（电力系统及其自动化专业论文）水电站参与市场竞争的代理机制设计.pdf

a b s t r a c t w i t hg r a d u a ld e e p e n i n go ft h e r e f o r mi nt h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e m ， e x a c e r b a t i o no fe n e r g ys h o r t a g ea n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nr e q u i r e m e n t s ，t h e o p t i m i z i n gd e p l o y m e n ta n dm a k i n gf u l lu s e o fh y d r o p o w e rr e s o u r c e sa r eo fg r e a t p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e f o r t h ec o n s t r u c t i o no far e s o u r c e s a v i n g a n o e n v i r o 衄e n t f r i e n d l ys o c i e t y , a n dh a v eb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t f o r a c c e l e r a t i n ge n e r g yi n d u s t r y s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o na n dr e a l i z i n gs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t o fe l e c t r i cp o w e ri n d u s t r y c o m p a r e d w i t ht h e r m a lp c w e r ， h y d r o p o w e rs t a t i o n sh a v ed i f f e r e n t t e c h n i c a la n de c o n o m i cc h a r a c t e r i s t i c s h o w t oe n s u r eo p t i m i z e dd e p l o y m e n to fh y d r o p o w e rr e s o u r c e sb ye l e c t r i c i t ym a r k e t c o m p e t i t i o n i s p a i dm u c h a t t e n t i o n b y o u rr e s e a r c h e r s t h e s u c c e s s f u l e x p e r i e n c e so fh y d r o p o w e rp a r t i c i p a t i o ni nf o r e i g ne l e c t r i c i t ym a r k e t s a r eu s e d f o rr e f e r e n c e a n dc h i n a sn a t i o n a lc o n d i t i o n sa r ec o n s i d e r e d ，t h ed i s s e r t a t i o n f o c u so nt h eb i d d i n gm o d e lo fc a s c a d e dh y d r o p o w e rs t a t i o n sw h i c h b e l o n gt ot h e s a m ei n v e s t m e n te n t i t yi ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，t h ea g e n c ym e c h a n i s md e s i g no f c a s c a d e dh y d r o p o w e rs t a t i o n sw h i c hb e l o n gt od i f f e r e n ti n v e s t m e n te n t i t i e s t o r e l e c t r i c i t vm a r k e tc o m p e t i t i o n ，a n dt h ea g e n c ym e c h a n i s md e s i g n o fs m a l l h y d r o p o w e l s t a t i o n s f o re l e c t r i c i t ym a r k e tc o m p e t i t i o n t h e r e s e a r c h a c h i e v 啪e n to ft h i sd i s s e r t a t i o nh a sac e r t a i nr e f e r e n c ev a l u e o nt h em e