（水文学及水资源专业论文）水电市场化运营的电量配置问题研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 中文摘要 本文基于水电站经济运行理论与方法，以电力市场理论和微观经济学理论为指 导，对水电参与电力市场过程中的期货、现货两级市场中的电量分配问题，进行了 系统的研究和深入的探讨。首先建立了基于发电过程概率特性分析的水电参与期货 市场合约电量的划分模型，研究了期货与现货电量比例的确定方法；接着建立了以 收益最大为目标函数的期货市场合约电量年内分解模型，并运用一次二阶矩法对不 确定性因子引起的风险进行分析求解，确定了期货合约电量年内分解方案与风险的 定量关系；进一步结合实时电价的预测信息，建立了现货日前市场的电量分配模型； 最后通过基于径流预报特征的蒙特卡罗风险分析模型，对现货日前市场的电量分配 方案进行风险分析。 通过实例，证明论文提出的方法符合实际情况，定性与定量相结合，为分析计 算水电厂参与期货、现货两级市场中的电量分配方案提供了一种有效、可行的途径 和方法，并为确定分解后的水电站效益与风险之间的定量关系提供了依据，便于市 场参与者规避风险，结合自身具体情况，做出合适的竞价决策。 关键词：电力市场，期货市场，现货市场，电量分解，风险分析 a b s ，r r a c t b a s e do nt h et h e o r ya n dm e t h o do fh y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h m ，t h i sp a p e rc o n d u c t e ds y s t e m a t i cr e s e a r c ha n d i n t e n s i v es t u d yo fp o w e rq u a n t i t yd i s t r i b u t i o na tt h eb a c k g r o u n do fh y d r o p o w e rp a r t i c i p a t i n gi nf u t u r em a r k e t a n ds p o tm a r k e t , w h i c hi sg u i d e db yp o w e rm a r k e tt h e o r ya n dm i c r o e c o n o m i c st h e o r y f i r s t l y , t h ed i v i d i n g m o d e lo fh y d r o p o w e rq u a n t i t yi nf u t u r em a r k e ta n ds p o tm a r k e tw a sb u mb a s e do nt h ep r o b a b i l i t yc h a r a c t e r i s t i c o f g e n e r a t i o np r o c e s s ，a n dt h er a t i oo ff u t u r ep o w e rq u a n t i t ya n ds p o tp o w e rq u a n t i t yw a sr e s e a r c h e d ；s e c o n d l y , t h ea n n u a lf u t u r ep o w e rq u a n t i t yd e c o m p o s i t i o nm o d e lb a s e do nm a x i m a le c o n o m i cb e n e f i tw a se s t a b l i s h e d ，a n d t h er i s kc a u s e db yu n c e r t a i n t yf a c t o r sw a ss o l v e db yt h ea p p l i c a t i o no ff o s mm e t h o d ，w h i c hf i n a l l yd e t e r m i n e d t h eq u a n t i t a t i v e l yr e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e c o m p o s i t i o no fa n n u a lf u t u r ep o w e rq u a n t i t ya n dr i s k ；f u r t h e r m o r e ，t h e p o w e rq u a n t i t yd e c o m p o s i t i o nm o d e lw a sb u i l ta c c o r d i n gt op r e d i c t i o no fr e a lt i m ep r i c e ；f i n a l l y , t h er i s ko f p o w e rd e c o m p o s i t i o no fs p o tm a r k e tw a sa n a l