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摘要 在現(xiàn)貨市場起步階段，普遍采用扁平化限價標(biāo)準(zhǔn)以防范極端價格風(fēng)險，而隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)提速推動新能源規(guī)?；胧?，現(xiàn)貨價格受間歇性出力的影響面愈加擴(kuò)大，新能源入市風(fēng)險增加，限價設(shè)計須進(jìn)一步考慮常規(guī)機(jī)組收益、新能源裝機(jī)比例以及負(fù)荷需求量等。因此，綜合考慮與現(xiàn)貨價格有強(qiáng)聯(lián)動的影響因素，選取主要因子構(gòu)成限價影響層，并在改進(jìn)傳統(tǒng)價格管制模型的基礎(chǔ)上引入影響因子及系列模型的自適系數(shù)，提出新能源入市風(fēng)險下計及多因子影響層的現(xiàn)貨市場限價自適模型，仿真結(jié)果表明：模型能夠?qū)崿F(xiàn)不同需求場景下對現(xiàn)貨價格的動態(tài)跟蹤以保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定。
1 國內(nèi)外現(xiàn)貨市場限價現(xiàn)狀分析
1.1 國外稀缺定價下的現(xiàn)貨限價標(biāo)準(zhǔn)
目前，國內(nèi)外尚未形成廣泛有效的現(xiàn)貨限價措施，價格限值的計算也缺乏規(guī)范統(tǒng)一的模型。最高限價管制模型（retail price index，RPI-X）和投資回報率價格管制模型（rate of return，ROR）是兩種典型的價格上限設(shè)置方法，可在電力等壟斷性公共事業(yè)行業(yè)中規(guī)范價格水平、保護(hù)市場主體利益。國外電力市場開放程度較高、資源配置自由度較高，價格管制相對較弱，常參考電力失負(fù)荷值制定價格上限，對于價格下限通常不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。
表1 國外典型現(xiàn)貨市場限價情況
Table 1 Typica spot market price limits in foreign countries
1.2 中國固定限值的主流限價標(biāo)準(zhǔn)
中國電力現(xiàn)貨市場運(yùn)行初期，主體對于價格波動較為敏感，為緩解價格波動風(fēng)險，各地視情況固定報價及出清價格上限進(jìn)行管控措施，沒有將價格限值形成量化計算模型，限價水平缺乏對地區(qū)供需的針對性及對價格波動的跟蹤性。如表2所示，在現(xiàn)貨市場初期，各試點(diǎn)常根據(jù)發(fā)電機(jī)組的會計成本采取固定限價標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)省份常設(shè)置1.5元/(kW·h)的價格上限和0.0元/(kW·h)的價格下限。隨著現(xiàn)貨市場建設(shè)深入，也有少數(shù)地區(qū)限價標(biāo)準(zhǔn)做出不同程度的新的嘗試，如蒙西率先大幅開放出清價格上限至5.18元/(kW·h)，山東允許負(fù)電價存在。
表2 中國現(xiàn)貨市場限價規(guī)定執(zhí)行現(xiàn)況
Table 2 Current situation of implementing price limit regulations in China's spot market
2 現(xiàn)貨市場靜態(tài)限價的有效性研判
2.1 扁平化固定限價的階段可行性
2.1.1 防范寡頭壟斷下發(fā)電側(cè)市場力行為