c h a n i s m d e s i g i lo fe n s u r i n ge f f i c i e n tu t i l i z a t i o no fh y d r o p o w e rr e s o u r c e s i ne l e c t n c l t y m a r k e t i ne l e c t r i c i t ym a r k e t ，c a s c a d e dh y d r o p o w e rs t a t i o n sf r o mt h es a m ei n v e s t o r w i l lj o i n tt o g e t h e rt op a r t i c i p a t et h em a r k e t ，a n dt h eo b j e c t i v e f u n c t i o ni s m a x i m i z i n gt h eo v e r a l lr e v e n u eo fc a s c a d e dh y d r o p o w e rs t a t i o n s i nt h i s c a s e ，a b i d d i n gm o d e lo fc a s c a d e dh y d r o p o w e rs t a t i o n sc o n s i d e r i n gr e s e r v e s e r v l c e1 n d a y - a h e a dm a r k e t i s p r e s e n t e di n t h ed i s s e r t a t i o n ah y b r i da l g o r i t h mt h a t c o m b i n e si n l m u n eg e n e t i ca l g o r i t h ma n dp r o b a b i l i s t i cs i m u l a t i o ni sp r o p o s e dt o s o l v et h em o d e l i ti sac o m m o np h e n o m e n o nt h a tt h ei n v e s t o r so fc a s c a d e dh y d r o p o w e r s t a t i o n sa r ed i 虢r e n ti nc h i n a w h e nc a s c a d e dh y d r o p o w e rs t a t i o n si n d i v i d u a l l y b e h a v eo nb e h a l fo ft h e i rr e s p e c t i v ei n t e r e s t s ，t h eo p t i m i z e dd e p l o y m e n t o f h y d r o p c l w e rr e s o u r c e sw i l ln o tb ea c h i e v e d t od e a lw i t ht h ep r o b l e m ，m o d e l s u s e dt oa n a l y z et h el o we f f i c i e n c yo fc a s c a d e dh y d r o p o w e rr e s o u r c e sa n dt h e m a r k e tr i s kr e s u l t e df r o m t h ea s y m m e t r i ci n f o r m a t i o n b e t w e e nc a s c a d e d n 华北电力大学博士学位论文摘要 h y d r o p o w e rs t a t i o n sa r ee s t a b l i s h e di nt h ed i s s e r t a t i o nf i r s t l y , a n dah y b r i d s t r a t e g y w h i c hc o m b i n e sn o n l i n e a rc o m p l e m e n t a r i t ym e t h o da n dp r o b a b i l i s t i c s i m u l a t i o ni sp r e s e n t e d s e c o n d l y , a na g e n c ym e c h a n i s mo fc a s c a d e dh y d r o p o w e r s t a t i o n si s d e s i g n e d t or e s o l v et h ep r o b l e m t h i r d l y , t h er e a lo p t i o na n d b a r g a i n i n gm o d e lt h e o r ya r eu s e dt oa n a l y s i st h ee q u i l i b r i u mu n d e rt h ea g e n c y m e c h a n i s mo f c a s c a d e dh y a r o p o w e rs t a t i o n s ，t h ee