電力市場(chǎng)中能量定價(jià)和輸配電定價(jià)之間的協(xié)調(diào)

陳瑋 荊朝霞 丁軍策 謝文錦 季天瑤

摘 要：國(guó)際上不同的國(guó)家采用不同的能量市場(chǎng)的定價(jià)體系有很多方面的原因，其中輸配電領(lǐng)域的管制、定價(jià)、權(quán)利分配的不同是很重要的一個(gè)方面。電力市場(chǎng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)體系，不同的環(huán)節(jié)之間要協(xié)調(diào)、一致，其中能量市場(chǎng)和輸配電服務(wù)市場(chǎng)的協(xié)調(diào)就是最重要的一個(gè)方面。本文結(jié)合一些典型國(guó)際電力市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)電力市場(chǎng)中能量定價(jià)和輸配電定價(jià)之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：電力市場(chǎng);輸電定價(jià);能量市場(chǎng);阻塞管理;市場(chǎng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM721 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）03-0164-03

1 輸電服務(wù)定價(jià)概述

合理的輸電服務(wù)定價(jià)是電力市場(chǎng)公平競(jìng)爭(zhēng)的前提。由于電網(wǎng)存在規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，即使在引入競(jìng)爭(zhēng)的電力市場(chǎng)中，電網(wǎng)一般仍保持壟斷?？紤]到其壟斷性，輸電定價(jià)需要受到政府較為嚴(yán)格的管制。輸電定價(jià)的管制包括兩個(gè)方面：準(zhǔn)許收入的核定和價(jià)格結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)許收入是指電網(wǎng)公司在監(jiān)管周期內(nèi)應(yīng)獲得的總收入，需要根據(jù)電網(wǎng)的成本和企業(yè)績(jī)效來(lái)確定。價(jià)格結(jié)構(gòu)是指總準(zhǔn)許收入在不同電網(wǎng)用戶(hù)之間的分?jǐn)?，需要根?jù)用戶(hù)對(duì)電網(wǎng)的使用程度和。本文重點(diǎn)討論成本分?jǐn)偟膯?wèn)題。

輸電定價(jià)的方法需要考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）保證電網(wǎng)成本的回收或總準(zhǔn)許收入。（2）能有效引導(dǎo)電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。（3）對(duì)不同的電網(wǎng)用戶(hù)的公平。

第一點(diǎn)要求比較容易理解和實(shí)現(xiàn)。第二點(diǎn)是效率，要求輸電價(jià)格能夠正確的反映相關(guān)的經(jīng)濟(jì)信息，激勵(lì)電網(wǎng)用戶(hù)（發(fā)電和負(fù)荷）通過(guò)合理的選址和制定運(yùn)行策略來(lái)促進(jìn)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)。第三點(diǎn)是公平，相對(duì)比較復(fù)雜。首先，什么叫公平？一般來(lái)說(shuō)，需要考慮以下因素。

（1）電力市場(chǎng)初期，考慮歷史的情況和擱置成本。在電力市場(chǎng)改革以前，電力系統(tǒng)的規(guī)劃、運(yùn)行都受到相關(guān)政府部門(mén)的嚴(yán)格管制。電網(wǎng)的建設(shè)、電源的建設(shè)都是一種社會(huì)化的計(jì)劃行為，相關(guān)的價(jià)格機(jī)制會(huì)保證電網(wǎng)、電源的收入。對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，電是一種公共品，價(jià)格是比較固定的，不會(huì)太多隨時(shí)間、位置的變化而變化。電力市場(chǎng)以后，電廠的發(fā)電量、上網(wǎng)電價(jià)由市場(chǎng)決定，用戶(hù)的購(gòu)電價(jià)格也由市場(chǎng)決定。這樣，一些電廠、用戶(hù)的利益會(huì)產(chǎn)生一定變化。比如，如果現(xiàn)貨市場(chǎng)采用節(jié)點(diǎn)定價(jià)機(jī)制，一些區(qū)域的電廠的電價(jià)可能會(huì)下降，一些區(qū)域的電廠的電價(jià)可能會(huì)上升。市場(chǎng)改革初期，需要考慮這些問(wèn)題的處理方式。這也可以說(shuō)是擱置成本問(wèn)題：由于市場(chǎng)化改革，導(dǎo)致以前機(jī)制下可以回收的成本無(wú)法回收，這部分成本就是擱置成本。如果在電力市場(chǎng)改革的時(shí)候沒(méi)有考慮這些問(wèn)題，可能會(huì)造成一些公平方面的問(wèn)題。（2）支付的輸電價(jià)格與其對(duì)電網(wǎng)的影響及獲得的權(quán)利相匹配。產(chǎn)品的定價(jià)一般考慮兩個(gè)方面：生產(chǎn)者的成本和消費(fèi)者的效益。價(jià)格只要處于兩者之間就是合適的。對(duì)管制性服務(wù)或產(chǎn)品，不同消費(fèi)者承擔(dān)的費(fèi)用應(yīng)該與其造成的成本或其獲得的效益正相關(guān)，否則也是一種不公平。對(duì)于輸電服務(wù)來(lái)說(shuō)，輸電價(jià)格的水平應(yīng)該與電網(wǎng)用戶(hù)獲得的相關(guān)權(quán)利有關(guān)：繳納了更高的價(jià)格，應(yīng)該有更多的權(quán)利。電力市場(chǎng)中輸電定價(jià)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，如何定義輸電的權(quán)利？不同國(guó)家有不同的處理方法。