中國大多數(shù)省份少數(shù)幾個發(fā)電集團(tuán)占據(jù)絕大多數(shù)的發(fā)電裝機(jī)，形成發(fā)電企業(yè)寡頭壟斷的局面，易發(fā)生操縱價格、控制交易規(guī)模等市場力行為，甚至出現(xiàn)“價格聯(lián)盟”（卡特爾）現(xiàn)象。2000年加利福尼亞州電力危機(jī)事件就是因為在電力市場中缺乏價格帽限制，當(dāng)負(fù)荷尖峰時期與新能源少發(fā)期重疊時，電力供應(yīng)商有利用供電緊張、高峰期和天氣因素等因素，人為操縱和提高電價實現(xiàn)巨額利潤，導(dǎo)致用戶及新能源主體難以承擔(dān)高價，挑戰(zhàn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在寡頭壟斷下，為了抑制發(fā)電側(cè)市場力、保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，研究合理、靈活的限價方式十分必要。
2.1.2 合理抬升限價水平以拓寬火電收益
目前，中國處于電力市場建設(shè)和能源轉(zhuǎn)型的“雙期疊加”階段，隨著不可控新能源裝機(jī)比例越來越高，常規(guī)機(jī)組將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)重要的靈活支撐電源。當(dāng)現(xiàn)貨價格上漲時，火電機(jī)組須多發(fā)電以提高利潤的同時頂峰發(fā)電保障電力正常供應(yīng)；反之，在現(xiàn)貨低價時，火電機(jī)組又須停機(jī)或迅速將出力降低至較低水平，避免在低電價時段造成虧損。加之燃料成本波動、火電利用小時數(shù)下滑、保障性收益縮減等，常規(guī)機(jī)組可能面臨成本回收的困境，發(fā)電積極性低。因此，設(shè)置符合市場主體利益、促進(jìn)良性競爭空間的價格限值十分必要。
2.1.3 削弱價格波動風(fēng)險以激勵新能源入市
隨著新能源入市規(guī)模增大，其出力的隨機(jī)性將導(dǎo)致市場價格不穩(wěn)定因素增多，在新能源出力水平較高時現(xiàn)貨價格常處于地板價，新能源出力水平較低時現(xiàn)貨往往高價。
在當(dāng)前新能源缺乏風(fēng)險規(guī)避手段的情況下，各省積極探索新能源合理參與市場交易的機(jī)制，如表3所示。大多數(shù)試點(diǎn)地區(qū)新能源“報量報價”參與現(xiàn)貨市場，由于新能源具有競價優(yōu)勢，隨著其占比不斷提升對價格影響也會加劇，故在當(dāng)前對新能源把控不夠成熟的條件下，限價能夠防范價格波動風(fēng)險。此外，大多數(shù)省份都進(jìn)行偏差電量考核，這是因為新能源在中長期帶曲線交易的市場環(huán)境下分解電量更易產(chǎn)生偏差，若未設(shè)置限價可能導(dǎo)致新能源面臨極端現(xiàn)貨價格考核的風(fēng)險。因此，為了保護(hù)發(fā)電側(cè)尤其是新能源承擔(dān)的價格波動風(fēng)險，在當(dāng)前的現(xiàn)貨市場建設(shè)發(fā)展階段下設(shè)置限價是具有必要性的。
表3 國內(nèi)現(xiàn)貨試點(diǎn)地區(qū)新能源交易機(jī)制
Table 3 Domestic spot pilot area new energy trading mechanism
2.2 靜態(tài)限價模式更迭的長期必要性
采取扁平化固定標(biāo)準(zhǔn)作為現(xiàn)貨市場價格上下限，不僅難以承接現(xiàn)貨市場動態(tài)發(fā)展需求，還將削弱市場信號的引導(dǎo)作用，產(chǎn)生其他問題。例如，在新能源負(fù)偏差時，現(xiàn)貨市場價格升高，若設(shè)置較大的限價區(qū)間則新能源會用較高價格進(jìn)行偏差考核結(jié)算，對現(xiàn)貨市場的平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生威脅；而縮減價格區(qū)間又會削弱市場價格引導(dǎo)的作用且影響發(fā)電側(cè)市場主體積極性。除此之外，現(xiàn)貨價格還是中長期交易價格的重要參考，如果現(xiàn)貨價格上限太低，會導(dǎo)致中長期價格不準(zhǔn)確、偏低，打擊其參與中長期交易的積極性，不利于中長期對保障電力市場穩(wěn)定運(yùn)行的作用。