q u i l i b r i u mr e s u l tv e r i f i e st h a t t h ea g e n c ym e c h a n i s mo fc a s c a d e dh y d r o p o w e rs t a t i o n sw h i c hi sp r o p o s e di nt h e d i s s e r t a t i o nc a na c h i e v et h ep a r e t oi m p r o v e m e n to fh y a r o p o w e rr e s o u r c e s d e p l o y m e n t b a s e do nt h ef e a t u r e so fs m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o n s ，a na g e n c ym e c h a n i s mi s d e s i g n e di nt h ed i s s e r t a t i o nt od e a lw i t hm a r k e tc o m p e t i t i o no fs m a l lh y d r o p o w e r s t a t i o n si ns o m ep r o v i n c e sw h i c hs m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o n sh a v eab i gm a r k e t p r o p o r t i o n t h ea g e n c ym e c h a n i s md e s i g no fs m a l lh y d r o p o w e rs t a t i o n si sd i s c u s s e d i nt h ed i s s e r t a t i o n as u p p l yf u n c t i o nm o d e lc o n s i d e r i n gu n c e r t a i n t yo fi n f l o w si s p r o p o s e d ，a n dam i x e do p t i m i z a t i o ns t r a t e g yc o m b i n e dw i t hs t o c h a s t i cs i m u l a t i o na n d g r e e d ya l g o r i t h mi sa p p l i e dt oo b t a i nt h em a r k e tg a m i n ge q u i l i b r i u m n u m e r i c a l r e s u r sv e r i f yt h ev a l i d i t ya n dt h er a t i o n a l i t yo ft h ea g e n c ym e c h a n i s m k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ，c a s c a d e dh y d r o p o w e rs t a t i o n s ，s m a l lh y d r o p o w e r s t a t i o n s ，a g e n c ym e c h a n i s m i i i p 士= i明明 本人郑重声明：此处所提交的博士学位论文水电站参与市场竞争的代 理机制设计，是本人在华北电力大学攻读博士学位期间，在导师指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及 的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 签名：继日期：2 1 ：生：! 三 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文：学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： e l期：丝旦堡：笪：! 三 b 帏链x - zd 焰刍p 导师签1 一：鼍匿竺二 e t 期：丝! 墨：笪：! 三一 华北电力大学博士学位论文 1 1课题研究背景 第一章绪论 帚一早三：酉下匕 2 0 世纪7 0 、8 0 年代以来，电力市场改革热潮席卷全球l 卜3 1 ，世界已有近 百个国家陆续打破了传统的电力工业垂直一体化运营模式，开始进行电力工 业的市场化改革【3 。2 1 。在电力市场改革的过程中，由于各国国情不同，面临 的问题不同，采取的电力改革道路也各有不同。世界上许多国家结合本国特 点积极开展电力改革的尝试，市场的运营模式及其改革历程各异，取得了许 多有益的经验【1 3 0 0 1 ，使得电力市场化的理论不断丰富，电力市场模式也几经 变化不断创新。 1 1 1 国内电力市场改革现状 在世界性的电力市场改革热潮下，2 0 0 2 年2 月，国务院关于印发电力 体制改革方案的通知明确了我国电力体制改革的指导思想、目标和具体的 实现方式等一系列改革的关键问题，标志着我国电力市场改革的开始。 近几年来，我国电力市场改革稳步推进。