电力系统经济学原理第三章ppt课件

第三章电能交易市场 1 基本内容 3 1简介 3 2电能商品的特殊性 3 3集中式现货市场存在的必要性 3 4开放式电能市场 3 5集中式电能市场 3 6结算流程 3 7推荐阅读材料 2 3 1简介 输配电网络对电力市场具有相当大的影响 为了简化本章的分析 假设所有发电机与负荷均连在同一根母线上 或者是与一个没有损耗的无穷大系统相连 有助于取得对电力市场的初步认识 在目前的技术水平下 电能还难以经济地实现大规模贮存 电能的生产与消费几乎可以说是同时发生的 在这种情况下 进行电能交易也就意味着总是需要在规定的时限内交付一定数量的电能 电力市场上各交易时段的电价往往不一样 负荷需求的变化不会只发生在各时段的起始时点 为了保证系统的平衡 系统运行人员必须在各时段内经常调整发电出力水平 3 3 2电能商品的特殊性 建立电力市场的前提条件 电能可以像商品一样交易 电能与其他商品差异 电能商品总是与物理电力系统紧密相连 而电力系统的传送速度远远高于其他商品市场 本质差异 在电力系统内部 供应与需求需时刻保持平衡 发电机生产的电能不能直接送到指定的用户 所有发电机发出的电力会在系统内汇合到一起 依照物理定律流到各个电力用户 电能需求会表现出可预测的波动性 电能的生产与消费是同时发生的 他们的成本和价格出现快速的周期性变化 4 3 3集中式现货市场存在的必要性 市场是一种帮助买卖双方进行协商并达成交易的平台 电力市场里存在的误差和不可预测性故障有 一组用户的实际负荷需求不会恰好等于预测值发电机组经常会发生一些不可预测的故障还有一些其他因素 影响电能的准时交付为了保证电力系统的安全运行 必须消除这些差异 如果将发电与负荷之间的偏差看成是电力供需不平衡 并且通过开放式市场机制对之进行校正 那么必须能够将市场每时每刻的状态 发电投标 用电需求 价格 告知电能生产者与用户 很难建立一个可传输如此多必需数据 记录成千上万笔相关交易信息的系统 5 集中式现货市场 大部分的电能可以通过分散的开放式市场进行交易 但该市场无法保证电力系统的可靠性 为了弥补开放式电能市场的不足 需要建立一个集中管理的现货巿场 它可以解决在实际电能交割时的负荷与发电不平衡问题 集中式现货市场可以调整比较灵活的发电商的出力 削减自愿减负荷的用户的需求 从而实现发电与负荷的匹配 由于存在不可避免的技术问题 发电机组可能出现一些突发性或不可预见的事故 干扰系统的正常运行 集中式现货市场必须能够处理此类事情 6 开放式电能市场 双边交易主体 购买者销售者交易双方可以自由签订双边合同 无须第三方参与 干扰或者推动 双边交易的三种形式 自定义长期合同场外交易电子交易 7 双边交易 自定义长期合同 customizedlong termcontract 此类合同非常灵活 供需双方可以通过私下协商 达成同时满足双方需要及目标的条款 适用情况 涉及的交易电量很大 数百或数千兆瓦时以上 并且时间跨度比较长 几个月到几年 一般就可以采用这种交易方式 场外交易 trading over the counter OTC 这类交易通常采用标准合同形式 主要应用于中 短期数量较小的电能交易 适用情况 交易费用较少 在实际交割即将发生前的很短时间内 生产者与用户想要对交易情况进行调整 可以使用此类合同 8 双边交易 电子交易 electronictrading 在一个计算机化的市场环境里 售电方可以在市场上进行电力报价 而购电方则可以报出自己可接受的电价 所有市场成员都可以看到每笔电能的数量与价格 但他们不知道各报价与投标具体对应于哪个参与者 