必开机组：为何存在低价时段发电的火电机组

在以集中竞价方式组织的电力现货市场交易中，源侧的电厂报量报价，然后根据申报价格从低到高进行排序，形成单调非递减的供给曲线。

而需求曲线在大部分地区都以垂直向下的负荷电量所代替，供给曲线和需求曲线的交点，就该是本次交易的出清点，对应着出清电量和统一的出清电价。

全部的出清电量对于申报的电厂来说，就是自己在这个交易时段内应该发多少电出来。而出清电价等于自身申报价格的机组们就成了边际机组。

新能源电厂和火电厂有成本差异，在一个完全竞争的市场环境下，各类发电厂都该以自身边际成本为报价依据，这才符合利润最大化的目标。那么也就是说新能源电厂该报零价，而火电厂的报价应该是其各出力区间的边际成本。

边际成本意为每增加一个单位的发电量所需要增加的成本量，对应到火电也就是燃料成本的增量，既然燃料成本不为零，那么火电机组的报价就不该是零价。

基于此，一些“奇怪”的事情就发生了，电厂的报价就代表了其在某个出力情况下想要获取的最低“报酬”。如果市场出清价格不低于报价，那么就会被纳入到出清范围里，至少在这个时段交付发电量不会亏钱，搞好了出清价格高于报价还能有一笔正的利润。

如果市场出清价格低于报价，按道理就应该被排除在出清电量之外，停机不发电是最好的选择，但往往现实的情况是，在有些时段，市场出清价格低于火电报价，但是火电机组还在发电。

这就要归功于一些“不得不发”的原因，使得一些火电机组成为了当下的“必开机组”。

单时段优化

在最初开始学习有关电力现货交易的相关知识时，为了能够先了解什么是集中竞价以及其出清规则，我们会先学习供给曲线和需求曲线。

假设说每个交易时段是15分钟，一天就有96个交易时段，在负荷侧报量不报价的情况下，每个时段的用电需求是被预测好的，也是某个时段出清的边界条件之一。

不管这个时段供给侧最终出清的是什么样的电源组合，每个出清电厂提供多大的发电量，都要满足这个时段负荷的总需求量。

而在供给侧，发电厂报量报价，形成供给侧整体的供给曲线，其和需求曲线的交点就是这个时段的出清点。

集中竞价式的交易追求的是社会福利最大化，也就是消费者剩余与生产者利润之和的最大化，放在需求侧报量不报价的场景下，社会福利最大化就等同于发电成本最小化。

而此时的总发电成本，就是发电厂申报的量价供给曲线与需求垂涎围出的面积。虽说这个申报的价格可能和实际的边际成本相差较大，但先不必纠结这到底是否是真实的成本。总之在全部可行的发电方案中，找到一个能满足负荷需求同时也是总报价成本最小的那个就是出清结果，这也是单时段优化的意思。

经济最优方案之前的定语是方案可物理执行，而发电方案是否可行需要进行安全校核，这里面不仅涉及到一些火电机组的物理参数限制，也会受到电网运行参数的限制。

我们来看一个火电的限制参数：最小技术出力。

最小技术出力限制

一个正常运行的火电机组至少要运行在最小技术出力上，这个数值大概是机组额定容量的30%-50%。

假设如下系统，1个100兆瓦的光伏发电机组，报价0元/兆瓦时，某时段预测发电功率也是100兆瓦。

1台300兆瓦火电机组A，最小技术出力为100兆瓦，报价400元/兆瓦时。

暂不考虑火电机组的其它物理约束，只看最小技术出力的限制，某时段(1h)预测负荷用电量为150兆瓦时，如果把源侧量价排序的话，以成本最小化为出清依据，那么显然是光伏全电量100兆瓦出清，而火电机组出清剩余的50兆瓦。

如此做的话，根据边际成本的概念，全系统单位增量负荷所需要的成本增量应该由火电机组提供，报价为400元/兆瓦时，那么系统的边际成本也就是400元，这该也是此刻的出清价格。