y z e db a s e do nm o n t ec a r l om o d e li nr u n o f ff o r e c a s t i n g i th a sb e e np r o v e db yc a s et h a tt h em e t h o di nt h i sp a p e rp r o p o s e dm a t c h e st h et r u t h , c o m b i n e dh y d r o l o g y w i t hm e t e o r o l o g y , w h i c hp r o v i d e da ne f f i c i e n ta n df e a s i b l ep a t ha n dm e t h o di nh y d r o p o w e rq u a n t i l y d e c o m p o s i t i o ni nf u t u r ea n ds p o tm a r k e t f u r t h e r , t h i sp a p e rp r o v i d e db a s i sf o rt h eq u a n t i t a t i v er e l a t i o nb e t w e e n e c o n o m i ci n t e r e s ta n dr i s ko fp o w e rs t a t i o n ，w h i c hi sb e n e f i tf o rm a r k e tp a r t i c i p a n t sa v o i dr i s ka n dm a k ep r o p e r p r i c ed e c i s i o na c c o r d i n gt oi t so w ns p e c i f i cc o n d i t i o n s w a n gr u i ( h y d r o l o g ya n dw a t e rr e s o u r c e s ) d i r e c t e db yp r o f w a n gl i p i n g k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e kf u t u r em a r k e t ，s p o tm a r k e t ，p o w e rq u a n t i t yd e c o m p o s i t i o n ， r i s ka n a l y s i s i 华北电力大学硕士学位论文 中文摘要 本文基于水电站经济运行理论与方法，以电力市场理论和微观经济学理论为指 导，对水电参与电力市场过程中的期货、现货两级市场中的电量分配问题，进行了 系统的研究和深入的探讨。首先建立了基于发电过程概率特性分析的水电参与期货 市场合约电量的划分模型，研究了期货与现货电量比例的确定方法；接着建立了以 收益最大为目标函数的期货市场合约电量年内分解模型，并运用一次二阶矩法对不 确定性因子引起的风险进行分析求解，确定了期货合约电量年内分解方案与风险的 定量关系；进一步结合实时电价的预测信息，建立了现货日前市场的电量分配模型； 最后通过基于径流预报特征的蒙特卡罗风险分析模型，对现货日前市场的电量分配 方案进行风险分析。 通过实例，证明论文提出的方法符合实际情况，定性与定量相结合，为分析计 算水电厂参与期货、现货两级市场中的电量分配方案提供了一种有效、可行的途径 和方法，并为确定分解后的水电站效益与风险之间的定量关系提供了依据，便于市 场参与者规避风险，结合自身具体情况，做出合适的竞价决策。 关键词：电力市场，期货市场，现货市场，电量分解，风险分析 a b s ，r r a c t b a s e do nt h et h e o r ya n dm e t h o do fh y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h m ，t h i sp a p e rc o n d u c t e ds y s t e m a t i cr e s e a r c ha n d i n t e n s i v es t u d yo fp o w e rq u a n t i t yd i s t r i b u t i o na tt h eb a c k g r o u n do fh y d r o p o w e rp a r t i c i p a t i n gi nf u t u r em a r k e t a n ds p o tm a r k e t , w h i c hi sg u i d e db yp o w e rm a r k e tt h e o r ya n dm i c r o e c o n o m i c st h e o r y f i r s t l y , t h ed i v i d i n g m o d e lo fh y d r o p o w e rq u a n t i t yi nf u t u r em a r k e ta