如果程序发现有一投标的价格高于或等于此报价给出的价格 即自动达成一笔交易 成交数量与价格会向所有成员发布 没有发现合适的投标 会在以下三种情形下清除 找到匹配的投标 报价撤销 因为对应时段的市场关闭而造成流标 9 双边交易 三种交易形式的共性 每一笔交易的成交价格均由交易双方独立决定 也就是不存在 官方 价格 自定义长期合同的详细条款通常视为私人信息 但对于场外交易 市场往往会提供一些独立的信息咨询服务 主要做法是收集与交易相关的价格与数量汇总信息 并在不暴露交易参与方身份的前提下发布它们 通过市场信息传递机制 以及电子交易市场上最后一笔交易的显示信息 市场成员能够更加清晰地了解市场的状态与发展趋势 市场效率会得到更大的提高 10 双边交易 例题 蜀国电力公司会在蜀国电力市场上进行交易 该市场以双边交易为基础的 假设它拥有三台发电机组 具体参数如表3 1所示 为了简化分析 假设这些机组的边际成本在整个运行范围内恒定不变 由于存在比较大的启动成本 蜀国电力公司会尽可能让机组A始终保持与系统相连 同时让机组B尽可能在白天多发电 假定机组C的启动成本可以忽略不计 11 双边交易 例题 蜀国电力公司在6月11日14 00 15 00这一时段的合同交易情况 表3 2汇总了所有相关的双边合同 表明蜀囯电力公司为了賺取一定的利润 它利用远期巿场上的价格波动回购了一部分已售出的电能 12 双边交易 例题 在6月11曰中午时间 蜀国的值班交易员孙尚香必须决定 是否需要通过基于电子显示屏的蜀国电力交易所调整交易安排 一方面 孙尚香知道蜀国电力公司已经签订了总量为570MW的合同 同时它在该时段的全部可用发电容量是750MW 另一方面 她还可以看到电力交易所的交易屏上显示了如表3 3所示待交易的报价和投标 13 双边交易 例题 基于她在该市场上的交易经验 孙尚香确信售电报价不可能再上涨 由于机组B还拥有130MW的空余容量 孙尚香决定在竟争对手没有采取行动前 先赢得购电投标O1 O2与O3 由于这些投标的价格高于机组B的边际成本 所以它们能带来一定的利润 在完成上述交易后 孙尚香需要将该小时内调整后的生产指令下达到发电厂 机组A需要按照额定功率 500MW 发电 机组B的出力水平是130MW 而机组C依然处于待命状态 14 双边交易 例题 在电力交易所即将停止14 00 15 00这一时段的交易之前 孙尚香接到B电厂运行人员打过来的电话 B电厂碰到了一些事先没有预想到的机械故障 虽然在傍晚之前它都会继续发电 但发电量最多只有80MW 孙尚香很快意识到这一故障会给蜀国电力公司带来损失 而她可以选择的解决方案有三种 什么都不做 任由蜀国电力少发50MW出力 这意味着它需要以现货市场价格进行补偿 启动机组C 补足这一缺额 尽可能在电力交易所内购买一些替代电力 由于后面现货市场的价格变化令人非常难以捉摸 孙尚香对第一个方案的接受程度很有限 为此 她决定比较一下另外两个方案 即能否在电力交易所上以低于C机组边际成本的价格购得替代电能 15 双边交易 例题 她已经是电力交易所内的最后一个交易者 此时前面一些报价已经消失 同时也出现了一些新的报价 如表3 4所示 孙尚香立即决定选择报价B8 B6与B3 因为它们能让她补足该时段内的合同不平衡电能 并且支付的购买费用低于机组C的发电成本 总之 当该时段的交易结束时 蜀国电力公司总计应提供580MW的电能 需要提请注意 孙尚香是基于电能生产微增成本进行交易决策的 16 电力库 电力库建立的背景 在电力行业刚引入市场竞争机制的时候 双边交易曾被视为极大地偏离了电力系统的物理实际情况 