在適應(yīng)新能源發(fā)電特性的市場機(jī)制尚未完善階段，為穩(wěn)定市場秩序和保障系統(tǒng)運(yùn)行采取限價措施十分必要，但是固定區(qū)間限價方式在新能源不斷入市的情況下難以發(fā)揮真正的價格信號作用，對中長期交易也會起到打擊作用。因此，如何進(jìn)行限價是當(dāng)前發(fā)展階段的重要問題。
3 基于多因子影響層的現(xiàn)貨市場限價自適模型
3.1 現(xiàn)貨市場限價標(biāo)準(zhǔn)影響層的強(qiáng)相關(guān)因子
本文綜合考慮與現(xiàn)貨價格有強(qiáng)聯(lián)動的影響因子，如一次能源價格變動指數(shù)、不同裝機(jī)占比下新能源發(fā)電貢獻(xiàn)率、冬夏高負(fù)荷期和安全保供周期負(fù)荷增量等，在基于線性回歸和最小二乘法確定影響因子的自適系數(shù)后一起構(gòu)成多因子影響層，如圖1所示，由此實現(xiàn)限價自適。
圖1 影響因子選取示意
Fig.1 Schematic diagram for selecting influencing factors
1）一次能源價格變動指數(shù)X1。由于一次能源如煤炭價格以市場化定價為主，受供需關(guān)系影響價格波動較大，而下游火電企業(yè)定價卻受固定限價模式的高度管控，無法隨意調(diào)整價格。因此，當(dāng)煤炭價格高且供需緊張時期，價格上限較低將導(dǎo)致火電機(jī)組面臨低收益、高成本的交易困境，降低發(fā)電積極性；反之，當(dāng)煤炭價格低位時，發(fā)電企業(yè)可能會報高價來獲取自身利益，若限價較高會損害其他市場主體利益且影響真實電力供需關(guān)系的呈現(xiàn)。綜上，在一次能源價格較高且新能源小發(fā)時應(yīng)提高限價上限、反之則降低價格上限，依據(jù)一次能源價格變動限價水平來保障火電機(jī)組收益和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。
2）新能源發(fā)電貢獻(xiàn)率η。由于各地新能源裝機(jī)比例差異較大且出力不穩(wěn)定，導(dǎo)致新能源發(fā)電貢獻(xiàn)率不同，即凈負(fù)荷曲線中超過平均值代表新能源發(fā)電貢獻(xiàn)率較低，未達(dá)平均值代表新能源貢獻(xiàn)率效率高。顯然新能源發(fā)電貢獻(xiàn)率直接影響常規(guī)機(jī)組發(fā)電量，對現(xiàn)貨價格成本產(chǎn)生影響。此外，由于新能源裝機(jī)比例的擴(kuò)大，須拉大峰谷價差以實現(xiàn)削峰填谷以及促進(jìn)新能源消納，現(xiàn)貨市場限價成為分時電價優(yōu)化調(diào)整的一個重要參考，須根據(jù)峰谷變化及時調(diào)整。
本文基于凈負(fù)荷曲線得到η，以此為依據(jù)進(jìn)行限價，未達(dá)平均負(fù)荷水平將適當(dāng)降低限價上限并設(shè)置限價下限保障火電機(jī)組基本收益，超過平均負(fù)荷水平則提高限價來激勵常規(guī)機(jī)組發(fā)電。
3）冬、夏負(fù)荷高峰期的負(fù)荷需求增量Q1。中國夏季大部分地區(qū)會出現(xiàn)長時間高溫天氣，相應(yīng)月份空調(diào)負(fù)荷增多導(dǎo)致用電需求急劇上漲，同樣冬季供暖負(fù)荷增多，供需形勢普遍收緊。同時新能源占比不斷擴(kuò)大進(jìn)一步加深了供需緊張局面，不同地區(qū)新能源出力水平差異較大，如西北地區(qū)風(fēng)電平均出力呈現(xiàn)冬季較小、夏季較大的特點(diǎn)，光伏出力也具有夏季光照時間長、冬季光照時間短的特點(diǎn)。因此，應(yīng)綜合新能源歷年出力情況與夏季高溫、冬季供暖月份供需情況，對不同地區(qū)限價水平作出動態(tài)調(diào)整。
