第四章電力市場供需參與者的特性分析在本章中，我們將就發(fā)電商、用戶以及其它參與者如何采取措施在電力市場中獲取最大化的利益進(jìn)行詳細(xì)探討。

用戶在電力市場中的積極作用完全競爭市場中，電廠如何進(jìn)行發(fā)電量的優(yōu)化決策不完全競爭市場中，發(fā)電商最大化利潤的行為如何分析儲(chǔ)存設(shè)施和其它混合參與者如何能從電力商品交易中獲取利潤第一節(jié)引言一、需求側(cè)的特點(diǎn)1、缺乏彈性電費(fèi)相對于大部分工業(yè)產(chǎn)品的總成本和家庭生活開銷而言，支出只占很小比例。然而，對生產(chǎn)和生活而言，電力是不可或缺的，因此，人們一般不可能為節(jié)省電費(fèi)而放棄用電。電從100多年前開始商業(yè)化生產(chǎn)時(shí)起，就被標(biāo)記為是方便易得的商品。這種便利性已經(jīng)根深蒂固，也就是說人們沒有在用電前進(jìn)行成本核算的習(xí)慣。

第二節(jié)需求側(cè)與需求響應(yīng)2、其彈性更多表現(xiàn)為互彈性互彈性描述負(fù)荷在時(shí)段間的轉(zhuǎn)移情況。由于電力對工業(yè)生產(chǎn)和人們生活的不可或缺性，當(dāng)電力商品價(jià)格上漲時(shí)，電力用戶往往不是簡單地減少消費(fèi)需求，而是可能決定將需求轉(zhuǎn)移到電力商品價(jià)格降低的時(shí)候。例如，如果預(yù)期在夜班時(shí)間電力商品價(jià)格會(huì)下降，生產(chǎn)者可能將生產(chǎn)推遲到夜間再進(jìn)行。同樣，居民用戶會(huì)將洗滌、烘干、加熱等高耗能電器的開啟時(shí)間定在價(jià)格低的時(shí)間里進(jìn)行。二、需求彈性對市場的作用1、一般市場的均衡2、電力市場的供需均衡電力需求缺乏彈性，當(dāng)需求D1不是很高時(shí)，市場在B點(diǎn)達(dá)到均衡當(dāng)需求D2較高時(shí)，此時(shí)發(fā)電機(jī)已接近容量極限，發(fā)電成本很高，供給彈性很大，市場必須在很高的價(jià)格上均衡，即C點(diǎn)一旦需求D2>系統(tǒng)的最大裝機(jī)容量Gmax，則市場就根本無法均衡了3、電力市場的價(jià)格限制為避免供需無法均衡而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，許多電力市場中設(shè)置了價(jià)格上限。由價(jià)格上限確定的供電量為Q1，即E點(diǎn)所示。此時(shí)，用戶實(shí)際需電量為Q2

，其中的差額只能通過限電或停電措施來解決，市場在人工干預(yù)下達(dá)到暫時(shí)的均衡。如果此時(shí)需求是有彈性的，用戶在電價(jià)升高后主動(dòng)減少需求，需求曲線將變?yōu)榍€，則市場可在供需雙方作用下在E點(diǎn)達(dá)到穩(wěn)定的均衡。需求側(cè)對市場的重要作用那些認(rèn)為產(chǎn)品物非所值而拒絕購買的用戶（減少的需求）起到了限制價(jià)格的作用。因此，用戶即使不進(jìn)行實(shí)際購買，而只是拒絕購買物非所值的產(chǎn)品，其實(shí)際效果也仍是一種“市場參與”行為。三、需求側(cè)管理與需求側(cè)響應(yīng)

電力需求側(cè)管理是通過采取法律、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、管理與引導(dǎo)等多種有效措施，以電力公司為主體，引導(dǎo)電力用戶優(yōu)化用電方式，提高終端用電效率，從而優(yōu)化資源配置，改善和保護(hù)環(huán)境。有預(yù)測表明(05年），如果實(shí)施有效的電力需求側(cè)管理，到2020年，我國可減少電力裝機(jī)1億千瓦左右，超過5個(gè)三峽工程的裝機(jī)容量，同時(shí)還可以節(jié)約8000-10000億元的電力投資。到2019年，如果所有美國電力用戶都采用動(dòng)態(tài)電價(jià)和高級計(jì)量裝置技術(shù)，需求響應(yīng)資源可以達(dá)到188GW（約20%系統(tǒng)高峰負(fù)荷）。

