（技术经济及管理专业论文）基于水火电优化配置的市场交易机制、模型及其应用研究.pdf

华北电力大学博士学位论文 中文摘要 水火电是我国未来电力市场中参与市场竞争交易的主要电源类型，水火电优化配置 市场机制是我国电力市场设计的一个核心问题和全新课题。由于我国目前电力行业内部 之阳j 的经济( 价格) 关系以及与上游的资源行业或用户侧之间的经济( 价格) 关系尚未 理顺，因此目前实现我国水火电优化配置仍需政府集中统筹地考虑市场上、中、下游的 资源协调配置问题。本文以我国电力市场化改革为背景，从水、煤资源的优化配置，水 火电竞价上网，电力输配和销售四个环节来分析探讨市场机制的构建及其相互之问的协 调的相关理论方法及其应用问题，试图使得这些理论方法能够对于如何通过市场机制和 需求侧的响应进行整个系统资源的优化配置，以实现价格合理反映资源价值和稀缺程 度，并创造良好的竞争环境，同时引导合理的增量投资、促进环保政策的落实等方面起 到理论指导作用。 目前国内外有关电力市场机制及其交易模型的研究成果中一般都只以火电机组作 为研究对象，而对于水火电系统内部与外部协调优化的市场机制和交易模型的理论和应 用研究成果则较少。本论文以经济学理论和电力市场理论为研究基础，并重点考虑水火 电基本特性及其同时参与市场竞价交易面临的特殊问题( 如水火电成本之间的差异、水 电优先利用问题、水电来水波动带来的风险问题) ，研究构建水火电竞争交易的市场机 制、交易模型和有关措施，以实现水火电之闯的协调优化；同时，论文还围绕水火电市 场交易机制和交易模型这两项核心研究内容，统筹考虑电力市场的上游和下游的资源优 化配置，分析建立了水火电优化配置的市场机制体系，以实现市场上、中、下游的协调 优化。论文采用理论研究与实证分析相结合的研究方法，不仅以我国电力市场化改革为 背景，研究确立了水火电优化配置的有关理论，还将研究这些理论与方法，结合实际课 题进行了实证研究，以确保研究成果具有较强的现实意义。本文的主要研究成果可为我 国未来水火电优化配置的市场机制设计与运作提供理论指导和决策参考。 本论文的主要研究成果：( 1 ) 提出了水火电优化配置的市场机制框架，并从实现水 火电系统内部及其与外部资源协调优化配置角度，研究论证了电价与上游资源价格联动 机制和上网电价与销售电价联动机制；( 2 ) 提出了水、煤资源优化配置的理论框架，分 析论证了适合我国现阶段的水、煤资源优化配置机制；( 3 ) 提出了水火电参与主电能市 场和辅助服务市场竞价、梯级水电站竞价与协调、发电权交易的多种模式，并分别对各 种模式进行了详细的对比分析；( 4 ) 建立了基于发电机组出力最优化机制、基于供应函 数投标机制和基于博弈论的三种水火电同台竞价交易模型；( 5 ) 提出了适合我国国情的 输配电价形成机制：( 6 ) 对所提出的理论模型方法进行了相应的实证研究。通过查新与 国内外已有研究成果对比，以上研究成果中( 1 ) 、( 2 ) 和( 4 ) 具有明显创新性，其他研究 成果具有部分创新性。 关键词：水火电优化配置，市场机制，交易模型，价格联动机制 华北电力大学博士学位论文 a b s t r a c t h y 由0 d y n 吼i cp o w e r 粕dt h e m l a lp c l w e ra r et t i ed o m i n a l i n g 舯1 w e rt y p 鼯w h i c hw j l lb i d i nt l i ep 0 1 w 盯m a r k e ti nc h i l i a t h eo p t i m i 盈t i o n c 0 砌j g l l r i n gm a r k e tm e c h a n i s m 0 f h v d f o - t h 锄a lp o w e fs y s l 锄so n eo ft h ec o r ec o n t e n t so ft h ep o w 盯m 砌k c td e s i 星皿锄d 豇f e - n e wt a s ki n 伽rc o u n t r y a s 曲呛e o d n o m i cr c l a t i q r i c i n 曲i n s i d ct h ec l c t r i d t yi n d u s 竹 a n db 曲w 咖t h ee i 喇c j t yj n d l 塔时锄d 也cu l 疵盯托s o u r c ei n d l l s t r ya n d 出m m r j _ v e i c o 璐哪e 璐h 硒n t b nr a d i c a i l ys e t t l e d ，i no r d e rl oo p t i m i z a t i h 锄伽i i z 妇g 孤dc o n f i g u r i n g o fh y d i o t h e r m a lp ( y w 盱s y s t e m ，t l l eu p f i v e r m e d i a l 卸dd ( w 曲e r n f i g i l 血gp r o b l c m s h a v et ob em a d eo v e r a l lp l a n s 柚dt a k ea l lf a c t o 璐i n t oc o n s i d e m t i 衄u n d e rt h eb a c k 掣o u n d o ft h ee l e 斑d t yr e 】! 