電力市場環境下回收容量成本方法的電價分析

摘要：文章通過對上網電價核心問題的分析，說明在我國市場尚不完善的情況下使用的電價機制，然后提出在市場環境下的電價機制。通過簡單模擬市場得出結論：市場環境下系統運營商只需設置失負荷價值便可實現容量成本的回收。

關鍵詞：邊際出清；尖峰電價；容量成本回收

中圖分類號：F407.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）08-0016-02

1 統一邊際成本出清機制的問題

1.1 尖峰電價和容量成本的聯系

系統備用和電價之間的關系是十分緊密的，電價機制的合理與否，會直接影響到系統新增備用的容量。就像機票中含有機場建設費用一樣，對于一次投資成本巨大的行業，其定價機制應該考慮到回收固定成本投資這一核心問題。因此，一個好的電價機制應該能夠實現有效回收發電裝機容量的固定成本這一目標。

1.2 統一出清電價機制的問題

加州實行的統一邊際成本出清機制，是將各機組報價優化排序后，按滿足負荷需求的最高報價進行結算，而在一般商品市場中，都是按最低價進行交易，這是因為需要保證平穩出力而報低價的基荷機組必須回收容量成本，系統運行機構需要在其針對電量成本報價的基礎上通過統一出清電價給予基荷機組容量成本電費，統一出清價和發電商報價之間的差額即是通常所說的影子價格。這一電價設計的核心思想是針對不同機組，由于其具有不同的出力屬性，大型基荷機組一次性投資大，需要回收容量成本，在運行時要實現平穩出力，因此通過其發電報價和影子價格補足其成本回收需求，而峰荷機組一般容量較小，固定成本投資較小或已經實現回收，因此只通過其發電報價平衡成本。但是統一出清的電價體制能否實現容量成本的完全回收是個存在爭議的話題，根據以上論述，至少可以看到對于峰荷機組的容量成本，使用這一方法是不能有效回收的，因此，有學者也指出統一出清的電價機制不利于回收容量成本，而且峰荷機組的容量成本可以作為回收缺額的一個簡單衡量標準。

2 電力市場環境下的容量成本與尖峰電價問題

2.1 電力系統需求側的兩個缺陷

電力作為特殊商品的重要屬性是實時平衡不可存儲，這一物理特性決定了電力商品的邊際成本變動很快，因此導致了電力系統需求側的兩個缺陷。

①缺乏實時計量和實時結算。雖然實時計量在18世紀末就開始了，但現在還沒有哪個市場的居民用戶使用實時計量設備，而且大多數商業用戶和工業用戶對于電價的實時變動沒有反應。

②缺乏對特定用戶電能的實時控制。在電力市場中，雖然可以為了系統穩定切除負荷，但是大多數情況下不可能因為價格變動的因素從物理上強迫執行雙邊合同。

第一個缺陷導致電力商品缺乏需求彈性。而第二個缺陷妨礙市場下的雙邊合同在物理上強制執行，導致在市場環境下系統運行機構缺乏實時供電的責任感。但是，從長期看，市場的需求側要形成足夠的價格彈性，這樣可以用一個有限的價格來出清市場，從而壓低尖峰電價而無需價格上限。因此，在市場環境下，應先考慮解決這些缺陷再啟動市場，因為解決這些缺陷比解決它們引起的問題更方便、廉價。

2.2 失負荷價值和尖峰電價

在電力市場環境下，電力交易需要管制的最重要的因素之一是失負荷價值（VOLL），因為，這是用于產生合理可靠性運行水平的最低干涉價格。由于市場本身不能決定VOLL，實施VOLL需要由系統運營商決定其價格，當負荷被切除的時候，調節機構決策并設置VOLL，同時價格尖峰的持續時間被確定，這個價格將決定全部價格尖峰的峰值電價。澳大利亞和美國方面分別將VOLL定位16 000美元和10 000美元。同時，電價尖峰的峰值和年度平均值都低于VOLL是由管制政策確定的，和市場機制沒有什么聯系。

由于第二個需求側缺陷，電力市場所制定的電能價格不會高于系統調度中心的最高限價。因此這種制度的限制就決定了價格尖峰的峰值，需要注意的是，這里所說的尖峰電價是指在實時市場需要切負荷時的價格，而不是負荷高峰期的電價，這時電價會急劇上升到系統運行機構設置的失負荷價值附近，但不會超過失負荷價值，而這往往是正常電價的幾十倍。

正如前兩節所論述的那樣，價格尖峰的年平均持續時間正是受運行備用需求的限制所控制的。按照這一思路，我們可以建立合適的模型計算尖峰電價的持續時間、峰荷持續時間，從而確定系統的基荷容量和峰荷容量。這樣，就可以在競爭的電力市場環境下產生理想的容量水平，從而保證電價可以平穩回收容量成本，正確引導市場投資。下面給出一個簡單的例子。