n ds p o tm a r k e tw a sb u mb a s e do nt h ep r o b a b i l i t yc h a r a c t e r i s t i c o fg e n e r a t i o np r o c e s s ，a n dt h er a t i oo ff u t u r ep o w e rq u a n t i t ya n ds p o tp o w e rq u a n t i t yw a sr e s e a r c h e d ；s e c o n d l y , t h ea n n u a lf u t u r ep o w e rq u a n t i t yd e c o m p o s i t i o nm o d e lb a s e do nm a x i m a le c o n o m i cb e n e f i tw a se s t a b l i s h e d ，a n d t h er i s kc a u s e db yu n c e r t a i n t yf a c t o r sw a ss o l v e db yt h ea p p l i c a t i o no ff o s mm e t h o d ，w h i c hf i n a l l yd e t e r m i n e d t h eq u a n t i t a t i v e l yr e l a t i o n s h i pb e t w e e nd e c o m p o s i t i o no fa n n u a lf u t u r ep o w e rq u a n t i t ya n dr i s k ；f u r t h e r m o r e ，t h e p o w e rq u a n t i t yd e c o m p o s i t i o nm o d e lw a sb u h ta c c o r d i n gt op r e d i c t i o no fr e a lt i m ep r i c e ；f i n a l l y , t h er i s ko f p o w e rd e c o m p o s i t i o no fs p o tm a r k e tw a sa n a l y z e db a s e do nm o n t ec a r l om o d e li nr u n o f ff o r e c a s t i n g i th a sb e e np r o v e db yc a s et h a tt h em e t h o di nt h i sp a p e rp r o p o s e dm a t c h e st h et r u t h , c o m b i n e dh y d r o l o g y w i t hm e t e o r o l o g y , w h i c hp r o v i d e da ne f f i c i e n ta n df e a s i b l ep a t ha n dm e t h o di nh y d r o p o w e rq u a n t i l y d e c o m p o s i t i o ni nf u t u r ea n ds p o tm a r k e t f u r t h e r , t h i sp a p e rp r o v i d e db a s i sf o rt h eq u a n t i t a t i v er e l a t i o nb e t w e e n e c o n o m i ci n t e r e s ta n dr i s ko fp o w e rs t a t i o n ，w h i c hi sb e n e f i tf o rm a r k e tp a r t i c i p a n t sa v o i dr i s ka n dm a k ep r o p e r p r i c ed e c i s i o na c c o r d i n gt oi t so w ns p e c i f i cc o n d i t i o n s w a n gr u i ( h y d r o l o g ya n dw a t e rr e s o u r c e s ) d i r e c t e db yp r o f w a n gl i p i n g k e yw o r d s ：p o w e rm a r k e kf u t u r em a r k e t ，s p o tm a r k e t ，p o w e rq u a n t i t yd e c o m p o s i t i o n ， r i s ka n a l y s i s i 声明尸刚 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文水电市场化运营的电量配置问题 研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：丛 日期：塑至：! ：2 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) 作者签名： 日期： 垡导师签名： 华北电力大学硕士学位论文 1 1 论文选题背景及意义 第一章绪论 2 0 世纪8 0 年代，世界许多国家和地区相继进行了电力工业市场化改革，以提 高电力行业效率，降低电力生产成本。