目前，已形成华北、东北、华 东、华中、西北、南方六大区域电网，为区域电力市场的建立做好了前期的 准备工作。由于我国各地区情况差异显著，本着“积极稳妥、因地制宜、试 点先行、梯次推进”的原则，国家有关部门以部分地区为试点进行电力市场 的建设。“十五期间，东北、华东、南方三大区域电力市场相继建立。目 前，各区域电力市场正处于建设完善过程中。由于我国地区差异大，区域情 况不尽相同，各区域市场都在探讨与摸索适合自身情况的市场模式。 1 1 2 国内水电参与市场竞争的研究与实践 在许多已成功开展电力市场改革的国家中，水电都是与其他能源一同参 与市场交易。但由于各国国情、水电情况和电力市场模式不同，水电参与市 场所采取的方式也各不相同。 我国具有丰富的水能资源，根据2 0 0 1 2 0 0 4 年的最新普查结果，我国水 能资源技术可开发量4 9 3 亿千瓦、经济可开发量3 9 5 亿千瓦，居世界第一 位。作为清洁环保、可循环利用、具有多种效益的能源，水电资源的优化配 置与利用是提高我国电力工业能源使用效率、优化能源结构、缓解能源供求 矛盾、实现电力工业可持续发展的重要途径，对于深入贯彻落实科学发展观、 构建社会主义和谐社会、建设资源节约型和环境友好型社会、促进经济社会 第一章绪论 发展切实转入全面协调可持续发展的轨道具有十分重要的意义。在国际和国 内电力市场改革的大环境下，我国也已经开展了水电参与市场竞争的研究探 索与实践。 在我国先期开展模拟运行和试运行的市场中，东北、华东区域电力市场 中水电比重小，并未考虑水电参与市场竞争。南方区域内水电资源丰富，2 0 0 6 年水电装机容量占区域总装机的3 2 3 1 ，且省( 区) 间电源结构存在较大差异、 互补性明显。目前，南方电监局已开展了水电参与南方区域电力市场竞争的 研究。 华中区域水电资源丰富，2 0 0 7 年水电装机容量为4 6 8 3 5 万千瓦( 含三 峡1 4 7 0 万千瓦) ，已达到总装机容量的3 7 2 2 。华中区域电力市场虽然并未 正式建立，但根据华中电力市场建设方案( 征求意见稿) ( 下文简称方 案) ，华中区域电力市场中，水电将进入市场与火电同台竞争。依照市场准 入条件规定，目前华中电网参与市场竞争的水电厂总容量1 3 8 9 万千瓦，占 参与竞争的总容量的3 1 7 。同时方案中规定，在参与市场统一竞价时， 报价相同时水电将被优先考虑，水电之间竞价以调节性能优劣为排序原则； 在日前现货交易中，水、火电具有同等地位，并将优先考虑发电权转让交易； 对可能产生弃水的水电厂，如因报价失误或水情预测不准造成其未获得足够 的发电份额，只要网络安全允许，由电力调度交易机构在实际运行中安排发 电，其价格按市场最低限价执行。此外，方案中还规定梯级水电站应独 立参与市场竞争。但华中市场并未开展模拟运行或试运行，因此，目前我国 还缺乏水电参与区域市场的实际运行经验。 1 9 9 9 年7 月到2 0 0 4 年底，四川省开展了电力市场试点，在水电参与市 场竞争特别是水火电置换方面积累了比较丰富的经验。四j l i 省水电装机比重 约占全省的2 3 ，且大部分调节性能差，为合理利用能源资源，充分发挥水 电优势，减少弃水，支持高效率火电，四川省建立了水火电合同电量置换市 场，其实质是火电厂买水发电来替代买煤发电，是发电权转让交易的一种模 式。四川省的试点运行实践表明，水火电合同电量置换市场实现了利益多赢， 并充分利用了水电资源、节省了煤炭资源。 未来，随着我国电力市场改革的逐步深入，市场参与者的范围将不断扩 大，在我国某些水电资源丰富的区域或省份，水电参与市场竞争将是大势所 趋。但由于水电站固有的技术、经济特性，水电参与市场竞争还存在一些问 题，影响到市场竞争对水电资源配置的有效性。为此，以通过市场竞争更好 地实现水电资源的优化配置为目的，借鉴国外水电参与市场的成功经验，结 1 数据来源：w w w 铝g 饥 2 数据来源：w w w c c p g c o l n 2 华北电力大学博士学位论文 合我国国情，针对我国水电参与市场将会面临的问题，论文提出了水电站采 用代理机制参与市场竞争的方式，并对水电站代理机制进行了初步设计和有 效性验证。 1 2 国外水电参与市场交易情况简介 1 2 1 英国 英国是世界上最早实施电力体制改革的国家。1 9 8 9 年，英国议会通过了 1 9 8 9 年电力法，开始了电力市场化改革。到目前为止，英国电力市场机 制的建立经历了三个阶段：第一阶段，1 9 9 0 2 0 0 1 年的发电集中竞价阶段， 即p o o l 模式；第二阶段，2 0 0 1 年开始的双边自由竞争阶段，即n e t a 模式， 主要是将全电量竞争的电力库模式改为双边合同为主的新电力交易制度；第 三阶段，在总结n e t a 发展经验的基础上，英国政府和管制机构决定将n e t a 机制推向苏格兰地区，即2 0 0 5 年4 月开始实施的b e t a 模式，在此之前的 电力市场改革仅涉及英格兰和威尔士地区。 英国的电力系统可分为3 大独立部分：英格兰和威尔士、苏格兰及北爱 尔兰。其中，水电分布主要集中在苏格兰。此外，位于英格兰和威尔士斯诺 多尼亚的狄诺威和费斯汀涅有两个抽水蓄能电站，占英格兰和威尔士总装机 容量的3 ，主要作冬季调峰之用。 在当前的英国电力市场中，水电和火电、核电以及其他新能源一起参与 市场竞争。由于市场设计的基本原则之一是任何想要进行电力买卖的主体都 能够通过自由谈判的合同形式进行电力交易，对于水电也不例外。