2 能量市場(chǎng)定價(jià)概述

能量市場(chǎng)的定價(jià)需要考慮多個(gè)方面的問(wèn)題，包括啟停成本的處理、容量成本的處理、阻塞成本的處理等。這里主要從阻塞管理的角度對(duì)能量市場(chǎng)的定價(jià)進(jìn)行討論。

如果電網(wǎng)容量不受限制，也就是說(shuō)沒(méi)有阻塞的發(fā)生，同時(shí)不考慮網(wǎng)損，則全系統(tǒng)（不同節(jié)點(diǎn)、不同區(qū)域）的能量?jī)r(jià)格是相同的，沒(méi)有阻塞成本。如果系統(tǒng)發(fā)生了阻塞，則需要重新進(jìn)行發(fā)電調(diào)度，成本（報(bào)價(jià)）高的電廠增加出力，成本（報(bào)價(jià)）低的電廠減小出力。這樣，不同地區(qū)（節(jié)點(diǎn)）增加負(fù)荷的邊際成本將發(fā)生變化，按照邊際成本理論的區(qū)域（節(jié)點(diǎn)）價(jià)格也將發(fā)生變化，進(jìn)而對(duì)不同區(qū)域（節(jié)點(diǎn)）的電廠和用戶(hù)的利益造成影響。

發(fā)生阻塞后，需要進(jìn)行以下兩項(xiàng)工作：1.阻塞調(diào)度;2.阻塞成本的分?jǐn)?。不同的阻塞管理方法的區(qū)別也主要在這兩個(gè)方面。

2.1 阻塞調(diào)度

2.1.1 事前阻塞管理

考慮網(wǎng)絡(luò)約束的調(diào)度方法有兩大類(lèi)：事前阻塞管理和事后阻塞管理。事前阻塞管理中，在調(diào)度、出清的模型中就考慮各種網(wǎng)絡(luò)約束，保證市場(chǎng)出清的結(jié)果是可行的，不需要另行處理。這種情況下，不同的區(qū)域（節(jié)點(diǎn)）會(huì)產(chǎn)生不同的能量?jī)r(jià)格。市場(chǎng)中的發(fā)電和負(fù)荷一般都按照所在區(qū)域（節(jié)點(diǎn)）的電價(jià)進(jìn)行結(jié)算。

2.1.2 事后阻塞管理

事后阻塞管理中，在進(jìn)行發(fā)電調(diào)度和能量市場(chǎng)的出清時(shí)，先不考慮網(wǎng)絡(luò)約束，即進(jìn)行一次無(wú)約束出清，將這次出清的結(jié)果作為能量市場(chǎng)定價(jià)、結(jié)算的依據(jù)。然后考慮網(wǎng)絡(luò)約束再進(jìn)行一次出清，并將考慮網(wǎng)絡(luò)約束出清的結(jié)果作為調(diào)度的依據(jù)。對(duì)于兩次調(diào)度結(jié)果的發(fā)電出力不一樣的機(jī)組，對(duì)其受影響的處理按某種方式進(jìn)行補(bǔ)償。