各国电力改革模式不尽相同，这些国际成功 经验对我国电力市场化改革有着很好的借鉴作用。 1 9 9 2 年，国家电力部提出了电网要商业化运营问题，接着电力部开展了电力市 场理论研究和探索，为建立电力市场做好准备工作。1 9 9 4 年、1 9 9 5 年浙江省和安 徽省相继建立电力模拟市场，南方电网公司利用经济手段开展了省网间电力交易和 转运业务，为我国建立电力市场进行了有益的实践探索。 1 9 9 8 年，国家电力公司确定在上海、浙江、山东、辽宁、吉林、黑龙江六省市 开展“厂网分开、竞价上网 的试点工作，旨在发电领域内引进竞争，要求各发电 商将电量卖给省电力公司，由省电力公司统一将电量售给各供电局。发电量分为合 同电量和现货电量，激励各发电商参与竞价，促使各发电商之间形成竞争。 2 0 0 2 年底，国家电力公司正式“厂网分开 ，成立了两家电网公司，五家发电 集团公司。首先将竞争引入发电领域，而输、配、供仍保持垄断。2 0 0 3 年6 月，国 家电监会决定在华东和东北地区分别建立区域性电力市场，区域电力市场建设进入 实质性起步阶段。2 0 0 4 年1 月1 5 日，正式启动东北区域电力市场模拟运行，东北 电力市场是我国的首个区域电力市场，现在已处于试运行阶段；2 0 0 4 年5 月华东 区域电力市场进入模拟运行状态，并于2 0 0 5 年1 1 月在国内率先启动综合模拟日前 竟价。 在华东和东北区域电力市场中，由于水电比重小，其市场竞争都没有考虑水电。 2 0 0 5 年1 1 月，南方电力市场开始进入第一阶段的模拟运行，南方5 省( 广东、云 南、海南、广西、贵州) 的水电装机所占比例在2 0 0 4 年就达到3 2 以上，所以在 南方电力市场开展模拟运行时，就开始了水电参与市场化运营问题的研究，并计划 尽早将水电纳入市场运行模式。 西北电网辖区内的水电比例高达3 0 以上，在水电参与市场方面，西北电网也 有一些有利的条件，为了配合西北电力市场的建设，在更大范围内利用市场机制统 优化配置资源，健全电价机制，促进西部水能资源的优化利用，更好地为西部区 域经济社会的协调发展服务，西北电网公司也成立课题组开展专题研究工作。2 0 0 6 年3 月华北电力大学和西北电网公司相关人员在西北电网公司就西北水电运营的有 关技术问题进行了讨论协商，并于2 0 0 6 和2 0 0 7 年由华北电力大学可再生能源学院 华北电力大学硕士学位论文 水文学及水资源教研室承担了两个西北电网水电市场化运营问题研究的课题。 虽然我国大部分区域已经开始电力市场的建设，但改革的核心问题即竞价上网 的模式仍来确定，国内试点的竞价模式在新形势下如何选择，关系到电力市场化改 革的成败，同时，在水电参与市场化运营的区域，水电竞价模式的研究也已作为一 项重要课题在研究与探讨。 1 2 水电竞价上网现状 电力市场是电力电量的买卖双方相互作用，并共同决定电价和电力电量的机 制。更具体的来讲，电力市场是采用经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则， 对电力系统中发电、输电、配电、用户等各成员组织协调运行的管理机制和执行系 统的总和。 电力市场首先是一种管理机制，主要采用市场手段进行管理，达到资源优化配 置的目的。开放性、竞争性、网络性和协调性是电力市场的基本特征3 。 电价是电力市场的杠杆和核心内容。电价核定应该遵循成本补偿、合理报酬和 公平负担等基本原则。各国在电力工业发展的不同阶段，电价核定的原则会有差异。 电力市场的运行除了需要有正确的、适合市场经济规则和电力工业特点的指导思想 外，还必须具备一定的技术经济条件n 】。 引入竞争机制、使电价形成机制合理化、优化资源配置、提供优质服务、促进 电力工业的可持续发展是电力市场的总体目标。由于电力改革有多重目标，且这些 目标直接相互矛盾，因此电力改革必须使各目标之间相互平衡，根据经济发展的不 同阶段和电力发展的不同水平，确立改革的主要目标和次要目标n 1 。 1 2 1 水电的特性及参与市场的特殊性 1 2 1 i l 水电的特性 当前国内发电装机容量主要由火电与水电构成，火电装机容量约占7 5 ，水电 装机容量约占2 5 。但我国幅员辽阔，电力资源分布不均衡，不同地区的水、火电 比例差异比较大。由于水电在电网安全中有着重要作用：水电具有启、停快捷，增 减负荷速度快，运行成本低廉的特点心棚，所以水电一般均担任电网调峰、事故备用 及调频的任务，如果水电容量满足不了电网调峰的需要，就必须调动可调峰的火电 机组参加调峰或采取非常规方式调峰。水电的投入可提高电网的供电可靠性，减少 电网临时性的拉闸限电，改善电网的供电条件。