5.2.7基于拉姆齊定價(jià)的峰谷分時(shí)電價(jià)模型研究

1.需求側(cè)響應(yīng)的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理

根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，與一般商品市場相似，當(dāng)將需求響應(yīng)原理引入到電力市場中時(shí)，電力需求也會(huì)隨著價(jià)格的變化而變化。我們可以通過需求——價(jià)格曲線分析需求響應(yīng)原理，如圖5.2所示。

需求彈性系數(shù)可表示為：

需求彈性系數(shù)不僅與本時(shí)段的價(jià)格變化有關(guān)，還與其他時(shí)段的價(jià)格變化有關(guān)，分別用自需求彈性系數(shù)與交叉彈性系數(shù)表示。具體表達(dá)式為：

即得到了基于需求彈性矩陣的用戶需求響應(yīng)模型。

2.需求側(cè)響應(yīng)效益的經(jīng)濟(jì)學(xué)模型

根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理可知，市場中買者與賣者的行為可以通過供給——需求曲線來研究，如圖5-3所示：

正常情況下電力市場的供給曲線為S。，需求曲線為D，兩條曲線的交點(diǎn)即是市場均衡點(diǎn)。橫坐標(biāo)每單位KW11所對(duì)應(yīng)的供給曲線的高度值表示發(fā)電廠新增lKWh電力供應(yīng)所產(chǎn)生的成本，對(duì)應(yīng)的需求曲線的高度值表示用戶每節(jié)約lKWh用電所發(fā)生的成本。由于某種原因供給減少而引起價(jià)格上漲的時(shí)候，供給曲線將向上移動(dòng)。在正常的情況下，市場價(jià)格是P。但是當(dāng)供電減少的時(shí)候價(jià)格要上漲，價(jià)格上漲多少取決于用電需求對(duì)價(jià)格上漲的響應(yīng)情況。在未引入需求側(cè)響應(yīng)之前，需求彈性往往很小(可以假設(shè)成需求無彈性)，見圖5-3中曲線D。在價(jià)格上漲期間，需求變化量幾乎很小，而電價(jià)則從P上漲到P+△P。如果引入需求側(cè)響應(yīng).即通過一系列措施使需求彈性增加，則在電價(jià)上漲期間，電力需求減少△Q=Q2 – Q0。價(jià)格上漲幅度△P =P0+△P2 -P0=△P2。

3.拉姆齊定價(jià)理論

拉姆齊定價(jià)理論是由Ramsey在1927年發(fā)表的一篇著名文章中提出，不同于按邊際成本定價(jià)的最優(yōu)定價(jià)方式，它是一種次最優(yōu)定價(jià)，在考慮對(duì)資源配置的消極影響最小的同時(shí)，至少允許企業(yè)能夠回收固定成本。拉姆齊定價(jià)的基本思想是在保證預(yù)算平衡的前提下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)福利的最大化。假設(shè)電力公司為n類用戶提供服務(wù)，由經(jīng)濟(jì)學(xué)原理可知，用以表征社會(huì)福利的生產(chǎn)者剩余與消費(fèi)者剩余可以分別表示為：

則以拉姆齊定價(jià)基本原則表示的優(yōu)化問題為

根據(jù)最優(yōu)化理論，對(duì)上式構(gòu)造拉格朗日函數(shù)并分別對(duì)q求導(dǎo)，得到拉姆齊定價(jià)公式：

拉姆齊定價(jià)的約束條件是保證企業(yè)財(cái)務(wù)收支平衡，即生產(chǎn)者剩余等于企業(yè)固定成本，具體表達(dá)式為：

式中，F(xiàn)為企業(yè)的固定成本。

由拉姆齊定價(jià)公式可知，價(jià)格不僅與邊際成本有關(guān)，還受用戶需求彈性的影響。價(jià)格偏離邊際成本的程度與需求彈性呈反比關(guān)系。如果用戶的需求彈性比較大，則過高的價(jià)格會(huì)引起需求量的大幅度減少，致使用戶的福利損失嚴(yán)重，此時(shí)應(yīng)制定一個(gè)較低的價(jià)格，來保證用戶的經(jīng)濟(jì)福利;如果用戶的需求彈性比較小，則即使價(jià)格變動(dòng)比較大引起的需求變動(dòng)也比較小，對(duì)社會(huì)福利影響相對(duì)較小。因此，拉姆齊定價(jià)考量的是在使供電企業(yè)收支平衡的情況下，使全社會(huì)總福利達(dá)到最大的價(jià)格。

