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1、第一章 绪论,一、电力工业为什么要引入竞争,1.电力工业的发展历史 竞争垄断竞争1882年，纽约珍珠街电站，600kW18871893，芝加哥有24家电站1882年，德国慕尼黑国际博览会，57km，1kV直流，密示巴赫水电站现场1886年，美国开始使用变压器1891年，德国建立了最早的三相交流输电系统，鲁劳镇法兰克福，95V15kV110V1898年，Samuel Insull当选National Electric Light Association主席1907年，纽约州管制委员会,2、为什么要竞争 三方面的问题：电力工业的垄断模式会抑制其高效率运营的积极性，会滋生一些不必要的投资；电力工业运
2、营不当所带来的失误、产生的损失不应该由用户来全部承担；电力公司作为公用事业部门与政府联系太密切，往往受到不必要的干预，失去投资的活力。竞争与管制下的垄断最大的不同在于由谁承担风险 背景：社会大环境，电力技术现状,二、相关公司与机构的定义,垂直一体化集团公司（Vertically Integrated Utilities）：发电、输电及配电均由一个电力公司完成。在传统管制方式下，这样的公司会在一定地理区域内对电力商品实施垄断。发电公司(Generating Companies，Gencos)：生产与销售电力商品的公司。也出售如系统频率调节、电压控制及备用等支撑的服务，以使系统能保持电力供应的质量
3、和安全。一个发电公司可以拥有一个发电厂或多个发电厂。独立于垂直一体化部门的发电公司又称为独立的发电运营商，简称IPP。,配电公司（Distribution Companies，Discos）：拥有并运营配电网的公司。在传统情况下，配电公司对直接接入他们网络上的用户拥有垄断权。在全面解除管制环境下，电力商品的销售从配电网的运行、维护及规划中分离出来。零售商（Retailers）：从批发市场上购买电力商品并销售给不愿意或者不被允许在批发市场参与交易的用户。零售商不必拥有发电、输电及配电的资产。一些零售商是发电公司或配电公司的附属公司。一个零售商对应的消费者不一定接入同一家配电公司的网络。,电能交易
4、所（Power Exchange，PX）：提供一个电能供求双方交易的场所。独立系统运行机构(Independent System Operator,ISO)：负责维持电力系统的安全性。之所以称为独立的，是因为在一个竞争的环境下，系统必须公平的对待每一市场参与者。ISO一般仅拥有计算机与通信设备，用以实现对电力系统的监控。ISO在承担系统运行的同时也充当实时市场运营机构的角色。输电公司（Transmission Companies，Transco）：拥有输变电设备的公司，如输电线路、电缆、变压器及无功补偿设备等。他们依照ISO的指令来管理这些设备。输电公司有时也拥有发电子公司。而独立输电公司（I
5、TC）没有自己的发电厂，此时他们也担任ISO的角色。,监管部门（The Regulator）：一个政府机构，负责保证电力市场运行公平、公正、公开的部门。他们决定市场的运行规则，调查、监督滥用市场力的可疑行为。同时也为垄断部门（输配电网）所提供的产品和服务设定价格。小用户（Small Consumers）：从当地配电公司租赁与电力系统的连接，从零售商那里购买电力商品。他们参与市场的作用仅限于当有多家零售商时，他们有权进行选择。大用户（Large Consumers）：与小用户相反，他们在电力市场中扮演积极的角色，可以直接从市场上购买电力商品。部分大用户可以提供控制自身负荷的能力，这是ISO用来控
6、制系统运行的一种资源。有时大用户直接与输电系统相连。,三、电力市场的模式,模式一：垄断模式（Monopoly）（a）描述的是发电、输电及配电一体化的电力公司（b）描述的是发电与输电构成一个部门，该部门向当地的垄断配电部门出售电力。这一模式不排除不同地域的电力公司之间的双边交易，如图所示，这些交易发生在批发层面上。,模式二：单一买方模式（Purchasing agency）图（a）是电力工业引入竞争的第一步，电力公司不再拥有全部发电容量，独立发电厂商(IPP)接入电网，并将电力趸售给电力公司。图（b）是这一模式进一步的演变，电力公司的发电业务全部分离出去，不再拥有任何发电容量，他们向IPP购买电
