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摘要 在現(xiàn)貨市場(chǎng)起步階段，普遍采用扁平化限價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以防范極端價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，而隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)提速推動(dòng)新能源規(guī)?；胧?，現(xiàn)貨價(jià)格受間歇性出力的影響面愈加擴(kuò)大，新能源入市風(fēng)險(xiǎn)增加，限價(jià)設(shè)計(jì)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(jià)格有強(qiáng)聯(lián)動(dòng)的影響因素，選取主要因子構(gòu)成限價(jià)影響層，并在改進(jìn)傳統(tǒng)價(jià)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(xiǎn)下計(jì)及多因子影響層的現(xiàn)貨市場(chǎng)限價(jià)自適模型，仿真結(jié)果表明：模型能夠?qū)崿F(xiàn)不同需求場(chǎng)景下對(duì)現(xiàn)貨價(jià)格的動(dòng)態(tài)跟蹤以保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定。
1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)貨市場(chǎng)限價(jià)現(xiàn)狀分析
1.1 國(guó)外稀缺定價(jià)下的現(xiàn)貨限價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
目前，國(guó)內(nèi)外尚未形成廣泛有效的現(xiàn)貨限價(jià)措施，價(jià)格限值的計(jì)算也缺乏規(guī)范統(tǒng)一的模型。最高限價(jià)管制模型（retail price index，RPI-X）和投資回報(bào)率價(jià)格管制模型（rate of return，ROR）是兩種典型的價(jià)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(jià)格水平、保護(hù)市場(chǎng)主體利益。國(guó)外電力市場(chǎng)開放程度較高、資源配置自由度較高，價(jià)格管制相對(duì)較弱，常參考電力失負(fù)荷值制定價(jià)格上限，對(duì)于價(jià)格下限通常不設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。
表1 國(guó)外典型現(xiàn)貨市場(chǎng)限價(jià)情況
Table 1 Typica spot market price limits in foreign countries
1.2 中國(guó)固定限值的主流限價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
中國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行初期，主體對(duì)于價(jià)格波動(dòng)較為敏感，為緩解價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，各地視情況固定報(bào)價(jià)及出清價(jià)格上限進(jìn)行管控措施，沒有將價(jià)格限值形成量化計(jì)算模型，限價(jià)水平缺乏對(duì)地區(qū)供需的針對(duì)性及對(duì)價(jià)格波動(dòng)的跟蹤性。如表2所示，在現(xiàn)貨市場(chǎng)初期，各試點(diǎn)常根據(jù)發(fā)電機(jī)組的會(huì)計(jì)成本采取固定限價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)省份常設(shè)置1.5元/(kW·h)的價(jià)格上限和0.0元/(kW·h)的價(jià)格下限。隨著現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)深入，也有少數(shù)地區(qū)限價(jià)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(jià)格上限至5.18元/(kW·h)，山東允許負(fù)電價(jià)存在。
表2 中國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)限價(jià)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(chǎng)靜態(tài)限價(jià)的有效性研判
2.1 扁平化固定限價(jià)的階段可行性
2.1.1 防范寡頭壟斷下發(fā)電側(cè)市場(chǎng)力行為
中國(guó)大多數(shù)省份少數(shù)幾個(gè)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(jià)格、控制交易規(guī)模等市場(chǎng)力行為，甚至出現(xiàn)“價(jià)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?yàn)樵陔娏κ袌?chǎng)中缺乏價(jià)格帽限制，當(dāng)負(fù)荷尖峰時(shí)期與新能源少發(fā)期重疊時(shí)，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(jià)實(shí)現(xiàn)巨額利潤(rùn)，導(dǎo)致用戶及新能源主體難以承擔(dān)高價(jià)，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(chǎng)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(jià)方式十分必要。
2.1.2 合理抬升限價(jià)水平以拓寬火電收益
目前，中國(guó)處于電力市場(chǎng)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(jià)格上漲時(shí)，火電機(jī)組須多發(fā)電以提高利潤(rùn)的同時(shí)頂峰發(fā)電保障電力正常供應(yīng)；反之，在現(xiàn)貨低價(jià)時(shí)，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(jià)時(shí)段造成虧損。加之燃料成本波動(dòng)、火電利用小時(shí)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(chǎng)主體利益、促進(jìn)良性競(jìng)爭(zhēng)空間的價(jià)格限值十分必要。
2.1.3 削弱價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)以激勵(lì)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(chǎng)價(jià)格不穩(wěn)定因素增多，在新能源出力水平較高時(shí)現(xiàn)貨價(jià)格常處于地板價(jià)，新能源出力水平較低時(shí)現(xiàn)貨往往高價(jià)。