4）電力保供周期負(fù)荷儲備增量Q2。近年來，由于新型電力系統(tǒng)源、荷兩側(cè)的氣候敏感性和脆弱性特征逐漸顯現(xiàn)，安全保供的戰(zhàn)略意義頻頻出現(xiàn)，如冬奧期間華北、山東和湖南等多地均提出要強(qiáng)化重大活動期間電力安全，2023年9月印發(fā)的《電力現(xiàn)貨市場基本規(guī)則（試行）》和《電力負(fù)荷管理辦法（2023年版）》再次提出要提升電力供需緊張時段的安全保供能力等。因此，為提高系統(tǒng)韌性，在安全保供時期（與冬季供暖和夏季高溫月份存在部分重合），可考慮適當(dāng)提高限價上限以激勵火電機(jī)組發(fā)電。
3.2 基于多因子影響層的現(xiàn)貨市場限價自適模型
目前中國現(xiàn)貨市場價格限制考慮到用戶承受能力和新能源邊際成本，一般設(shè)置固定限價區(qū)間。為激勵新能源入市的同時防范惡性競爭，本文將下限固定為基本價格下限0不變，提出價格上限自適模型為
式中：Pmax為本期價格上限自適模型的上限價格；AC(t?1)為上期度電燃料成本（中電聯(lián)每周發(fā)布1次CECI價格，可根據(jù)度電燃料成本速算表查詢度電燃料成本）；r為度電成本利潤率；ASSp?f為限價影響層關(guān)聯(lián)項；φ為電能質(zhì)量系數(shù)；Wi為各影響因素的自適系數(shù)；Xi為現(xiàn)貨市場限價標(biāo)準(zhǔn)影響層的強(qiáng)相關(guān)因子；此外，本模型下影響因子η的自適系數(shù)已視為–1，故在ASSp?f外進(jìn)行單獨(dú)列寫。
本模型對傳統(tǒng)的最高上限價格管制模型進(jìn)行改進(jìn)，兼顧發(fā)電側(cè)與用戶側(cè)雙方利益，并引入價格影響因子進(jìn)行動態(tài)量化，打破扁平化固定限價方式。
圖2 自適系數(shù)確定流程
Fig.2 Flow chart for determining the self adaptation coefficient
4 算例分析
本文提出的基于多因子影響層的現(xiàn)貨市場限價自適模型，實現(xiàn)了現(xiàn)貨市場價格上限由靜態(tài)模式向與現(xiàn)貨價格產(chǎn)生強(qiáng)聯(lián)動的多種因子動態(tài)自適的轉(zhuǎn)變，為驗證所提模型正確性，從春、秋季節(jié)與非保供周期以及位于冬、夏與保供周期2種場景下分析限價隨影響層因子的變化情況。其中，單位發(fā)電量的成本利潤率r取15%，電能質(zhì)量系數(shù)φ取為1，η谷段取為30%、峰段取為–30%以便觀察模型正確性。
1）場景1：春、秋季節(jié)與非保供周期。在春、秋季節(jié)與非保供周期內(nèi)，用戶側(cè)所需負(fù)荷較少，供需關(guān)系較為緩和，負(fù)荷需求增量指數(shù)X2視為0（即Q1、Q2視為0），此時價格上限主要受X1影響，可得到如表4所示結(jié)果，并形成如圖3所示現(xiàn)貨價格上限隨一次能源價格自適變化結(jié)果。
表4 場景1下限價自適結(jié)果表
Table 4 Scenario 1: price limit adaptation results table
圖3 現(xiàn)貨價格上限隨一次能源價格自適結(jié)果
Fig.3 Adaptive graph of the upper limit of spot prices with primary energy prices
