【摘要】在之前的文章《電力市場(chǎng)集中競(jìng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理分析|19現(xiàn)貨市場(chǎng)報(bào)價(jià)/出清中如何考慮機(jī)組非單調(diào)成本特性？》中我們介紹了電力市場(chǎng)中解決發(fā)電的非單調(diào)成本特性的兩類方法：1）市場(chǎng)主體通過報(bào)價(jià)反映，2）通過空載成本考慮。本文結(jié)合美國(guó)加州電力市場(chǎng)進(jìn)行進(jìn)一步的介紹和分析，介紹美國(guó)加州電力市場(chǎng)（CAISO market）中，發(fā)電企業(yè)（Participating Generator）參加日前市場(chǎng)（Day-Ahead Market）的報(bào)價(jià)和結(jié)算機(jī)制。重點(diǎn)介紹對(duì)發(fā)電非單調(diào)成本特性的處理方式。主要涉及以下概念：最小出力成本（MinimumLoad Cost）、自調(diào)度（Self-Schedule）、經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)（Economic Bids）。

 

 

 

在之前的文章（走進(jìn)電力市場(chǎng)：《電力市場(chǎng)集中競(jìng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理分析|19現(xiàn)貨市場(chǎng)報(bào)價(jià)/出清中如何考慮機(jī)組非單調(diào)成本特性？》中我們介紹了電力市場(chǎng)中解決發(fā)電的非單調(diào)成本特性的兩類方法：市場(chǎng)主體通過報(bào)價(jià)反映、通過空載成本考慮。我們提到了最小技術(shù)出力、最小經(jīng)濟(jì)出力、空載成本、全成本補(bǔ)償?shù)雀拍?。這些概念在不同的市場(chǎng)中有不同的定義和名稱。為了更好理解這個(gè)問題，我們這篇文章結(jié)合加州電力市場(chǎng)（CAISO market）進(jìn)行介紹。

 

加州電力市場(chǎng)中，發(fā)電企業(yè)有兩種主要的參與市場(chǎng)/報(bào)價(jià)方式：1）通過三部制報(bào)價(jià)由ISO調(diào)度，2）進(jìn)行自調(diào)度（Self-Schedule），同時(shí)可申報(bào)經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)（Economic Bids）。

 

如果發(fā)電企業(yè)通過三部制報(bào)價(jià)由ISO進(jìn)行調(diào)度，需要申報(bào)啟動(dòng)成本（Start-Up Cost）和最小出力成本（Minimum Load Cost）（一些市場(chǎng)中稱為空載成本），并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)（Economic Bids），經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)的第一段必須從最小技術(shù)出力（Minimum Load）開始。

 

發(fā)電也可選擇自調(diào)度，申報(bào)自調(diào)度出力，并在自調(diào)度出力水平之上申報(bào)經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)（Economic Bids）。自調(diào)度機(jī)組的經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)的第一段從自調(diào)度出力水平開始，自調(diào)度出力水平可以高于最小技術(shù)出力。

 

日前市場(chǎng)中中標(biāo)的所有機(jī)組按照日前市場(chǎng)的市場(chǎng)價(jià)格和其出清量結(jié)算，進(jìn)而可以計(jì)算得到其在日前市場(chǎng)的總收入。對(duì)由ISO調(diào)度的機(jī)組，根據(jù)其三部制報(bào)價(jià)計(jì)算其日總報(bào)價(jià)成本（Bid Costs），如果高于日前市場(chǎng)總收入，則差額部分給予補(bǔ)償。對(duì)自調(diào)度機(jī)組，按照日前市場(chǎng)的出清結(jié)果進(jìn)行結(jié)算，不進(jìn)行三部制成本的計(jì)算。但是，如果由于市場(chǎng)的原因（阻塞管理、安全控制）等使自調(diào)度機(jī)組的出力低于自調(diào)度出力，則需要根據(jù)其報(bào)價(jià)成本（Bid Costs）進(jìn)行補(bǔ)償。從這個(gè)角度，可以認(rèn)為自調(diào)度機(jī)組的自調(diào)度出力就是其“最小經(jīng)濟(jì)出力”，即自調(diào)度機(jī)組認(rèn)為經(jīng)濟(jì)可行的最小出力。

