【引言】2019年8月12至13日，美國(guó)德州批發(fā)市場(chǎng)電價(jià)飆升，12日下午每兆瓦時(shí)的電費(fèi)高達(dá)6537.45美元(約46元/kWh)，13日下午每兆瓦時(shí)的電費(fèi)高達(dá)9000美元(約63元/kWh)，這種罕見的電價(jià)暴漲引發(fā)了熱議。（每日經(jīng)濟(jì)新聞：美國(guó)德州電費(fèi)創(chuàng)紀(jì)錄，網(wǎng)友：開空調(diào)要破產(chǎn)https://mp.weixin.qq.com/s/C-BteiST8lt_2IIGO_1xzw）。氣溫升高、傳統(tǒng)能源持續(xù)退出、以及高比例風(fēng)電出力不足是引發(fā)全網(wǎng)電力供需形勢(shì)緊張、導(dǎo)致電價(jià)飆升的客觀原因。從市場(chǎng)規(guī)則的角度考慮，9 000美元的價(jià)格是如何在批發(fā)市場(chǎng)中形成？本文將從美國(guó)德州的價(jià)格機(jī)制方面分析電價(jià)飆升的原因。

 

 

表1顯示了美國(guó)德州2019年8月13日下午14:10的結(jié)算價(jià)格（部分節(jié)點(diǎn)），多個(gè)節(jié)點(diǎn)的市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格達(dá)到9 000$/MWh，但實(shí)時(shí)市場(chǎng)出清的LMP價(jià)格遠(yuǎn)低于結(jié)算價(jià)格。造成結(jié)算價(jià)格與LMP出現(xiàn)巨大差異的原因是美國(guó)德州稀缺定價(jià)機(jī)制。稀缺定價(jià)機(jī)制的詳細(xì)介紹可以參考往期文章（電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)|電力市場(chǎng)環(huán)境下典型發(fā)電容量充裕性機(jī)制https://mp.weixin.qq.com/s/RuuUqZBQq_hpHxr1_U22uA）

 

表1 2019年8月13日下午14:10美國(guó)德州結(jié)算價(jià)格（節(jié)選）

 

稀缺定價(jià)機(jī)制設(shè)計(jì)下，電能量的結(jié)算價(jià)格除了實(shí)時(shí)市場(chǎng)出清價(jià)格LMP外，還包括兩類價(jià)格增量（Adder），包括備用價(jià)格增量和可靠性價(jià)格增量。在供需緊張的情況下，價(jià)格增量會(huì)作為市場(chǎng)出清價(jià)格的補(bǔ)充，進(jìn)一步反映電力系統(tǒng)的稀缺價(jià)值。其中：

 

發(fā)電電能量收益=（節(jié)點(diǎn)邊際價(jià)格+備用價(jià)格增量+可靠性價(jià)格增量）*發(fā)電量

 

用戶電費(fèi)支出=（分區(qū)價(jià)格+備用價(jià)格增量+可靠性價(jià)格增量）*用電量

 

圖1顯示了美國(guó)德州2019年8月13日下午14:10的價(jià)格增量組成和大小。可以看到，美國(guó)德州實(shí)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格中有三個(gè)分量，分別是RTORPA($1910.85)、RTOFFPA($1300.00)、RTORDPA($6298.72)。

 

圖1 2019年8月13日下午14:10美國(guó)德州價(jià)格增量

 

 

 

備用價(jià)格增量與美國(guó)德州的備用輔助服務(wù)產(chǎn)品有關(guān)。設(shè)置備用價(jià)格增量的目的是反映電力稀缺時(shí)段的備用價(jià)值。取決于圖2所示的備用需求曲線。

 

圖2 運(yùn)行備用需求曲線

 

 

從圖2可以看出，備用容量越低，備用價(jià)值越高，導(dǎo)致備用價(jià)值越高。由于備用類型的不同，相應(yīng)的備用需求曲線也不同，導(dǎo)致備用價(jià)格增量數(shù)值有差異。RTORPA、RTOFFPA分別是旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用對(duì)應(yīng)的價(jià)格增量數(shù)值。

 

備用價(jià)格增量的計(jì)算方法如下：

 

①計(jì)算失負(fù)荷概率曲線和備用需求曲線。統(tǒng)計(jì)近3年超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)與實(shí)際負(fù)荷的偏差X，并擬合成預(yù)測(cè)均值為M，標(biāo)準(zhǔn)差為SD的預(yù)測(cè)偏差正態(tài)分布曲線：

 

X=N(M,SD)

 

計(jì)算不同備用容量下的失負(fù)荷概率曲線(式1）和備用需求曲線(式2)：

 

LOLP = 1，R ≤M

 

1-CDF(M,SD,R),R＞M（式1）

 

Preserve =VOLL × LOLP （式2）

 

其中，LOLP為失負(fù)荷概率，M為德州的最小備用容量，現(xiàn)值為2000MW。CDF為正態(tài)分布X的累計(jì)分布函數(shù)，R為系統(tǒng)實(shí)際的備用容量，Preserve為備用需求曲線上的備用價(jià)值，VOLL為出清價(jià)格上限，現(xiàn)值為9000$/MWh。

 

②根據(jù)出清電價(jià)和備用需求曲線計(jì)算備用價(jià)格增量。

 

備用價(jià)格增量=(VOLL–λ) ×LOLP （式3）

 

其中，λ為參考節(jié)點(diǎn)電能量?jī)r(jià)格。

 

