美國德州電價飆升背后的市場設計

2019-08-15 16:36:51 走進電力市場作者:喻蕓荊朝霞　點擊量：評論 (0)

【引言】2019年8月12至13日，美國德州批發市場電價飆升，12日下午每兆瓦時的電費高達6537 45美元(約46元 kWh)，13日下午每兆瓦時的電費高達

【引言】2019年8月12至13日，美國德州批發市場電價飆升，12日下午每兆瓦時的電費高達6537.45美元(約46元/kWh)，13日下午每兆瓦時的電費高達9000美元(約63元/kWh)，這種罕見的電價暴漲引發了熱議。（每日經濟新聞：美國德州電費創紀錄，網友：開空調要破產https://mp.weixin.qq.com/s/C-BteiST8lt_2IIGO_1xzw）。氣溫升高、傳統能源持續退出、以及高比例風電出力不足是引發全網電力供需形勢緊張、導致電價飆升的客觀原因。從市場規則的角度考慮，9 000美元的價格是如何在批發市場中形成？本文將從美國德州的價格機制方面分析電價飆升的原因。

一、美國德州的稀缺定價機制

表1顯示了美國德州2019年8月13日下午14:10的結算價格（部分節點），多個節點的市場結算價格達到9 000$/MWh，但實時市場出清的LMP價格遠低于結算價格。造成結算價格與LMP出現巨大差異的原因是美國德州稀缺定價機制。稀缺定價機制的詳細介紹可以參考往期文章（電力市場設計|電力市場環境下典型發電容量充裕性機制https://mp.weixin.qq.com/s/RuuUqZBQq_hpHxr1_U22uA）

表1 2019年8月13日下午14:10美國德州結算價格（節選）

稀缺定價機制設計下，電能量的結算價格除了實時市場出清價格LMP外，還包括兩類價格增量（Adder），包括備用價格增量和可靠性價格增量。在供需緊張的情況下，價格增量會作為市場出清價格的補充，進一步反映電力系統的稀缺價值。其中：

發電電能量收益=（節點邊際價格+備用價格增量+可靠性價格增量）*發電量

用戶電費支出=（分區價格+備用價格增量+可靠性價格增量）*用電量

圖1顯示了美國德州2019年8月13日下午14:10的價格增量組成和大小。可以看到，美國德州實時市場價格中有三個分量，分別是RTORPA($1910.85)、RTOFFPA($1300.00)、RTORDPA($6298.72)。

圖1 2019年8月13日下午14:10美國德州價格增量

1、備用價格增量RTORPA、RTOFFPA

備用價格增量與美國德州的備用輔助服務產品有關。設置備用價格增量的目的是反映電力稀缺時段的備用價值。取決于圖2所示的備用需求曲線。

圖2 運行備用需求曲線

從圖2可以看出，備用容量越低，備用價值越高，導致備用價值越高。由于備用類型的不同，相應的備用需求曲線也不同，導致備用價格增量數值有差異。RTORPA、RTOFFPA分別是旋轉備用和非旋轉備用對應的價格增量數值。

備用價格增量的計算方法如下：

①計算失負荷概率曲線和備用需求曲線。統計近3年超短期負荷預測與實際負荷的偏差X，并擬合成預測均值為M，標準差為SD的預測偏差正態分布曲線：

X=N(M,SD)

計算不同備用容量下的失負荷概率曲線(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為失負荷概率，M為德州的最小備用容量，現值為2000MW。CDF為正態分布X的累計分布函數，R為系統實際的備用容量，Preserve為備用需求曲線上的備用價值，VOLL為出清價格上限，現值為9000$/MWh。

②根據出清電價和備用需求曲線計算備用價格增量。

備用價格增量=(VOLL–λ) ×LOLP （式3）

其中，λ為參考節點電能量價格。

可以看到，若電力稀缺時段的實時出清價格（λ）不高，但備用價值很高，那么備用價格增量將會升高，即備用價格增量將進一步反映系統的稀缺價格信號（如式3所示）。

2、可靠性價格增量RTORDPA

可靠性價格增量與現貨市場的可靠性機組組合有關。設置可靠性價格增量的目的是減少可靠性調度中的市場干預手段對市場信號產生的影響。

電力市場運行期間，為了保證實時供電的安全可靠，ERCOT的安全經濟調度系統會通過指令開機、啟動負荷備用、啟動緊急響應服務等方式來進行可靠性調度，這些均為成本較高的機組，但它們的調用將導致能量價格的降低，不能提供正確的價格信號。這是一種價格反轉的現象。

可靠性價格增量是為反映可靠供電的價值，減少可靠性調度對電能量價格的抑制作用，反映了真實的稀缺水平:

其中，RDPA為可靠性價格增量，λR為可靠性機組組合或負荷備用所投入機組的最小出力為零時的電能量系統邊際價格。λD為可靠性調度后實際的電能量系統邊際價格。可靠性價格增量反映了有、無可靠性機組組合或負荷備用兩種情況下電能量價格的差，全ERCOT區域取一個統一值。

二、美國德州電價飆升原因分析

德州下午14:10的旋轉備用價格增量RTORPA($1910.85)、非旋轉備用價格增量RTOFFPA($1300.00)、可靠性價格增量RTORDPA($6298.72)、實時LMP大部分在$1000以內。

旋轉備用價格增量和非旋轉備用價格增量的數值大于零，但也遠低于最高值$9000，說明此時系統出現備用緊缺的情況，但還沒有達到最低值。

可靠性價格增量為$6298.72，約占市場結算均價的66%，說明13日下午美國德州調用了大量的應急機組或緊急需求響應來維持電力平衡。這也在一定程度上緩和了備用緊缺形勢，導致備用價格增量數值不高。雖然緊急備用資源會導致系統的備用水平變高，從而降低備用價格增量，但可靠性價格增量會升高。

因此，美國德州稀缺定價機制能夠通過備用價格增量和可靠性價格增量共同反映系統的稀缺情況。

三、對我國的啟示

美國德州是純能量市場，沒有容量市場。提高價格上限、增加備用價格增量是美國德州為促進發電資源投資的一種容量機制。批發市場短時間的價格飆升能夠體現稀缺收益，幫助發電主體回收投資成本，從而促進發電投資。

我國現有的規則體系下，價格帽偏低，難以通過稀缺價格的形式反映發電投資成本。現有的計劃電量電價綜合考慮了可變成本和容量成本，能夠保證發電企業部分收益。但隨著發用電計劃的放開，基數電量將會不斷減少，發電企業的收益將面臨較大不確定性。需要盡快研究相應的容量機制，避免供需形式的變化造成新一輪的發電容量不足。

參考文章

[1]走進電力市場合集（2016.11.-2019.2.20）[2]喻蕓, 荊朝霞.電力市場設計|電力市場環境下典型發電容量充裕度機制。[EB/OL].走進電力市場, 2019-7-19[3]喻蕓,荊朝霞,陳雨果,季天瑤,張蘭.電力市場環境下典型發電容量充裕性機制及對我國的啟示[J/OL].電網技術: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.美國缺稀定價機制及對我國現貨市場建設的啟示[J]. 南方電網技術,2019, 13(6):37-43,75.

原標題:美國電力市場|美國德州電價飆升背后的市場設計