确m a t i o fc 衄n a t h i sp a p c rd i s c l l 豁t h i ：t h r i 髂姐dm e t h o d s 锄dt h e i r 印p l j c a t i o fm a r k c tm c c h a n i s me s k i b l i s h i n g 锄dh a 珊o n i z i l l gm o d ej nf o l l rt a c h eo fw a i c r 缸dc o a l ”s o u r c eo p t i l l l i z a t i o nc o n f i g u r i i i g h y d r 0 - t h e 咖a lp o w e rs y s t c mc o m p e t i t i i o n ，p o w e r 协l 咖i 稻i o n 柚dd i s 埘b i l t i ，n i n 舀i l lo d e rt 0p r o v i d et h e o f c t i ci n s t m c 吐o ni np i 硪七s s i i i g t h ew h o l cu f c es y s t c mo p t i m i z a t i c o n 丘g l l 咖gt h f o u g hm a r k e tm e c h a l l i s m 柚d d e m 勰ds i d e 托s 凹f n ，p 商c er e n e d i n gt h ei e u r c cw o n h i n e 鼹a n dr 缸“y c f e a 佃l gw e l l c o m p c t i t i e n v 曲砌e n t i n d u c t i n g1 1 蝴a b l c e n h 锄c i v e 姗e s t n l e n t 锄dp u t t i n gt l l ep o l i c y o fc i t c u m s t a n c ep r o t e c t i o ni n t oe f i c c t 1 n h es u b s i s t e n tc x c 0 百t a t i o 雌o ft h ep o w e rm a f k e tm e c h 锄i s m 锄d0 0 i n p c t i t i o nm o d c la r c p o p u l 训yd c s i 印e df o ft h et l i e 曲a ip 0 啊c r l y 卸dl e 鼯f o rt h ei l l l e i j o fo re x t e r i o ro ft h e h v d r o t h e 脚a lp o w e rs y s t e mh a 棚4 i o 惦o p t i m i z a t i o n b 硒e d 衄t h ee c o n o m i c 卸dp o w e r m a r k e tt b c o r i 髂，t h i sp a p c rs t i i d i e s 柚dd c s i g n st h cm a r k e tm c c h a n i s m ，c o m p e t i t i o nm o d e l s a n d 咖c e 加e dm e 嬲u f e sf d r t h eh y d i o - t h e 衄a lp c l w 盯s y s t e mi na l l u s i t 0t h ec h a r a c t e r i s t i c 柚dt h ee s p c c i a lp r o b l e m st h e yh a v et 0f h c ci nc o m p c t i l l gi n 彻em 破e t ，s u c h 嬲t h ec o s t d i 丘b r c n b e t w 咖h y d i o d y n 棚i cp ( w c r 觚dt h 锄a ip ( ，w e f ，p 他f e 咖t i a l l yu t i l i z i n g h y d | c o d y n a m i cp o w c ra n dt h ei i