 

 

1、市場(chǎng)成員

 

CAISO：負(fù)責(zé)加州市場(chǎng)范圍內(nèi)輸電設(shè)備的運(yùn)行控制、平衡責(zé)任（Balancing Authority）以及市場(chǎng)管理。

 

計(jì)劃協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)SC（Scheduling Coordinators）：加州現(xiàn)貨市場(chǎng)中除阻塞收益權(quán)（Congestion Revenue Rights，CRRs）外，所有商業(yè)活動(dòng)都必須通過在CAISO注冊(cè)的SC來開展。SC代表各類市場(chǎng)主體進(jìn)行報(bào)價(jià)和結(jié)算。

 

參與發(fā)電商（Participating Generators）：可通過SC在市場(chǎng)中利用發(fā)電機(jī)組（1MW以上）提供能量服務(wù)和輔助服務(wù)的發(fā)電商。

 

負(fù)荷：包括參與負(fù)荷（Participating loads）和非參與負(fù)荷（Non-Participating Load），前者的負(fù)荷可以被裁減（Curtailable Demand）。

 

加州市場(chǎng)中還有一些其他類型的市場(chǎng)主體，包括配電公司（Utility Distribution Companies）、輸電公司（Participating Transmission Owners）等，這里不再介紹。

 

2、市場(chǎng)組成

 

加州現(xiàn)貨市場(chǎng)包括日前市場(chǎng)（Day-Ahead Market）和實(shí)時(shí)市場(chǎng)（Real-Time Market）兩個(gè)市場(chǎng)。日前市場(chǎng)在日前10：00關(guān)閉，又包括市場(chǎng)力緩解（Market Power Mitigation，MPM）、統(tǒng)一遠(yuǎn)期市場(chǎng)（Integrated Forward Market，IFM）和剩余機(jī)組組合（Residual Unit Commitment，RUC）三個(gè)環(huán)節(jié)。日前市場(chǎng)確定運(yùn)行日每個(gè)小時(shí)的能量和輔助服務(wù)價(jià)格。為簡(jiǎn)化分析，本文重點(diǎn)介紹日前市場(chǎng)的IFM環(huán)節(jié)。下文中介紹的相關(guān)報(bào)價(jià)、出清、結(jié)算規(guī)則都是針對(duì)日前市場(chǎng)的IFM環(huán)節(jié)。

 

 

本部分對(duì)加州日前市場(chǎng)IFM環(huán)節(jié)中，發(fā)電機(jī)組參與能量產(chǎn)品交易的報(bào)價(jià)、出清和結(jié)算機(jī)制進(jìn)行介紹。

 

1、報(bào)價(jià)參數(shù)

 

日前市場(chǎng)的報(bào)價(jià)包括很多內(nèi)容，這里主要對(duì)與本文分析的內(nèi)容相關(guān)的報(bào)價(jià)參數(shù)進(jìn)行介紹。

 

【1】啟動(dòng)成本（Start-Up Cost）：機(jī)組從點(diǎn)火（或接到調(diào)度指令、同步）到最小技術(shù)出力的成本。

 

【2】最小技術(shù)出力（Minimum Load）：機(jī)組可以持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的最小出力。（字面上翻譯是最小出力，但根據(jù)其定義是技術(shù)上的最小出力，為了不與后面的相關(guān)概念混淆，這里將其翻譯為最小技術(shù)出力）。

 

【3】最小出力成本(Minimum Load Cost)：機(jī)組在最小出力時(shí)的成本。

 