4.拉姆齊定價(jià)理論在峰谷分時(shí)電價(jià)中的應(yīng)用

理性消費(fèi)者會(huì)對(duì)價(jià)格激勵(lì)作出反應(yīng)，峰谷分時(shí)電價(jià)的實(shí)施正是通過價(jià)格手段引導(dǎo)消費(fèi)者改變用電方式，從而達(dá)到削峰填谷等目標(biāo)。通常在用電高峰時(shí)段執(zhí)行高電價(jià)，激勵(lì)用戶減少高峰用電量或?qū)⒂秒姲才旁陔妰r(jià)相對(duì)較低的平時(shí)段和谷時(shí)段。保障峰谷分時(shí)電價(jià)可操作性的一個(gè)理論基礎(chǔ)是用戶的消費(fèi)行為具有彈性，用戶的消費(fèi)需求會(huì)隨著價(jià)格的變化而變化，剛戶通常會(huì)犧牲自己的舒適度以換取經(jīng)濟(jì)上的利益。

拉姆齊定價(jià)正是摹于用戶的需求彈性與企業(yè)的邊際成本進(jìn)行的。因此，通過求得電力用戶在不同時(shí)段的需求彈性，結(jié)合考慮供電企業(yè)在不同時(shí)段的供電邊際成本，則可以在不同時(shí)段制定不同的價(jià)格以引導(dǎo)需求，從而實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利的優(yōu)化。

(1)供電邊際成本的測算?？紤]到電網(wǎng)企業(yè)供電邊際成本的不確定性，可以用短期邊際成本近似代替企業(yè)的邊際供電成本。短期邊際成本是指電力公司從發(fā)電廠購買單位KWh電量所增加的購電成本。發(fā)電側(cè)市場的開放以及“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的實(shí)施，使得在發(fā)電側(cè)也實(shí)行峰谷電價(jià)的條件越來越成熟?？紤]到不同的機(jī)組在系統(tǒng)中發(fā)揮的作用不同，承擔(dān)基荷的機(jī)組電量效益高、容量效益低，可以通過電量電價(jià)回收成本并保證一定的利潤;而承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)的機(jī)組容量效益高、電量效益低.實(shí)際運(yùn)行過程中應(yīng)制定較高的價(jià)格以保證成本回收。因此.實(shí)行兩部制上網(wǎng)電價(jià)能夠反映不同機(jī)組的效益結(jié)構(gòu)，并能體現(xiàn)新老機(jī)組成本結(jié)構(gòu)的差異，有利于融資、有利于實(shí)現(xiàn)競爭，促進(jìn)電力工業(yè)的健康發(fā)展。這里以發(fā)電側(cè)峰谷上網(wǎng)電價(jià)作為電力企業(yè)的供電邊際成本，構(gòu)建拉姆齊定價(jià)模型。

(2)發(fā)電側(cè)上網(wǎng)峰谷分時(shí)電價(jià)設(shè)計(jì)。

①機(jī)組容量成本的確定。運(yùn)用會(huì)計(jì)成本法確定機(jī)組的容量成本，具體計(jì)算公式為：

②機(jī)組電量電價(jià)的確定。不同的機(jī)組有不同的發(fā)電電量成本，即使同一臺(tái)機(jī)組在峰段、平段、谷段等不同時(shí)段所消耗的燃料費(fèi)用和水費(fèi)用、小檢修費(fèi)等變動(dòng)成本也是不相同的。因此，基于會(huì)計(jì)成本法的分時(shí)電量電價(jià)表達(dá)式為：

