《電力市場概論》 課件 第四章 參與者的特性

第四章電力市場供需參與者的特性分析在本章中，我們將就發(fā)電商、用戶以及其它參與者如何采取措施在電力市場中獲取最大化的利益進行詳細探討。

用戶在電力市場中的積極作用完全競爭市場中，電廠如何進行發(fā)電量的優(yōu)化決策不完全競爭市場中，發(fā)電商最大化利潤的行為如何分析儲存設(shè)施和其它混合參與者如何能從電力商品交易中獲取利潤第一節(jié)引言一、需求側(cè)的特點1、缺乏彈性電費相對于大部分工業(yè)產(chǎn)品的總成本和家庭生活開銷而言，支出只占很小比例。然而，對生產(chǎn)和生活而言，電力是不可或缺的，因此，人們一般不可能為節(jié)省電費而放棄用電。電從100多年前開始商業(yè)化生產(chǎn)時起，就被標記為是方便易得的商品。這種便利性已經(jīng)根深蒂固，也就是說人們沒有在用電前進行成本核算的習(xí)慣。

第二節(jié)需求側(cè)與需求響應(yīng)2、其彈性更多表現(xiàn)為互彈性互彈性描述負荷在時段間的轉(zhuǎn)移情況。由于電力對工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的不可或缺性，當電力商品價格上漲時，電力用戶往往不是簡單地減少消費需求，而是可能決定將需求轉(zhuǎn)移到電力商品價格降低的時候。例如，如果預(yù)期在夜班時間電力商品價格會下降，生產(chǎn)者可能將生產(chǎn)推遲到夜間再進行。同樣，居民用戶會將洗滌、烘干、加熱等高耗能電器的開啟時間定在價格低的時間里進行。二、需求彈性對市場的作用1、一般市場的均衡2、電力市場的供需均衡電力需求缺乏彈性，當需求D1不是很高時，市場在B點達到均衡當需求D2較高時，此時發(fā)電機已接近容量極限，發(fā)電成本很高，供給彈性很大，市場必須在很高的價格上均衡，即C點一旦需求D2>系統(tǒng)的最大裝機容量Gmax，則市場就根本無法均衡了3、電力市場的價格限制為避免供需無法均衡而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，許多電力市場中設(shè)置了價格上限。由價格上限確定的供電量為Q1，即E點所示。此時，用戶實際需電量為Q2

，其中的差額只能通過限電或停電措施來解決，市場在人工干預(yù)下達到暫時的均衡。如果此時需求是有彈性的，用戶在電價升高后主動減少需求，需求曲線將變?yōu)榍€，則市場可在供需雙方作用下在E點達到穩(wěn)定的均衡。需求側(cè)對市場的重要作用那些認為產(chǎn)品物非所值而拒絕購買的用戶（減少的需求）起到了限制價格的作用。因此，用戶即使不進行實際購買，而只是拒絕購買物非所值的產(chǎn)品，其實際效果也仍是一種“市場參與”行為。三、需求側(cè)管理與需求側(cè)響應(yīng)

電力需求側(cè)管理是通過采取法律、經(jīng)濟、技術(shù)、管理與引導(dǎo)等多種有效措施，以電力公司為主體，引導(dǎo)電力用戶優(yōu)化用電方式，提高終端用電效率，從而優(yōu)化資源配置，改善和保護環(huán)境。有預(yù)測表明(05年），如果實施有效的電力需求側(cè)管理，到2020年，我國可減少電力裝機1億千瓦左右，超過5個三峽工程的裝機容量，同時還可以節(jié)約8000-10000億元的電力投資。到2019年，如果所有美國電力用戶都采用動態(tài)電價和高級計量裝置技術(shù)，需求響應(yīng)資源可以達到188GW（約20%系統(tǒng)高峰負荷）。

