基于全成本分析的廣東燃氣機組發電合同轉讓交易套利探究及啟示

龐靖宇，王 鑫，林 萍

（浙江華云信息科技有限公司，杭州 310008）

0 引言

隨著電改9 號文的發布，各省區電力市場建設步伐加快，但是在電力交易機制的形成過程中仍然存在一些懸而未決的問題。我國是一個富煤少氣的國家，自然資源稟賦的差異導致我國天然氣發電燃料需要大量進口，天然氣發電成本與燃煤發電成本具有較強的不對稱性，在電力市場的深入推進過程中，燃氣、燃煤等發電機組需要統一競爭，但燃氣機組高昂的成本致使其在市場競價中無法形成與煤電同等的競爭力，且在現貨市場中如果任由燃氣機組頂峰發電勢必會逼迫氣電機組申報邊際高價，抬高現貨市場電價，進而造成現貨市場價格的大幅波動，不利于我國初期電力市場的穩定運營。因此，如何利用一種市場機制保障燃氣發電機組的收益是迫切需要探討的問題。

通過查閱相關文獻，學術界對發電權的交易機制和交易模型及其在節能降耗方面的貢獻等都有深入研究，但是對于高成本的燃氣機組如何參與發電權市場，以及燃氣機組在發電權市場中如何確保自身收益，如何通過成本分析制定具有競爭力的交易策略等方面缺乏系統分析。本文以廣東發電合同轉讓市場為背景，通過搭建燃氣機組的綜合度電成本模型，分析發電合同轉讓市場中的轉讓價格與發電成本之間的函數關系，以發電合同轉讓市場的套利期望為研究模型，探討天然氣價格、市場化電量比例、燃氣機組標桿上網電價、市場化交易價差等變量因素對燃氣機組合同轉讓套利的影響，以輔助天然氣機組制定最優交易策略，并提出廣東燃氣機組發電合同轉讓交易對其他省區的啟示。本文的研究為燃氣機組如何在發電權市場確保收益并制定合理的市場策略提供了思路和方法。

1 廣東發電合同轉讓交易機制

1.1 發電合同轉讓交易的定義

發電合同轉讓交易指發電企業由于燃料或水力等一次能源不足，或機組計劃外檢修，或由于發電成本高，或環保要求等原因，轉讓部分或全部上網合同電量的交易。發電合同電量轉讓交易關系到電網系統的安全與穩定，不能像普通商品一樣自由交易，必須滿足系統的安全約束。

1.2 發電合同轉讓交易的目的

發電合同電量轉讓交易是適應我國電力市場現狀的一種全新嘗試，利用市場化的手段促進能源的優化配置，提升設備利用效能，并且達到節能減排的目的。交易參與各方均可在發電合同轉讓交易中獲取相應收益，達到互利共贏的效果。

1.3 廣東發電合同轉讓交易模式

根據廣東電力市場交易規則，目前廣東電力市場在發電企業之間開展基數電量和雙邊協商交易電量的轉讓交易。合同電量轉讓交易通過技術支持系統以集中競價的方式開展月度交易，出讓方通過技術支持系統向電力交易機構申報交易標的，包括出讓電量和出讓價格。出讓價格是出讓方支付給受讓方的補償價格。受讓方通過技術支持系統向電力交易機構申報擬受讓電量、受讓價格。

廣東發電合同轉讓交易按照價格優先和時間優先的原則進行撮合交易，最終通過交易系統進行統一出清，每月形成一個發電合同轉讓交易價格，合同轉讓交易價格為出讓方和受讓方申報價格的算術平均值。

2 發電合同轉讓交易中燃氣機組的套利模型

2.1 燃氣機組的發電全成本函數模型

燃氣機組作為一種熱值高、環保型的發電類型，目前大多采用聯合循環、熱電聯產的方式，將燃氣輪機的布雷頓循環和汽輪機的朗肯循環聯合起來，形成能源梯級利用的總能系統，達到較高的熱效率。