2.1.3 兩種方式的比較

兩種阻塞調(diào)度，如果報(bào)價(jià)相同，采用的網(wǎng)絡(luò)模型、網(wǎng)絡(luò)約束相同，則最終的調(diào)度方案是一樣的。不同的，主要是結(jié)算機(jī)制，或者說(shuō)阻塞成本的分?jǐn)倷C(jī)制。在事前阻塞管理中，發(fā)電和負(fù)荷按所在區(qū)域（節(jié)點(diǎn)）的電價(jià)結(jié)算，不同區(qū)域（節(jié)點(diǎn)）的能量?jī)r(jià)格已經(jīng)反映了不同區(qū)域（節(jié)點(diǎn)）的阻塞成本。在事后阻塞管理中，所有發(fā)電和負(fù)荷的能量?jī)r(jià)格相同（無(wú)約束出清價(jià)），阻塞成本另行規(guī)定相關(guān)的收取和分配方式。我們?cè)谙乱恍」?jié)中對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行更詳細(xì)的分析。

2.2 阻塞成本

首先來(lái)看下不同的阻塞管理機(jī)制下能量市場(chǎng)的價(jià)格的變化和相關(guān)市場(chǎng)主體的收益的變化。

2.2.1 系統(tǒng)基本情況（見(jiàn)圖1）

以簡(jiǎn)單兩節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。系統(tǒng)中具有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)A和B，節(jié)點(diǎn)之間有一條線路AB，最大輸電能力是PmaxAB。A節(jié)點(diǎn)接有發(fā)電機(jī)G1和負(fù)荷L1，B節(jié)點(diǎn)接有發(fā)電機(jī)G2和負(fù)荷L2。假設(shè)G1和G2的報(bào)價(jià)分別為c1=200元/MWh和c2=300元/MWh，機(jī)組最大出力分別為PmaxG1=280MW和PmaxG2=120MW。假設(shè)L1和L2負(fù)荷分別為PL1=170MW和PL2=100MW。系統(tǒng)按照總購(gòu)電成本最小的原則確定發(fā)電調(diào)度。

2.2.2 基本場(chǎng)景分析

考慮機(jī)組最大出力、輸電極限等不同的情況，對(duì)以下幾種場(chǎng)景進(jìn)行分析。

表1中，MCP0代表無(wú)約束出清的電價(jià)，LMPA、LMPB分別代表約束出清下A、B節(jié)點(diǎn)的電價(jià)。

以上四種場(chǎng)景中，場(chǎng)景1、2約束出清和無(wú)約束出清的結(jié)果相同，場(chǎng)景3、4下約束出清的結(jié)果發(fā)生了變化。從表中看到，約束出清下，節(jié)點(diǎn)電價(jià)有可能比無(wú)約束出清高（情景3下的節(jié)點(diǎn)B），也可能比無(wú)約束出清價(jià)低（情景4下的節(jié)點(diǎn)A）。不同的出清機(jī)制下，不同位置的發(fā)電企業(yè)的收益發(fā)生了變化?？傮w上，對(duì)于阻塞限制出力受限地區(qū)（本例的節(jié)點(diǎn)A），價(jià)格不變或降低;對(duì)阻塞限制出力增加地區(qū)（本例的節(jié)點(diǎn)B）：價(jià)格不變或升高。

2.2.3 阻塞引起的發(fā)電成本變化

阻塞成本可以從整個(gè)系統(tǒng)角度分析或者從市場(chǎng)主體角度分析。市場(chǎng)主體的阻塞成本與成本分?jǐn)偡桨赣嘘P(guān)，系統(tǒng)的阻塞成本僅與市場(chǎng)主體的報(bào)價(jià)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等有關(guān)。這里首先系統(tǒng)的阻塞成本進(jìn)行分析。

系統(tǒng)的阻塞成本，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是由于阻塞系統(tǒng)增加的發(fā)電成本。

發(fā)電成本又可以從兩個(gè)角度分析：（1）真正的發(fā)電成本;（2）購(gòu)電成本。

實(shí)際電力市場(chǎng)中，發(fā)電企業(yè)的發(fā)電報(bào)價(jià)不一定等于真實(shí)的成本。但是根據(jù)機(jī)制設(shè)計(jì)理論，設(shè)計(jì)良好的市場(chǎng)機(jī)制下，市場(chǎng)成員的最佳報(bào)價(jià)策略應(yīng)該是按真實(shí)的成本報(bào)價(jià)。這里為簡(jiǎn)化分析，假設(shè)電廠的報(bào)價(jià)為其真實(shí)的成本。Σcost表示總發(fā)電成本，Ccong表示阻塞造成的發(fā)電成本的增加。如表2所示。

