中國儲能網(wǎng)訊：引言
在文獻(xiàn)[1][2]中，作者分別介紹了實時電價（spot pricing）的定義、計算模型及電力現(xiàn)貨市場分時競價機制的缺陷，提出了考慮電能生產(chǎn)和消費時間連續(xù)性的二維電力商品模型。需要指出的是，來自英語詞匯spot market中文翻譯的“現(xiàn)貨市場”并無統(tǒng)一定義，按國家發(fā)展改革委、國家能源局電力體制改革配套文件《關(guān)于推進(jìn)電力市場建設(shè)的實施意見》，現(xiàn)貨市場主要開展日前、日內(nèi)、實時電能量交易和備用、調(diào)頻等輔助服務(wù)交易。由于對電力現(xiàn)貨概念的理解過于狹隘，對電力市場相關(guān)理論的認(rèn)識不夠深刻，當(dāng)前有關(guān)部門和專家在電力市場模式設(shè)計方面形成諸多錯誤認(rèn)識：一是片面強調(diào)現(xiàn)貨市場（實際上指日前、日內(nèi)、實時電能量分時競價交易）的重要性，認(rèn)為電能中長期交易不是電力市場，或者認(rèn)為現(xiàn)貨市場的建立才是電力市場的起步，不能認(rèn)識到電力市場改革過程的復(fù)雜性與漸進(jìn)性；二是不顧中國電力工業(yè)實情地鼓吹以現(xiàn)貨交易采用全電量集中競價并配合中長期差價合同的風(fēng)險極大的電力市場模式。這些錯誤觀點勢必影響電力改革的進(jìn)程甚至可能導(dǎo)致電改再次失敗，為澄清這些認(rèn)識，本文將對相關(guān)問題進(jìn)行探討，并重點介紹考慮電能生產(chǎn)和消費時間連續(xù)性的分段競價（水平拍賣）、電能中長期交易的概念與理論。
（一） 電力市場交易與電力調(diào)度計劃的關(guān)系
當(dāng)前我國電力工業(yè)已成為世界規(guī)模最大的電力工業(yè)，在電力系統(tǒng)調(diào)度方面積累了豐富的經(jīng)驗。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)調(diào)度是按照以下方式來實現(xiàn)的[3]：每年初由政府電力管理部門制定年度發(fā)用電（量）計劃和年分月發(fā)用電（量）計劃；然后逐月由電力調(diào)度中心滾動修改月度發(fā)電（量）計劃，并初步形成月分日發(fā)電（量）計劃；到生產(chǎn)運行日的前一天，電力調(diào)度中心需要根據(jù)次日負(fù)荷預(yù)測曲線、電源和電網(wǎng)運行和檢修狀況、電網(wǎng)和電源的運行約束等，制定次日各發(fā)電機組的開停機計劃（也稱為機組組合或開機組合）和出力曲線、調(diào)頻和備用以及無功電壓調(diào)整等輔助服務(wù)安排，即所謂的日發(fā)電計劃和輔助服務(wù)計劃，電力供應(yīng)緊張時，還要對用戶側(cè)制定有序供電計劃；最后在生產(chǎn)運行日內(nèi)，調(diào)度中心的調(diào)度員還要根據(jù)電網(wǎng)實時平衡和安全穩(wěn)定運行的需要，對發(fā)電機組進(jìn)行再調(diào)度，調(diào)整一些機組在部分時段的出力，甚至啟停機。發(fā)電機組的自動發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）也會根據(jù)系統(tǒng)頻率的偏差自動調(diào)整調(diào)頻機組的出力，以保障系統(tǒng)的動態(tài)實時平衡。電力市場體系中的各個環(huán)節(jié)并不是電力市場模式獨有的，與傳統(tǒng)的計劃管理手段相比，都發(fā)揮相同的作用，只是機制不同，如表1所示[3]。從電力系統(tǒng)運行的角度，電力市場競價交易與傳統(tǒng)計劃管理只不過是調(diào)度計劃與實時控制方案的不同形成方式，由市場主體集中競爭或供需雙方自主安排形成就是電力市場，由調(diào)度中心集中統(tǒng)一安排就是傳統(tǒng)計劃管理。
