務(wù)獨(dú)立核算，能夠獨(dú)立承擔(dān)民事責(zé)任，或經(jīng)法人單位授權(quán)可內(nèi)部核算的發(fā)電企業(yè)［3—4］。

在市場(chǎng)化推進(jìn)實(shí)施進(jìn)程中，市場(chǎng)的準(zhǔn)入條件應(yīng)逐步從緊。參與交易的市場(chǎng)成員可限定為市內(nèi)部分公用燃煤發(fā)電企業(yè)，首先考慮因電網(wǎng)安全和供熱需求參與交易的公用燃煤發(fā)電企業(yè)，其次考慮擁有60萬(wàn)kW及以上超臨界商運(yùn)燃煤機(jī)組的公用燃煤發(fā)電企業(yè)，待市場(chǎng)成熟后，視市場(chǎng)交易開(kāi)展情況和市場(chǎng)成員集體意愿，可逐步納入擁有60萬(wàn)kW及以上超臨界商運(yùn)燃煤機(jī)組的區(qū)外發(fā)電企業(yè)等。

交易中心與能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)以此核定市場(chǎng)準(zhǔn)入條件，確定參與抽水電量集中競(jìng)價(jià)交易的市場(chǎng)成員，且各市場(chǎng)成員均以單一發(fā)電企業(yè)作為申報(bào)單位。

2.3 申報(bào)限額

各市場(chǎng)成員的申報(bào)電量與價(jià)格必須處于各自核定的范圍內(nèi)，否則視為無(wú)效申報(bào)。

（1）申報(bào)電量限額

市場(chǎng)成員的申報(bào)電量上限以該電廠的發(fā)電上網(wǎng)水平按比例分配，且為鼓勵(lì)機(jī)組積極進(jìn)行性能改造和節(jié)能減排工作，基于各臺(tái)機(jī)組上一年的煤耗情況，對(duì)其參與市場(chǎng)的申報(bào)電量上限進(jìn)行調(diào)整，表示為

式中：Q為抽水蓄能市場(chǎng)的集中競(jìng)價(jià)交易電量；K為申報(bào)電量的市場(chǎng)整體放大系數(shù)，由交易中心確定，數(shù)值范圍設(shè)為［2,3］；Si為電廠i的申報(bào)電量上限；Ri為上一年電廠i的實(shí)際上網(wǎng)電量占所有市場(chǎng)成員總上網(wǎng)電量的比例；Ei為電廠i的煤耗和環(huán)保獎(jiǎng)勵(lì)因子，由交易中心根據(jù)電廠i實(shí)際的供電煤耗和環(huán)保排放加權(quán)確定。

各市場(chǎng)成員的申報(bào)電量下限均設(shè)置為0。

（2）申報(bào)價(jià)格限額

各市場(chǎng)成員的申報(bào)電價(jià)上限設(shè)為政府批復(fù)上網(wǎng)電價(jià)（含稅，不含環(huán)保電價(jià)及政府其它附加電價(jià)），申報(bào)電價(jià)下限設(shè)為0。

2.4 出清機(jī)制

交易中心對(duì)市場(chǎng)參與者的申報(bào)信息進(jìn)行校核，若出現(xiàn)缺失或者超出申報(bào)限額的情況，則視為無(wú)效申報(bào)，將該發(fā)電廠從交易序列中剔除。

抽水蓄能市場(chǎng)對(duì)有效的申報(bào)信息進(jìn)行排序，優(yōu)先級(jí)由強(qiáng)至弱分別為機(jī)組的申報(bào)價(jià)格、容量等級(jí)、裝機(jī)容量水平以及燃煤排放和環(huán)保獎(jiǎng)勵(lì)。按照市場(chǎng)成員的排序情況依次成交電量，直至出清電量之和等于市場(chǎng)的集中競(jìng)價(jià)交易電量，或者各市場(chǎng)成員的申報(bào)電量已經(jīng)全部出清。