③機(jī)組容量成本的分?jǐn)?。不同的機(jī)組其發(fā)電特性以及在系統(tǒng)中所處的位置是不一樣的，如果單純把容量成本歸算到容量電價(jià)，電量成本歸算到電量電價(jià)，有可能造成發(fā)電公司的造價(jià)失控。因此，有必要把容量成本分為兩部分：一部分容量成本分?jǐn)偟交倦妰r(jià)，另一部分容量成本分?jǐn)偟诫娏侩妰r(jià)。容量成本的具體分?jǐn)偙壤c該機(jī)組的運(yùn)行方式有關(guān)。如果該機(jī)組的負(fù)荷率較高，長時(shí)間為電網(wǎng)提供電量，則其運(yùn)行成本絕大部分可以通過電量電價(jià)回收;如果該機(jī)組負(fù)荷率較低，如調(diào)峰機(jī)組、事故備用機(jī)組等只在緊急狀態(tài)下開機(jī)，則應(yīng)該分?jǐn)傒^多的容量費(fèi)用以保障成本回收。因此，容量成本在基本電價(jià)中的分?jǐn)傁禂?shù)由該機(jī)組的負(fù)荷率確定。假如該機(jī)組的負(fù)荷率為曰，，那么該機(jī)組的年基本電價(jià)：

可見，機(jī)組的負(fù)荷率越高，分?jǐn)偟哪昊倦妰r(jià)相對(duì)越低。

實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行中，滿足系統(tǒng)負(fù)荷微增所需要的邊際容量成本在不同的時(shí)段是不一樣的。在負(fù)荷低谷期，由于發(fā)電容量充足，容易滿足用戶的負(fù)荷需求，則機(jī)組的邊際效用低，邊際容量成本低;在用電緊張的負(fù)荷高峰期，最大發(fā)電容量的限制導(dǎo)致機(jī)組往往不能提供充足的電力供應(yīng)，此時(shí)機(jī)組的邊際效用高，邊際容量成本也較高?；诖耍瑢?duì)應(yīng)不同的時(shí)段，分?jǐn)偟诫娏侩妰r(jià)的容量成本是不相同的。不同時(shí)段的分?jǐn)偙壤曉摍C(jī)組在不同時(shí)段的出力狀況確定。提出可以根據(jù)機(jī)組在不同時(shí)段的發(fā)電量占機(jī)組總發(fā)電量的比例來確定不同時(shí)段的分?jǐn)倷?quán)重系數(shù)。因此，這里提出的分?jǐn)偙壤秊椋?/p>

因此，機(jī)組i確定的電量電價(jià)可以用下式表示為：

峰段電量電價(jià)

由此得到，按會(huì)計(jì)成本法測算出的發(fā)電側(cè)峰谷分時(shí)上網(wǎng)電價(jià)表達(dá)式為：

(3)供電邊際成本表達(dá)式。以上分析確定了在發(fā)電側(cè)實(shí)行峰谷上網(wǎng)電價(jià)的情況下每臺(tái)機(jī)組的上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算模型。供電公司在確定供電邊際成本時(shí)，應(yīng)根據(jù)從發(fā)電廠(或各機(jī)組)購買的電量以及各電廠(或各機(jī)組)的上網(wǎng)電價(jià)來確定。假設(shè)供電公司從m臺(tái)機(jī)組購買電量，從機(jī)組i購買的電量為q.，并向用戶提供電力服務(wù)。則供電公司在峰段、平段以及谷段的供電邊際成本分別為：

(5)算例分析。假設(shè)系統(tǒng)中有一臺(tái)機(jī)組，具體參數(shù)如表5-1所示：

其他數(shù)據(jù)如下：單位下瓦投資=4 800元/KW;運(yùn)行維護(hù)費(fèi)率r=3%;基準(zhǔn)折現(xiàn)率=12%;廠用電率=4%;機(jī)組可用率=80%;標(biāo)煤影子價(jià)格P= 300元/t：變動(dòng)增加系數(shù)=10%;機(jī)組使用年限取為25年。