电力市场|美国德州电价飙升背后的市场设计-北极星输配电网

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【引言】2019年8月12至13日，美国德州批发市场电价飙升，12日下午每兆瓦时的电费高达6537.45美元(约46元/kWh)，13日下午每兆瓦时的电费高达9000美元(约63元/kWh)，这种罕见的电价暴涨引发了热议。（每日经济新闻：美国德州电费创纪录，网友：开空调要破产）。气温升高、传统能源持续退出、以及高比例风电出力不足是引发全网电力供需形势紧张、导致电价飙升的客观原因。从市场规则的角度考虑，9 000美元的价格是如何在批发市场中形成？本文将从美国德州的价格机制方面分析电价飙升的原因。

（来源：微信公众号“走进电力市场”ID：gh_aef23ab4d1d9 作者：喻芸荆朝霞）

一、美国德州的稀缺定价机制

表1显示了美国德州2019年8月13日下午14:10的结算价格（部分节点），多个节点的市场结算价格达到9 000$/MWh，但实时市场出清的LMP价格远低于结算价格。造成结算价格与LMP出现巨大差异的原因是美国德州稀缺定价机制。稀缺定价机制的详细介绍可以参考往期文章（电力市场设计|电力市场环境下典型发电容量充裕性机制）

表1 2019年8月13日下午14:10美国德州结算价格（节选）

稀缺定价机制设计下，电能量的结算价格除了实时市场出清价格LMP外，还包括两类价格增量（Adder），包括备用价格增量和可靠性价格增量。在供需紧张的情况下，价格增量会作为市场出清价格的补充，进一步反映电力系统的稀缺价值。其中：

发电电能量收益=（节点边际价格+备用价格增量+可靠性价格增量）*发电量

用户电费支出=（分区价格+备用价格增量+可靠性价格增量）*用电量

图1显示了美国德州2019年8月13日下午14:10的价格增量组成和大小。可以看到，美国德州实时市场价格中有三个分量，分别是RTORPA($1910.85)、RTOFFPA($1300.00)、RTORDPA($6298.72)。

图1 2019年8月13日下午14:10美国德州价格增量

1、备用价格增量RTORPA、RTOFFPA

备用价格增量与美国德州的备用辅助服务产品有关。设置备用价格增量的目的是反映电力稀缺时段的备用价值。取决于图2所示的备用需求曲线。

图2 运行备用需求曲线

从图2可以看出，备用容量越低，备用价值越高，导致备用价值越高。由于备用类型的不同，相应的备用需求曲线也不同，导致备用价格增量数值有差异。RTORPA、RTOFFPA分别是旋转备用和非旋转备用对应的价格增量数值。

备用价格增量的计算方法如下：

①计算失负荷概率曲线和备用需求曲线。统计近3年超短期负荷预测与实际负荷的偏差X，并拟合成预测均值为M，标准差为SD的预测偏差正态分布曲线：

X=N(M,SD)

计算不同备用容量下的失负荷概率曲线(式1）和备用需求曲线(式2)：

LOLP = 1，R ≤M

1-CDF(M,SD,R),R＞M（式1）

Preserve =VOLL × LOLP （式2）

其中，LOLP为失负荷概率，M为德州的最小备用容量，现值为2000MW。CDF为正态分布X的累计分布函数，R为系统实际的备用容量，Preserve为备用需求曲线上的备用价值，VOLL为出清价格上限，现值为9000$/MWh。

②根据出清电价和备用需求曲线计算备用价格增量。

备用价格增量=(VOLL–λ) ×LOLP （式3）

其中，λ为参考节点电能量价格。

可以看到，若电力稀缺时段的实时出清价格（λ）不高，但备用价值很高，那么备用价格增量将会升高，即备用价格增量将进一步反映系统的稀缺价格信号（如式3所示）。

2、可靠性价格增量RTORDPA

可靠性价格增量与现货市场的可靠性机组组合有关。设置可靠性价格增量的目的是减少可靠性调度中的市场干预手段对市场信号产生的影响。

电力市场运行期间，为了保证实时供电的安全可靠，ERCOT的安全经济调度系统会通过指令开机、启动负荷备用、启动紧急响应服务等方式来进行可靠性调度，这些均为成本较高的机组，但它们的调用将导致能量价格的降低，不能提供正确的价格信号。这是一种价格反转的现象。

可靠性价格增量是为反映可靠供电的价值，减少可靠性调度对电能量价格的抑制作用，反映了真实的稀缺水平:

其中，RDPA为可靠性价格增量，λR为可靠性机组组合或负荷备用所投入机组的最小出力为零时的电能量系统边际价格。λD为可靠性调度后实际的电能量系统边际价格。可靠性价格增量反映了有、无可靠性机组组合或负荷备用两种情况下电能量价格的差，全ERCOT区域取一个统一值。

二、美国德州电价飙升原因分析

德州下午14:10的旋转备用价格增量RTORPA($1910.85)、非旋转备用价格增量RTOFFPA($1300.00)、可靠性价格增量RTORDPA($6298.72)、实时LMP大部分在$1000以内。

旋转备用价格增量和非旋转备用价格增量的数值大于零，但也远低于最高值$9000，说明此时系统出现备用紧缺的情况，但还没有达到最低值。

可靠性价格增量为$6298.72，约占市场结算均价的66%，说明13日下午美国德州调用了大量的应急机组或紧急需求响应来维持电力平衡。这也在一定程度上缓和了备用紧缺形势，导致备用价格增量数值不高。虽然紧急备用资源会导致系统的备用水平变高，从而降低备用价格增量，但可靠性价格增量会升高。

因此，美国德州稀缺定价机制能够通过备用价格增量和可靠性价格增量共同反映系统的稀缺情况。

三、对我国的启示

美国德州是纯能量市场，没有容量市场。提高价格上限、增加备用价格增量是美国德州为促进发电资源投资的一种容量机制。批发市场短时间的价格飙升能够体现稀缺收益，帮助发电主体回收投资成本，从而促进发电投资。

我国现有的规则体系下，价格帽偏低，难以通过稀缺价格的形式反映发电投资成本。现有的计划电量电价综合考虑了可变成本和容量成本，能够保证发电企业部分收益。但随着发用电计划的放开，基数电量将会不断减少，发电企业的收益将面临较大不确定性。需要尽快研究相应的容量机制，避免供需形式的变化造成新一轮的发电容量不足。

参考文章

[1]走进电力市场合集（2016.11.-2019.2.20）[2]喻芸, 荆朝霞.电力市场设计|电力市场环境下典型发电容量充裕度机制。[EB/OL].走进电力市场, 2019-7-19[3]喻芸,荆朝霞,陈雨果,季天瑶,张兰.电力市场环境下典型发电容量充裕性机制及对我国的启示[J/OL].电网技术:1-9[2019-07-16].https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2019.0539.[4]朱继忠,喻芸,谢平平,荆朝霞,邹金,禤培正.美国缺稀定价机制及对我国现货市场建设的启示[J]. 南方电网技术,2019, 13(6):37-43,75.

原标题：美国电力市场|美国德州电价飙升背后的市场设计

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