但水电也有不足的地方：由于水库 可用水量一定，因此水电的发电量是受限的；水电具有季节性特点，丰水期多发， 枯水期少发。正因为火电与水电具有的不同的运行特性，在某个电网中，水电和火 2 华北电力大学硕士学位论文 电的比例不同，将直接影响到电网的运行方式、调峰能力和平衡能力。因此在某个 区域性电力市场中，选择竞价模式时，需要透彻分析当地水电运行的特点。 水电运行的基本特点如下： 1 ) 由于来水的不确定性，使水电参与竞争时，除了面临价格风险外( 水电的报 价与其发电量大小有关) ，还有预测发电量的风险一报价曲线( 方案) 的风险评估、 报价曲线各段的后效性影响不同，需要具有较强功能的调度软件系统支持。 2 ) 综合利用与社会效益的约束，具体说来，就是发电市场以利润最大为目标， 水利功能部分以社会福利最大为目标，两者难以找到结算基础，增加了综合利用要 求较高的水电站参与市场化运行的困难。 3 ) 水电在电力系统中的角色差异。 4 ) 水库调节性能的差别直接影响水电站参与的交易品种、参与市场化运行的 进程。水库调节性能的好坏决定了水电厂在发电市场中的竞争能力，在相同报价条 件下，调节性能越好的水电厂，其竞争能力越强。 5 ) 梯级水电的竞争与调度协调，从市场的有效性出发竞争单元越小越有利( 不 导致无序竞争) ，从优化运行出发以梯级为竞争单元有利。从国外电力市场看，一 般以单级水电站为竞争单元，梯级之间既需要市场上的竞争，更需要运行上的协调。 1 2 1 2 水电参与市场竞争的特殊性 随着电力市场化进程的加快和“厂网分开，竞价上网电力市场运营机制的实 施，发电企业成为市场竞争的主体。水电企业面对新的挑战，生存环境及运行主要 产生如下变化例：水电厂生产目标发生了变化，由原来的追求发电量最大转交为追 求收益最大化，在关心发电量的同时还需要关心电价；水电厂的运行由原来的以计 划为中心转变为以市场为中心，电厂能通过报价主动参与市场交易，并影响市场价 格；水电企业收益受报价策略影响很大，水电厂的上网电量受报价高低影响很大， 成功的报价策略会得到理想的成交电量，否则会失去上网的机会；水电厂的发电收 入不仅取决于系统结算电价，而且取决于发电量在时间上的分配。水龟商需要根据 水库调节性能、来水情况及电力系统供需情况，合理安排水电厂运行方式，高电价 时多发电，低电价时少发电，提高水电效益。 水电参与市场化运营，表现出了其特有的优越性：由于水电机组具有启停灵活 的特点，通过参与辅助服务市场，既可以帮助电网提高过峰过谷能力，又可以从中 获得相应的利润：水电运行成本普遍较低，参与市场后，低廉的价格可以缓解电价 上涨的压力，真正让终端用户用上优质、廉价的电力；水电合理、经济的运行能够 带来较大经济利益，这将引导水电投资，符合国家鼓励水电发展的政策，便于调整 我国能源结构；根据我国实际情况、水电分布及水电价格的区域性特点可以引导高 耗能企业到水电资源丰富的地区投资建厂，进一步拉动当地经济发展，进而调整我 3 华北电力大学硕士学位论文 国电源和负荷的不合理分布。 由于水电有其自身的特性，因此对于我国电力市场的建设也产生了如下问题： 由于水电运行成本普遍较低，参与竞争后可能会对火电机组造成较大影响；水电类 型多样，运行方式及运行成本的差异，会造成水电价格差异，以致引发水电企业之 间的无序竞争；参与竞争的水电站可能会出现由于水情预测不准造成的“欠发 和 “多发”问题，给电力市场运营带来较大风险；水电企业不合理的竟价策略，可能 导致电量在时间上分配不合理，造成某时段发电用水量不够等情况，增加了水电企 业参与市场的风险；梯级电站之间由于存在水利联系，发电能力受到牵制，如果电站 不属于同一家发电公司所有，将产生利益分配问题：大型枢纽电站的综合利用要求 会与市场环境下的经济效益发生冲突；水电参与市场后，水能利用情况将发生较大 变化，根据北欧n 。1 及美国n 水电发展情况的分析，将对环境造成一定的影响，需要 建立相应的水能利用及规划制度。 1 2 2国内外水电参与市场情况 1 2 2 1 国外水电参与市场交易现状 ( 1 ) 北欧电力市场n 2 1 耵 北欧电力市场是世界上第一个跨国电力交易市场，北欧五国( 芬兰、瑞典、挪 威、丹麦和冰岛) 中，由于冰岛远离斯堪地纳维亚半岛，因此冰岛电网目前仍是一 个独立运行的电网。除冰岛外，其他四国已相互联网，形成一个跨国的互联电力系 统，并且与北欧以外的西欧电网、俄罗斯电网实现了联网。北欧电网内各国电源结 构差异很大，互补性强。北欧电网互联进而形成电力市场的主要原因则是电源结构 的差异。其中挪威基本为纯水电系统，瑞典水电与核电约各占一半，丹麦基本为纯 火电系统，芬兰则是主要以火电及核电为主，水电所占比例在1 5 左右。挪威、瑞 典的水电资源主要集中在北部，火电及核电主要在南部。 北欧四国之间的电力电量交易通过北欧非实时电力交易中心( n o r d p 0 0 1 ) 进行 自由交易。首先各国的发电商及电力供应商将自已希望进行交易的电量及价格提交 到该中心，交易中心按市场规则确定满足电网安全约束的电量交易量和价格。各国 电网调度中心也将电网保证安全的边界传输容量提供给非实时交易中心，作为核定 交易计划的输送容量边际条件，各国电网调度中心负责平衡市场的实时交易，以保 证电网运行中电力电量的瞬时平衡。在北欧市场中，水电与其它类型电源采用相同 的规则参与市场。