表1 電力市場體系與傳統(tǒng)計劃管理體系的對比
在計劃管理模式下，無論是年度發(fā)用電（量）計劃還是年分月發(fā)用電（量）計劃，都必須在生產(chǎn)運行日的前一天由電力調(diào)度中心制定次日的日發(fā)電計劃和輔助服務(wù)計劃，再在生產(chǎn)運行日通過調(diào)度中心執(zhí)行。在電力市場情況下亦是如此，年度交易和月度交易結(jié)果（合同）最終都必須通過調(diào)度中心的執(zhí)行來交割。但電能中長期交易與日前、日內(nèi)、實時交易卻被錯誤地理解為遠(yuǎn)期（期貨）與現(xiàn)貨的財務(wù)（金融）關(guān)系。
以大家熟悉的航空公司機票定價問題為例[4]，一般來說，提前購票時間越長，機票越便宜，而乘機當(dāng)天購票往往是全價。其原因是消費者假若提前（推遲）購買，此時商品的供給相對充足（稀缺），顧客面臨的配給風(fēng)險下降（上升），但另一方面由于購買和消費的時間間隔較大（?。?，消費者面臨較大（小）的需求不確定性。當(dāng)消費者需求的不確定性占主導(dǎo)時，商家會提供提前購買價格折扣。消費者提前購票與乘機當(dāng)天購票的關(guān)系顯然不是遠(yuǎn)期（期貨）與現(xiàn)貨的財務(wù)（金融）關(guān)系，因為無論是提前購票還是乘機當(dāng)天購票，飛機上都必須同樣留座（即作好計劃），也就是說必須交割。電力市場交易也可作此類比，電力市場不同時間尺度的交易環(huán)節(jié)實際上是對生產(chǎn)運行日最終調(diào)度決策的一個滾動修正、不斷精細(xì)化的過程。所有交易結(jié)果最終都必須在生產(chǎn)運行日通過調(diào)度中心來執(zhí)行并不等于所有調(diào)度計劃都必須在生產(chǎn)運行日或前一天（即通過日前、日內(nèi)、實時市場的競價交易）形成。越臨近生產(chǎn)運行日，用戶的選擇性越少，需求彈性越小，價格剛性越大；發(fā)電機組運行方式安排的約束越多，報價風(fēng)險越大。因此在需求預(yù)測的精度范圍內(nèi)，應(yīng)鼓勵供需雙方盡可能早地開展交易，盡可能提前作好發(fā)用電計劃（曲線）并提交調(diào)度中心，這樣既有利于全系統(tǒng)最終調(diào)度決策方案的安排和執(zhí)行，也有利于減小電能生產(chǎn)成本與競價交易的困難。把全部電量都留到日前、日內(nèi)、實時市場上去通過競爭形成調(diào)度計劃和市場價格是不合理的。
（二） 分段競價機制
文獻(xiàn)[2]中已經(jīng)分析了目前國外日前、日內(nèi)、實時市場所普遍采用的分時競價機制的缺陷。這里介紹西安交通大學(xué)王錫凡院士提出的分段競價機制[5][6]。
如文獻(xiàn)[1]所述，在目前分時競價電力市場中，發(fā)電廠商是逐時段進(jìn)行競價和結(jié)算的。但是，即使在同一時段，各發(fā)電廠的電能質(zhì)量（這里主要指電廠追蹤負(fù)荷變化的能力，而非用戶側(cè)頻率、電壓、波形等供電質(zhì)量）和電能成本可能相差甚遠(yuǎn)，因此按照同一出清價進(jìn)行結(jié)算并不公平。真正公平競爭應(yīng)該對同樣質(zhì)量的電能進(jìn)行競價，根據(jù)這個觀點提出了以下分段競價的概念。
圖1 分段競價機制
分段競價機制把電能按連續(xù)生產(chǎn)或連續(xù)消費的時間分段，然后按段進(jìn)行平衡和買賣，形成出清價。在發(fā)電側(cè)單邊競價的情況下，把預(yù)測的負(fù)荷曲線按連續(xù)生產(chǎn)（或消費）的時間分為l1,l2,…,l…,LP段，相應(yīng)的持續(xù)時間為h1,h2,…,hl…,hP，如圖1所示。
分段電價ρl 是電能生產(chǎn)持續(xù)時間h的函數(shù)：
ρl =ρb(hl) （1）