法律措施：法律措施是電力需求響應(yīng)健康發(fā)展的保障。從世界范圍來看，電力需求響應(yīng)開展較好的國家都有嚴(yán)格的法律法規(guī)，如美國先后出臺(tái)《國家能源政策法》及《公共事業(yè)管理政策法》等法律法規(guī)，并制定了大量強(qiáng)制性能效標(biāo)準(zhǔn)，對電力公司與電力用戶均提出了很多明確、具體的法律要求，為電力需求響應(yīng)的開展提供了強(qiáng)有力的保障。我國近年也出臺(tái)了一些規(guī)定，如“加強(qiáng)電力需求側(cè)管理工作的指導(dǎo)意見”等，推動(dòng)了電力需求響應(yīng)的發(fā)展。需求側(cè)管理的實(shí)施措施經(jīng)濟(jì)措施：經(jīng)濟(jì)措施是電力需求響應(yīng)最主要的激勵(lì)手段。最常用的是通過實(shí)施峰谷分時(shí)電價(jià)、季節(jié)性電價(jià)、可中斷電價(jià)以及需求投標(biāo)等，引導(dǎo)用戶盡可能在低谷時(shí)段用電，合理避開高峰時(shí)段用電。此外，還可對用戶購置節(jié)電設(shè)備給予貸款優(yōu)惠、財(cái)政補(bǔ)貼等，吸引用戶購買高能效的用電設(shè)備。技術(shù)措施：技術(shù)措施是指針對具體對象、生產(chǎn)工藝或生活用電特點(diǎn)，采用技術(shù)成熟的先進(jìn)節(jié)電設(shè)備來提高終端用電效率，從而節(jié)約電量、削減高峰負(fù)荷。技術(shù)措施又可以分為提高能效與負(fù)荷管理兩類。其中，綠色照明、高效電動(dòng)機(jī)、變頻調(diào)速、無功補(bǔ)償、節(jié)能家電等屬于能效技術(shù)；負(fù)荷管理系統(tǒng)、蓄能空調(diào)等屬于負(fù)荷管理技術(shù)。管理措施：政府采取必要的管理措施，可以保證技術(shù)、經(jīng)濟(jì)措施的有效實(shí)施；尤其是當(dāng)電力供需形勢出現(xiàn)大的波動(dòng)時(shí)，管理措施對平衡電力供需的作用更為突出。2002年以來，我國很多電力供需緊張的地方通過實(shí)施有序用電等管理措施，組織用戶輪休、調(diào)整作業(yè)程序等，穩(wěn)定了社會(huì)正常用電秩序，緩解了電力短缺。引導(dǎo)措施：通過知識普及、信息傳播、技術(shù)示范、宣傳培訓(xùn)等措施，大張旗鼓的宣傳樹立科學(xué)發(fā)展觀的思路、節(jié)能和環(huán)保意識、電力需求響應(yīng)的理念，倡導(dǎo)科學(xué)用電，提升電力需求側(cè)管理在全社會(huì)的認(rèn)知度，提高客戶主動(dòng)參與需求側(cè)管理的積極性，使電力需求側(cè)管理成為人人重視并參與的社會(huì)行動(dòng)。需求響應(yīng)是用戶根據(jù)電價(jià)變化主動(dòng)進(jìn)行的需求側(cè)管理，是在市場環(huán)境下發(fā)揮價(jià)格激勵(lì)作用的一種需求側(cè)管理措施。常用的措施分為兩類：負(fù)荷響應(yīng)：是指直接的負(fù)荷控制，是局部或部分負(fù)荷的減少以致完全停用。在市場條件下，電力部門在切除負(fù)荷時(shí)必須顧及用戶的經(jīng)濟(jì)利益，取得用戶同意后方可在任意時(shí)段、特定時(shí)段或特定情況下直接切除全部或部分負(fù)荷，同時(shí)用戶得到電價(jià)優(yōu)惠等經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。價(jià)格響應(yīng)：是指實(shí)時(shí)定價(jià)、動(dòng)態(tài)定價(jià)、峰值定價(jià)、分時(shí)定價(jià)以及需求投標(biāo)或回購計(jì)劃等，是真正市場化的產(chǎn)物。它以價(jià)格為杠桿，引導(dǎo)消費(fèi)者在緊急情況下減負(fù)荷，或?qū)⒇?fù)荷從高峰時(shí)段轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)段，達(dá)到穩(wěn)定系統(tǒng)及合理利用系統(tǒng)的目的。價(jià)格響應(yīng)的最高境界是用戶實(shí)施實(shí)時(shí)電價(jià)，但在現(xiàn)階段，除部分大型商業(yè)和工業(yè)用戶外，還不具備全面實(shí)行實(shí)時(shí)電價(jià)的條件。因此，分時(shí)電價(jià)等各種簡化形式的價(jià)格響應(yīng)措施得到應(yīng)用。需求響應(yīng)對電力市場的特殊意義：