由于水电比重大和水库来水变化，北欧电力市场中的实时电价明 显呈季节性特点。例如在丰水季节，北欧北部地区大量成本较低的富余水电凭借价 格优势流入南部地区，导致市场实时电价相对较低，在枯水季节则相反，南部的火 电流入北部地区，市场实时价格则相对较高。 4 华北电力大学硕士学位论文 ( 2 ) 加拿大电力市场叫钉 加拿大的水力年发电量约接近国家电力的6 0 。据估计加拿大水能蕴藏量为l 3 3 2 t 、吮，其中技术可行蕴藏量为9 8 1 t w h a ，经济可行蕴藏量估计为5 3 6 t w h a 。 未开发的技术可开发量相当于1 1 8 0 0 0 m w 。加拿大目前水电总装机容量已达 6 7 1 2 1 m w ，另有约2 4 0 0 m w 水电装机正在施工中，它包括近6 0 0 m w 的更新改造工 程。规划中的水电装机容量超过6 2 0 0 m w 。目前有2 2 1 座容量大于1 0 m w 的水电站 在运行中。各省( 除爱德华王子岛省) 都有一定的水电装机容量，其中水电比重大的 有魁北克省、不列颠哥伦比亚省、纽芬兰省和拉布拉多半岛、马尼托巴省和安大略 省。魁北克省的水电基地还与美国的p j m 市场有输电通道联结。该电网是北美联网 中异步运行的纯水电又输出大量电能的电网，1 9 9 7 年5 月开始全面市场化，当年就 比改革前一年的输出电量增加3 3 ，获利6 3 2 亿美元。2 0 0 0 年8 月魁北克水电局 调整其管理机构，将发输配电业务进行分解并优先加强为用户服务的业务，取得用 户普遍赞扬：9 5 的用户在1 0 分制的评价中给电网供电评出8 5 的高分。9 0 年代的 输电平均年停运时间由8 0 年代的1 7h 降到0 6 5h 。1 9 9 9 年输配电一起计算，每个 用户平均停电时间为2 8 1h 。计划到2 0 0 4 年将此数再降低到2 3 5h 。水电无论是参 与加拿大国内电力市场竞争还是参与美国的电力市场竞争，都是与火电一起按照同 样的规则进行。 ( 3 ) 英格兰一威尔士新电力交易规则n 卜1 5 1 新电力交易规则n e t a ( n e we l e c t r i c i t yt r a n s a c t i o na r r a n g e m e n t ) 的一个基 本原则是任何想要进行电力买卖的主体都能够通过任何自由谈判的合同形式进行 电力交易，水电也不例外。在新的交易规则下，大多数电力交易将通过双边或多边 合同在一轮或多轮交易下完成。实际生产、供应和消费电能的发电商、供电商和用 户以及不和电打交道的中间交易商，均是在交易市场中通过双边或多边合同买卖电 力的主体。n e t a 为市场交易提供了一个接近实时的电力购买、销售、生产、消费的 合同状态和实际物理状态的不平衡的出清和交割机制。 在实际中，电力交易商购买或卖出的电量也许并不平衡，发电商实际生产的电 量也许与卖出的电量也不平衡，用户可能会消费比他们曾购买的更多或更少的电 量，所以n e t a 的主要内容就在于测算这些盈、缺( 不平衡) ，并确定结算价格，以 开出结算发票，完成买卖支付。这种测算和设定不平衡容量和价格的过程就叫“不 平衡结算。需要注意的是，不平衡结算不是为电能大块买卖的定价和交割，而是 为市场参与者的合同发、用电量和实际发、用电量之间的差异造成的微小的出入进 行定价和交割。不平衡结算为出力具有随机性的水电机组上网提供了便利。 在n e t a 中，发电商和供电商要向系统运营者提交竞供和竞购投标。竞供投标 是指增加发电水平或减少需求水平的意愿；竞购投标是指减少发电水平或增加需求 水平的投标。发电商和供电商可以同时提交竞供投标和竞购投标。系统运营者从全 5 华北电力大学硕士学位论文 国或地方电量供需平衡和电网稳定的角度出发决定对发电商和供电商提交的竞标 的接受。 从上面的介绍可以看出，在水电占有一定比例的电力市场中，各国都将水电与 火电一起纳入到同一竞争机制当中，在整个市场规则中没有特意为水电设立特别的 规定。 ( 4 ) 美国加州电力市场发展历程1 1 5 d 6 j 美国电力改革的核心是放松管制，引入竞争，提高效率，降低电价。加州模式 可以称为美国电力市场化的典型。1 9 9 8 年3 月3 1 日，加州电力市场正式运行，目 的是在电力供应中引入激烈的竞争，允许用户有选择权，建立i s o 和p x 并通过实 时市场、双边贸易和差价合同等形式提供电力贸易。市场参与者包括发电厂、电力 交易所( p x ) 、计划协调者( s c ) 、独立系统运行员0 s o ) 、配电公司、零售商和用户。 1 s o 和p x 是最重要的2 个电力市场部f - i 。i s o 负责调度、电网运行、提供输电 服务和拥挤管理、购买和提供辅助服务、通过一个实时市场平衡电网的实时供需关 系等。它管理3 个关键市场：竞争性的辅助服务采购市场、实时能源市场和批量期 货市场。p x 是一个提供电力交易场所的非盈利公司，主要包括未来2 4 小时和未来 1 小时的市场以及双边贸易和差价贸易市场，其采用的定价方式是采用统一的市场 清除价，和英国2 0 0 1 年4 月份以前采用的方式是一样的。p x 属于s c 的一种，也 需要把最后确定的交易提供给i s o 审核。