《电力市场概论》 课件 第四章 参与者的特性

第四章电力市场供需参与者的特性分析在本章中，我们将就发电商、用户以及其它参与者如何采取措施在电力市场中获取最大化的利益进行详细探讨。

用户在电力市场中的积极作用完全竞争市场中，电厂如何进行发电量的优化决策不完全竞争市场中，发电商最大化利润的行为如何分析储存设施和其它混合参与者如何能从电力商品交易中获取利润第一节引言一、需求侧的特点1、缺乏弹性电费相对于大部分工业产品的总成本和家庭生活开销而言，支出只占很小比例。然而，对生产和生活而言，电力是不可或缺的，因此，人们一般不可能为节省电费而放弃用电。电从100多年前开始商业化生产时起，就被标记为是方便易得的商品。这种便利性已经根深蒂固，也就是说人们没有在用电前进行成本核算的习惯。

第二节需求侧与需求响应2、其弹性更多表现为互弹性互弹性描述负荷在时段间的转移情况。由于电力对工业生产和人们生活的不可或缺性，当电力商品价格上涨时，电力用户往往不是简单地减少消费需求，而是可能决定将需求转移到电力商品价格降低的时候。例如，如果预期在夜班时间电力商品价格会下降，生产者可能将生产推迟到夜间再进行。同样，居民用户会将洗涤、烘干、加热等高耗能电器的开启时间定在价格低的时间里进行。二、需求弹性对市场的作用1、一般市场的均衡2、电力市场的供需均衡电力需求缺乏弹性，当需求D1不是很高时，市场在B点达到均衡当需求D2较高时，此时发电机已接近容量极限，发电成本很高，供给弹性很大，市场必须在很高的价格上均衡，即C点一旦需求D2>系统的最大装机容量Gmax，则市场就根本无法均衡了3、电力市场的价格限制为避免供需无法均衡而导致系统崩溃，许多电力市场中设置了价格上限。由价格上限确定的供电量为Q1，即E点所示。此时，用户实际需电量为Q2

，其中的差额只能通过限电或停电措施来解决，市场在人工干预下达到暂时的均衡。如果此时需求是有弹性的，用户在电价升高后主动减少需求，需求曲线将变为曲线，则市场可在供需双方作用下在E点达到稳定的均衡。需求侧对市场的重要作用那些认为产品物非所值而拒绝购买的用户（减少的需求）起到了限制价格的作用。因此，用户即使不进行实际购买，而只是拒绝购买物非所值的产品，其实际效果也仍是一种“市场参与”行为。三、需求侧管理与需求侧响应

电力需求侧管理是通过采取法律、经济、技术、管理与引导等多种有效措施，以电力公司为主体，引导电力用户优化用电方式，提高终端用电效率，从而优化资源配置，改善和保护环境。有预测表明(05年），如果实施有效的电力需求侧管理，到2020年，我国可减少电力装机1亿千瓦左右，超过5个三峡工程的装机容量，同时还可以节约8000-10000亿元的电力投资。到2019年，如果所有美国电力用户都采用动态电价和高级计量装置技术，需求响应资源可以达到188GW（约20%系统高峰负荷）。