既然电能在从发电机流向负荷时是混合在一起的 所以有人认为电能交易也需要通过集中方式进行 并且全部生产者与用户都必须同时参与才行 目前一些正在运营的电力库实际上是以电力联营体为建立基础的 17 电力库的运营模式 电力库的运营模式 发电公司针对交易时段提供发电报价 标明它的供电数量与对应的价格需求 发电报价按照从低到高的顺序排列 根据这一序列 可以得到一条表示价格与累计数量关系的函数曲线 该曲线就是市场上的供应曲线 采用同样的作法 即要求用户提交包含量价信息的投标 并按照价格从高到低的顺序进行排列 可以得到市场上的需求曲线 由于电力需求弹性极低 这一步有时会被省略 然后直接以负荷预测值作为市场的电能需求 换句话说 需求曲线此时被假定为一根竖直线 其横坐标就等于负荷预测值 18 电力库的运营模式 续 市场均衡点即为上面所 构造 的供应曲线与需求曲线的交点 所有价格低于或等于市场出清价的报价都会被接受 发电商需要按照他们的中标报价所对应的电能数量组织电力生产 同样 所有价格高于或等于市场出清价的投标都会被接受 用户可以依据他们的中标投标所对应的数量从系统中获取电能 市场出清价代表新增单位兆瓦时电能的价格 称为系统边际价 systemmarginalprice SMP 不管他们提供的报价与投标是多少 发电商均以系统边际价出售他们生产的全部电能 而用户则需要支付系统边际价购买所需的电量 19 电力报价 按照系统边际支付所有中标的发电显得不合理 为什么不能仅按生产成本比较低的发电商的要价支付呢 主要原因 它会阻碍发电商按照自身的边际生产成本进行报价 所有发电商会想尽办法猜测最终的系统边际价格 然后据此进行报价以获得最大的收益 理想情况下 两种机制对应的巿场系统边际价不会存在任何差异 然而实际上 一些低成本的发电商有时可能会高估系统边际价 从而给出过高的报价 20 电力报价 此时 该类发电机就被排除在发电计划之外 而另外一些边际生产成本更高的机组则补充进来 这就意味着市场的系统边际价会在一定程度上高于它的真实值 高成本机组代替低成本机组发电是不经济的 它没有实现资源的最优利用 系统边际价的不确定性也会给发电商带来收人风险 为此他们可能会稍微提高报价以弥补这一损失 最终 按报价支付这一降低电价的措施反而会导致电价的上涨 21 电力库的运营模式例子 22 针对6月11日9 00 10 00这一交易时段 魏国电力库已接到的报价与投标 电力库的运营模式例子 图显示了怎样分别将报价与投标累加 从而得到市场的供应与需求曲线 根据两曲线交叉点位置坐标 得到 给定交易时段的系统边际价 16 00美元 MWh魏国电力库的总成交量 450MWh 23 电力库的运营模式例子 24 表3 6列出了各发电商中标的电能生产数量以及用户中标的电能消费数量 同时它还给出了各公司对应的收入与费用 如果不让用户提交投标 魏国电力库直接采用负荷预测值表示市场需求 那么该时段的负荷预测恰好等于450MWh时 可以得到相同的结果 电力库与双边交易的比较 电力库的不足 竞争性电力库经常是在公用事业间已有联合运营协议基础上发展起来的 电力库以非常集中化的方式进行了电力系统管理 它不仅涉及所有物理电能交易 往往还需要承担输电系统运营职责 职能的综合避免了机构的分化 但这也使得更难对电力市场所具有的各项职能进行明确区分 大多数小型与中型电力用户不太乐意积极参与电力市场竞争 代表他们的零售商也很难直接根据价格变化调整电能消费量 认为是一种近似于市场的机制 不是真正的市场 25 电力库与双边交易的比较 优点 电力库还能够减少发电商面临的计划安排风险 