根據(jù)電力生產(chǎn)和消費的特點，不同分段的電能有不同的生產(chǎn)成本，也具有不同的使用價值。當(dāng)h1>h2>…>hl>…>hP時，相應(yīng)的電價ρl應(yīng)有如下關(guān)系：ρ(h1)< ρ(h2)<…<ρ(hl)<…<ρ(hP)
分段競價按以下方式發(fā)揮其市場機制的作用。首先，對電能用戶來說，其目標(biāo)是利用l段的電能獲得最大效益，即：
max{B[E(hl)]- ρ(hl)E(hl)} （2）
式中：E(hl)為第1段的電能總量（kWh）；B[E(hl)]為用戶利用l段電能所產(chǎn)生的效益函數(shù)。
由式（2）可以得到電能用戶效益最大化的必要條件為：
ρ(hl)= ?B[E(hl)]/?E(hl) （3）
上式表明，電能用戶最大效益發(fā)生在其邊際效益等于該分段電能價格的條件下。
從社會效益最大化來看應(yīng)滿足：
max{B[E(hl)]- GFM[E(hl)]} （4）
式中GFM[E(hl)]為生產(chǎn)電能E(hl)的成本。滿足式（4）的必要條件為：
?B[E(hl)]/?E(hl)= ?GFM[E(hl)]/?E(hl) （5）
即電能用戶的邊際效益應(yīng)等于電力系統(tǒng)生產(chǎn)電能E(hl)的邊際成本。
分段競價原理更符合電能生產(chǎn)和消費的規(guī)律，克服了分時競價機制的弊端，使市場競爭更加公平，競價交易與運行方式安排更加簡單。
為簡單起見，以上討論只給出了一個單峰的負(fù)荷曲線（見圖1），但這并不影響上述結(jié)論的普遍性。例如當(dāng)負(fù)荷曲線為雙峰時，可對雙峰部分分開進(jìn)行分段競價，其它部分不變。
在分段競價市場中，發(fā)電廠不必像分時競價市場那樣申報48或者96條報價曲線。根據(jù)發(fā)電廠是基荷發(fā)電廠還是調(diào)峰發(fā)電廠分別只需申報一幅報價圖，如圖2所示。
圖2 分段競價市場中發(fā)電廠的報價圖
圖中橫坐標(biāo)為運行小時數(shù)，縱坐標(biāo)為可提供的累計發(fā)電出力。例如圖2中通過a點的垂線表示在運行小時大于或等于24h的情況下，可提供P0的發(fā)電容量，報價為ρ0；通過b點的垂線表示在運行小時大于或等于h1小時的情況下，可提供P1的發(fā)電容量，報價為ρ1；等等。報價應(yīng)滿足以下條件：
當(dāng)hi>hj時，ρi<ρj
當(dāng)發(fā)電機組為調(diào)峰機組時，其報價曲線與圖2類似，不同之處在于無基荷部分報價部分。
以上報價方式顯然比分時競價市場的報價簡單，而且更符合各類機組的運行特點。實際上對一般發(fā)電廠而言，報價的圖形甚至可以維持不變，每天的報價只需給出不同的電價ρ0，ρ1，…即可。由于報價直接和發(fā)電機組的運行模式（連續(xù)運行小時數(shù)）相關(guān)，所以發(fā)電廠商更容易根據(jù)其成本分析進(jìn)行報價。系統(tǒng)交易中心收到各發(fā)電廠報價后，可以利用類似于電力系統(tǒng)生產(chǎn)模擬的方法安排次日的運行方式[5][6]。
文獻(xiàn)[5][6]從理論上證明，與分時競價電力市場相比，分段競價電力市場能更好地發(fā)揮資源配置的效用，具有更高的市場效率。無獨有偶，文獻(xiàn)[7]也提出了思想基本相同的水平拍賣（horizontal auction）機制，同樣從理論上證明了它比垂直拍賣（vertical auction，即分時競價）機制效率更高。
需要指出的是，分段競價不但適用于日前現(xiàn)貨市場的交易，也適用于電能中長期（例如月度）集中競價交易，這個問題以后還將詳細(xì)論述。在市場初期，我們能將負(fù)荷粗略地分為基荷、腰荷、峰荷三段開展競價，并隨市場的發(fā)展逐漸細(xì)分負(fù)荷段。分段競價與分時競價是相互補充的，分段競價機制更適合于電量型商品的交易，而分時競價機制更適合于電力型商品（如實時平衡和輔助服務(wù)市場）的交易。
（三） 電能中長期交易