s k 丘d mw a t e f 丑u c t l l a t i o n ht h es 枷et i i i l e ，t l l i sp a p 盯 o o 璐i d e 礴o p 面n i z a t i o nc o d j g i l t i n gi nt h eu p f i v ea n dd 0 、v 面v co ft h ep o w c rm a r k c t 柚dt h e 铆of o 咖c rc o r cc o n t e n t s 勰aw h o l c ，卸de s t a b l i s l l st h em a r k e tm e c h a i l i s ms y s t e i no f o p t i m i z a t i o nc o n 6 9 i l r i n go ft h eh y d f o t h e 咖a ip a w e rs y s t e mi no f d e rt 0r e a l i z c h a 衄o n i o u s o p t i m i z a t i 伽锄o n gt h ep o w c rm a f k c ta n di t su 硼v e 牡dd o 啊量v c n ep a p e ra d o p t st h c m e t h o do f 咖b i n i n go nt h e o r i c ss t i l d y i n ga i i da p p l i c a t i 伽觚a l y s i s ，s t u d i c st h et h c o r i e so ft h e m a r k e tm e c h 觚i s ms y s t c mo fo p l i m i z a t i 衄c o n f i g i l r i n go ft h eh y d l 0 抽e 帆a lp o w e rs y s t e m 啪d e ft h eb 铂c k 霉。嘧do ft h ee l e t f 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e di nt h ev i e w o ff c s o u 啪0 p t i n l j z a t i o nc o n f i g i i f i n gi n s i d c 蛐do u t s i d ct h eh y 由阻t i l e 衄a lp o w 盯s y s t e m ； ( 2 y 1 1 1 et h e o r i 嚣s y s t e mo fw a t 盯锄dc o a lf e s o u - o p t i m i z a t i o nc o 确g i l r i n gi sb u g i l t f o 珊a r d 柚dt h cc o n g r u e n tm e c h a n i s mf o rt h en e a rf u t u r ci nc h i mi s a n a l y s i s e d 孤d a f g u m e n t e d ；( 3 ) al o to fm o d 髂o fh y d r 0 一t h e m a lp c l w e rs y s t 锄b i d d i i i gi nt h ep r i m a r ym a r k e t a n di nt h c 扑】【i l i a r ym 缸k 魄l a d d e r l i k ch y d r 0 h d y n 砌cp 0 啊e rc o m p c t i t i o ng r o u p i n ga n d h a 册o n i z i n gm e c h a l l i s m 锄dg e n e m t i i l gm i g i l t 仃a d i n ga 他a d v a i i c e d 粕dc o n t 脚t i v c l y 锄a l y s i s e d ；( 4 y r h r e ec o m p c t i t i o nm o d e l so fh y d r o - t h e r m a lp o w c fs y s t c m 亿s p e 磺i v e l yb a s d 鲥 m e c h a n j 蛐o f 叩l i m i z a t i n g0 fg 皿e m t 蛐j t 伽t p u m e c h 彻曲mo fb i d i n go fp f o v i d j n g f u n d i o n 柚dg a m et h c o r ya c s t i t l l t e d ；( 5 肚p r i c i n gm e c h a n i s mf o rp d w e ft r ：蛐s m i s s i 蚰 锄dd i s 岫b u t i b e i n gc o n g n l e n tf 研c h i n an o w a d a y si s c d u c c d ；( 6 y n l ed e m o n s t m t i o n p 蕾o c c s s e df b rt h e o r i e s ，m o d 伪a n dm e t h o d sw l l i c ha f cp u tf o 研a r di nt h cp a p e r a m o n gt l l e 曲i t s ，t h cc e n t m ic o n t e n t so f ( 1 ) ，( 2 ) 孤d ( 4 ) 姐dp a r t i a lc o n t c n t so ft h co t h c rf h i i t sh a v e c o m p a r a t j v e l yi n n o v a t i v ec o n t r i b u t i 咖 k e yw o r d s ：o p 胁i z a t i n 丘g u f i i l gm a r k e tm e c h 枷锄o fh y 出。劬e 衄a lp o w 盯 s y s t 锄，c o m p e t “i o nm o d e l ，m a r k e tm e c h a n i s m ，p r i c ei i n k a g em e c h a l l i s m 声明 本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文基于水火电优化配置的市场交 易机制、模型及其应用研究，是本人在华北电力大学攻读博士学位期间，在导 师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的 内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 签名：避日期：丝) 生乡 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 导师签名： 日 期：0 。( ，3 。 华北电力大学博士学位论文 1 1 研究背景与意义 1 1 1 研究背景 第一章绪论 1 、水火电是我国未来电力市场中参与市场竞争交易的主要电源类型 水电和火电是我国目前及未来电力市场中的主要电源类型，由于我国水能蕴藏丰 富，水电又具有清洁，灵活、低成本等优势，属于国家鼓励开发的电能资源，水电在我 国正处于一个快速增长时期。据中国电力企业联合会的统计数据：截至2 0 0 5 年底，我 国发电装机容量达到5 0 8 4 l 万千瓦，其中水电约占总容量的2 2 9 ，火电约占总容量的 7 5 6 ，核电约找占总容量的1 3 5 。2 0 0 5 年全国发电量达到2 4 7 4 7 亿千瓦时，其中水 电发电量约占总发电量的1 6 ，增速1 9 4 ，火电发电量约占总发电量的8 1 5 ，增 速1 1 5 ，核电发电量约占总发电量的2 1 ，增速3 7 。而且，在我国西北区域、 华中区域、南方区域和华东区域或部分省市水电装机容量占有很大比例，如福建省水电 装机容量占到总发电总装机容量近一半，华中区域丰水期水电的发电量甚至都超过火电 的发电量。 2 、水火电优化配置市场机制是我国电力市场设计的一个核心问题和全新课题 随着我国电力市场建设的不断推进，将会逐步建立更加完善的市场规则，将有更多 的电厂参与竞价上网。一方面，水、火电厂将成为了电力市场环境下的利益主体之一， 不能再和以前一样只接受调度部门的调度命令被动地进行发电，而要参与市场交易，采 取科学的市场营销策略竞价上网，并要深入了解自身的优势与劣势，规避市场风险，实 现自身利益的最大化；另一方面，市场调度运营部门，要在确保电网安全的前提下，组 织交易与竞价成功机组的调度，并需采取必要的市场手段优化配置水火电，使水火电系 统达到整体优化的效果。在市场环境下，如何充分利用水、煤资源? 如何实现社会综合 效益最大化? 如何科学合理地建立水火电竞价交易机制与模型? 如何实现上游资源市 场及其电力市场中的发电侧上网电价、输配电价和销售电价之间的联动? 所有这些问题 都是在我国电力市场机制设计当中需要认真研究解决的核心问题和全新课题。 3 、实现我国水火电优化配置需统筹考虑市场上、中、下游的协调配置问题 目前，我国水能资源无偿使用、煤电之争、电力建设投资大起大落、电价矛盾、水 资源价值未得到应有体现、水电站建设中有关综合利用功能的投入产出评价体系尚未建 立、需求侧响应等问题尚未从根本上得到解决，这些实际问题都需要在进行电力市场机 制设计时综合考虑的，以实现市场上、中、下游的协调配置。 