i s o 可以根据需要对这些交易再做一些修 改以消除网络拥挤。p x 制定并向i s o 提交交易计划，该交易计划成为i s o 协调电 网运行的基础。 加州电力市场对辅助服务设立专门的市场，由i s o 负责市场运作。在辅助服务 市场中进行交易的有a g c 、各种系统备用容量、无功功率支持、事故恢复等服务。 其中无功功率支持和事故恢复通过长期合同交易；其他的a g c 和备用服务则以小 时为单位交易，由i s o 确定需求量并根据提供服务的公司的报价益线决定a g c 和 备用服务价格。 一 加州电力市场的市场结构比较复杂，具体有如下特点：在电力市场中多个单 独的电力市场并存。全州划分为2 0 多个“区”，以便于输电阻塞管理以及区域定价 和制定阻塞管理费用。阻塞管理分为区内阻塞管理和区间阻塞管理，区间阻塞管 理采用了调整报价，是一个迭代的协调过程。 加州电力危机后，对电力市场的改造提上日程。2 0 0 2 年，加州1 s o 提交了“市 场全面设计计划的市场改革方案，同时还提交了对电力市场协议的相应改动意见。 未来( 2 0 0 7 年后) 的加州电力市场主要由5 个模块组成：双边合同交易、金融输电权 市场、日前综合期货市场、余量机组组合市场、实时市场。 6 华北电力大学硕士学位论文 1 2 2 2 国内水电参与市场竞争现状与启示 1 9 9 8 年，国家明确提出：推进“厂网分开，竞价上网 ，引入竞争机制，建立 规范有序的电力市场。为稳妥起见，国家要求上海、浙江、山东作为第一批试点单 位，率先开始“厂网分开，竞价上网胗的改革，东北三省紧随其后。六个试点电网 依据本地区的实际情况，学习和借鉴国外经验，本着稳妥试行、逐步实现正式实施。 吉林首先于1 9 9 9 年2 月开始正式运行，除辽宁电网还处于模拟阶段，浙江、上 海、山东、黑龙江也从2 0 0 1 年1 月相继进入正式运行。各试点单位在“发电商与 电网经营管理权分开，发电商产权隶属关系暂不改变；电网、交易与调度为一体， 电网经营企业为单一购买者；竞价采取单一制电价模式 三个基本前提下进行竞价 上网改革。考虑到各自电力供求状况、管理水平等实际情况的不同，各电网相应制 订了适合自身电力市场发展的竞价模式。 吸取澳大利亚国家电力市场模式的经验，为了回避市场价格风险，浙江省发电 市场以“单一购买者+ 差价合约 作为其竞价模式。上海电网采取“长期合同电能 交易+ 实时电能交易+ 协议电价电能交易”竞价模式。长期合同电能交易是指按国 家批复电价结算的电量上海市电力公司与竞价发电商进行的电能交易；实时电能交 易是指竞价发电商通过竞价与上海市电力公司进行的电能交易；协议电价电能交易 是指上海市电力公司与跨省电网经营企业、非竞价发电商进行的电能交易。山东、 辽宁、黑龙江电网分别实行“单一购买者+ 双轨制上网电价 、“履行合约、竟价超 约 、靠合约电量+ 限量竞价 限量竞价模式。各省电力公司作为单一购买者统一收 购所有上网电量，发电商与电网签订购电合同，约定电量，按国家核定的电价，由 电网收购发电商的合同电量；建立实时电力市场，对超过合同电量的部分，发电商 通过竞价上网发电。吉林电网目前采取“有限电量离线竞价上网模式。有限电量 为全年基本计划电量，其余电量为竞价电量；离线竞价捌 实时竞价。该模式逐月 确定竞价上网电量额度，以最后一个发电企业的报价作为成交结算价格。 上述试点的竞价模式可概括为两种，即差价合约竞价和有限电量竞价。浙江属 于差价合约竞价模式，通过竞价能够上网的电量才按合约差价结算；其他五省( 市) 电网则先按购电合同收购合同电量后，超过合同电量的上网电量按市场价结算，属 于有限电量竞价模式。 电力工业改革以来，我国这些试点单位的竞价模式是以省为单位确定的，且实 际只有1 0 一2 0 左右的电量参与竞价，与国务院国发 2 0 0 2 5 号文件精神的要求和建 立区域性电力市场的要求相差甚远。目前我国电力市场的改革趋向是“厂网分开、竞 价上网，输电、配电仍由国家垄断经营”。2 0 0 2 年底国务院正式批复了发电资产 重组划分方案，确定了“总体设计、分步实施、积极稳妥、配套推进”等具体实施原 则。2 大电网公司、5 个发电集团和4 个辅业公司，以及国家电力监管委员会的相 7 华北电力大学硕士学位论文 继成立，标志着“厂网分开”的改革任务已基本完成。 世界各地学者也对竞价交易结构和模式早有研究，但是国外的模式不能照搬， 只有借鉴国外成功的经验，并结合我国结构性缺电长期存在的特点和实际，才能研 究开发出适合我国国情和具有生命力的区域电力市场发电竞价交易模式及电力市 场技术支持系统。 我国的电力市场化改革目前尚处于起步阶段，已经开展模拟运行和试运行的东 北、华东区域电力市场由于水电比重较小，水电都没有参与市场竞争。模拟运行中 的南方区域电力市场的水电所占比重达3 2 ，南方区域电力市场水电竟价方案还在 酝酿中。因此，我国区域一级电力市场的水电竞价还无实践经验可以借鉴。 在1 9 9 8 年开始的我国省级电力市场试点中，四川省电力市场将水电也纳入了 模拟运行。根据有关资料，四川省电力市场试点从1 9 9 9 年7 月开始试运行到2 0 0 4 年底结束，在水电参与市场竞争特别是水火电置换方面积累了比较丰富的经验。