由于現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)建設(shè)尚未成熟，市場(chǎng)機(jī)制可以通過(guò)一些獎(jiǎng)勵(lì)與懲罰手段來(lái)引導(dǎo)市場(chǎng)成員的投標(biāo)競(jìng)價(jià)行為。為鼓勵(lì)各發(fā)電廠積極承擔(dān)抽水蓄能電站的容量電費(fèi)，盡量避免抽水蓄能市場(chǎng)中參與主體的串謀競(jìng)價(jià)和以市場(chǎng)力操縱市場(chǎng)的消極行為，本文在市場(chǎng)機(jī)制中分別設(shè)置了獎(jiǎng)勵(lì)因子與消極競(jìng)價(jià)懲罰因子、市場(chǎng)力懲罰因子，充分顯示出不同報(bào)價(jià)策略的出清差異性，維持市場(chǎng)秩序與競(jìng)爭(zhēng)公平性。

2.4.1 獎(jiǎng)勵(lì)因子

抽水蓄能市場(chǎng)中設(shè)置的獎(jiǎng)勵(lì)因子目的在于對(duì)抽水蓄能電站容量電費(fèi)貢獻(xiàn)率較大的發(fā)電廠給予補(bǔ)償，因此，首先應(yīng)該對(duì)各電廠提供不同報(bào)價(jià)信息時(shí)，所對(duì)應(yīng)支付的容量費(fèi)用進(jìn)行定義，其應(yīng)該與市場(chǎng)成員的申報(bào)電量與價(jià)格相關(guān)，表示為

式中：Ci為電廠i申報(bào)信息所對(duì)應(yīng)承擔(dān)的抽水蓄能電站容量電費(fèi)；Pr為政府批復(fù)上網(wǎng)電價(jià)；Pi和Qi分別為電廠i參與市場(chǎng)的申報(bào)價(jià)格與申報(bào)電量。由于發(fā)電廠承擔(dān)的抽水蓄能電站與其實(shí)際上網(wǎng)電量有關(guān)，因此設(shè)置了變量Wi表示電廠i上一年總上網(wǎng)電量占總發(fā)電量的比例。

根據(jù)公式（2）可得，當(dāng)變量Wi值均為1時(shí)，市場(chǎng)出清后所有中標(biāo)電廠實(shí)際承擔(dān)的抽水蓄能電站容量電費(fèi)如圖2中陰影部分所示。

圖2 市場(chǎng)承擔(dān)抽水蓄能電站容量電費(fèi)示意圖

由圖2可知，發(fā)電廠對(duì)于抽水蓄能電站的成本回收貢獻(xiàn)與其承擔(dān)的容量電費(fèi)有關(guān)，具體和申報(bào)電量Qi與上網(wǎng)電量占比Wi的乘積大小以及申報(bào)價(jià)格Pi有關(guān)，即前者越大后者越小時(shí)，其承擔(dān)的抽水蓄能電站容量費(fèi)用越多，給予該電廠的獎(jiǎng)勵(lì)額度應(yīng)該越多，獎(jiǎng)勵(lì)因子表示為

式中：Ri為電廠i在抽水蓄能市場(chǎng)中獲得的獎(jiǎng)勵(lì)額度；Csum為抽水蓄能電站總?cè)萘侩娰M(fèi)按照文件要求以25%比例分配時(shí)，由所有發(fā)電廠承擔(dān)的份額。

2.4.2 消極競(jìng)價(jià)懲罰因子

由于各市場(chǎng)成員的申報(bào)信息不可控制，因此，抽水蓄能電站容量電費(fèi)的足額收取往往無(wú)法保證，為盡量使得抽水蓄能電站提供服務(wù)的成本充分回收，市場(chǎng)結(jié)合容量電費(fèi)的缺額情況，對(duì)市場(chǎng)成員進(jìn)行相應(yīng)懲罰，將容量電費(fèi)的缺額占比定義為