【4】自調(diào)度（Self-Schedule）：機(jī)組可以申報(bào)自調(diào)度，自調(diào)度出力水平可以高于最小技術(shù)出力。

 

【5】經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)（Economic Bids）：針對(duì)某個(gè)交易時(shí)段的報(bào)價(jià)，包括一個(gè)數(shù)量和一個(gè)價(jià)格。對(duì)三部制報(bào)價(jià)而言，經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)始于最小技術(shù)出力水平，對(duì)自調(diào)度方式而言，經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)始于最小經(jīng)濟(jì)出力水平。

 

2、報(bào)價(jià)類型

 

ISO調(diào)度：采用三部制報(bào)價(jià)，需要申報(bào)啟動(dòng)成本、最小出力成本及一組經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)。機(jī)組的啟停、出力水平完全由ISO根據(jù)其報(bào)價(jià)和市場(chǎng)出清情況確定。經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)必須從最小技術(shù)出力開始。

 

自調(diào)度(Self-Schedule)：市場(chǎng)主體自行進(jìn)行啟停安排（self-committed）。在每個(gè)時(shí)段可以指定一個(gè)自調(diào)度出力水平，作為價(jià)格接收者。自調(diào)度出力水平可以高于最小技術(shù)出力。除了自調(diào)度出力，還可以另外申報(bào)若干段組經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)。經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)的出力從自調(diào)度出力水平開始。

 

3、市場(chǎng)收入

 

無論是ISO調(diào)度的機(jī)組還是自調(diào)度機(jī)組，都按照市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算其收入。

 

某個(gè)時(shí)段的市場(chǎng)收入=該時(shí)段出清價(jià)*該時(shí)段出清量

 

日收入=所有時(shí)段的市場(chǎng)收入之和

 

4、報(bào)價(jià)成本(Bid Costs)

 

報(bào)價(jià)成本指的是，根據(jù)市場(chǎng)出清結(jié)果，按報(bào)價(jià)計(jì)算出來的成本。

 

總成本=總啟動(dòng)成本+總最小出力成本+總微增能量成本

 

其中，總啟動(dòng)成本根據(jù)實(shí)際的啟停情況計(jì)算，價(jià)格為報(bào)價(jià)參數(shù)中的啟動(dòng)成本（Start-Up Cost）?？傋钚〕隽Τ杀靖鶕?jù)啟動(dòng)后發(fā)電的時(shí)間計(jì)算，每個(gè)小時(shí)的成本為報(bào)價(jià)中的最小出力成本(Minimum Load Cost)?？偽⒃瞿芰砍杀靖鶕?jù)每個(gè)時(shí)段的中標(biāo)量計(jì)算，單位成本為相應(yīng)經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)（Economic Bids）中的價(jià)格。

 

5、全成本補(bǔ)償（Make Whole Payment）

 

對(duì)ISO調(diào)度的機(jī)組，如果發(fā)電機(jī)組實(shí)際的市場(chǎng)收入小于報(bào)價(jià)成本，則對(duì)差額部分進(jìn)行補(bǔ)償，該差額補(bǔ)償稱為IFM報(bào)價(jià)成本上臺(tái)（IFM Bid Costs Uplift）。這部分成本將分?jǐn)偨o市場(chǎng)中的用戶。

 

對(duì)自調(diào)度機(jī)組，不對(duì)啟動(dòng)成本和最小出力成本補(bǔ)償。但是，如果由于電網(wǎng)的原因（阻塞、安全控制等）需要將其出力調(diào)整到自調(diào)度出力出力（大于最小技術(shù)處理）以下，則也需要根據(jù)其報(bào)價(jià)成本(Bid Costs)進(jìn)行補(bǔ)償。

 

 