水 火电合同电量置换市场实现了利益多赢，并充分利用了水电资源、节省了煤炭资源、 保护了环境。 结合国际经验和四川省水电参与市场的经验，对于我国水电参与市场竞争规则 的制定有如下启示： ( 1 ) 要为水、火电这两种不同的电力产品提供公平、合理的竞争平台，并以市 场信号合理引导和调节水、火电持续发展的投资，鼓励清洁能源的优先开发利用： ( 2 ) 规则设计要让这两种不同特性的产品在同一个市场中体现不同价值，即体 现水电运行灵活、节能、环保和火电稳定等特点，如水电在日前市场和辅助服务市 场中具有优势，而火电在长期合约市场中承担的风险较小，用规则引导水、火电自 身去选择参与市场竞争的不同类型，真正地实现水火互济，促进电力资源优化配置； ( 3 ) 要以完善的市场机制来体现风险与收益对等原则，虽然从表面上看，我国 目前水电上网电价整体较火电偏低，水电与火电同平台竞争可能造成水电上网电价 的上涨，但是水电一旦参与市场竞争后，水电承担的风险要远远大于火电，因为由 于来水的波动，会使其受到“超发 和露欠发 的双重违约处罚。就这一意义而言， 市场应给予水电参与市场竞争的权利，以获得较竞争上网前更高的电价。 ( 4 ) 确立合理的价格形成机制，保持合理的投资收益水平，维持终端电价稳定， 以兼顾国家、投资者、用户的利益。 ( 5 ) 有针对性的设立基于水火电置换的发电权交易，如在丰水期和平水期运行 置换市场，置换计划合同电量指标，以一句为一个交易周期。水火电置换便于合理 利用能源资源，充分发挥水电优势，尽量多发水电，减少弃水，支持高效率火电， 可在一定程度上达到利益共赢，且保护环境。 ( 6 ) 为了有效地防止电价的大幅度波动和电价整体上扬，在电力市场中可恰当 地应用限价思路，在一定程度上阻止多次报价体系中的投机行为，并且在多级电力 8 华北电力大学硕士学位论文 市场中，由于各类电力服务成本之间的相关性，建立价格联动的限价措施是合理并 且有效的。例如水电站的最高限价方案与建设年代有关，年代越晚，上网电价上限 越高；水电站的最低限价方案主要与装机规模有关，装机容量越大，最低限价越高。 同时水电站上网报价上下限，要考虑水火电比价，将水火电比价控制在一定范围内， 以利于同台竞争。 1 3 水电常用竞价模式分析 1 3 1单一制电价、部分电量竞争模式 根据我国国情和电力工业的现状，在竞价上网初期，由于电网结构中的发输 电约束较多，各发电企业之间发电成本差别较大，且投资主体多元化、利益关系 复杂，使得发电企业难以在同一起跑线竞争，加上国内大部分省级电力市场由于 富余发电容量较小，受市场供求关系的影响，很有可能造成电价的整体上扬，而 且电网经营企业与发电企业之间签订的购电合同也限制了全部电量竞价上网的实 旅。以上诸多因素表明我国现阶段不适合开展全电量竞争，否则将面l 临较大风险。 为了有效解决合同期较长的原有购售电合同问题，各试点电力市场在建立电 力市场的探索中提出了以双轨制竞价体系为核心的包括“差价合约 、“履行合约， 竞价超约等在内的多种实施方案，其目的是既要考虑原有的还本付息政策的延 续，又要引入竞争机制，推动电力市场的发展。双轨制竞价体系，其实质就是限量 竞争模式，即基本电量部分按国家批准的合同电价结算，竞争电量部分按竞价电 价结算。可见，在我国电力工业在市场化改革初期，采取限量( 有限) 竞争模式 有一定的合理性，随着条件的成熟，可以逐步加大竞争力度，最终过渡到全电量 竞争模式。 在限量竞价模式下，将发电企业的上网电量分为合同电量和竞争电量。由电 网经营企业与发电企业每年签订购电合同，明确合同电量与电价。合阿电量按合 同电价( 物价部门批准的上网电价) 结算，其余部分按竞争电价结算，是计划价格 与市场价格并存的“双轨制 电价机制。 1 3 1 1 余量竞争模式 余量竞争模式是指把一个时期内的预测电量的部分定为计划合同电量，其余 电量用于竞争。计划合同电量按原来的计划模式分配给各发电机组。机组通过报 价竞争剩余负荷。 该竞争模式的具体做法是：将机组的年度合同电量分解到每个交易时段，保 证机组的合同电量。制订调度计划时，安排机组每_ 时段发合同电量的出力曲线， 9 华北电力大学硕士学位论文 出力曲线之上的剩余电量及由竞价机组按竞价中标情况安排。合同电量按合同电 价结算，合同出力曲线之上的竞争上网电量按竞争电价结算。这种竞价模式可总 结为：计划安排合同出力曲线、竞价带剩余负荷。为保证市场竞争的连续性和公平 性，每个交易周期必须留有一定程度的竞争空间，即每个交易周期必须保证一定 的计划电量和一定的竞争电量。如何安排机组在每个交易时段的计划电量是该竞 争模式的关键。由于某些机组的计划电量对应的机组利用小时数比较低，无法保 证每个交易时段都开机，因此这种模式下每个交易周期的机组组合方式只能是由 人工控制，无法做到绝对的公平。尤其当计划电量比较大时，这种模式保留过大 的计划性，在某些程度上失去了市场的竞争性和公平性。 有限电量竞价模式有如下优点：简单易行，便于操作；风险较小，有利于平稳过 渡；易于向多买方、双边交易为主市场过渡。有限电量竞价模式有如下缺点：价格 机制还是双轨制；竞争不充分，价格信号不够准确；系统不能完全根据竟价结果来 优化调度，调度难以公平；价格风险只能靠最高限价控制n 刀。 1 3 1 2 差价合约竞