法律措施：法律措施是电力需求响应健康发展的保障。从世界范围来看，电力需求响应开展较好的国家都有严格的法律法规，如美国先后出台《国家能源政策法》及《公共事业管理政策法》等法律法规，并制定了大量强制性能效标准，对电力公司与电力用户均提出了很多明确、具体的法律要求，为电力需求响应的开展提供了强有力的保障。我国近年也出台了一些规定，如“加强电力需求侧管理工作的指导意见”等，推动了电力需求响应的发展。需求侧管理的实施措施经济措施：经济措施是电力需求响应最主要的激励手段。最常用的是通过实施峰谷分时电价、季节性电价、可中断电价以及需求投标等，引导用户尽可能在低谷时段用电，合理避开高峰时段用电。此外，还可对用户购置节电设备给予贷款优惠、财政补贴等，吸引用户购买高能效的用电设备。技术措施：技术措施是指针对具体对象、生产工艺或生活用电特点，采用技术成熟的先进节电设备来提高终端用电效率，从而节约电量、削减高峰负荷。技术措施又可以分为提高能效与负荷管理两类。其中，绿色照明、高效电动机、变频调速、无功补偿、节能家电等属于能效技术；负荷管理系统、蓄能空调等属于负荷管理技术。管理措施：政府采取必要的管理措施，可以保证技术、经济措施的有效实施；尤其是当电力供需形势出现大的波动时，管理措施对平衡电力供需的作用更为突出。2002年以来，我国很多电力供需紧张的地方通过实施有序用电等管理措施，组织用户轮休、调整作业程序等，稳定了社会正常用电秩序，缓解了电力短缺。引导措施：通过知识普及、信息传播、技术示范、宣传培训等措施，大张旗鼓的宣传树立科学发展观的思路、节能和环保意识、电力需求响应的理念，倡导科学用电，提升电力需求侧管理在全社会的认知度，提高客户主动参与需求侧管理的积极性，使电力需求侧管理成为人人重视并参与的社会行动。需求响应是用户根据电价变化主动进行的需求侧管理，是在市场环境下发挥价格激励作用的一种需求侧管理措施。常用的措施分为两类：负荷响应：是指直接的负荷控制，是局部或部分负荷的减少以致完全停用。在市场条件下，电力部门在切除负荷时必须顾及用户的经济利益，取得用户同意后方可在任意时段、特定时段或特定情况下直接切除全部或部分负荷，同时用户得到电价优惠等经济补偿。价格响应：是指实时定价、动态定价、峰值定价、分时定价以及需求投标或回购计划等，是真正市场化的产物。它以价格为杠杆，引导消费者在紧急情况下减负荷，或将负荷从高峰时段转移到低谷时段，达到稳定系统及合理利用系统的目的。价格响应的最高境界是用户实施实时电价，但在现阶段，除部分大型商业和工业用户外，还不具备全面实行实时电价的条件。因此，分时电价等各种简化形式的价格响应措施得到应用。需求响应对电力市场的特殊意义：

提高市场效率。当用户可接收到价格信号并受到激励时，用电量就会和电价挂钩，这将改变用户的用电行为，使峰荷期间的用电量转移到低谷时，从而削弱实时市场的价格突变，实现电力系统的高效利用。

降低市场风险。配电垄断的打破将造就众多的电力零售商，他们可设计不同的需求响应价格套餐来引导用户的用电行为，规避实时市场的电价波动。需求响应具备风险管理工具的作用，这也是成熟的市场所必需的。更好地为用户服务。需求响应是电力市场提供给用户的用电选择权，用户可有机会藉此控制自己的电费账单。

减轻市场力的作用。如果需求响应能恰当地及时地发生在缺电地区，就会阻止由于供电不足或输电网约束所引发的市场力滥用。

从长远看，用户对需求响应的参与，将最终降低电力市场的价格，减轻电价波动，间接使所有用户得益。四、电力商品零售商作用：代表众多小用户参与批发市场经营之道：总体平均买价必须低于零售价才会有收益。零售商在价格多变的电力批发市场中购买电能，然后再以固定价格零售。买价高于零售价，零售商就会亏损；买价低于零售价，零售商就会获利。管理风险：做好负荷预测基本原则：利润最大化即，边际收益＝边际成本一、完全竞争1、基本调度第三节发电商例题：以燃烧煤的蒸汽机组为例，假设该机组出力为100MW≤P≤500MW