式中：Loss為抽水蓄能市場(chǎng)收取容量電費(fèi)的缺額比值。

為充分鼓勵(lì)市場(chǎng)各發(fā)電廠以較大電量申報(bào)參與市場(chǎng)競(jìng)價(jià)，將未按照電量上限足額申報(bào)的電廠視為消極競(jìng)價(jià)并進(jìn)行懲罰，消極競(jìng)價(jià)懲罰因子表示為

2.4.3 市場(chǎng)力懲罰因子

為避免抽水蓄能市場(chǎng)中出現(xiàn)以市場(chǎng)力操縱市場(chǎng)出清結(jié)果的不公平現(xiàn)象，設(shè)置了市場(chǎng)力懲罰因子，即主要考慮了各市場(chǎng)成員的申報(bào)價(jià)格較為接近，和以貼近政府批復(fù)電價(jià)的價(jià)格申報(bào)，從而減少自身容量電費(fèi)承擔(dān)比重這2種投機(jī)行為，市場(chǎng)力懲罰因子表示為

綜合式（2）—式（6）對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)因子、消極競(jìng)價(jià)懲罰因子以及市場(chǎng)力懲罰因子的設(shè)計(jì)，得出了抽水蓄能市場(chǎng)的出清機(jī)制，表示為

3 交易出清算例分析

3.1 市場(chǎng)成員參數(shù)設(shè)置

以某市7家電廠參與抽水蓄能集中競(jìng)價(jià)交易市場(chǎng)為例，根據(jù)第2節(jié)提出的交易機(jī)制進(jìn)行算例分析，驗(yàn)證了市場(chǎng)化交易方式對(duì)保障抽水蓄能電站綜合效益的有效性，各電廠相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 電廠參數(shù)表

根據(jù)該市抽水蓄能電站需要回收的容量電費(fèi)總額和發(fā)電廠承擔(dān)比例25%，得出發(fā)電廠所需承擔(dān)的容量電費(fèi)份額為1.8億元，結(jié)合上網(wǎng)電價(jià)水平計(jì)算得參與市場(chǎng)集中競(jìng)價(jià)的總電量為33億kWh。交易中心將式（1）中的申報(bào)電量放大系數(shù)K設(shè)為2，將式（6）中的偏移電價(jià)基數(shù)Foff設(shè)為10。

3.2 接近批復(fù)電價(jià)申報(bào)

為驗(yàn)證抽水蓄能市場(chǎng)中的交易機(jī)制能夠?qū)ο麡O競(jìng)價(jià)現(xiàn)象給予一定的懲罰，假設(shè)各電廠均按接近批復(fù)電價(jià)0.41元/kWh的價(jià)格進(jìn)行申報(bào)，且發(fā)電廠以最大限額電量參與市場(chǎng)，抽水蓄能市場(chǎng)的出清結(jié)果如表3所示。

表3 接近批復(fù)電價(jià)申報(bào)的市場(chǎng)出清結(jié)果

由表3可知，由于市場(chǎng)成員均以接近批復(fù)電價(jià)的價(jià)格進(jìn)行申報(bào)，且報(bào)價(jià)較為接近，根據(jù)式（4）可得此時(shí)容量電費(fèi)的缺額占比較大為0.696 4，導(dǎo)致式（5）中消極競(jìng)價(jià)懲罰因子的計(jì)算值較大。此外，市場(chǎng)力懲罰因子即是對(duì)市場(chǎng)成員未差別報(bào)價(jià)，且在申報(bào)電價(jià)限額范圍內(nèi)普遍以較高水平報(bào)價(jià)行為的懲罰，因此，基于消極競(jìng)價(jià)和以市場(chǎng)力操控市場(chǎng)兩部分的懲罰額度，對(duì)比中標(biāo)電廠成交出清價(jià)格和申報(bào)價(jià)格可得，其均受到了市場(chǎng)懲罰。

3.3 市場(chǎng)成員串謀交易

為模擬抽水蓄能市場(chǎng)中各發(fā)電廠進(jìn)行串謀，假設(shè)所有市場(chǎng)成員在申報(bào)電價(jià)范圍內(nèi)差別報(bào)價(jià)，且最終均能成功中標(biāo)，出清結(jié)果如表4所示。