7、力再趸售给配电公司 此模式中发电市场只有一个买方，缺乏充分竞争所需的足够多买方，因此这种模式竞争有限，仅仅在发电运营方面引入了竞争，所以缺乏自由市场经济的价格发现机制。在电力需求增长较快的发展中国家，常采用该模式作为吸引民间电力投资的重要途径。,模式三：批发（趸售）竞争模式（Wholesale competition）在批发交易的层面上，仍然要集中进行的运作是现货交易市场的运营及输电网络的运行。在零售层面上，系统仍将处于集中控制之中，因为每一个配电公司不仅运营本地的配电网，还代表它所辖区域内用户的利益来购买电力。与模式二的不同是，配电公司可直接向发电商购电，大用户也被允许自主购买电力，这些交易
8、均在批发市场中进行。批发市场可以是联营体或者双边交易的形式。,模式四：零售模式（Retail competition）在这种模式下，所有用户都可以自由选择电力供应商。由于交易成本的原因，只有大用户才会直接从批发市场上购买电力，中小型用户一般从零售商那里购电，而零售商在批发市场上购电。在这种模式下，配电公司的经营通常与零售活动分开，配电公司不再对其电网覆盖地区的电力供应拥有垄断权。这个模式中，唯一保留垄断作用的就是输电网和配电网。实现这一模式需要大量的复杂工作，如计量、结算、通信与数据传输等。输电与配电的费用需要向参与者收取，因为这些网络仍然是垄断的，所以仍需以管制为基础。,这些模式相互区别的关
9、键点就在于各业务环节中引入竞争的程度以及谁有权选择竞争市场中的发电商。四种模式依次提供了逐渐增多的选择，也逐步缩小了垄断的范围。有争议的问题：在许多国家，电力行业竞争的引入是伴随着电力工业的私有化改革一同进行的。私有化是政府把公有制企业卖给个人投资者，于是这些企业就变为私有的、以营利为目的公司。但是，私有化并不是引入竞争的前提。上述4种模型都没有要求对应特定的所有权形式，公有制企业可以并且在很多情况下正在和私有企业进行竞争。,四、国内外电力市场综述,1、英格兰电力市场及其演变（1）初期模式：1990.3.31 a、结构 b、交易方式 c、定价方式 d、监管（2）成效和问题（3）新模式NETA模
10、式：2001.3.27,2、美国的电力市场化道路 美国已经形成的有组织的电力市场包括新英格兰ISO、纽约ISO、PJM、德州ERCOT和加州ISO。这些市场内一般都存在集中的日前市场和实时市场，并允许进行短期的电力双边交易。典型的是加州和PJM。美国联邦能源监管委员会（FERC）于2002年7月31日颁布标准电力市场设计，试图为全美各区域的电力批发市场建设提供一个有效的统一标准,美国在放松电力管制过程中，出现了加州大停电和电价飞涨、电力公司申请破产保护这样的重大问题，令政府惊惶失措，令世人震惊。加州改革方案中存在固有的缺陷：一是强迫电力公司出售的发电容量，而同时没有要求电力公司和发电商之间签订
11、长期稳定的供购电合同。二是要求电力公司必须从现货市场购电，没有期货市场，市场无法提供反映长期供求关系的价格信号。三是缺乏科学合理的价格传导机制，对最终用户的零售价格冻结，而批发市场价格可以大幅波动和上涨，使得处于中间环节的电力公司无所适从，价格倒挂，最终申请破产保护。四是保证电网用电增长需要的供电责任不落实，将这一重大责任寄托于市场的自我调节。另外，环保主义者对环境保护的不切实际的苛求，也是造成加州十年没有建发电机组，投产新的输电线路的原因之一。,美国最大的东部PJM市场根据实际情况选择了纵向整合电力改革模式，获得了成功。具体做法是：将各电力公司发电、输电、配电、供电进行功能性分离，财务分开核
12、算。将输电分离交给系统独立运行者管理，不要求强制出售发电厂，引入竞争机制，逐步放开供电，用户有权选择供电商。PJM负责输电系统经营，进行职能管理，提出输电计划对发电厂进行调度，不拥有输电资产，公平为市场参与者提供输电服务和电力交易市场。电力公司及供电商分别对用户供电负责，供电负荷要有发电容量保证并有必要的备用容量，不足将受处罚。发电容量来源由三部分组成：（）本公司电厂；（）双边交易合同；（）现货市场和一天期货市场。电力市场交易容量约占左右。为反映电网内部能力限制和拥堵，电力市场实行分区边际定价机制。,年美国联邦能源管制委员会提出要建立区域输电机构，在跨州的一定区域范围内，创造一个中间没有隔离层
13、、没有独断层的完整的输电经营系统。区域输电机构的重要作用，一个是集中精力把输电基础设施建设好，一个是监督系统的运行潮流。,3、澳大利亚的电力市场澳大利亚电力市场采用中心交易市场（POOL）模式，其两个基本成分是集中协调的调度程序和现货（实时）市场。发电商卖电给电力库（POOL），供电商从电力库买电，形成全国统一的电力交易市场。电力库采用委员会管理制度，人员由发电、供电、电力用户及社会贤达人士组成，电力库的日常管理工作由电网公司负责，电网公司不是电力库成员，但代表电力库工作。,每天上午10点以前，各发电公司向电力库报出第二天所有发电机组的可调出力、一天的开停次数和电价（包括冷备用价格、热备用价格