整体的供电成本是光伏的0+火电的50×400=20000元，但这个方案虽然经济最优，但并不可行，因为没有考虑到火电机组的最小技术出力。

只要让火电机组运行，那么至少也要运行在最小技术出力水平上的，也就是说火电至少要出力100兆瓦。

剩余的部分再由光伏来提供，修正后的出清方案为光伏出力50兆瓦时，火电出力100兆瓦时，还是用边际成本的概念得出市场出清价格，单位增量负荷需求可以依靠光伏来满足，毕竟光伏属于可发但不能发的状态，尚有充足的发电余力。

所以这个方案的市场出清价格是0元，低于火电机组的申报价格，地板价时火电还在发电。

最小连续运行时间

除了最小技术出力这个参数限制外，火电还有一个物理参数叫做最小连续运行时间，意思就是说火电机组开机并网了，那么距离机组停机解列时，期间的跨度不得低于这个最小连续运行时间。

还是刚才的例子，假设市场内多了一台火电机组B，与A有同样的装机容量300兆瓦，同样的最小技术出力100兆瓦，但是报价高于A，为500元/兆瓦时。

但机组B本次开机后的累计运行时间还没有达到自己的最小连续运行时间，而机组A已经超过了自身的这个时间，那么面对同样的光伏和负荷预测电量下，市场的出清方案就将是B机组代替A机组运行在最小出力阶段，而A机组可以停机了。

可见，某个时段内的优化不单有一个经济上的成本最低数学账要算，还有要与现实运行相吻合的物理账要算，后者还是更优先的。

最小技术出力要求被调用的火电机组，至少也要出力达到这个水平。而连续运行最小时间约束，实则已经是在跨时段进行考虑，这就涉及到了市场出清的另一个层面，并非是单交易时段单独做优化，而是多时段的统一优化。

这一点我们放到以后再细说。

火电机组的物理参数

最小技术出力，最小连续运行时间是火电机组需要向交易机构和调度中心申报的参数，与之对应的还有最大可用出力（默认额定容量），最小连续停机时间以及最大上下爬坡速率等参数。

除此之外，还有发电机组的典型开机曲线和停机曲线，开机曲线意为从火电机组并网开始一直到出力达到最小技术出力的典型升功率曲线；停机曲线以为从火电机组从最小技术出力开始降载，再一直达到与电网解列时的典型降功率曲线。

从并网到最小技术出力，以及从最小技术出力到与电网解列，因为这两个时段内火电机组是没有脱网的，也就是其依然有发电量再提供给系统，只不过这时的发电量不参与定价，优先出清，接受同期的市场价格，那么在系统进行出清结算的时候，一旦对机组有开停机的指令，那么这两个过程势必要在某些时段内纳入到出清的边界条件中。

虽然我们看到是火电机组在每个竞价日所申报的量价曲线，但配合上这些提前申报过的物理运行参数，再结合机组当前的运行状态，也就可以清楚每台机组在每个交易时段，到底可以运行在何种出力区间。

比如这个时段运行在最小技术出力，那么下个时段如果调增调用的话，最高也只能抵达上爬坡速率所能达到的最高出力值。

这也是为何火电机组无需像新能源场站那样在申报量价曲线外还要申报功率预测曲线来作为自己的实际生产曲线，因为有了这些短期内不会改变的机组参数，有了相邻运行状态改变的限制，相当于给火电机组设定好了某个时段可以实现的物理出力区间，而至于最终落到哪个数值上，就取决于经济上的报价信息了。

这同样也是电力市场的一大特点，物理运行规律之于市场出清规则之上。

回到文章的标题，为何地板价时，还会有火电在发电，因为一些物理参数的限制，导致有些火电不能停机，进而成为了这个时段的“必开机组”。

不过被打上必开机组标签的原因有很多，其中不乏电网运行安全的需要，也不乏火电机组自身的物理限制。我在学习这方面的内容的时候有一个比较粗的判断标准，从经济性角度出发，本不该发电的机组因为物理条件限制而运行了，就可以归属于必开机组。

那么在低于自身报价的出清时段发电，这就一定会代表火电会在亏钱发电么？

再说这个问题之前，我们还是要先看看火电机组的成本构信息是如何体现在日前申报以及出清过程中的。