可以看到，若電力稀缺時(shí)段的實(shí)時(shí)出清價(jià)格（λ）不高，但備用價(jià)值很高，那么備用價(jià)格增量將會(huì)升高，即備用價(jià)格增量將進(jìn)一步反映系統(tǒng)的稀缺價(jià)格信號(hào)（如式3所示）。

 

2、可靠性價(jià)格增量RTORDPA

 

可靠性價(jià)格增量與現(xiàn)貨市場(chǎng)的可靠性機(jī)組組合有關(guān)。設(shè)置可靠性價(jià)格增量的目的是減少可靠性調(diào)度中的市場(chǎng)干預(yù)手段對(duì)市場(chǎng)信號(hào)產(chǎn)生的影響。

 

電力市場(chǎng)運(yùn)行期間，為了保證實(shí)時(shí)供電的安全可靠，ERCOT的安全經(jīng)濟(jì)調(diào)度系統(tǒng)會(huì)通過指令開機(jī)、啟動(dòng)負(fù)荷備用、啟動(dòng)緊急響應(yīng)服務(wù)等方式來進(jìn)行可靠性調(diào)度，這些均為成本較高的機(jī)組，但它們的調(diào)用將導(dǎo)致能量?jī)r(jià)格的降低，不能提供正確的價(jià)格信號(hào)。這是一種價(jià)格反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

 

可靠性價(jià)格增量是為反映可靠供電的價(jià)值，減少可靠性調(diào)度對(duì)電能量?jī)r(jià)格的抑制作用，反映了真實(shí)的稀缺水平:

 

其中，RDPA為可靠性價(jià)格增量，λR為可靠性機(jī)組組合或負(fù)荷備用所投入機(jī)組的最小出力為零時(shí)的電能量系統(tǒng)邊際價(jià)格。λD為可靠性調(diào)度后實(shí)際的電能量系統(tǒng)邊際價(jià)格?？煽啃詢r(jià)格增量反映了有、無可靠性機(jī)組組合或負(fù)荷備用兩種情況下電能量?jī)r(jià)格的差，全ERCOT區(qū)域取一個(gè)統(tǒng)一值。

 

 

德州下午14:10的旋轉(zhuǎn)備用價(jià)格增量RTORPA($1910.85)、非旋轉(zhuǎn)備用價(jià)格增量RTOFFPA($1300.00)、可靠性價(jià)格增量RTORDPA($6298.72)、實(shí)時(shí)LMP大部分在$1000以內(nèi)。

 

旋轉(zhuǎn)備用價(jià)格增量和非旋轉(zhuǎn)備用價(jià)格增量的數(shù)值大于零，但也遠(yuǎn)低于最高值$9000，說明此時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)備用緊缺的情況，但還沒有達(dá)到最低值。

 

可靠性價(jià)格增量為$6298.72，約占市場(chǎng)結(jié)算均價(jià)的66%，說明13日下午美國(guó)德州調(diào)用了大量的應(yīng)急機(jī)組或緊急需求響應(yīng)來維持電力平衡。這也在一定程度上緩和了備用緊缺形勢(shì)，導(dǎo)致備用價(jià)格增量數(shù)值不高。雖然緊急備用資源會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的備用水平變高，從而降低備用價(jià)格增量，但可靠性價(jià)格增量會(huì)升高。

 

因此，美國(guó)德州稀缺定價(jià)機(jī)制能夠通過備用價(jià)格增量和可靠性價(jià)格增量共同反映系統(tǒng)的稀缺情況。

 

 

美國(guó)德州是純能量市場(chǎng)，沒有容量市場(chǎng)。提高價(jià)格上限、增加備用價(jià)格增量是美國(guó)德州為促進(jìn)發(fā)電資源投資的一種容量機(jī)制。批發(fā)市場(chǎng)短時(shí)間的價(jià)格飆升能夠體現(xiàn)稀缺收益，幫助發(fā)電主體回收投資成本，從而促進(jìn)發(fā)電投資。

 

我國(guó)現(xiàn)有的規(guī)則體系下，價(jià)格帽偏低，難以通過稀缺價(jià)格的形式反映發(fā)電投資成本?，F(xiàn)有的計(jì)劃電量電價(jià)綜合考慮了可變成本和容量成本，能夠保證發(fā)電企業(yè)部分收益。但隨著發(fā)用電計(jì)劃的放開，基數(shù)電量將會(huì)不斷減少，發(fā)電企業(yè)的收益將面臨較大不確定性。需要盡快研究相應(yīng)的容量機(jī)制，避免供需形式的變化造成新一輪的發(fā)電容量不足。

 

 

[1]走進(jìn)電力市場(chǎng)合集（2016.11.-2019.2.20）[2]喻蕓, 荊朝霞.電力市場(chǎng)設(shè)計(jì)|電力市場(chǎng)環(huán)境下典型發(fā)電容量充裕度機(jī)制。[EB/OL].走進(jìn)電力市場(chǎng), 2019-7-19[3]喻蕓,荊朝霞,陳雨果,季天瑤,張?zhí)m.電力市場(chǎng)環(huán)境下典型發(fā)電容量充裕性機(jī)制及對(duì)我國(guó)的啟示[J/OL].電網(wǎng)技術(shù):1-9[2019-07-16].https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019.0539.[4]朱繼忠,喻蕓,謝平平,荊朝霞,鄒金,禤培正.美國(guó)缺稀定價(jià)機(jī)制及對(duì)我國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)的啟示[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù),2019, 13(6):37-43,75.

 

原標(biāo)題:美國(guó)電力市場(chǎng)|美國(guó)德州電價(jià)飆升背后的市場(chǎng)設(shè)計(jì)