表4 市場(chǎng)成員串謀交易的市場(chǎng)出清結(jié)果

由表4可知，雖然抽水蓄能市場(chǎng)中各發(fā)電廠差別報(bào)價(jià)，但是其申報(bào)電量水平較低，仍然視為消極競(jìng)價(jià)行為。根據(jù)式（5）可得，市場(chǎng)成員未以足額水平申報(bào)電量時(shí)，交易機(jī)制中的消極競(jìng)價(jià)懲罰因子會(huì)對(duì)市場(chǎng)中所有成員以及該成員進(jìn)行不同額度的懲罰，因此，對(duì)比表4中各成員的出清電價(jià)與申報(bào)電價(jià)，分析得出未足量申報(bào)的市場(chǎng)成員已受到懲罰。

3.4 容量電費(fèi)剛好回收

為研究抽水蓄能市場(chǎng)剛好回收1.8億元的容量電費(fèi)情況，假設(shè)此算例中各市場(chǎng)成員在申報(bào)電價(jià)范圍內(nèi)差別報(bào)價(jià)，并以最大量水平申報(bào)電量，結(jié)合遺傳算法求得市場(chǎng)出清結(jié)果如表5所示。

表5 容量電費(fèi)剛好回收的市場(chǎng)出清結(jié)果

由表5可知，市場(chǎng)中標(biāo)電廠中電廠5由于積極承擔(dān)抽水蓄能電站的容量費(fèi)用，市場(chǎng)給予了一定的獎(jiǎng)勵(lì)額度。

3.5 容量電費(fèi)最低回收

為研究抽水蓄能電站容量費(fèi)用的回收最低情況，結(jié)合遺傳算法求取所有市場(chǎng)成員的報(bào)價(jià)信息，此時(shí)市場(chǎng)出清結(jié)果如表6所示。

表6 容量電費(fèi)最低回收的市場(chǎng)出清結(jié)果

由表6可知，最少回收的抽水蓄能電站容量電費(fèi)為1.560 7億元，低于發(fā)電廠應(yīng)該承擔(dān)的1.8億元水平，容量電費(fèi)的回收水平可由不同地區(qū)根據(jù)期望值自行調(diào)節(jié)。

3.6 抽水蓄能市場(chǎng)的三段式報(bào)價(jià)

在抽水蓄能市場(chǎng)開(kāi)始初期，由于市場(chǎng)成員缺乏競(jìng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)，其可能無(wú)法成功中標(biāo)影響收益，為降低市場(chǎng)競(jìng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)，可考慮將市場(chǎng)分三段進(jìn)行報(bào)價(jià)。每一段市場(chǎng)成員的申報(bào)電量上限值變?yōu)樵瓉?lái)的三分之一，總出清電量仍為33億kWh，三段式市場(chǎng)的申報(bào)價(jià)格呈遞增趨勢(shì)，如表7所示，最后市場(chǎng)統(tǒng)一進(jìn)行出清，交易機(jī)制與第2節(jié)相同。

表7 三段式市場(chǎng)中各發(fā)電廠的申報(bào)價(jià)格上限元/kWh

結(jié)合遺傳算法，研究三段式市場(chǎng)下抽水蓄能電站容量費(fèi)用的回收最低情況，市場(chǎng)出清結(jié)果如表8所示。

由表8可知，抽水蓄能市場(chǎng)分三段式報(bào)價(jià)后，可以有效降低市場(chǎng)交易不中標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，7家電廠僅1家未中標(biāo)，較一段式報(bào)價(jià)模式下的中標(biāo)電廠數(shù)量明顯增加，且最低回收的抽水蓄能電站容量電費(fèi)為1.833 4億元，超過(guò)發(fā)電廠應(yīng)該承擔(dān)的1.8億元水平，因此，三段式報(bào)價(jià)可以作為抽水蓄能市場(chǎng)建設(shè)初期的交易模式。