因此也就可能会减少电能成本 电力库所采用的计划安排算法一般会尽可能地避免不必要的停机 上述因素都可以减少发电商面临的风险 但是风险的降低是以增加电力库规则的复杂性为代价的 复杂的规则会减少价格出清过程的透明度 导致操纵价格机会增多 26 3 5集中式现货市场 对于任何一种商品 市场成员的合同购买或销售量与他的实际需要或生产量之间总是会存在一定的差异 现货市场则提供了一种补偿不平衡量的机制 如果希望将电能当成商品进行交易 相应地就需要建立一个现货市场 发电与负荷不平衡必须在极短的时间内得到纠正 传统的现货市场难以满足该要求 此时 系统运营商通过运营 集中式现货市场 保证系统的平衡 集中式现货市场是一种市场机制 不是双边交易 报价与投标的中标情况取决于第三方系统运营商 27 平衡资源的获取 实际上电能总是存在微小的不平衡 系统运营商因此必须对发电或负荷进行调整 现货价格反映了市场成员进行电能调整的意愿程度 为了与自由竞争市场原理相一致 即使所有市场参与者愿意调整自身的生产或消费 他们也只能在竞争的基础上进行调整 只有经过以上调整 系统运营商才有可能获得最为广泛的平衡资源 平衡成本才可以被降至最低 平衡资源的提供可以仅针对某一特定时段 也可以是长期的 28 平衡资源的获取 就某一确定吋段而言 通常只有在开放式电能巿场关闭后 市场成员才会向系统运营商提交平衡服务申请 没有满载的发电机组可以提交增出力报价 当然 发电机组也可以给出减出力投标 电力用户同样也可以提供平衡资源 如果某时段的价格高于他所认定的电能使用收益 用户将选择减少电力消费 同样 在价格非常低的时候 用户可能会决定增加他们的消费量 需求侧响应的一个重要优点是它可以在非常短的时间内实现 29 平衡资源的风险避免 为了避免发生风险 系统运营商可以通过签订长期合同购买平衡资源 供应商需要确保一部分发电容量的可用性 作为回报 他可以按照某一固定价格 通常被称为期权费用 取得收益 合同还会规定系统运营商调用该容量所发的每兆瓦时电能的价格或者说执行费 只有当合同的执行费更低时 系统运营商才会调用它 此类合同的目的 规避购买者 这里是系统运营商 面临的价格上升风险 同时保证供应商能够获得一定的收入 30 平衡资源的获取 市场成员预测误差导致的不平衡量是非常有限的 变化也比较缓慢 并且可以在一定程度上进行把握 但另外一方面 系统故障所带来的电能不平衡通常都比较大 并且往往比较突然 难以预测 许多发电机组可以按照一定的速率调整出力 能够比较好地应对第一类不平衡问题 但对于第二类不平衡 发电机组需要能够快速增减出力 同时还必须将出力变化维持一段时间 系统运营商需要比较各种平衡资源的成本 选择以最小的成本实现系统的平衡 生产者与用户在进行平衡资源供应报价时 不能仅仅给出量与价 他们还需要说明改变功率所需要的时间 31 市场关闭 为了让系统运营商有时间进行系统平衡 电能交易需要在实时运行前的某一时点停止 关闭时点与实时运行之间相隔的时间 仍然是一个存在激烈争论的问题 系统运行人员 倾向于较长的时间间隔 这样他们就有更多时间制定电能计划 能更灵活地选择平衡资源 例如 如果市场在实际运行前0 5h关闭 一旦发电不足 系统运行人员可能没有足够的时间启动大型燃煤电厂进行补充 市场参与者 希望市场关闭时间离实际运行越近越好 从而可以降低他们面临的风险 例如 与实时运行前4h的负荷预测相比 1h前所做的预测通常会更加准确些 所以零售商可能会等到最后一刻才通过电子手段进行交易 实现购电数量与期望负荷的匹配 32 市场关闭 发电存在突然停运风险 市场关闭时间延后对发电商也有利 