Σcost，1=270*200=54000元

ΣΣcost，2=250*200+20*300=56000元

Σcost，3=230*200+40*300=58000元

Σcost，4=230*200+40*300=58000元

C1cong，3=58000-54000=400元

C1cong，4=58000-56000=200元

2.2.4 阻塞引起的總體購(gòu)電成本變化

阻塞引起的購(gòu)電成本的變化與系統(tǒng)的阻塞管理方式有關(guān)。

（1）（模式1）對(duì)無(wú)約束出清出力按無(wú)約束出清電價(jià)結(jié)算，對(duì)由于約束造成的出力變化進(jìn)行補(bǔ)償。1）按照根據(jù)報(bào)價(jià)計(jì)算的機(jī)會(huì)成本補(bǔ)償（模式1-1）;2）按照申報(bào)的上調(diào)、下調(diào)報(bào)價(jià)補(bǔ)償（模式1-2）;3）按照合同約定的價(jià)格補(bǔ)償（模式1-3）;4）按照核定的成本進(jìn)行補(bǔ)償（模式1-4）。（2）（模式2）對(duì)所有的發(fā)電和負(fù)荷按照其所在（區(qū)域）節(jié)點(diǎn)的LMP結(jié)算：1）分配輸電權(quán)給負(fù)荷，將阻塞盈余分配給輸電權(quán)所有者（模式2-1）;2）不進(jìn)行輸電權(quán)的分配，將阻塞盈余分配給所有用戶(hù)（模式2-2）;3）分配輸電權(quán)給發(fā)電，將阻塞盈余分配給輸電權(quán)所有者（模式2-3）;4）將一部分輸電權(quán)分配給發(fā)電，另外一部分分配給用戶(hù)，將阻塞盈余分配給輸電權(quán)所有者（模式2-4）。

模式1-1：這種方法對(duì)應(yīng)英國(guó)第一階段改革Pool模式。由于阻塞出力增加的部分稱(chēng)為限上，由于阻塞出力減小的部分稱(chēng)為限下。對(duì)限上部分按照?qǐng)?bào)價(jià)支付。本例中，限上就是機(jī)組2由于阻塞增發(fā)的部分，在情況3、4中分別為40MW、20MW，按其報(bào)價(jià)300支付。對(duì)限下部分按照（MCP-報(bào)價(jià)）支付（如果報(bào)價(jià)反映電廠的成本，這個(gè)差價(jià)就反映其由于阻塞損失的收益）。本例中，限下就是機(jī)組1由于阻塞減發(fā)的部分，在情況3、4中分別為40MW、20MW，分別按照（200-200）、（300-200）支付。表3中Σbuy指無(wú)阻塞下的總購(gòu)電成本，B1cong指模式1下阻塞造成的購(gòu)電成本的增加。B1cong包括三個(gè)部分：支付給限上機(jī)組的補(bǔ)償、支付給限下機(jī)組的補(bǔ)償、減少的限下機(jī)組的支出。如表3所示。

C1Gen0，3=200*270=54000元

C1Gen0，4=300*270=81000元

B1cong，3=300*40+0*40-200*40=4000元

B1cong，3=300*20+100*20-300*20=2000元

C1Gen，3=54000+4000=58000元

C1Gen，4=81000+2000=83000元

模式1-2：這種方法對(duì)應(yīng)英國(guó)的Betta和Neta模式。英國(guó)從POOL的強(qiáng)制電力庫(kù)模式到以雙邊交易為主的Betta和Neta模式，看起來(lái)發(fā)生了很大的變化，但其阻塞管理的基本理念沒(méi)有大的變化。從阻塞管理的角度的變化主要是：無(wú)約束出清后，要求市場(chǎng)成員另外申報(bào)上調(diào)、下調(diào)的報(bào)價(jià)（Offer/Bid），如果系統(tǒng)發(fā)生阻塞需要對(duì)市場(chǎng)成員的出力進(jìn)行調(diào)整，則按照其上調(diào)、下調(diào)的報(bào)價(jià)進(jìn)行補(bǔ)償。另外，無(wú)約束出清的過(guò)程從單邊的強(qiáng)制電力庫(kù)變?yōu)榱俗杂傻碾p邊交易。如果市場(chǎng)成員申報(bào)的（BId/Offer）報(bào)價(jià)與其機(jī)會(huì)成本相同，理論上結(jié)果與模式1是一樣的。