4 結(jié)論

為提高電力行業(yè)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，國(guó)內(nèi)正逐步推進(jìn)電力體制改革，其中，有效的電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)機(jī)制設(shè)計(jì)對(duì)于電力市場(chǎng)化的發(fā)展至關(guān)重要。抽水蓄能作為保障系統(tǒng)電力供需平衡和調(diào)峰調(diào)頻的關(guān)鍵資源，其容量費(fèi)用的回收對(duì)于發(fā)揮抽水蓄能電站的綜合效益影響較大。為實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電量交易的市場(chǎng)化和常態(tài)化開(kāi)展，本文研究了考慮獎(jiǎng)懲的抽水蓄能市場(chǎng)集中競(jìng)價(jià)交易機(jī)制。

表8 三段式報(bào)價(jià)容量電費(fèi)最低回收的市場(chǎng)出清結(jié)果

本文首先結(jié)合已有的抽水蓄能市場(chǎng)交易機(jī)制，分析了報(bào)量且報(bào)價(jià)模式的合理性，且為鼓勵(lì)各發(fā)電廠積極承擔(dān)容量電費(fèi)，盡量避免串謀與利用市場(chǎng)力操控市場(chǎng)從而擾亂市場(chǎng)秩序的行為，建立了計(jì)及獎(jiǎng)勵(lì)因子和懲罰因子的抽水蓄能市場(chǎng)出清機(jī)制，并設(shè)計(jì)了某市七家電廠參與抽水蓄能競(jìng)價(jià)的場(chǎng)景，通過(guò)對(duì)存在消極競(jìng)價(jià)情況的市場(chǎng)模擬，驗(yàn)證了獎(jiǎng)懲機(jī)制的有效性；依據(jù)遺傳算法計(jì)算了一段式報(bào)價(jià)時(shí)，最少回收的抽水蓄能電站容量電費(fèi)為1.560 7億元，低于發(fā)電廠應(yīng)該承擔(dān)的1.8億元水平；最后，設(shè)計(jì)了抽水蓄能市場(chǎng)三段式報(bào)價(jià)，得出該模式可以有效降低市場(chǎng)交易不中標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，且此時(shí)最低回收的容量費(fèi)用為1.833 4億元，相較一段式報(bào)價(jià)更優(yōu)。

［1］ 中共中央，國(guó)務(wù)院.關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)［Z/OL］.（2015-03-22）［2017-04-27］.http://www.ne21.com/news/show-64828.html.

［2］ 國(guó)家發(fā)改委，國(guó)家能源局.關(guān)于推進(jìn)電力市場(chǎng)建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)［Z/OL］.（2015-11-26）［2017-04-27］.http://www.ndrc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/201511/t20151130_760016.html.

［3］ 國(guó)家發(fā)改委.關(guān)于抽水蓄能電站建設(shè)管理有關(guān)問(wèn)題的通知［Z/OL］.（2004-01-12）［2017-04-27］.http://www.ndrc.gov.cn/zcfb/zcfbtz/200808/t20080801_229287.html.

［4］ 國(guó)家發(fā)改委.關(guān)于完善抽水蓄能電站價(jià)格形成機(jī)制有關(guān)問(wèn)題的通知［Z/OL］.（2014-07-31）［2017-04-27］.http://jgs.ndrc.gov.cn/zcfg/201408/t20140812_622012.html.

［5］ 徐得淺.抽水蓄能電站電價(jià)制定方法與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式研究［D］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2015.

［6］ 程芳.抽水蓄能電站旋轉(zhuǎn)備用容量電價(jià)研究［D］.南京：河海大學(xué)，2003.

［7］ 馬建勝.抽水蓄能電站離市場(chǎng)化還有多遠(yuǎn)［J］.廣西電業(yè)，2015（7）:87.

［8］ 唐瑱，高蘇杰，鄭愛(ài)民.國(guó)外抽水蓄能電站的運(yùn)營(yíng)模式和電價(jià)機(jī)制［J］.中國(guó)電力，2007（9）:15-18.

［9］ John P Barton,David G Infield.Energy Storage and Its Use With Intermittent Renewable Energy［J］.IEEE Trans.on Energy Conversion,2004,19（2）:441-448.