2.3 電價劇變回收容量成本

2.3.1 供電側

首先需要說明的是供電側的上網電價機制依然是按優化排序，統一邊際出清制定，下面說明這一機制在市場環境下可以引導正確的發電容量投資。

假設市場供應側使用兩種技術提供電能，即基荷和峰荷發電技術，其中基荷發電的固定成本為12元/MW·h，可變成本為18元/MW·h；峰荷發電的固定成本為6元/MW·h，可變成本為30元/MW·h。

以這兩組數據構造篩選曲線如圖1所示，該曲線描述了發電總成本和容量因子（即平均出力除以最大容量）的函數，如果發電機出力為零，即在縱軸上的截距就是發電機組的固定成本。發電出力增加，則可變成本也隨之成比例的增加，再加上固定成本，就構成了線性遞增的篩選曲線，圖中描述的成本是在指定容量因數下的每兆瓦容量的平均每小時成本。在圖1中，可以看出哪一種發電技術是系統運行中最經濟的，篩選曲線即因此得名。如圖1所示，在前半周期內（容量因子較低時）峰值技術比較經濟，后半周期基荷技術則具有優勢，這其實說明了基荷機組更具有規模效益。

2.3.2 需求側

對于需求側，在電力市場環境下，需要知道兩類信息：負荷周期和彈性價格。圖2是某條可能的供應曲線在一個工作日內所對應的一個供求曲線，它是可以來回變化的，因為需求量可以從4 000～8 000 MW之間做線性變化，如圖2所示，負荷即使在高價時段也沒有被削減。

2.3.3 傳統管制辦法

面對這樣的市場，傳統的管制辦法是將電價水平設定為平均成本，建造足夠多的發電容量以滿足8 000 MW的峰值需求，用篩選曲線（圖1）來決定6 000 MW的負荷應是基荷需求，2 000 MW的負荷應是峰荷需求。從篩選曲線上可以發現供電形勢改變的那一點發生在半個周期的時候，從持續負荷曲線上可以看到，在這個時間內負荷為 6 000 MW。

2.3.4 引入競爭的辦法

競爭性電力市場下發電容量的解決正式依賴于短期的峰值電價帶來的利潤，因此，在長期的平衡狀態下固定成本是可以回收的。這也意味著短期運行利潤必須等于固定成本，而通過基荷發電和峰荷發電成本的數據我們可以對短期利潤做一個簡單的估計。如果我們認為峰值電價是可以起到平衡市場的關鍵商品，那么會有一些有意思的結論。

在圖2中，需求量下降分為三個不同的階段。如圖3所示，如果基荷處于邊際，則市場價格為18元；如果峰荷處于邊際，則市場價格為30元；如果負荷進一步上升，則會上升至1 000元的上限。價格尖峰就是處于30元/MWh以上的陰影部分，而這給所有發電機都提供了稀缺租金。由于只有峰荷機組提供稀缺租金，所以平衡條件就是：峰荷機組的固定成本等于價格尖峰回報。

基荷電廠有兩種稀缺租金資源，價格尖峰和如圖3所示的額外的基荷電價部分，這里需要注意的是這兩者的周期應從峰荷機組加入開始，即這兩部分稀缺租金的周期都是D2，這是基荷的平衡條件。

由于長期運行中，峰荷和基荷都必須從短期利潤中回收固定成本，因此兩種技術的長期運行的平衡條件如下：

代入數據，則峰荷機組的平衡條件為：6=（1000-30）×D1。

其中，D1是指尖峰價格在一個供電周期內的持續時間段，基荷平衡條件為：12=6+（30-18）×D2。

由這兩個平衡條件聯立可求得最優持續時間D1和D2，其中，D1可以指出尖峰價格持續時間，D2則能完全確定持續價格曲線，并由持續負荷曲線一起確定兩種技術下的平衡容量。最后求出的解為：D1=0.62%，D2=50%，由D1=0.62%，即54 h/a，這時用戶支付的電價為1 000元/MW·h。根據峰荷平衡條件，可以看出6/D1+30=1 000，如果每年中的峰值時間低于54 h，則用戶會選擇放棄這部分負荷，因為這時電價超過了1 000元/MW·h。因為持續負荷曲線是線性的，可以計算得出0.62%周期內負荷正好為25 MW，這說明市場環境下該電價機制引導用戶每年（即一個供電周期）少用25 MW。由于基荷容量=6 GW，因此峰荷容量=2 000-25=1 975 MW。以上結果就是該模型下的最優解，這樣可以保證滿足負荷的需求并回收容量成本。

參考文獻：

[1] 言茂松.當量電價體系及相關制度設計（一）管制競爭階段的兩大電力市場與當量電價理論[J].電力系統自動化，2003，（7）.

[2] 言茂松.當量電價體系及相關制度設計（二）發電上網的實用當量電價法及其市場特性[J].電力系統自動化，2003，（8）.