4 、国外电力市场化改革实践对我国电力市场机制设计的重要启示 ( 1 ) 电力市场机制设计是电力市场化改革前最重要和必要的准备 西方国家或地区在过去十几年的电力市场化改革中 为我们进行了耗资巨大、费尽 心力的“试验”。有些电力市场，如美国宾西法尼亚一新泽西一马里兰联合市场( p j m 电力市场) 和北欧电力库( n o r dp 0 0 l ) 的市场化改革进行的比较成功，具体表现为良好 的竞争环境、高效率的电网调度和电力生产、较低且稳定的电价和合理增加的电力投资。 第一章绪论 然而，有些电力市场，如美国加利福尼亚( c a i s o ) 电力市场和英国n 】阻a 之前的电力体 制改革u kp 0 0 l 就失败了，具体表现为缺乏竞争的市场环境、有缺陷的市场设计、市场 支配力的滥用和较高且波动的电价。还有一些电力市场，如加拿大安达略省( i m 0 ) 和阿 尔伯特省( p p a ) 的电力体制改革则遭遇严重挫折，具体表现为不充分的改革准备、模棱 两可的私有化政策、不力的市场支配力限制、较低的市场参与和不足的投资、上涨或失 控的电价和政府在市场开放政策上的后退。深入分析可知，决定这些电力市场化改革成 败的重要因素之一就是：是否在进行市场化改革之前进行了详细深入的电力市场机制设 计或逐步改进其电力市场机制设计，有了详细深入电力市场机制设计的良好准备，改革 就会更加有目的性和条理性。相反，其结果必将遭遇重挫。 ( 2 ) 采用市场机制来决定电价是电力体制改革的核心 纵观世界各国电力体制改革的实践，我们能够发现，如果改革执行的好，竞争性电 力市场同传统政府管制相比，能够实现电力体制改革的目的，为国民经济的持续健康发 展提供可靠的、低价的电力供应，鼓励技术革新和市场进入，吸引新电力建设投资，降 低电价为消费者带来长期的好处，并有利于促进环境保护政策的实施。反之亦反。分析 这些电力体制改革的成功经验和失败教训，都有一些共同的问题值得深入研究，那就是： 采用市场机制来决定电价是电力体制改革的核心，这也是电力市场设计的关键部分；创 造一个公平透明的、竞争性的电力市场环境是保证电力体制改革成功的前提；抑制市场 参与者使用市场力来操控电价是确保竞争性电力市场有效运行的关键。 ( 3 ) 电力市场机制设计要从电力体制改革的动力、目标与环境条件出发 从世界各国电力市场化改革实践来看，各国的改革动力和目标基本相同，即一般都 以打破垄断、引入竞争、降低成本和吸引投资为改革动力，以为社会经济可持续发展提 供可靠的、廉价的电力供应为目标。但是，由于各国在政治、法律、经济体制等方面存 在的一定差异，其改革的环境条件就各自不同。所以，在进行电力市场机制设计时，要 从各国国情出发，围绕电力市场化改革的目标，充分考虑国家政治、法律、经济体制特 点，采用市场机制来确定电价，创造一个公平透明的、竞争性的市场环境，进行有效的 市场监管来抑制市场支配力操纵市场的企图，保证充分的市场竞争。 1 1 2 研究意义 本文从我国水、煤资源的优化配格，水火电竟价上网，电力输电和销售四个环节探 讨分析探讨各环节市场机制建立及之间关系协调的理论和方法，并结合中国实际进行实 证研究，以实现通过市场机制和需求侧的响应机制实现资源的优化配置，促进价格合理 反映资源价值和稀缺程度、创造良好的竞争环境、引导合理增加的电力投资、促进环保 政策的实施等电力体制改革目标的落实。论文研究内容属我国电力市场机制设计中的核 心内容和全新课题，这些研究内容在国际上尚无系统成果可供借鉴，论文研究具有一定 的理论探讨意义和较好的推广应用的现实意义。 1 2 国内外研究现状 2 华北电力大学博士学位论文 1 2 1 电力市场基础理论及实践分析方面 文献 1 一 1 9 对电力市场的结构、市场体系、市场模式、交易机制、结算方式、 技术支持系统等方面的基础理论以及国内外实践情况进行了比较全面的阐述，但对于电 力市场中水火电同时参与市场交易的理论研究及实践情况介绍的比较少，尤其目前国内 外对火电竞价上网的模式研究比较成熟，然而对于水电，则未见详细报道。文献 1 在 介绍西方国家电力体制改革情况时只是简单介绍了北欧电力市场中水电、核电和火电同 台竞价的情况，在正常情况下，煤电机组是该地区的边际发电机组。文献 2 一 5 在介 绍国外电力市场情况、电力市场规则及其调度运行，基本都已火电机组为例进行介绍， 没有一个国家为水电设定的市场规则或要求。文献 6 - 一 1 9 在介绍电力市场基础理论 时提及市场环境下水火电同时参与交易闯题的比较少。文献 1 3 提出了省级电力市场中 水电竞价模式：对于水电较少的省市，建议水电不参与竞价上网，采用租赁的办法，由 电网公司经营。水电调度经济原则是利用有限的水电发电量降低日前市场、实时市场和 辅动服务市场上火电系统的边际发电电价。并以调度中心购买火电费用最小为目标函数 阐述了梯级水电的短期优化运行的理论与方法；文献 1 4 提出了电力市场环境下将水电 机组与火电机组等同考虑的想法，并在此基础上建立了水火混合电力系统的日有功经济 调度模型。