［10］ Pickard W F.The History,Present Stand Future Prospects of Underground Pumped Hydrofor Massive EnergyStorage［J］.IEEEJournals&Magazines，2012，100（2）:473-83.

［11］ J P Deane,BPó Gallachóir,E J Mckeogh.Technoeconomic review of existing and new pumped hydro energy storage plant［J］.Renewable&Sustainable Energy Reviews,2010,14（4）:1 293-1 302.

［12］ 蘇璟.抽水蓄能電站功能效益及其電價(jià)補(bǔ)償機(jī)制研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2009.

［13］ 王昊婧.新形勢(shì)下我國(guó)抽水蓄能電站運(yùn)營(yíng)效益評(píng)價(jià)方法研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2016.

［14］ 崔繼純.抽水蓄能電站效益評(píng)估及規(guī)劃方法研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2009.

［15］ 方軍，牛東曉，黃元生.抽水蓄能電站動(dòng)態(tài)效益的期權(quán)評(píng)價(jià)模型［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（16）:38-41.

［16］ 鄭新才，曹海軍，馬保軍.考慮抽水蓄能電站的電力市場(chǎng)分段競(jìng)價(jià)算法［J］.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2010，22（2）:140-144.

［17］ 陳靜君.考慮抽水蓄能的電力市場(chǎng)分段競(jìng)價(jià)算法［D］.天津：天津大學(xué)，2008.

［18］ 楊建林，嚴(yán)正.考慮抽水蓄能電站的電力市場(chǎng)均衡模型［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（15）:21-25.

［19］ 趙增海，張丹慶，韓益民，等.抽水蓄能電站電價(jià)形成機(jī)制研究［J］.水力發(fā)電，2016，42（2）:94-97.

Research on centralized bidding mechanisms for pumped storage capacity

ZHONG Hua1,YING Zhi-wei1,LV Zheng-yu2,YANG Jian-lin2,HUANG Yu-peng2,DONG Li3
（1.Shanghai Electric Power Trading Center Co.,Ltd.,Shanghai 200122,China;2.State Grid Shanghai Electric Power Company,Shanghai 200122,China;3.Jiangsu Provincial Key Laboratory of Smart Grid Technology&Equipment,Southeast University,Nanjing 210096,China）

With the gradual development of the electricity industry reform in China,marketization has become an important way to improve the operating efficiency in the power system.In order to ensure the comprehensive benefit of pumped storage power station,this paper studies the centralized bidding model in the pumped storage market.Based on the comparison between the trading mechanisms in Anhui province and Yixing city in Jiangsu province,the shortage of the mode declaring electricity without price is analyzed.Besides,the participants and access conditions of pumped storage market are defined.Considering the encouragement of power plants actively affording the capacity costs,as well as the punishment of collusion and using market force to manipulate the market,the centralized bidding model of pumped storage station is established.Finally,it takes seven power plants as an example to simulate the market operation.The effectiveness of the clearing model and the reward and punishment mechanism is verified,which can guide the market members in the early stage of market construction.

electricity industry reform;pumped storage market;centralized bidding transaction;capacity cost;clearing model;reward and punishment mechanism

10.3969/j.issn.1009-1831.2017.05.001

F407.61；TK02

A

2017-04-27；

2017-06-06

鐘樺（1977），男，湖南懷化人，大學(xué)本科，工程師，主要從事電力市場(chǎng)、電網(wǎng)運(yùn)行工作；應(yīng)志瑋（1968），女，上海人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、電力市場(chǎng)工作；呂征宇（1971），男，上海人，工學(xué)學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)通信自動(dòng)化規(guī)劃設(shè)計(jì)工作；楊建林（1980），男，山西太原人，博士，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、電力市場(chǎng)工作；黃宇鵬（1989），男，江蘇徐州人，碩士，工程師，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、電力市場(chǎng)工作；董力（1993），女，江蘇揚(yáng)州人，碩士研究生，主要從事電力市場(chǎng)工作。