如果某一机组在市场关闭后发生故障 除了祈祷现货巿场价格不要太高外 发电商一点办法都没有 如果机组在市场关闭前发生故障 发电商可通过电子交易所尽可能以合适的价格购得补充发电 总之 交易者不会喜欢一个受复杂技术因素严重影响的集中式现货市场 他们更愿意参与完全由市场力量驱动的真正的现货市场 33 集中式现货市场的运营 市场关闭之后 系统运营商通过生产者与用户需要合同成交情况以及对系统负荷的预测信息 确定系统可能会出现多少不平衡量 如果发电超过负荷 就说系统存在冗余 如果情况相反 则认为系统会发生短缺 系统运营商必须决定使用哪些平衡报价与投标消除系统中的电力不平衡现象 34 电力集中式现货市场运营示意图 集中式现货市场与其他市场的关系 集中式现货市场是电能的最终巿场 它对其他市场具有相当大的影响 如果现货价格走低 电能购买者不会非常担心短缺问题 因为他们可以在现货市场上以合理的价格购得补充电量 相应地 他们可能会减少在远期市场上的购买量 从而导致该市场上的电能价格降低 如果现货价格趋向于上涨 为了尽可能以合理的价格购得所需的电能 同样的购买者可能会选择在远期市场上买进更多的电能 该市场的电能价格因而会上升 35 集中式现货市场与其他市场的关系 并不是只有电力商品的现货价格会发生剧烈波动 在巴西的咖啡产地 如果天气预报说会发生霜冻 咖啡的现货价格很快就会上扬 但若是预报不准确或者作物的受损程度低于预想的结果 现货价格就会在下一日马上下跌 咖啡与电能的区别在于 无论是通过现货市场还是远期合同交易 咖啡的生产方式始终都一样 但对于电能来说 与承担远期交易电量生产的电厂相比 在现货市场上进行电能购售的电厂必须具有更大的灵活性 36 集中式现货市场与其他市场的关系 为了保证电力系统的安全稳定运行 诸如负荷跟踪 频率响应这样的辅助服务必不可少 辅助服务供应是发电商与用户提高收入的另外一种途径 在计算现货价格时 如果计及辅助服务成本 市场就很容易产生很高的价格尖峰 根本原因 辅助服务供应者的数目在一段很短的时间内可能会很少 而用户又不能或者不愿意在接到通知后马上减少电力需求 这种价格尖峰并不表明市场出现了突发性的电能短缺 它能说明的是市场流动性呈现出短暂性的严重不足 价格尖峰会给被迫从集中式现货市场上购电的企业带来很大的风险 它们因此将更愿意在远期市场上购买更多的电能 从而促使远期价格上升 第5章将详细地讨论辅助服务的供应机制 37 结算流程 商业性交易一般可以由交易双方直接进行结算 在销售者向购买者交付商品之后 购买者按照协议价格向销售者付款 电力市场的结算流程要更加复杂一些 因为电能商品从生产者送到用户时是混合在一起的 对于双边电能交易 在合同交易数量完全实现时 购买者会按照规定的价格向销售者付款 同样 如果在电子看板市场上签订的匿名合同执行情况良好 交易者就可以通过作为中介的电力交易所进行结算 问题在于 合同的履行情况总是不可能那么恰好 系统运营商要经过平衡管理使所有双边合同看起来好像得到了完全的执行 38 结算流程 第一步是确定各市场成员的净成交量 第二步是计算实际电能生产量与净电能交易量的差值 如果差量为正 发电商必定已经向系统出售了这一数量的多余电量 如果差量为负 发电商则被视为从系统中购买了该差量 第三步是计算实际电能消费量与净电能交易量的差值 所有大用户与零售商需要向结算系统提交他们的净电能数量 包括集中式现货市场上的电能交易数量 将实际电能消费量减去净电能数量 根据差值的正负情况 大用户或零售商被视为向系统出售或向系统购买了这一不平衡量 不平衡电能的结算价格就是现货市场价格 在市场竞争合理的情况