由此可见，水火电资源优化配置目前仍是电力市场基础理论体系中亟待完善 的一项重要内容。 1 2 2 水、煤资源优化配置的基础理论及实践分析方面 自然资源优化配置的基础理论研究已有不少成果。文献 2 0 卜 3 8 包括了目前国内 外在经济学、环境与资源经济学、资源经济学和水资源经济学领域基础理论研究的主要 成果。包括市场经济一般理论、厂商生产理论、资源价值与环境成本理论、资源效率与 资源最优化理论、福利经济学理论、市场失灵与公共政策理论、环境投入一产出模型及 环境核算理论，等等。 自然资源优化配置理论应用于解决我国水、煤等资源优化配置的研究成果并不多， 我国目前水、煤资源配置的诸多问题尚未得到根本解决。文献 3 9 卜 7 3 反映了我国目 前水、煤资源配置的有关实践情况，包括政府政策法规、权威人士评论和学者论文。其 中，文献 3 9 一 4 4 是我国政府颁布的有关水资源管理的有关政策法规，文献 4 5 卜 4 6 显示了我国目前水资源管理的有关问题尚未得到根本解决，水资源远远未实现优化配 置。文献 4 7 卜 4 8 1 是政府颁布的有关煤资源管理的有关政策法规。文献 4 9 卜 5 3 显示 我国近年来煤市场逐步放开的情况下尚存在着诸多问题急需解决，以及煤资源与下游电 力生产之间存在着很多矛盾问题未得到根本解决。文献 5 4 卜 7 3 】是关于解决我国水、 煤资源优化配置的有关研究成果：文献 5 4 从横向产品关联、纵向产业关联以及国内外 市场关联三个方面分析了能源工业内部的产业关联及其对能源价格体制，市场结构、所 有制结构等方面的影响，提出了能源工业市场化改革要整体推进，协调进行的政策建议； 文献 5 5 提出了在市场经济条件下，要想使有限的资源在全社会范围内优化配置，需要 市场机制与财政宏观调控相结合。文献 5 6 提出了我国作为水电大国的隐忧；文献 5 7 对水资源的经济性进行了较为全面的分析；文献 5 8 提出了我国水资源优化配置的研究 方向和研究内容；文献 5 9 提出了合理利用水资源的经济刺激手段；文献 6 0 介绍了进 3 第一章绪论 入2 l 世纪我国水资源面临的主要问题，针对性地提出了水资源管理的有效措旌；文献 6 1 在分析水资源价值的基础上，给出了水资源定价的计算模型，提出了水资源定价领 域应进一步深入研究的方向；文献 6 2 以劳动价值理论为依据，结合现代经济学方法， 通过剖析水的供需矛盾演变过程，阐述了水资源价值来源与构成，探讨了用水资源优化 模型代替区域资源配置模型求影子价格的可行性与方法。结合江西某市水资源开发利用 的实际，建立了一个数学模型，求出了水资源影子价格的期望值；文献 6 3 和文献 6 4 对国内外目前常用的几种水资源模型进行了综述和评价；文献 6 5 提出中国水资源利 用问题与经济可持续发展问题，文中认为中国水资源面临严峻的形势和挑战，对经济发 展构成很大的威胁。中国水资源利用中存在供需矛盾突出、有效利用率低、水质污染严 重等问题，从经济可持续发展角度出发，应采取开源节流、高效合理利用水资源、科学 管理水资源等措施；文献 6 6 在分析煤炭资源无偿配黄弊端的基础上，指出了合理配置 煤炭资源，实施煤炭资源市场化的实现途径：文献 6 7 提出了我国应该借鉴国际经验， 从高效的管理机构到科学确定煤炭资源市场价格、公开招标拍卖的规则，全面地规范与 构建公平、公开、公正的煤炭资源市场化配置管理体制和运行机制；文献 6 8 卜 7 0 对 我国煤炭资源的合理开发的宏观调控、制度建设、开发监管等方面提出了很好的建议： 文献 7 1 对我国排污费征收使用管理条例的有关问题进行了评论，并提出了改进 建议；文献 7 2 对新的排污费征收办法对燃煤电厂经济效益影响进行了分析；文献 7 3 根据新的排污费征收办法，提出了燃煤火电厂废气排污费的计算方法。运用自然资源管 理有关理论，研究我国水、煤资源优化配景的市场机制显得尤为必要和迫切。 1 2 3 水火电市场交易机制及其优化模型方面 在剖析我国电价存在的问题以及改革方向方面有较多论述，但尚无由市场来决定电 价形成的机制方面的报道。文献 7 4 对在经济形势和价格环境发生重大变化的情况下如 何进一步深化价格改革进行了研究。文献 7 5 对水火电的经济性进行了比较。文献 7 6 提出了在实行省为实体、网厂分开、竞价上网的电力体制改革的新形势下，提出了“应 该在遵循电网运行规律，保持经济效益和社会效益相统一的前提下，使省公司收益最大 化，去配置有限的电力资源”的观点。文献 7 7 一 7 9 对我国目前电价存在的问题进行 了剖析。文献 8 0 在剖析我国电价存在问题的基础上提出了建立符合市场价值规律的电 价体系的努力方向。文献 8 1 对电价的基础理论进行了阐述，但对于电价核定与计算主 要讨论的是政府定价模式下的情形。文献 8 2 一 8 4 则对电力成本核定与优化进行了研 究。