現假設一臺熱電聯產的聯合循環機組的全收入包括了發電收入和供熱收入。

其收入函數為：

式中：∑發電為發電收入；∑供熱為供熱收入。

其中：

式中：Q基數為基數電量；P基數為上網電價；Q市場為市場電量；P市場為市場電價。

該熱電聯產聯合循環機組的支出函數為：

式中：∑燃料為天然氣成本；∑固定為固定成本；∑財務為財務成本；∑稅金為稅金及附加費用。

其中：

式中：P天然氣為天然氣單價；Q發電為發電耗天然氣量；Q供熱為供熱耗天然氣量。

則燃氣發電機組的折合發電度電全成本函數為：

式中：Q上網為燃氣發電機組的上網電量。

2.2 發電合同轉讓交易的套利模型

根據廣東電力市場交易規則，燃氣機組可以將基數電量和雙邊協商市場化電量轉讓給其他發電機組，出讓價格是出讓方支付給受讓方的補償價格。當補償價格低于出讓方的發電成本時，燃氣機組將發電合同轉讓出去比自身發電更加有利，因此在基數電量、雙邊協商電量交易和發電合同轉讓交易之間存在一個套利空間。

如果P出清≥P成本，對于出讓方燃氣機組來說合同轉讓是一筆不劃算的交易；當P出清≤P成本，發電合同轉讓才有套利空間。為了確保燃氣機組參與合同轉讓時滿足套利需求，至少需要符合以下約束條件：

式中：P出清為合同轉讓集中競價的統一出清價格；P成本為燃氣發電機組的綜合度電成本。如果不考慮發電合同轉讓的因素，燃氣機組的綜合度電成本P成本=∑支出/Q上網。

假設燃氣發電機組的上網電量為X，廠用電率為λ，市場平均價差為Y，供熱量為Z，天然氣發電效率為η，單位供熱耗用天然氣為μ，天然氣單價為P天然氣。為滿足式（6）的約束條件，建立發電合同轉讓出清價格與綜合度電成本之間的函數關系，可得：

對于燃氣發電機組來說，在燃氣機組的綜合度電成本和發電轉讓的出清價格之間存在套利空間，則發電合同轉讓交易中燃氣機組的套利期望函數模型為：

式中：Qi為發電合同轉讓成交電量。

3 算例分析

3.1 算例數據

現以廣東某地級市1 臺裝機容量為1 380 MW 的9E 熱電聯產聯合循環燃氣發電機組為例。其年度上網電量X=59 億kWh，供熱量為12 萬GJ，供熱收入2 506 萬元，綜合廠用電率1.73%，發電效率為5.23 kWh/m3，其天然氣的平均采購成本2.8 元/m3（含稅），其參與市場化交易的電量占比40%。廣東年度電力市場平均價差Y=-65.5厘/kWh，廣東天然氣發電機組的上網電價為0.665 元/kWh。

則該發電廠的年度收入：

∑收入=40%×X（0.665-Y）+X×（1-40%）×0.665+2 506；

該電廠的年度營業成本：

∑支出=[X/（1-1.73%）/5.23+45×Z）×2.80]+∑固定+∑財務+∑稅金.

該燃氣電廠2018 年度固定成本34 877 萬元，管理費用1 638 萬元，財務費用7 462 萬元，稅金及附加費用3 048 萬元。根據上述公式測算該9E 燃氣發電機組的綜合度電成本為0.566 元/kWh。

廣東電力市場過去連續12 個月的發電合同轉讓交易成交價格如表1 統計所示。

3.2 算例結果與分析

綜合表1 數據分析，廣東電力市場連續12個月的燃氣機組發電合同轉讓平均成交價格為0.521 元/kWh，滿足max（P出清-P成本）≤0 的約束條件，發電合同轉讓平均成交價格低于百萬裝機的9E 發電機組的綜合度電成本，燃氣機組將發電合同轉讓出去有利可圖。

在式（8）中，燃氣發電機組套利函數的自變量包括天然氣采購價格、燃氣機組的發電效率、燃氣機組的綜合廠用電率、合同轉讓出清價格等，每一個自變量的變化都會影響燃氣發電機組在合同轉讓市場的套利空間，進而左右燃氣發電機組參與發電合同轉讓交易的策略制定。當合同轉讓市場的套利期望大于0 時，燃氣機組參與合同轉讓有利可圖，當合同轉讓市場的套利期望小于0時，燃氣機組自身發電才是最優交易策略。