机组输入输出成本特性：

若则由可得：

分段线性化的成本特性曲线成本曲线上断点处边际成本等于下一段的斜率机组的三段分段线性成本曲线2、发电调度的制约因素1）机组的最大最小出力

，则

，则2）固定成本空载成本：如果机组保持并入电网但不提供电力，此时维持机组运行所需燃料的成本就是空载成本。启动成本：是将机组从停机状态启动直到运转至准备好发电所需的成本。为实现火电机组收益的最大化，启动成本必须在一段长时间内分摊补偿。如果不考虑发电机组的起动成本和在不同运行状态过渡过程中发电机组受到的约束，出力按时间段分别进行优化，最终的发电调度可能不是最优的，并且在技术上也可能是不可行的。这些机组的运行应该在一天至一星期或者更长时间内进行调度决策。这个问题和机组组合（unitcommitment）问题有些相似性。问题的实质是在满足约束的情况下补偿准固定成本和变动成本。3）动态约束对机组增加或者减少出力的速率设置的限制可能会妨碍机组在连续时间段实现经济上的最优化出力。为实现最小化这些限制带来的成本，必须至少在数个小时内对机组的运行进行优化。为限制频繁起动和停运对机组造成的损坏，通常会限定火电机组一旦起动必须与网络保持联系的最小时间。相同的，通常也会限定机组一旦停运必须保持关机的最小时间。这些约束减少了改变机组状态的机会，对机组的最优化调度有深刻影响。4）环境约束某种污染物在大气中释放速率受到限制，这样就要降低电厂的最大出力。限制一年内释放一种污染物的总量，对电厂的运行设置了复杂的综合约束。对水的利用可能受到约束。5）其他经济因素热电联产电厂的发电量通常受供热量的牵制，电能生产与提供辅助服务的相互影响二、生产或购买的决策电厂使用N台机组向给定负载D供电，力求使成本最小化

最优解存在的条件：

电厂要实现以最小成本发电，所有发电机组必须运行在同一边际成本，而且此边际成本应等于拉格朗日乘子值：假设该电厂可以参与电力现货市场交易，如果市场价格低于生产电能的影子价格，该电厂就应该在市场中购买电能并且减少自身发电量以满足：

例4.6

购买19.5MW三、不完全竞争发电商很可能具有市场力，要最大化电厂的利润，仅孤立的对自己的每台机组的出力进行最优化是不够的，必须考虑到其它电厂的行为竞争对手的发电量纳什均衡1、决策价格的Bertrand模型由于电力商品是无差别商品，只要供电价格低于竞争者的供电价格，电厂就可以按自己意愿销售任意数量的电力商品2、决策产量的Cournot模型例4.7电力市场中有A和B两个电厂相互竞争供电，假设在一个小时内的反需求曲线为：

D是该小时的电力需求量，同时A和B的发电成本特性为：

假设在该市场中采用Bertrand模型，市场需求是55MWh，则，电厂A将确定电价略微低于电厂B的发电边际成本，于是：

PA＝55MW，PB＝0

若在该市场中采用Cournot模型，市场状态将由每个电厂制定的发电策略决定。假设电厂A和B均决定发电5MWh（发电增量步长），即则

于是

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

D=450MWh，π=550￥/MWh3、供给函数均衡每个发电厂商决策的变量既不是电价也不是发电量，而是自身供给函数的参变量。每个发电厂商的利润为

优化的必要条件设则决策变量为若设则得四、边际成本非常低的电厂一些类型电厂的边际成本非常低甚至可以忽略。这些类型电厂的拥有者的目标是靠发电获得收入以补偿巨额的投资成本。核电厂必须运行在几乎同一稳定发电水平，这是因为核电厂调整出力通常很困难。由于其启动成本极其高昂，理想情况是，核电机组只有在更换燃料时才关闭。因此核电厂的拥有者必须随时在任何价格下销售全部电力商品。水电厂（至少拥有一个可以调节水量的水库）可以随意调整其发电量。但是，它们的可用水利资源是由所在流域的降水量或降雪量决定的。因此，为了最大化收入，它们必须预测到何时电价会最高并且在此时销售掉电力商品。可再生能源发电厂依赖于能量源的可利用性，例如风能和太阳能，它们不仅是不可控的，而且是不可预测的。这些发电厂的拥有者经常无奈地以不情愿的价格销售其电力商品。四、混合参与者可以根据形势选择充当发电商或者消费