文献 8 5 一 8 6 对可再生能源发电实行长期保护性电价制度的问题进行了研究，提 出了自己的观点。 关于电力市场交易方式的一般论述较多，而且都以火电机组为例进行研究，如文献 8 6 一 9 6 。但关于水火电混合系统的交易方式选择的研究成果较少。 关于水火电的优化与调度，在传统计划调度模式下的水火电优化模型研究成果较 多，如文献 9 7 一 1 2 2 。但关于电力市场环境下水火电的优化与调度研究成果较少。 文献 1 2 3 提出了竞价上网中的水火电协调的内涵是：在保证水电不弃水的前提下，避开 水电振动区，以水电调节灵活的优势减少火电机组开停机，配合火电的竞价上网，实现 火电系统的购电费用最低和保证火电机组的高效和安全运行，并考虑水火电约束建立优 化模型。文献 1 2 4 把网络流规划法应用与水火电经济调度研究中，并采用大系统中的 4 华北电力大学博士学位论文 分解协调原理把复杂的水火电力系统进行分解，将每个子系统化分为不同类型的弧，并 定义相应弧的平均费用，从而可用统一算法网络规划法对每个子系统分别进行求解，然 后进行相互协调，由于对每个子问题的求解采用的是统一算法所以各子系统之间相互 协调比较容易，避免了因各子系统采用的算法不同使协调变量迭代次数过多而收敛不理 想的状况。文献 1 2 5 卜 1 2 7 则将博弈论的有关理论应用于水火电系统的市场均衡的模 拟分析。文献 1 2 8 同文献 1 2 4 将网络流规划法应用于电力市场环境下水火电优化调度 中建立优化模型。文献 1 2 9 提出了应对不同传输系统的长期水火电系统优化思路和优 化模型。文献 1 3 0 考虑了电力市场不确定因素下，提出了以水火电系统中燃料成本最 小为目标函数的电力市场环境下水火电系统优化的优化模型，显然也具有一定的局限 性。文献 1 3 1 提出水电不参与市场竞价，而是先向交易中心申报发电量，然后火电参 与剩余市场空间竟价，水电最后按照火电机组的出清价格结算，实际上是只是火电参与 市场竞争。由此可见，水、火电市场交易机制及其优化模型是电力市场研究领域的难点， 现在尚无系统的研究成果可供借鉴，有待借助经济学理论和水火电特性分析进行深入研 究和探讨。 1 2 4 输配电价形成机制方面 关于输配电价定价一般方法的研究和介绍比较多，如文献 1 3 2 卜一 1 4 7 ，所提出的 输电定价方法主要分为基于会计学的综合成本法和基于微观经济学的边际成本法，每类 方法下都又有很多具体的计算方法。这些方法各具有缺点，近年来出现了将两者结合的 集成方法。但对于考虑我国未来电力市场中特殊情况下输电定价方法选择的研究成果较 少。只有文献 1 4 0 和 1 4 1 分别对我国跨区输电和三峡电力市场的输电定价提出了一些 建议。 1 2 5 电价联动机制方面 市场环境下电价联动机制方面的研究成果尚未见系统发布，文献 1 4 8 是2 0 0 6 年发 布的国家发展改革委印发关于建立煤电价格联动机制的意见的通知中提到的煤电价 格联动也是在政府定价模式下的联动，关于上网电价与销售电价的联动的探讨也多是在 目前政府定价模式下的联动。但是文献 1 4 9 已阐述了我国缺乏电价联动市场机制所存 在的种种问题，足见我国电价联动市场机制研究的必要性和紧迫性。文献 1 5 0 分别以 发电侧上网电价、输电企业运行成本和销售电价为变量，建立发电企业、输电企业和电 力销售企业利润最大化模型，并分析了三个变量变动对发电企业、输电企业和电力销售 企业三者利润变化的影响。文献 1 5 1 提出解决好电煤供应商、电厂、电网三方的利益 关系，要通过政府宏观调控、电煤厂商与电厂合同约定、电力企业自主搞活和厂网利益 均衡等多方共同努力，才能建立健康良好的电力市场、实现三方联动。文献 1 5 2 从产 业价值链的思想，考虑“煤电价格联动有效模式应该基于价值链理论”，实现企业由对 立型运作模式向互惠型模式转化实现互惠共赢的合作模式。 1 2 6 电力需求侧响应方面 需求侧响应是近几年国际经济合作暨发展组织( ) 会员国研究和实践的一个 5 第一章绪论 新型课题，目前关于电力需求侧响应方面的研究成果报道较少，文献 1 5 3 一 1 5 7 介绍 了需求侧响应的内涵及其与需求侧管理的关系，需求侧响应在国外的发展情况及其在我 国的引入方式。其中文献 1 5 3 重点分析了需求侧响应对电力市场稳定有效运行和对消 费者选择的重要作用。文献 1 5 4 研究给出了单边电力市场静态稳定环节和带需求侧响 应的组合市场模式。但对于如何通过需求侧响应来实现资源优化配置和引导电力投资尚 未有相关研究成果。 1 3 研究内容及其主要成果 1 3 1 论文的总体架构构建水火电优化配置的市场机制 正如上文所述，市场机制设计是一项系统性的工作，本文以我国电力市场化改革为 背景，从水、煤资源的优化配置，水火电竞价上网，电力输配和销售四个环节来分析探 讨市场机制的构建及其相互之间的协调的相关理论方法及其应用问题，试图使得这些理 论方法能够对于如何通过市场机制和需求侧的响应进行整个系统资源的优化配置，以实 现价格合理反映资源价值和稀缺程度，并创造良好的竞争环境，同时引导合理的增量投 资、促进环保政策的落实等方面起到理论指导作用。