提高市場效率。當(dāng)用戶可接收到價(jià)格信號并受到激勵(lì)時(shí)，用電量就會(huì)和電價(jià)掛鉤，這將改變用戶的用電行為，使峰荷期間的用電量轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)，從而削弱實(shí)時(shí)市場的價(jià)格突變，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的高效利用。

降低市場風(fēng)險(xiǎn)。配電壟斷的打破將造就眾多的電力零售商，他們可設(shè)計(jì)不同的需求響應(yīng)價(jià)格套餐來引導(dǎo)用戶的用電行為，規(guī)避實(shí)時(shí)市場的電價(jià)波動(dòng)。需求響應(yīng)具備風(fēng)險(xiǎn)管理工具的作用，這也是成熟的市場所必需的。更好地為用戶服務(wù)。需求響應(yīng)是電力市場提供給用戶的用電選擇權(quán)，用戶可有機(jī)會(huì)藉此控制自己的電費(fèi)賬單。

減輕市場力的作用。如果需求響應(yīng)能恰當(dāng)?shù)丶皶r(shí)地發(fā)生在缺電地區(qū)，就會(huì)阻止由于供電不足或輸電網(wǎng)約束所引發(fā)的市場力濫用。

從長遠(yuǎn)看，用戶對需求響應(yīng)的參與，將最終降低電力市場的價(jià)格，減輕電價(jià)波動(dòng)，間接使所有用戶得益。四、電力商品零售商作用：代表眾多小用戶參與批發(fā)市場經(jīng)營之道：總體平均買價(jià)必須低于零售價(jià)才會(huì)有收益。零售商在價(jià)格多變的電力批發(fā)市場中購買電能，然后再以固定價(jià)格零售。買價(jià)高于零售價(jià)，零售商就會(huì)虧損；買價(jià)低于零售價(jià)，零售商就會(huì)獲利。管理風(fēng)險(xiǎn)：做好負(fù)荷預(yù)測基本原則：利潤最大化即，邊際收益＝邊際成本一、完全競爭1、基本調(diào)度第三節(jié)發(fā)電商例題：以燃燒煤的蒸汽機(jī)組為例，假設(shè)該機(jī)組出力為100MW≤P≤500MW

機(jī)組輸入輸出成本特性：

若則由可得：

分段線性化的成本特性曲線成本曲線上斷點(diǎn)處邊際成本等于下一段的斜率機(jī)組的三段分段線性成本曲線2、發(fā)電調(diào)度的制約因素1）機(jī)組的最大最小出力

，則

，則2）固定成本空載成本：如果機(jī)組保持并入電網(wǎng)但不提供電力，此時(shí)維持機(jī)組運(yùn)行所需燃料的成本就是空載成本。啟動(dòng)成本：是將機(jī)組從停機(jī)狀態(tài)啟動(dòng)直到運(yùn)轉(zhuǎn)至準(zhǔn)備好發(fā)電所需的成本。為實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組收益的最大化，啟動(dòng)成本必須在一段長時(shí)間內(nèi)分?jǐn)傃a(bǔ)償。如果不考慮發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)成本和在不同運(yùn)行狀態(tài)過渡過程中發(fā)電機(jī)組受到的約束，出力按時(shí)間段分別進(jìn)行優(yōu)化，最終的發(fā)電調(diào)度可能不是最優(yōu)的，并且在技術(shù)上也可能是不可行的。這些機(jī)組的運(yùn)行應(yīng)該在一天至一星期或者更長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)度決策。這個(gè)問題和機(jī)組組合（unitcommitment）問題有些相似性。問題的實(shí)質(zhì)是在滿足約束的情況下補(bǔ)償準(zhǔn)固定成本和變動(dòng)成本。3）動(dòng)態(tài)約束對機(jī)組增加或者減少出力的速率設(shè)置的限制可能會(huì)妨礙機(jī)組在連續(xù)時(shí)間段實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)化出力。為實(shí)現(xiàn)最小化這些限制帶來的成本，必須至少在數(shù)個(gè)小時(shí)內(nèi)對機(jī)組的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。為限制頻繁起動(dòng)和停運(yùn)對機(jī)組造成的損壞，通常會(huì)限定火電機(jī)組一旦起動(dòng)必須與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系的最小時(shí)間。相同的，通常也會(huì)限定機(jī)組一旦停運(yùn)必須保持關(guān)機(jī)的最小時(shí)間。這些約束減少了改變機(jī)組狀態(tài)的機(jī)會(huì)，對機(jī)組的最優(yōu)化調(diào)度有深刻影響。4）環(huán)境約束某種污染物在大氣中釋放速率受到限制，這樣就要降低電廠的最大出力。限制一年內(nèi)釋放一種污染物的總量，對電廠的運(yùn)行設(shè)置了復(fù)雜的綜合約束。對水的利用可能受到約束。5）其他經(jīng)濟(jì)因素?zé)犭娐?lián)產(chǎn)電廠的發(fā)電量通常受供熱量的牽制，電能生產(chǎn)與提供輔助服務(wù)的相互影響二、生產(chǎn)或購買的決策電廠使用N臺(tái)機(jī)組向給定負(fù)載D供電，力求使成本最小化