（1）現固定燃氣發電機組的發電效率、廠用電率、合同轉讓出清價格這些自變量參數，當燃氣發電的綜合度電成本等于合同轉讓價格時，可以得出天然氣采購成本價格為2.543 元/m3（含稅）。當天然氣價格高于2.543 元/m3時，由于氣機發電成本高于合同轉讓價格，通過式（8）套利模型得出套利額大于0，則燃氣機組在發電合同轉讓市場具有套利空間，燃氣機組將發電合同轉讓出去對自身有利；當天然氣采購成本低于2.543 元/m3時，由于燃氣機組發電成本低于合同轉讓價格，合同轉讓的套利空間小于0，則燃氣機組自己發電才是利益最大化的最優策略。

（2）現固定燃氣發電機組的天然氣采購價格、發電效率、合同轉讓市場出清價格這些自變量參數，在計算過程中發現，在其他參數固定不變的情況下，無論燃氣機組的綜合廠用電率如何變化，其發電成本始終高于合同轉讓價格，發電合同轉讓的套利空間都大于0，則燃氣機組將發電合同轉讓出去對自身是有利的。

（3）現固定燃氣發電機組的天然氣采購價格、廠用電率、合同轉讓市場出清價格這些自變量參數，當燃氣發電的綜合度電成本等于合同轉讓價格時，可得出燃氣發電機組的天然氣發電效率為5.76 kWh/m3。當天然氣發電效率低于5.76 kWh/m3時，由于氣機發電成本高于合同轉讓價格，發電廠將發電合同轉讓出去對自身有利；當天然氣發電效率高于5.76 kWh/m3時，由于燃氣機組發電成本低于合同轉讓價格，發電廠自己發電才是利益最大化的最優策略。但是對于一臺9E 燃氣輪機來說，其發電效率在設備制造完成后基本處于一個固定區間，除非大幅提升天然氣的熱值，而且燃氣輪機發電效率的提升需要新材料、新技術、新工藝的配套改造，其投入成本將會大大提升，勢必會提高燃氣機組的綜合度電成本，而且燃氣輪機的核心技術和工藝仍處于國外先進制造企業的掌控之中，對燃氣輪機進行顛覆性改造對國內企業來說仍是棘手的難題，因此利用提升機組發電效率來降低成本不是一個短期可以解決的問題。

（4）現固定燃氣發電機組的天然氣采購價格、廠用電率、天然氣發電效率這些自變量參數，當燃氣發電的綜合度電成本等于合同轉讓價格時，發電合同轉讓的出清價格應該為0.566 元/kWh（含稅）。當預期發電合同轉讓價格低于0.566 元/kWh時，由于燃氣機組發電成本高于合同轉讓價格，合同轉讓套利目標函數值大于0，發電廠將發電合同轉讓出去對自身有利；當預期發電合同轉讓價格高于0.566 元/kWh，由于燃氣機組發電成本低于合同轉讓價格，套利空間小于0，發電廠自己發電才是利益最大化的最優策略。

4 結論

本文建立了燃氣機組的全成本分析模型，分析了燃氣機組的綜合度電成本與發電合同轉讓價格之間的數學關聯關系，以發電合同轉讓套利空間為研究目標，探究天然氣采購價格、天然氣發電效率、綜合廠用電率及發電合同轉讓出清價格等不同自變量因素的變動情況對發電合同轉讓套利空間的影響，以輔助燃氣機組制定最優的發電合同轉讓市場交易策略。本文分析了燃氣機組在基數電量、市場化電量市場與發電合同轉讓市場之間的套利期望模型，可以幫助燃氣機組利用自身經營情況和發電合同轉讓的預期價格提前制定交易策略，輔助燃氣機組鎖定利潤，合同轉讓市場為燃氣發電機組提供了一定的套利空間。由于我國天然氣價格較高，而且隨著國家政策的變化，燃氣機組的上網電價不斷降低，燃氣機組的發電市場份額有限，在國內天然氣價格無法迅速降低的情況下，發電合同轉讓交易作為廣東電力市場的重要組成部分提供了靈活的市場機制，使燃氣機組可以根據影響自身發電成本的不同變量的變動情況制定發電合同轉讓交易策略，當發電成本高于預期合同轉讓價格時，燃氣機組可以將部分發電合同轉讓出去，即使不發電也可以鎖定利潤，廣東發電合同轉讓交易對燃氣機組參與市場交易的模式為其他省份燃氣機組提供了一定的參考價值。