在當(dāng)前新能源缺乏風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避手段的情況下，各省積極探索新能源合理參與市場(chǎng)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(bào)量報(bào)價(jià)”參與現(xiàn)貨市場(chǎng)，由于新能源具有競(jìng)價(jià)優(yōu)勢(shì)，隨著其占比不斷提升對(duì)價(jià)格影響也會(huì)加劇，故在當(dāng)前對(duì)新能源把控不夠成熟的條件下，限價(jià)能夠防范價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。此外，大多數(shù)省份都進(jìn)行偏差電量考核，這是因?yàn)樾履茉丛谥虚L(zhǎng)期帶曲線交易的市場(chǎng)環(huán)境下分解電量更易產(chǎn)生偏差，若未設(shè)置限價(jià)可能導(dǎo)致新能源面臨極端現(xiàn)貨價(jià)格考核的風(fēng)險(xiǎn)。因此，為了保護(hù)發(fā)電側(cè)尤其是新能源承擔(dān)的價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，在當(dāng)前的現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)發(fā)展階段下設(shè)置限價(jià)是具有必要性的。
表3 國(guó)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(jià)模式更迭的長(zhǎng)期必要性
采取扁平化固定標(biāo)準(zhǔn)作為現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格上下限，不僅難以承接現(xiàn)貨市場(chǎng)動(dòng)態(tài)發(fā)展需求，還將削弱市場(chǎng)信號(hào)的引導(dǎo)作用，產(chǎn)生其他問題。例如，在新能源負(fù)偏差時(shí)，現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格升高，若設(shè)置較大的限價(jià)區(qū)間則新能源會(huì)用較高價(jià)格進(jìn)行偏差考核結(jié)算，對(duì)現(xiàn)貨市場(chǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生威脅；而縮減價(jià)格區(qū)間又會(huì)削弱市場(chǎng)價(jià)格引導(dǎo)的作用且影響發(fā)電側(cè)市場(chǎng)主體積極性。除此之外，現(xiàn)貨價(jià)格還是中長(zhǎng)期交易價(jià)格的重要參考，如果現(xiàn)貨價(jià)格上限太低，會(huì)導(dǎo)致中長(zhǎng)期價(jià)格不準(zhǔn)確、偏低，打擊其參與中長(zhǎng)期交易的積極性，不利于中長(zhǎng)期對(duì)保障電力市場(chǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的作用。
在適應(yīng)新能源發(fā)電特性的市場(chǎng)機(jī)制尚未完善階段，為穩(wěn)定市場(chǎng)秩序和保障系統(tǒng)運(yùn)行采取限價(jià)措施十分必要，但是固定區(qū)間限價(jià)方式在新能源不斷入市的情況下難以發(fā)揮真正的價(jià)格信號(hào)作用，對(duì)中長(zhǎng)期交易也會(huì)起到打擊作用。因此，如何進(jìn)行限價(jià)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(chǎng)限價(jià)自適模型
3.1 現(xiàn)貨市場(chǎng)限價(jià)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(jià)格有強(qiáng)聯(lián)動(dòng)的影響因子，如一次能源價(jià)格變動(dòng)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(shí)現(xiàn)限價(jià)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(jià)格變動(dòng)指數(shù)X1。由于一次能源如煤炭?jī)r(jià)格以市場(chǎng)化定價(jià)為主，受供需關(guān)系影響價(jià)格波動(dòng)較大，而下游火電企業(yè)定價(jià)卻受固定限價(jià)模式的高度管控，無法隨意調(diào)整價(jià)格。因此，當(dāng)煤炭?jī)r(jià)格高且供需緊張時(shí)期，價(jià)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?jī)r(jià)格低位時(shí)，發(fā)電企業(yè)可能會(huì)報(bào)高價(jià)來獲取自身利益，若限價(jià)較高會(huì)損害其他市場(chǎng)主體利益且影響真實(shí)電力供需關(guān)系的呈現(xiàn)。綜上，在一次能源價(jià)格較高且新能源小發(fā)時(shí)應(yīng)提高限價(jià)上限、反之則降低價(jià)格上限，依據(jù)一次能源價(jià)格變動(dòng)限價(jià)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(duì)現(xiàn)貨價(jià)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(jià)差以實(shí)現(xiàn)削峰填谷以及促進(jìn)新能源消納，現(xiàn)貨市場(chǎng)限價(jià)成為分時(shí)電價(jià)優(yōu)化調(diào)整的一個(gè)重要參考，須根據(jù)峰谷變化及時(shí)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(jià)，未達(dá)平均負(fù)荷水平將適當(dāng)降低限價(jià)上限并設(shè)置限價(jià)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(jià)來激勵(lì)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(guó)夏季大部分地區(qū)會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)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(shì)普遍收緊。同時(shí)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(shí)間長(zhǎng)、冬季光照時(shí)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(duì)不同地區(qū)限價(jià)水平作出動(dòng)態(tài)調(diào)整。
4）電力保供周期負(fù)荷儲(chǔ)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(dòng)期間電力安全，2023年9月印發(fā)的《電力現(xiàn)貨市場(chǎng)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(shí)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(shí)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(jià)上限以激勵(lì)火電機(jī)組發(fā)電。
3.2 基于多因子影響層的現(xiàn)貨市場(chǎng)限價(jià)自適模型
目前中國(guó)現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)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(jià)區(qū)間。為激勵(lì)新能源入市的同時(shí)防范惡性競(jìng)爭(zhēng)，本文將下限固定為基本價(jià)格下限0不變，提出價(jià)格上限自適模型為