由圖3可知，在場景1下現(xiàn)貨價格上限隨著煤炭價格上漲相應(yīng)上升，本模型可實現(xiàn)限價與一次能源的價格聯(lián)動，有效緩解由于供電企業(yè)由于發(fā)電成本升高造成的虧本發(fā)電風(fēng)險。此外，由表4可知，在相同煤炭價格下，位于不同峰谷時段的限價不同以適應(yīng)逐步擴(kuò)大的峰谷差，這是由于峰段代表電力供需較為緊張，此時須適當(dāng)提高限價水平以激勵火電機(jī)組頂峰發(fā)電，保障供電安全；而谷段降低限價水平可以在進(jìn)一步防止發(fā)電側(cè)市場力行為、維護(hù)用戶側(cè)主體利益的同時體現(xiàn)真實的價格信號，鼓勵新能源積極入市。
2）場景2：冬、夏季節(jié)與保供周期。與場景1相反，在冬、夏季節(jié)與保供周期內(nèi)，用戶所需負(fù)荷升高，供需形勢縮緊，考慮在煤炭價格穩(wěn)定為943元/t時價格上限隨負(fù)荷需求增量指數(shù)X2的變化關(guān)系，其中，春、秋季節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷量平均值Q取為6000萬kW，冬、夏季節(jié)整體負(fù)荷水平視為Q1與Q2的總和，代入式（1）進(jìn)行計算，可得到如表5所示結(jié)果，并形成如圖4所示現(xiàn)貨價格上限隨負(fù)荷水平自適變化結(jié)果。由圖4可知，隨著負(fù)荷水平升高，峰、谷時刻現(xiàn)貨價格上限也隨之升高，體現(xiàn)了現(xiàn)貨市場價格信號引導(dǎo)供需關(guān)系的作用。
表5 場景2下限價自適結(jié)果表
Table 5 Scenario 2: price limit adaptation results table
圖4 現(xiàn)貨價格上限隨負(fù)荷水平自適結(jié)果
Fig.4 Adaptive graph of the upper limit of spot prices with load levels
上述兩種場景分別驗證了本文模型在限價影響層關(guān)聯(lián)項ASSp?f下的自適過程。綜合多種影響因子可得基于多因子影響層的自適限價上限變化，如圖5所示。在一次能源高價且供需緊張時期，自適上限價格與1.5元/(kW·h)的固定限價標(biāo)準(zhǔn)相比以較大幅度升高，可以激勵機(jī)組頂峰發(fā)電，有效緩解供需緊張狀況以及火電機(jī)組虧損風(fēng)險，而在能源成本較低且供需寬松時期限價值也會相應(yīng)降低到一定水平，有效減小市場力并維護(hù)用戶利益。
圖5 基于多因子影響層的自適限價上限
Fig.5 Adaptive price limit upper limit chart based on multiple factor influence layers
5 結(jié)語
新型電力系統(tǒng)的建設(shè)提速推動了新能源跨越式發(fā)展，而系統(tǒng)外部運(yùn)行環(huán)境的變化與市場內(nèi)部交易邏輯的更迭使得現(xiàn)貨市場價格存在更多非常規(guī)波動風(fēng)險和市場運(yùn)行安全風(fēng)險，靜態(tài)扁平化固定限價模式將不利于風(fēng)險傳導(dǎo)。因此，本文綜合考慮非常規(guī)風(fēng)險下對現(xiàn)貨價格產(chǎn)生強(qiáng)聯(lián)動的各因子，構(gòu)建了計及一次能源價格波動、新能源貢獻(xiàn)率以及動態(tài)供需形勢的多因子影響層，提出對現(xiàn)貨價格動態(tài)跟蹤的自適限價模型。在高比例新能源入市環(huán)境下引入限價影響因子可在不同需求場景下跟蹤上限價格的動態(tài)變化，對發(fā)電側(cè)市場力實現(xiàn)有效管控的同時削弱新能源帶來價格波動風(fēng)險，緩解了高比例新能源下的系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險，提高了各主體應(yīng)對現(xiàn)貨市場非常規(guī)價格風(fēng)險的能力。
注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，如需要請查看原文。