電力市場中電價的波動性和難以預(yù)測性使得越來越多的市場設(shè)計者和參與者認(rèn)識到電力市場風(fēng)險管理的重要性。在電能中長期交易環(huán)節(jié)，設(shè)計良好的電力市場需要發(fā)展各種合同交易以吸引更多市場參與者，同時降低交易成本；允許市場參與者鎖定電力價格以確保他們有制定適當(dāng)短期和中期計劃的機會。為鎖定電力價格需要建立遠(yuǎn)期、期貨和期權(quán)市場，運用這些市場，市場參與者可以預(yù)測市場的基本風(fēng)險（即在遠(yuǎn)期合同交割時遠(yuǎn)期價格與實時價格的差異）[8]。限于篇幅，本文暫不討論電能中長期交易中涉及金融市場的部分，僅對遠(yuǎn)期實物合同進(jìn)行介紹。
遠(yuǎn)期合同能夠為電力用戶提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)，同時為發(fā)電商帶來長期穩(wěn)定的需求，而且能夠鎖定電力價格以回避電價波動風(fēng)險，因此，世界各國的電力市場均大量采用遠(yuǎn)期合同進(jìn)行電力交易。英國在電力市場化的初期，超過80%的電力交易是通過遠(yuǎn)期差價合同（contract for differences）市場來進(jìn)行的，而且其雙邊合同交易量所占份額逐漸擴大并進(jìn)一步發(fā)展提前數(shù)年的遠(yuǎn)期和期貨市場，2000后英國電力市場在NETA（New Electricity Trading Arrangements）模式下，95%的電力通過雙邊合同交易完成。2005年4月開始，英國政府將NETA模式推廣到蘇格蘭地區(qū)乃至全國，稱為BETTA（British Electricity Trading and Transmission Arrangements）。
電力遠(yuǎn)期合同出現(xiàn)的初期大多采用場外交易方式（over the counter，OTC），供電方與電力用戶雙方私下交易，然后提交調(diào)度分解執(zhí)行。隨著電力市場的不斷發(fā)展，市場中需要簽訂電力遠(yuǎn)期合同的市場參與者越來越多，場外交易方式已不能滿足市場的需求，因而出現(xiàn)了電能交易所（power exchange）集中進(jìn)行合同交易。在交易所注冊的市場參與者無論是買電方或者是賣電方均直接與交易所進(jìn)行合同交易，而無需在市場中等待其他交易者。電能交易所作為電力市場參與者的中介，加快了合同市場的流動性。
電力遠(yuǎn)期合同的定價是遠(yuǎn)期合同市場的關(guān)鍵問題，這里介紹一個基于發(fā)電邊際成本預(yù)測的遠(yuǎn)期合同定價模型。文獻(xiàn)[9]針對獨立發(fā)電商（IPP）和電力公司（utility）之間的可選擇合同，基于各自發(fā)電成本的不確定性，提出了電力公司和發(fā)電商各自理性的合同定價模型。
電力公司定價模型：
（6）
發(fā)電商定價模型：
（7）
這里：PC1，PC2分別指電力公司和發(fā)電商確定的合同價格；s1，s2分別表示發(fā)電商和電力公司各自的期望成本；?1，?2分別為s1，s2均值；q1(s)，q2(s)，Q1(s)，Q2(s)分別為s1，s2的概率密度和概率分布函數(shù)；k1，k2為中斷合同的違約金；0<r1<1表示電力公司對系統(tǒng)運行成本的期望低于系統(tǒng)實際運行成本。
值得注意的是，電能中長期交易不但能夠以雙邊協(xié)商的形式進(jìn)行，也能夠以集中撮合的方式進(jìn)行，如文獻(xiàn)[10]介紹的2016年廣東電力市場月度集中競價交易。但這種交易方式目前還比較粗糙，僅對月度電量進(jìn)行競價。對于雙邊協(xié)商形式進(jìn)行的電能中長期交易，供需雙方可以對負(fù)荷曲線進(jìn)行定制然后提交調(diào)度中心執(zhí)行。對于集中撮合方式進(jìn)行的電能中長期交易，需要基于“標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品”進(jìn)行，無法對負(fù)荷曲線進(jìn)行定制，這里我們可以引入分段競價的思想，將負(fù)荷粗略地分為基荷電力、腰荷電力和峰荷電力，針對不同的電力段進(jìn)行集中競價交易，對此問題我們將在另文詳敘。