式中：Pmax為本期價(jià)格上限自適模型的上限價(jià)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(jià)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(rùn)率；ASSp?f為限價(jià)影響層關(guān)聯(lián)項(xiàng)；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(chǎng)限價(jià)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(duì)傳統(tǒng)的最高上限價(jià)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(jià)格影響因子進(jìn)行動(dòng)態(tài)量化，打破扁平化固定限價(jià)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(chǎng)限價(jià)自適模型，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格上限由靜態(tài)模式向與現(xiàn)貨價(jià)格產(chǎn)生強(qiáng)聯(lián)動(dòng)的多種因子動(dòng)態(tài)自適的轉(zhuǎn)變，為驗(yàn)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(chǎng)景下分析限價(jià)隨影響層因子的變化情況。其中，單位發(fā)電量的成本利潤(rùn)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(chǎng)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(shí)價(jià)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(jià)格上限隨一次能源價(jià)格自適變化結(jié)果。
表4 場(chǎng)景1下限價(jià)自適結(jié)果表
Table 4 Scenario 1: price limit adaptation results table
圖3 現(xiàn)貨價(jià)格上限隨一次能源價(jià)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(chǎng)景1下現(xiàn)貨價(jià)格上限隨著煤炭?jī)r(jià)格上漲相應(yīng)上升，本模型可實(shí)現(xiàn)限價(jià)與一次能源的價(jià)格聯(lián)動(dòng)，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(xiǎn)。此外，由表4可知，在相同煤炭?jī)r(jià)格下，位于不同峰谷時(shí)段的限價(jià)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(shí)須適當(dāng)提高限價(jià)水平以激勵(lì)火電機(jī)組頂峰發(fā)電，保障供電安全；而谷段降低限價(jià)水平可以在進(jìn)一步防止發(fā)電側(cè)市場(chǎng)力行為、維護(hù)用戶側(cè)主體利益的同時(shí)體現(xiàn)真實(shí)的價(jià)格信號(hào)，鼓勵(lì)新能源積極入市。
2）場(chǎng)景2：冬、夏季節(jié)與保供周期。與場(chǎng)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(shì)縮緊，考慮在煤炭?jī)r(jià)格穩(wěn)定為943元/t時(shí)價(jià)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(jì)算，可得到如表5所示結(jié)果，并形成如圖4所示現(xiàn)貨價(jià)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(shí)刻現(xiàn)貨價(jià)格上限也隨之升高，體現(xiàn)了現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)供需關(guān)系的作用。
表5 場(chǎng)景2下限價(jià)自適結(jié)果表
Table 5 Scenario 2: price limit adaptation results table
圖4 現(xiàn)貨價(jià)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(chǎng)景分別驗(yàn)證了本文模型在限價(jià)影響層關(guān)聯(lián)項(xiàng)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(jià)上限變化，如圖5所示。在一次能源高價(jià)且供需緊張時(shí)期，自適上限價(jià)格與1.5元/(kW·h)的固定限價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相比以較大幅度升高，可以激勵(lì)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(xiǎn)，而在能源成本較低且供需寬松時(shí)期限價(jià)值也會(huì)相應(yīng)降低到一定水平，有效減小市場(chǎng)力并維護(hù)用戶利益。
圖5 基于多因子影響層的自適限價(jià)上限
Fig.5 Adaptive price limit upper limit chart based on multiple factor influence layers
5 結(jié)語(yǔ)
新型電力系統(tǒng)的建設(shè)提速推動(dòng)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(chǎng)內(nèi)部交易邏輯的更迭使得現(xiàn)貨市場(chǎng)價(jià)格存在更多非常規(guī)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)和市場(chǎng)運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)，靜態(tài)扁平化固定限價(jià)模式將不利于風(fēng)險(xiǎn)傳導(dǎo)。因此，本文綜合考慮非常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)下對(duì)現(xiàn)貨價(jià)格產(chǎn)生強(qiáng)聯(lián)動(dòng)的各因子，構(gòu)建了計(jì)及一次能源價(jià)格波動(dòng)、新能源貢獻(xiàn)率以及動(dòng)態(tài)供需形勢(shì)的多因子影響層，提出對(duì)現(xiàn)貨價(jià)格動(dòng)態(tài)跟蹤的自適限價(jià)模型。在高比例新能源入市環(huán)境下引入限價(jià)影響因子可在不同需求場(chǎng)景下跟蹤上限價(jià)格的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)發(fā)電側(cè)市場(chǎng)力實(shí)現(xiàn)有效管控的同時(shí)削弱新能源帶來價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，緩解了高比例新能源下的系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高了各主體應(yīng)對(duì)現(xiàn)貨市場(chǎng)非常規(guī)價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)的能力。
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