為了簡(jiǎn)化分析，我們忽略啟動(dòng)成本，并假設(shè)發(fā)電企業(yè)僅參與日前能量市場(chǎng)。這里對(duì)發(fā)電企業(yè)在加州市場(chǎng)規(guī)則下的報(bào)價(jià)策略進(jìn)行分析。一個(gè)基本的原則是，報(bào)價(jià)不低于平均成本，保證在現(xiàn)貨市場(chǎng)中不虧損，在這個(gè)原則基礎(chǔ)上可以按邊際成本報(bào)價(jià)。第一段的價(jià)格與第一段出力水平有很大關(guān)系。

 

1、報(bào)價(jià)策略分析

 

1）三部制報(bào)價(jià)，ISO調(diào)度

 

對(duì)這種報(bào)價(jià)方式下的最小出力成本、第一段報(bào)價(jià)的出力、價(jià)格進(jìn)行討論。

 

（1）第一段報(bào)價(jià)的出力：根據(jù)市場(chǎng)規(guī)則必須為最小技術(shù)出力。

 

（2）第一段報(bào)價(jià)的價(jià)格和最小出力成本的申報(bào)具有一定的博弈性，有不同的報(bào)價(jià)策略。這里討論按真實(shí)成本申報(bào)的情況。

 

（3）最小出力成本：取最小技術(shù)出力處的總成本，有兩種算法：[1]對(duì)邊際成本從0到最小技術(shù)出力積分，[2]最小技術(shù)出力處的平均成本乘以最小技術(shù)出力。

 

（4）第一段報(bào)價(jià)的申報(bào)價(jià)格：根據(jù)邊際成本曲線申報(bào)，但要保證申報(bào)價(jià)格不低于從最小技術(shù)出力處開始算的平均成本。所以，如果最小技術(shù)出力小于邊際成本曲線，第一段報(bào)價(jià)的出力、價(jià)格需要結(jié)合“報(bào)價(jià)不低于平均成本”的原則按邊際成本申報(bào)。

 

2）單一能量報(bào)價(jià)，自調(diào)度

 

這種情況下，由于ISO不會(huì)按最小出力成本計(jì)算其全成本補(bǔ)償。為了避免在市場(chǎng)中虧損，并遵循“報(bào)價(jià)單調(diào)不遞減”的原則，在考慮發(fā)電機(jī)組成本非單調(diào)特性的情況下，可行的一種策略是：根據(jù)“報(bào)價(jià)不低于平均”的原則按邊際成本報(bào)價(jià)。

 

2、算例分析

 

圖1中給出了給定平均成本曲線AC、邊際成本曲線MC情況下的三種報(bào)價(jià)策略：報(bào)價(jià)1、報(bào)價(jià)2、報(bào)價(jià)3。

 

1）報(bào)價(jià)1。自調(diào)度水平為平均成本最低點(diǎn)（83.5MW），后面的出力按照邊際成本報(bào)價(jià)。

 

2）報(bào)價(jià)2。自調(diào)度水平為最小技術(shù)出力（40MW），從40MW到92MW之間的報(bào)價(jià)為92MW處的平均成本487.2￥/MWh，后面的出力按照邊際成本報(bào)價(jià)。

 

3）報(bào)價(jià)3。ISO調(diào)度。最小出力成本為最小技術(shù)出力處的總成本，等于此處的平均成本487.2￥/MWh乘以最小技術(shù)出力40MW，即194880元。第一段能量報(bào)價(jià)出力范圍為40MW到70MW，價(jià)格為270￥/MWh，后面的報(bào)價(jià)可以通過對(duì)邊際成本曲線離散化形成。

 

這里的分析中未考慮發(fā)電企業(yè)已經(jīng)簽訂了部分中長(zhǎng)期合約的情況。自調(diào)度水平也可以根據(jù)已經(jīng)簽訂的中長(zhǎng)期合約的情況確定，但報(bào)價(jià)需要在不低于平均成本的原則下按邊際成本報(bào)價(jià)。

 

 

 