14、和发电价格三部分）。电力库根据对第二天的全网负荷预测，把每台发电机组按价格由低到高排队，确定每台机组第二天的发电出力和运行时间，纳入负荷曲线。电价则取同一时间段内满足负荷需求时刻的报价作为电力库的收购价。所有市场发电商和市场用户都按照现货价格结算。现货价格由国家电力市场管理有限公司（NEMMCO）按半小时内每5分钟边际调度价格加权平均计算，在交易当天每半小时结束时公布。电力库的购销活动每天进行一次，每月28号结算。通过电力市场，发电机组的发电出力和发电时间，由价格决定，高效率低价格的发电机组具有明显的优势，效率低价格高的机组，终究被市场所淘汰。核电报价有所不同，实行零报价，以保证其稳定的负荷。
15、,4、欧盟的电力市场 欧盟于1996年12月19日一致通过关于放宽电力市场的指令，倡导建设统一电力市场，内容包括：一、有选择权用户可自由选择供电商，参与的欧盟及欧洲经济区个国家必须依据时间表开放供电市场。二、供电市场可采用不同的业务模式。一种是第三方接入：有选择权的用户和供电商可接入供电网络；允许采用纵向整合化系统，但必须将发电、输电和配电行业的会计账目分开；可采用管制价格或协商价格。另一种是单一买家：有选择权的用户可与独立供电商签订合同，但所有电力均由单一买家供应，而单一买家则按约定价格向合约供电商购买电力。三、对于发电市场，欧洲国家可选择采用招标机制或许可证制度来监管新的发电容量。,北欧电
16、力市场由北欧五国（芬兰、瑞典、挪威、丹麦和冰岛）中丹麦、芬兰、挪威和瑞典四国组成。四国电力100%参加Nord Pool 的市场交易。长期发电合同由发电公司和用户自行签订，但要通过系统运行商即电网公司的输电安全校核，北欧日前发电计划由北欧日前市场统一组织交易，市场系统运营商负责组织平衡市场的交易。各发电公司、售电公司和全体用户可以通过电力市场进行电力、电量的自由买卖。北欧电力市场95%的电力、电量通过北欧电力市场的期货和现货交易来自动实现，发电企业根据合约自行安排发电计划并组织发电，交易信息需告电网调度机构。另有5%左右的电力需要通过电网调度机构组织的实时平衡交易来实现，以保证电网稳定运行。根
17、据北欧电力市场规则，各国的电网公司（具体为各国国家电网公司的调度机构）可以也只能通过参加平衡市场调节电力供需平衡。,法国电力公司在电力行业中占据绝对统治地位，总发电量和装机容量占全国的94，拥有100的输电业务，自1958年起拥有75年输电网的独家经营权，拥有全国96的配售业务，拥有100的电力进出口业务。尽管有来自欧盟的压力，但法国政府反对电力工业破碎化，追求规模经济效应。法国没有将法国电力公司私有化的意愿，也没有将法国电力公司分解为若干公司的意愿，只是按规定将其发、输、配业务实现功能分离和财务分开；确立供电市场开放时间表和有选择权用户；建立生产许可证制度；设立一个电力监管委员会。,5、我国
18、的电力改革 三个阶段：20世纪80年代改革开放后，经济发展，电力短缺，1995年实行多家办电1997年1月，国家电力公司成立。目标：政企分开，打破垄断，引入竞争，优化资源配置2002年3月，电力体制改革工作小组成立,2004年1月15日，东北区域电力市场模拟运行在辽宁沈阳正式启动，成为我国第一个正式建立的区域电力市场。东北区域电力市场开放部分发电市场，采用两部制上网电价全电量竞争模式，容量电价由国家价格主管部门调整和制定，电量电价由市场竞争决定。模拟运行阶段将开展年度合同交易和月度合同交易，按多段报价方式进行，对报价进行网损修正，以市场总购电费最低为目标进行竞价交易。后续将适时开放发电权市场；
19、按照国家有关文件规定，开展发电公司（厂）与大用户双边交易试点；建立辅助服务补偿机制。,华东电力市场模拟运行 启动于2004年5月18日，一期交易类型包括：年度合同、月度合约竞价、日前现货竞价和实时平衡机制。随着市场发育，将逐步开放周、季度及一年以上的电能交易。华东电力市场运行初期，约85%的电能交易以年度合同方式确定；15%左右的电能开展市场竞争。同时，各省电力公司作为购电者，在区域电力交易平台竞争购电。模拟运行期间，华东电力市场有竞价电厂59个，竞价机组171台，竞价容量4338.8万千瓦，占华东总装机容量的一半以上。2006年4月华东电力市场进入试运行阶段，有70多家发电企业，200多台机