法律措施：法律措施是電力需求響應(yīng)健康發(fā)展的保障。從世界范圍來看，電力需求響應(yīng)開展較好的國家都有嚴格的法律法規(guī)，如美國先后出臺《國家能源政策法》及《公共事業(yè)管理政策法》等法律法規(guī)，并制定了大量強制性能效標準，對電力公司與電力用戶均提出了很多明確、具體的法律要求，為電力需求響應(yīng)的開展提供了強有力的保障。我國近年也出臺了一些規(guī)定，如“加強電力需求側(cè)管理工作的指導(dǎo)意見”等，推動了電力需求響應(yīng)的發(fā)展。需求側(cè)管理的實施措施經(jīng)濟措施：經(jīng)濟措施是電力需求響應(yīng)最主要的激勵手段。最常用的是通過實施峰谷分時電價、季節(jié)性電價、可中斷電價以及需求投標等，引導(dǎo)用戶盡可能在低谷時段用電，合理避開高峰時段用電。此外，還可對用戶購置節(jié)電設(shè)備給予貸款優(yōu)惠、財政補貼等，吸引用戶購買高能效的用電設(shè)備。技術(shù)措施：技術(shù)措施是指針對具體對象、生產(chǎn)工藝或生活用電特點，采用技術(shù)成熟的先進節(jié)電設(shè)備來提高終端用電效率，從而節(jié)約電量、削減高峰負荷。技術(shù)措施又可以分為提高能效與負荷管理兩類。其中，綠色照明、高效電動機、變頻調(diào)速、無功補償、節(jié)能家電等屬于能效技術(shù)；負荷管理系統(tǒng)、蓄能空調(diào)等屬于負荷管理技術(shù)。管理措施：政府采取必要的管理措施，可以保證技術(shù)、經(jīng)濟措施的有效實施；尤其是當電力供需形勢出現(xiàn)大的波動時，管理措施對平衡電力供需的作用更為突出。2002年以來，我國很多電力供需緊張的地方通過實施有序用電等管理措施，組織用戶輪休、調(diào)整作業(yè)程序等，穩(wěn)定了社會正常用電秩序，緩解了電力短缺。引導(dǎo)措施：通過知識普及、信息傳播、技術(shù)示范、宣傳培訓(xùn)等措施，大張旗鼓的宣傳樹立科學(xué)發(fā)展觀的思路、節(jié)能和環(huán)保意識、電力需求響應(yīng)的理念，倡導(dǎo)科學(xué)用電，提升電力需求側(cè)管理在全社會的認知度，提高客戶主動參與需求側(cè)管理的積極性，使電力需求側(cè)管理成為人人重視并參與的社會行動。需求響應(yīng)是用戶根據(jù)電價變化主動進行的需求側(cè)管理，是在市場環(huán)境下發(fā)揮價格激勵作用的一種需求側(cè)管理措施。常用的措施分為兩類：負荷響應(yīng)：是指直接的負荷控制，是局部或部分負荷的減少以致完全停用。在市場條件下，電力部門在切除負荷時必須顧及用戶的經(jīng)濟利益，取得用戶同意后方可在任意時段、特定時段或特定情況下直接切除全部或部分負荷，同時用戶得到電價優(yōu)惠等經(jīng)濟補償。價格響應(yīng)：是指實時定價、動態(tài)定價、峰值定價、分時定價以及需求投標或回購計劃等，是真正市場化的產(chǎn)物。它以價格為杠桿，引導(dǎo)消費者在緊急情況下減負荷，或?qū)⒇摵蓮母叻鍟r段轉(zhuǎn)移到低谷時段，達到穩(wěn)定系統(tǒng)及合理利用系統(tǒng)的目的。價格響應(yīng)的最高境界是用戶實施實時電價，但在現(xiàn)階段，除部分大型商業(yè)和工業(yè)用戶外，還不具備全面實行實時電價的條件。因此，分時電價等各種簡化形式的價格響應(yīng)措施得到應(yīng)用。需求響應(yīng)對電力市場的特殊意義：

提高市場效率。當用戶可接收到價格信號并受到激勵時，用電量就會和電價掛鉤，這將改變用戶的用電行為，使峰荷期間的用電量轉(zhuǎn)移到低谷時，從而削弱實時市場的價格突變，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的高效利用。

降低市場風(fēng)險。配電壟斷的打破將造就眾多的電力零售商，他們可設(shè)計不同的需求響應(yīng)價格套餐來引導(dǎo)用戶的用電行為，規(guī)避實時市場的電價波動。需求響應(yīng)具備風(fēng)險管理工具的作用，這也是成熟的市場所必需的。更好地為用戶服務(wù)。需求響應(yīng)是電力市場提供給用戶的用電選擇權(quán)，用戶可有機會藉此控制自己的電費賬單。

減輕市場力的作用。如果需求響應(yīng)能恰當?shù)丶皶r地發(fā)生在缺電地區(qū)，就會阻止由于供電不足或輸電網(wǎng)約束所引發(fā)的市場力濫用。

從長遠看，用戶對需求響應(yīng)的參與，將最終降低電力市場的價格，減輕電價波動，間接使所有用戶得益。四、電力商品零售商作用：代表眾多小用戶參與批發(fā)市場經(jīng)營之道：總體平均買價必須低于零售價才會有收益。零售商在價格多變的電力批發(fā)市場中購買電能，然后再以固定價格零售。買價高于零售價，零售商就會虧損；買價低于零售價，零售商就會獲利。管理風(fēng)險：做好負荷預(yù)測基本原則：利潤最大化即，邊際收益＝邊際成本一、完全競爭1、基本調(diào)度第三節(jié)發(fā)電商例題：以燃燒煤的蒸汽機組為例，假設(shè)該機組出力為100MW≤P≤500MW