如图卜l 所示。 以市场机制确定电价-最终目标 臣互习 销售侧电价形成机制与需求侧响应机制 输 更好地反映消费意愿， 一+ 给用户更多选择权 价与销售电价联动 0 合理引导电网 建设新增投资 水火电竞价模式与交易模型 水电联动 合理引导电源 建设新增投资 煤电联动 水、煤资源合理 一 开发与利用 水、燥资源优化配置机制 图1 1 水火电优化配置市场机制的框架圉 f i g 1 1t 1 l ef m m ec h a f to ft h i sp a p e rm a f k e tm e c h a n i s mo fh y d r 0 t h e f m a lo p t i m i z i n g 6 华北电力大学博士学位论文 图( 1 1 ) 给出了水火电优化配置市场机制的框架，其内涵包括： 1 、水、煤资源优化配置的市场机制( 以水、煤资源价格形成机制为核心) ； 2 、水火电竞价上网的市场交易机制( 以水火电竟价模式与交易模型为核心) ； 3 、输配电服务的市场交易机制( 以输配电价形成机制为核心) ； 4 、需求侧市场交易机制( 以需求侧响应机制为核心) ； 5 、电价与上游资源价格联动机制( 以水电联动机制和煤电联动机制为核心) ： 6 、电价联动机制( 以发电侧上网电价与销售电价联定为核心) 。 1 3 2 研究内容与技术路线 l 、本文的研究内容 本文围绕图卜1 所示的水火电优化配置市场机制的框架，以我国电力市场化改革为 背景，系统研究以下五个方面的技术内容( 分别对应于本文的第二至第六章内容) ： ( 1 ) 水、煤资源优化配置机制研究 ( 2 ) 水火电特性分析与竞价模式研究 ( 3 ) 水火电同台竞价的三种交易模型研究 ( 4 ) 输配电价形成机制及其应用研究 ( 5 ) 需求侧响应与电价联动机制研究 2 、本文的总体研究思路 本文的总体研究思路是：以环境与自然资源经济学、西方经济学、市场经济学、博 弈论、电力市场等方面的有关理论为基础，分别对以上五项技术内容进行研究，系统确 立水火电优化配置市场机制的理论体系，并结合我国电力市场化改革的实际，进行应用 研究和实证分析。 3 、各项研究内容的技术路线 ( 1 ) 水，煤资源优化配置机制研究的技术路线 在对经济学、环境与资源经济学、水资源经济学中的资源价值、资源影子价格、资 源价格核定办法、可再生与不可再生资源的最优利用、排污费核定、社会福利等有关基 础理论分析的基础上，系统研究水、煤资源优化配置问题，构建水、煤资源优化配置机 制的理论体系，并对我国目前水、煤资源优化配黄存在的问题进行深入分析，研究提出 适合我国现阶段的水、煤资源优化配置机制，确保水、煤资源科学、合理、可持续利用， 稳定水火电上游资源的供应及其价格的相对稳定，为实现水火电优化配置奠定良好的基 础。 ( 2 ) 水火电特性分析与竞价模式研究的技术路线 首先对水、火电特性进行系统分析，从水、火电特性出发，应用电力市场一般理论， 充分借鉴国际电力市场运作的成功经验，重点深入研究水火电参与市场竞争的特殊问 题，对水火电参与主电能市场和辅助服务市场竞价模式及其发电权交易模式、梯级水电 参与市场竞价模式与协调机制提出几种可选模式，并在对这些备选方案的对比分析的基 础上，提出模式选取结论。最后结合我国某区域电力市场建设实际，对该市场建设初期 水火电参与市场竞争交易模式及其相关问题进行研究，提出建议方案。 ( 3 ) 水火电同台竞价的三种交易模型研究的技术路线 从解决水火电同台竞价特殊问题入手，以水火电供应模型、电力市场基本理论、电 7 第一章绪论 力系统理论、微观经济学理论、博弈论等为理论基础，既考虑一般机组参与市场竞争交 易的普遍问题，同时重点考虑水火电同台竞价的特殊问题( 如水电优先利用问题，水火 电成本差异问题，减少水电弃水问题，等等) ，分别考虑水火电机组出力最优化、水火 电供应函数投标交易和基于博弈论的发电商投标策略，从三个角度研究建立水火电同台 竞价的三种交易模型，力求充分发挥水电和火电各自优势，实现市场环境下的水火互补、 水火互济。并分别通过实例分析，验证所建模型和算法的有效性。 ( 4 ) 输配电价形成机制及其应用研究的技术路线 首先对输电服务界定、输配电服务成本分摊模型、输配电电价定价模式的一般理论 与方法进行系统分析，然后通过对这些基本模式与方法的对比分析，并结合我国电力市 场建设的实际，提出适合我国国情的电力市场输配电价格形成机制，并以我国某省电网 输配电价测算为例，进行实证分析。 ( 5 ) 需求侧响应与电价联动机制研究的技术路线 在水煤资源优化配置机制、水火电优化配置机制和输配电价