20、组参与市场竞争，竞争容量约为6000万千瓦，采用“全电量竞争加差价合约”的市场模式，按市场价格结算的电量约占总电量的10。,世界主要电力市场的网址：英国英国OFGEM www.ofgem.gov.uk 美国加州 美国PJM 美国FERC www.ferc.gov 澳大利亚.au 北欧www.nordpool.no,第二章 经济学的基本概念,一、市场的基本原理,1、市场需求消费者模型,（1）需求函数 反需求函数,（2）消费者总效用和消费者剩余,（3）需求弹性 商品i的需求与商品j价格之间的交叉弹性,2.市场供给生产者模型（1）机会成本 使用一种资源的机会成本（Opportunity Cost）是
21、指把该资源投入某一特定用途以后所放弃的在其它用途中所能获得的最大利益（2）供给函数与反供给函数（3）生产者的收益,（4）供给弹性3、市场均衡,4、帕累托（Pareto）效率 帕累托效率可以指消费的帕累托效率、生产的帕累托效率以及社会一般的帕累托效率。社会一般的帕累托效率是指资源在生产者和消费者之间的分配达到最优。偏离均衡点的交易，都不是帕累托效率的 只有像在竞争市场中那样，商品以同一个边际替代率为基础分配，帕累托效率才能达到,5、社会效益和无谓损失,为了帮助生产者，政府可能实行商品的最低限价。政府可能对商品实行最高限价。最后，政府可能对某商品实行税收。外界干预在分别有利于生产者、消费者、政府的
22、条件下，对社会效益进行了重新分配。不幸的是，所有这些干预也产生了负面效果，社会效益减少了面积E和F之和。社会效益的下降称为无谓损失，是价格扭曲引起交易量减少的结果。,二、企业如何决策产量 生产函数投入两种生产要素时 一种生产要素固定时 所以 短期成本函数 生产决策最大化利润,边际成本 边际成本表示增加1单位产出而增加的成本，是成本函数的导数。平均成本准固定成本,电能生产成本 电力系统中的电源即发电机组在不同的研究目的下有不同的模型，在电力系统经济运行中，机组模型采用机组的输入输出模型，即输入的一次能源或费用与输出的有功功率之间的关系。机组的输入输出费用模型一般有三种表示形式：二次型费用曲线（$
23、/h)线性费用曲线分段线性费用曲线（piecewise curve）,除了输入输出费用特性，火电机组还有启动成本，表示为：其中，、分别为汽机和锅炉的启动成本，是锅炉冷却时间常数。,差价合同 买卖双方无权选择采用远期、期货或是期权合同来规避价格风险时，通常借助差价合同，它与集中市场并列运作。在差价合同中，双方就履约价格(strik price)和商品数量达成协议，然后他们像其它参与者一样加入集中市场。,某钢铁公司想减少由于价格波动带来的风险，于是便与一家发电公司签订了差价合同。这个合同明确了在一年期限里的每个小时，交易数量为不变的500MW，价格为20$/MWh。假设在某一小时交易的市场价格为2
24、2$/MWh，在这小时内钢铁公司购买了500MW电，发电公司卖出了500MW电，因此，钢铁公司付款给电力交易中心50022$发电公司从电力交易中心获得50022$发电公司付给钢铁公司500(2220)$。因此两个公司实际上以20$/MWh交易了500MW的电力。如果市场价格低于20$/MWh，为结算合同，钢铁公司将付款给发电公司相应的差价。,三、不完全竞争的市场完全竞争市场：市场参与者都是价格接受者 生产决策不完全竞争市场：寡头市场 市场力：市场参与者具有的较强的影响价格的能力。生产决策,市场力的例子 假设一家公司以每件商品$1800的市场价格卖出10件，则它从商品的出售中获得收益$18000
25、。如果该公司决定仅提供9件该商品待售，结果商品的市场价格升高，该公司就具有市场力。如果价格上升至2000美元，该公司即使卖出较少的商品也可获得同样的收益。而且由于它仅生产了9件而非10件商品，成本的减少也使利润增加。不必抑制生产，该公司还可以尝试以$1800来出售9件商品，而1件商品以更高的价格出售，希望通过卖出最后一件商品来增加收益。,垄断市场 根据企业的最优效率规模（MES）可以粗略估计出其所在行业的产品市场中可能的竞争者的数量。厂商的目标是最大化利润，此时边际收益边际成本，于是得,第三章 电力商品市场,前提：假定所有发电机与负荷都连接在同一母线上或者都连接在无穷大容量且无损的网络上，忽略