機組輸入輸出成本特性：

若則由可得：

分段線性化的成本特性曲線成本曲線上斷點處邊際成本等于下一段的斜率機組的三段分段線性成本曲線2、發(fā)電調(diào)度的制約因素1）機組的最大最小出力

，則

，則2）固定成本空載成本：如果機組保持并入電網(wǎng)但不提供電力，此時維持機組運行所需燃料的成本就是空載成本。啟動成本：是將機組從停機狀態(tài)啟動直到運轉(zhuǎn)至準備好發(fā)電所需的成本。為實現(xiàn)火電機組收益的最大化，啟動成本必須在一段長時間內(nèi)分攤補償。如果不考慮發(fā)電機組的起動成本和在不同運行狀態(tài)過渡過程中發(fā)電機組受到的約束，出力按時間段分別進行優(yōu)化，最終的發(fā)電調(diào)度可能不是最優(yōu)的，并且在技術(shù)上也可能是不可行的。這些機組的運行應(yīng)該在一天至一星期或者更長時間內(nèi)進行調(diào)度決策。這個問題和機組組合（unitcommitment）問題有些相似性。問題的實質(zhì)是在滿足約束的情況下補償準固定成本和變動成本。3）動態(tài)約束對機組增加或者減少出力的速率設(shè)置的限制可能會妨礙機組在連續(xù)時間段實現(xiàn)經(jīng)濟上的最優(yōu)化出力。為實現(xiàn)最小化這些限制帶來的成本，必須至少在數(shù)個小時內(nèi)對機組的運行進行優(yōu)化。為限制頻繁起動和停運對機組造成的損壞，通常會限定火電機組一旦起動必須與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系的最小時間。相同的，通常也會限定機組一旦停運必須保持關(guān)機的最小時間。這些約束減少了改變機組狀態(tài)的機會，對機組的最優(yōu)化調(diào)度有深刻影響。4）環(huán)境約束某種污染物在大氣中釋放速率受到限制，這樣就要降低電廠的最大出力。限制一年內(nèi)釋放一種污染物的總量，對電廠的運行設(shè)置了復(fù)雜的綜合約束。對水的利用可能受到約束。5）其他經(jīng)濟因素?zé)犭娐?lián)產(chǎn)電廠的發(fā)電量通常受供熱量的牽制，電能生產(chǎn)與提供輔助服務(wù)的相互影響二、生產(chǎn)或購買的決策電廠使用N臺機組向給定負載D供電，力求使成本最小化

最優(yōu)解存在的條件：

電廠要實現(xiàn)以最小成本發(fā)電，所有發(fā)電機組必須運行在同一邊際成本，而且此邊際成本應(yīng)等于拉格朗日乘子值：假設(shè)該電廠可以參與電力現(xiàn)貨市場交易，如果市場價格低于生產(chǎn)電能的影子價格，該電廠就應(yīng)該在市場中購買電能并且減少自身發(fā)電量以滿足：

例4.6

購買19.5MW三、不完全競爭發(fā)電商很可能具有市場力，要最大化電廠的利潤，僅孤立的對自己的每臺機組的出力進行最優(yōu)化是不夠的，必須考慮到其它電廠的行為競爭對手的發(fā)電量納什均衡1、決策價格的Bertrand模型由于電力商品是無差別商品，只要供電價格低于競爭者的供電價格，電廠就可以按自己意愿銷售任意數(shù)量的電力商品2、決策產(chǎn)量的Cournot模型例4.7電力市場中有A和B兩個電廠相互競爭供電，假設(shè)在一個小時內(nèi)的反需求曲線為：

D是該小時的電力需求量，同時A和B的發(fā)電成本特性為：

假設(shè)在該市場中采用Bertrand模型，市場需求是55MWh，則，電廠A將確定電價略微低于電廠B的發(fā)電邊際成本，于是：

PA＝55MW，PB＝0

若在該市場中采用Cournot模型，市場狀態(tài)將由每個電廠制定的發(fā)電策略決定。假設(shè)電廠A和B均決定發(fā)電5MWh（發(fā)電增量步長），即則

于是

所以Cournot模型的解析解：解得：即，PA=250MWh，PB=200MWh，

D=450MWh，π=550￥/MWh3、供給函數(shù)均衡每個發(fā)電廠商決策的變量既不是電價也不是發(fā)電量，而是自身供給函數(shù)的參變量。每個發(fā)電廠商的利潤為

優(yōu)化的必要條件設(shè)則決策變量為若設(shè)則得四、邊際成本非常低的電廠一些類型電廠的邊際成本非常低甚至可以忽略。這些類型電廠的擁有者的目標是靠發(fā)電獲得收入以補償巨額的投資成本。核電廠必須運行在幾乎同一穩(wěn)定發(fā)電水平，這是因為核電廠調(diào)整出力通常很困難。由于其啟動成本極其高昂，理想情況是，核電機組只有在更換燃料時才關(guān)閉。因此核電廠的擁有者必須隨時在任何價格下銷售全部電力商品。水電廠（至少擁有一個可以調(diào)節(jié)水量的水庫）可以隨意調(diào)整其發(fā)電量。但是，它們的可用水利資源是由所在流域的降水量或降雪量決定的。因此，為了最大化收入，它們必須預(yù)測到何時電價會最高并且在此時銷售掉電力商品?？稍偕茉窗l(fā)電廠依賴于能量源的可利用性，例如風(fēng)能和太陽能，它們不僅是不可控的，而且是不可預(yù)測的。這些發(fā)電廠的擁有者經(jīng)常無奈地以不情愿的價格銷售其電力商品。四、混合參與者可以根據(jù)形勢選擇充當發(fā)電商或者消費