模式1-3：這種方法在英國(guó)和澳大利亞都有應(yīng)用，對(duì)一部分市場(chǎng)成員，通過(guò)事前簽訂的合同對(duì)其由于阻塞限上、限下的部分進(jìn)行補(bǔ)償。這主要是考慮到在系統(tǒng)發(fā)生阻塞的情況下，按限上、限下補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制會(huì)造成一些機(jī)組具有較大的市場(chǎng)力，通過(guò)簽訂長(zhǎng)期合同可以在一定程度上對(duì)這種市場(chǎng)力進(jìn)行限制。

模式1-4：為了進(jìn)一步限制市場(chǎng)力，可以通過(guò)政府或獨(dú)立的機(jī)構(gòu)對(duì)發(fā)電的成本進(jìn)行核定，按根據(jù)成本計(jì)算得到的機(jī)會(huì)成本進(jìn)行補(bǔ)償。

模式1下的四種模式1-1、1-2、1-3、1-4的區(qū)別主要是對(duì)幫助系統(tǒng)進(jìn)行阻塞調(diào)度的市場(chǎng)成員（阻塞服務(wù)的提供者）的補(bǔ)償方式不一樣。但其基本思路都是要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。為什么要對(duì)其補(bǔ)償？主要與相關(guān)的輸電定價(jià)方法有關(guān)：參加能量市場(chǎng)的市場(chǎng)成員已經(jīng)繳納了輸電費(fèi)，電網(wǎng)具有保障市場(chǎng)成員在電網(wǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行電力輸送的義務(wù)。如果由于電網(wǎng)的原因調(diào)整其出力（即發(fā)生了阻塞），則需要對(duì)其進(jìn)行一定的補(bǔ)償。

模式2是基于節(jié)點(diǎn)電價(jià)體系的阻塞管理，美國(guó)大多數(shù)市場(chǎng)采用這種模式。如果系統(tǒng)發(fā)生阻塞，則不同區(qū)域（節(jié)點(diǎn)）的電價(jià)不同，在發(fā)電和負(fù)荷都按照節(jié)點(diǎn)電價(jià)結(jié)算的機(jī)制下，會(huì)產(chǎn)生阻塞盈余（從用戶(hù)收取的費(fèi)用大于支付給電廠的費(fèi)用）。不同的方法主要是對(duì)阻塞盈余的分配方式不一樣。一般通過(guò)輸電權(quán)的方式分配。將阻塞盈余的收益權(quán)分配給輸電權(quán)的所有者。而輸電權(quán)的分配則主要靠考慮歷史、輸電定價(jià)等因素。如表4所示：

C2L=170*200+100*300=64000元

C2Gen=200*230+300*40=58000元

Ccong=64000-58000=6000元

2.2.5 不同模式下的阻塞成本比較（見(jiàn)表5）

可以看到，模式1和模式2下，發(fā)電調(diào)度方案一樣，總發(fā)電成本也一樣。

從整體的系統(tǒng)購(gòu)電成本CL的角度，不同的情況下有不同的結(jié)果：場(chǎng)景3下模式2的總購(gòu)電成本高于模式1，而場(chǎng)景4下的總購(gòu)電成本低于模式1。

模式1下，場(chǎng)景3和場(chǎng)景4的購(gòu)電成本有較大的差別，而模式2下，場(chǎng)景3和場(chǎng)景4的購(gòu)電成本相等。場(chǎng)景3和場(chǎng)景4的差別主要是G1的容量不同。模式2下，反映出了節(jié)點(diǎn)A發(fā)電容量的不足，給出了比較高的缺稀收益。

模式2下，產(chǎn)生了6000元的阻塞收益。如果將阻塞收益分配給負(fù)荷，則可以在一定程度上降低用戶(hù)的購(gòu)電成本。

3 結(jié)語(yǔ)

電力市場(chǎng)中，用戶(hù)獲得的電力服務(wù)是發(fā)電服務(wù)、輸電服務(wù)、配電服務(wù)等的綜合，電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)中，各個(gè)環(huán)節(jié)的定價(jià)機(jī)制也需要協(xié)調(diào)和配合，尤其是輸電價(jià)格機(jī)制和能量定價(jià)機(jī)制。本文對(duì)輸電定價(jià)和能量定價(jià)需要考慮的問(wèn)題、主要的分類(lèi)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的討論。后續(xù)文章再結(jié)合不同國(guó)家的做法進(jìn)行進(jìn)一步的探討。