電能中長期交易的作用不僅僅是管理金融（或財務(wù)）風(fēng)險，更重要的是根據(jù)市場預(yù)測提前做好發(fā)用電計劃，以及火電廠的燃料計劃和水電廠的水庫運行計劃等。在一個穩(wěn)定健康的電力市場中，物理執(zhí)行的電能中長期交易合同是必不可少的環(huán)節(jié)。由于在我國火電廠燃料計劃都是按年度、季度和月度安排的，月度電能交易是我國電力市場一個不可缺少的交易環(huán)節(jié)。
（四） 小結(jié)
當(dāng)前我國電力市場改革參與者對市場模式的設(shè)計有諸多爭論，特別是對于電能現(xiàn)貨交易與中長期交易的關(guān)系問題。一種觀點認(rèn)為由于電力實時平衡等特殊性和電力需求以及可再生能源發(fā)電能力的不確定性，只有到了日前和日內(nèi)才能將電力供需狀況、電力輸送和分配受到的約束條件全部看清，此時市場產(chǎn)生的現(xiàn)貨價格才是電力的真實價格（即被忽視的電力時間價值和空間價值），并認(rèn)為現(xiàn)貨市場（日前、日內(nèi)、實時交易）的建立才是電力市場的起步。這種觀點的錯誤的關(guān)鍵在于忽視了電能商品生產(chǎn)和消費的時間連續(xù)性，假設(shè)生產(chǎn)運行日相同地點相同時段的電能都是同質(zhì)的，不理解生產(chǎn)運行日各時段的電力負(fù)荷可由不同時間周期（不同質(zhì)量和不同價格）的電能商品（從時間周期較長的電量型商品到時間周期較短的電力型商品）堆積而成，也混淆了電網(wǎng)最終調(diào)度決策的形成與市場競價交易的關(guān)系。長期以來，我國在電力系統(tǒng)調(diào)度方面積累了豐富的經(jīng)驗，從電力系統(tǒng)運行的角度，電力市場競價交易只是改變了調(diào)度計劃與實時控制方案的形成方式，從調(diào)度中心集中統(tǒng)一安排變?yōu)橛墒袌鲋黧w集中競爭或供需雙方自主安排形成。電力市場不同時間周期的交易環(huán)節(jié)實際上是對生產(chǎn)運行日最終調(diào)度決策的一個滾動修正、不斷精細(xì)化的過程，電能價格也是在不同時間周期的交易環(huán)節(jié)中逐漸形成的，日前、日內(nèi)、實時交易只不過是形成最終價格的最后一步（不能認(rèn)為唯有此交易環(huán)節(jié)的價格才反映了電力的真實價值）。另外一種錯誤觀點是將電能中長期交易與日前、日內(nèi)、實時交易理解為遠(yuǎn)期（期貨）與現(xiàn)貨的財務(wù)（金融）關(guān)系，沒有認(rèn)識到通過電能中長期交易、讓供需雙方盡可能早地制訂發(fā)用電計劃（曲線）對電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的重要作用。在日前、日內(nèi)、實時市場上通過全電量集中競價形成調(diào)度計劃和市場價格的市場機制將徹底改變電力系統(tǒng)多年以來形成的安全經(jīng)濟調(diào)度習(xí)慣和模式，給市場交易和電力系統(tǒng)運行帶來極大風(fēng)險。
本文重點介紹了考慮電能生產(chǎn)和消費時間連續(xù)性的分段競價（水平拍賣）、電能中長期交易的概念與理論，分段競價不但適用于日前現(xiàn)貨市場的交易，也適用于電能中長期（例如月度）集中競價交易，在以后具體市場模式設(shè)計中還將對這兩種交易機制進(jìn)行深入探討。
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（陳皓勇 華南理工大學(xué)電力經(jīng)濟與電力市場研究所）