26、输配电网带来的影响。电力商品的特殊性1、电力供需瞬时平衡计划和调度的必要性 不能完全交给市场2、电力系统的相互依存性辅助服务问题3、电力无法储存不平衡电量问题4、电流遵循物理定律输电阻塞管理问题,一、日前市场电能交易方式1、双边交易（Bilateral）Mypower电力公司，有三台机组,考察6月11日14:00到15:00时段的交易情况 已有的合同：应卖出的电力总额：570MW,市场运行情况：（一）日前市场开放后，电子公告牌的买卖信息公布如下：,电力公司的情况：机组B有130MW的富裕容量交易员的操作：与O1、O2、O3达成交易结果：A500MW，B130MW，C备用,（二）发生意外情况后的
27、调整意外：机组B由于故障只能工作到晚上，且发电量不能超过80MW交易员可能的选择：（1）等待系统调度员平衡，并按实时电价付费（2）启动备用机组C承担50MW（3）在交易市场上购买替代电量 此时市场的买卖信息情况如下：,交易员的操作：与B8、B6、B3达成交易结果：A500MW，B80MW,2、集中交易的情况 6月11日9:0010:00的某电力联营体交易情况,市场交易的一般模型 目标是使购电总费用最小 满足约束（1）负荷平衡约束（2）其它约束式中，是发电商 i 的报价曲线 N 为发电商的总数 为用户的总需求负荷,求解原理 上述条件极值问题可通过引入拉格朗日乘子求解。可建立如下的拉格朗日函数 该
28、问题有解的条件为:,例题：以燃烧煤的蒸汽机组为例，假设该机组出力为100MW P 500MW 以耗热量定义的输入输出特性：设煤价1.3$/MJ，则成本曲线,若则由可得：实际中需考虑多种约束条件。,机组的相关技术约束最大最小出力，则，则,固定成本空载成本,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（unit commitment）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。启
29、动成本 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。,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。,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
30、水的利用可能受到约束。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,市场定价过程,3两种交易方式的比较竞争性的电力库交易经常是建立在不同集团已有的合作基础之上的。它转向竞争性运作，革新的力度比创立一个全新模式要小，因此引发的问题较少。电力库模式方便一体化交易，不仅掌握所有物理上的电力商品交易，而且还对输电网络的运行承担责任。众多角色的合并，避免了部门的增多，但也难以区分出电力市场中需要的各种功能。双边交易更接近一般商品的交易方式，但双边交易中难以处理时间约束和网络安全约束。双边交易下需要建立阻塞管理和不平衡电量的新机制，市场规则过于复杂并可能缺乏效率。,
31、电力库模式提供降低发电计划风险的机制，因此有希望降低电能的成本。发电商在电力库模式下以复合标为基础参与交易，电力库的交易规则将保证发电商收回他投标中的开机费用和无负荷费用。而且，电力库运行的发电计划算法通常尽力避免不必要的停机。因为这些因素减少了发电商面对的风险，可以预期有较低的平均价格。然而，这种风险的减少是以交易规则的复杂化为代价的。复杂的规则降低了价格制定的透明度。双边交易中发电商以简单标为基础来出售电能，由于每一个市场时段单独运作，它可能在某些时段遭遇因生产的电能不够多而不能维持机组运行的风险。在这种情况下，它必须决定是承担一定的损失出售电能并维持机组运行还是将机组关闭并承担下次开机的
32、启动费用。每一种选择都会增加这一机组生产电能的成本，迫使发电商提高他的平均投标价格。,四、实时市场的运作1实时市场存在的必要性（1）发电商和用户都不可能按责任要求的和预测的那样发、用电。（2）电力系统的及时平衡要求实时市场必须是有组织的，不可能是双边的。（3）备用市场、平衡机制等都可能是实时市场的名称,2实时市场的例子 目前的状况 Mypower电力公司在实时市场上的投标：,五结算 电力库的结算方式比较一目了然。双边市场的结算较繁琐。仍以Mypower电力公司为例。假设：（1）因为出现了负荷不平衡，Mypower电力公司的Bid在实时市场上被采用了40MW（2）机组B故障加剧，只能发10MW（3）实时电价18.25$/MWh,