發(fā)電機(jī)組具有較大的啟動(dòng)成本，運(yùn)行中的平均成本及邊際成本在很大出力范圍內(nèi)隨出力增加而降低。考慮到現(xiàn)貨市場(chǎng)中一般規(guī)定發(fā)電的報(bào)價(jià)為單調(diào)非降的，必須要考慮對(duì)這個(gè)問題的處理方式?？偟膩碚f，有兩種方式：1）通過“三部制報(bào)價(jià)”及“全成本補(bǔ)償”機(jī)制解決，機(jī)組需要由ISO進(jìn)行啟停和出力的調(diào)度；2）由市場(chǎng)主體自行通過報(bào)價(jià)考慮，對(duì)應(yīng)加州電力市場(chǎng)中的自調(diào)度類型。對(duì)ISO調(diào)度的機(jī)組，一般要求第一段增量能量報(bào)價(jià)（經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)）從最小技術(shù)出力開始。對(duì)自調(diào)度機(jī)組，自調(diào)度出力水平就可以認(rèn)為是其最小經(jīng)濟(jì)出力，可以在這個(gè)出力之上另外申報(bào)經(jīng)濟(jì)報(bào)價(jià)。我國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)中，大多試點(diǎn)省份尚未對(duì)個(gè)問題進(jìn)行細(xì)致的考慮，可以參考國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)盡快完善。

 

致謝

 

上篇文章發(fā)出后，許多專家對(duì)文章提出了寶貴的批評(píng)意見。指出，國(guó)外電力市場(chǎng)中并沒有最小經(jīng)濟(jì)出力這個(gè)說法。感謝各位專家的批評(píng)指正，也歡迎所有的專家、朋友們對(duì)我們所有發(fā)表的文章提出批評(píng)意見。我國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)剛剛起步，在電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)方面的研究還非常初步，還有很多問題沒有研究清楚，需要通過大家的討論、爭(zhēng)論、辯論，把相關(guān)問題理清楚。本文就是結(jié)合專家意見，對(duì)相關(guān)問題的進(jìn)一步梳理。

 

具體到本文的“最小經(jīng)濟(jì)出力”的問題，國(guó)外電力市場(chǎng)中確實(shí)沒有明確的這種說法，是筆者根據(jù)對(duì)相關(guān)問題的理解自己稱呼的，確實(shí)不太嚴(yán)謹(jǐn)。

 

本公眾號(hào)中關(guān)于國(guó)外電力市場(chǎng)規(guī)則的介紹和分析，主要都是我們通過閱讀相關(guān)規(guī)則的一些體會(huì)，由于缺乏實(shí)際市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，難免有不正確、不嚴(yán)謹(jǐn)之處。但為了與大家交流，我們還是及時(shí)發(fā)表出來以方便討論，這里誠(chéng)懇的請(qǐng)大家批評(píng)指正！

 

再次感謝所有專家的批評(píng)指正！特別感謝劉云仁老師一直以來對(duì)我們團(tuán)隊(duì)、對(duì)廣東電力市場(chǎng)、對(duì)我國(guó)電力市場(chǎng)的關(guān)注、關(guān)心和支持！

 

往期文章參考

 

[1]走進(jìn)電力市場(chǎng)合集（2016.11.13-2019.9.10）

 

[2]電力市場(chǎng)集中競(jìng)價(jià)的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理分析|19現(xiàn)貨市場(chǎng)報(bào)價(jià)/出清中如何考慮機(jī)組非單調(diào)成本特性？

 

[3]電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)學(xué)基礎(chǔ)（10 發(fā)電企業(yè)成本特性及報(bào)價(jià)策略1）

 

[4]California ISO BusinessPracticeManuals Library Market Operations (http://www.caiso.com/rules/Pages/BusinessPracticeManuals/Default.aspx)

 

原標(biāo)題:美國(guó)電力市場(chǎng)|加州市場(chǎng)發(fā)電報(bào)價(jià)及結(jié)算機(jī)制