最優(yōu)解存在的條件：

電廠要實(shí)現(xiàn)以最小成本發(fā)電，所有發(fā)電機(jī)組必須運(yùn)行在同一邊際成本，而且此邊際成本應(yīng)等于拉格朗日乘子值：假設(shè)該電廠可以參與電力現(xiàn)貨市場交易，如果市場價(jià)格低于生產(chǎn)電能的影子價(jià)格，該電廠就應(yīng)該在市場中購買電能并且減少自身發(fā)電量以滿足：

例4.6

購買19.5MW三、不完全競爭發(fā)電商很可能具有市場力，要最大化電廠的利潤，僅孤立的對自己的每臺(tái)機(jī)組的出力進(jìn)行最優(yōu)化是不夠的，必須考慮到其它電廠的行為競爭對手的發(fā)電量納什均衡1、決策價(jià)格的Bertrand模型由于電力商品是無差別商品，只要供電價(jià)格低于競爭者的供電價(jià)格，電廠就可以按自己意愿銷售任意數(shù)量的電力商品2、決策產(chǎn)量的Cournot模型例4.7電力市場中有A和B兩個(gè)電廠相互競爭供電，假設(shè)在一個(gè)小時(shí)內(nèi)的反需求曲線為：

D是該小時(shí)的電力需求量，同時(shí)A和B的發(fā)電成本特性為：

假設(shè)在該市場中采用Bertrand模型，市場需求是55MWh，則，電廠A將確定電價(jià)略微低于電廠B的發(fā)電邊際成本，于是：

PA＝55MW，PB＝0

若在該市場中采用Cournot模型，市場狀態(tài)將由每個(gè)電廠制定的發(fā)電策略決定。假設(shè)電廠A和B均決定發(fā)電5MWh（發(fā)電增量步長），即則

于是

所以Cournot模型的解析解：解得：即，PA=250MWh，PB=200MWh，

D=450MWh，π=550￥/MWh3、供給函數(shù)均衡每個(gè)發(fā)電廠商決策的變量既不是電價(jià)也不是發(fā)電量，而是自身供給函數(shù)的參變量。每個(gè)發(fā)電廠商的利潤為

優(yōu)化的必要條件設(shè)則決策變量為若設(shè)則得四、邊際成本非常低的電廠一些類型電廠的邊際成本非常低甚至可以忽略。這些類型電廠的擁有者的目標(biāo)是靠發(fā)電獲得收入以補(bǔ)償巨額的投資成本。核電廠必須運(yùn)行在幾乎同一穩(wěn)定發(fā)電水平，這是因?yàn)楹穗姀S調(diào)整出力通常很困難。由于其啟動(dòng)成本極其高昂，理想情況是，核電機(jī)組只有在更換燃料時(shí)才關(guān)閉。因此核電廠的擁有者必須隨時(shí)在任何價(jià)格下銷售全部電力商品。水電廠（至少擁有一個(gè)可以調(diào)節(jié)水量的水庫）可以隨意調(diào)整其發(fā)電量。但是，它們的可用水利資源是由所在流域的降水量或降雪量決定的。因此，為了最大化收入，它們必須預(yù)測到何時(shí)電價(jià)會(huì)最高并且在此時(shí)銷售掉電力商品?？稍偕茉窗l(fā)電廠依賴于能量源的可利用性，例如風(fēng)能和太陽能，它們不僅是不可控的，而且是不可預(yù)測的。這些發(fā)電廠的擁有者經(jīng)常無奈地以不情愿的價(jià)格銷售其電力商品。四、混合參與者可以根據(jù)形勢選擇充當(dāng)發(fā)電商或者消費(fèi)