n e t a 主 要包括长期双边合同市场、期货合同市场、短期双边交易市场、平衡市场四 类，大多数电力交易通过双边或多边合同在一轮或多轮交易下完成。建立平 衡市场是n e t a 的主要特点之一。平衡市场中，市场成员自愿向系统运营者 提交竞供和竞购投标，其中，竞供投标( o f f e r s ) 是指机组增加出力水平或 用户减少负荷水平的投标；竞购投标( b i d s ) 是指机组减少出力水平或用户 增加负荷水平的投标。发电商和供电商可以同时提交竞供投标和竞购投标。 系统运营者从全国或地方电量供需平衡和电网稳定的角度出发决定是否接 受发电商和供电商提交的竞标。 实际市场运作中，电力交易商购买的电量可能会多于或少于他们售出的 电量，发电商实际生产的电量可能会多于或少于他们售出的电量，用户实际 消费的电量则可能会多于或少于他们购买的电量，n e t a 的主要内容就在于 测算这些盈、缺不平衡量，并确定结算价格，这种测算和设定不平衡量和价 格的过程就叫“不平衡结算”。需要注意的是，不平衡结算不是为了电能大 3 第一章绪论 宗买卖的定价和交割，而是对市场参与者的合同发、用电量和实际发、用电 量之间的差异造成的微小出入进行定价和交割。因此，不平衡结算为发电能 力具有不确定性的水电机组提供了便利。 此外，在英国电力市场中，绝大多数进入市场的可再生能源发电商( 包 括小水电在内) 组成了可再生能源发电商联合体，以集团的名义寻求售电商， 并签订合同。 1 2 2 美国 上世纪9 0 年代初，美国开始酝酿电力市场化改革。由于各州的政治独 立性以及经济、电力发展的差异性，决定了各州电力市场改革进度、电力改 革模式各不相同。目前美国各州形成的电力市场主要有p j m 电力市场、纽约 电力市场、新英格兰电力市场、德州电力市场和加州电力市场等。这几个市 场各有特色，下文主要对p j m 和德州电力市场中的水电参与市场交易情况做 一简单介绍。 ( 1 ) p j m p j m 电力市场指宾西法尼亚新泽西马里兰联合电力市场，涵盖宾西法 尼亚卅i 、新泽西州、马里兰州以及德拉华州、弗吉尼亚州和哥伦比亚特区的 部分地区，是北美最大的电力联营体，p j m 电网也是全世界第四大集中调度 的互联电网。目前p j m 电力市场已发展为一个成熟的电力市场，是公认的联 营市场的成功典范。p j m 的电力交易机构和调度运行机构一体，由i s o 负责。 p j m 市场中的电源总装机容量为1 0 6 0 0 0 兆瓦，其中火电占6 5 ，水电仅占 5 。p j m 市场中拥有多个互为补充、互相协调的市场，主要包括现货电能量 市场( 包括日前和实时电能量市场) 、调节市场、容量信用市场、辅助服务 市场、金融输电权市场等。水电机组可参与日前市场报价。在调节市场中， 水电机组直接按照计划运行且不报价，当某些水电机组提交调节市场报价 时，p j m 出于经济性考虑，有权调整其发电计划。n 2 1 3 1 町 ( 2 ) 德州 德州电力市场包括电力批发市场、零售市场、辅助服务市场。其中电力 批发市场以长期双边交易为基础。与大多数电力市场不同，德州电力市场没 有日前现货市场。辅助服务市场是德州电力市场中解决电力电量不平衡和输 电阻塞的主要手段。德州零售市场中所有用户都可以更换零售商。从市场组 织结构看，德州电力市场的i s o 没有交易机构( p x ) ，其p x 功能由一系列的 计划协调机构( 主要是q u a l i f i e ds c h e d u l i n ge n t i t y ，简称q s e ) 完成。 德州水电比重很小，为数不多的水电站会在年前发布下一年的发电相关 4 华北电力大学博士学位论文 信息，由买方单方报价购买水电，买方获得的中标电量为下一年的总发电量。 在交易执行年，中标买方根据自身需要对水电站提出日前发电要求( 例如： 在某时段的出力) ，水库间的协调和统一调度则由休斯敦中央局负责。除非 发电水头过低，否则水电站会按照买方要求发电。 1 2 3 北欧 3 1 , 3 2 】 北欧电力市场是世界上第一个跨国电力交易市场。北欧五国包括挪威、 瑞典、丹麦、芬兰和冰岛，其中，丹麦、芬兰、挪威和瑞典四国相互联网， 形成跨国互联电力系统，并与北欧以外的西欧电网、俄罗斯电网联网。由于 远离斯堪地纳维亚半岛，冰岛电网目前仍独立运行。 电源结构的差异和电源需求分布的不平衡是北欧电网互联进而形成跨 国电力市场的主要原因。北欧四国的电力系统以水电为主，占全系统总发电 量的5 7 。各国电源结构差异很大，互补性强。挪威电网中绝大部分为水电 机组，水电装机占全网总装机的9 8 9 ，枯水季节缺电、丰水季节电能富余 的矛盾十分突出；瑞典电网水电装机占全网总装机的一半，核电占3 1 ，火 电占1 7 ；芬兰大部分装机为燃烧泥煤的火电厂，占装机容量的6 6 ，其余 为水电和核电；丹麦绝大部分为火电，占总装机的8 8 。此外，北欧四国电 源分布与需求不平衡，电源集中于负荷较轻的北部，而负荷集中于人口稠密 的南部地区。为此，建立跨国电力市场，优化配置各国的电力资源成为必然 选择。 在北欧市场中，水电与其它类型电源采用相同的规则参与市场。由于各 国间资源优化配置的需求，北欧四国间的电力交易非常频繁，枯水季节，南 部高价火电流向北部：丰水季节，北部廉价丰富的水电流向南部。跨国交易 中，水电所占比重较大，因此，北欧电力市场中的电价受水库来水变化影响 大，明显呈季节性特点。2 0 0 2 年，挪威夏秋两季干旱使得水库水位锐减，相 对酷寒的冬季又使电力需求狂升，电力供应缺乏，造成2 0 0 3 年2 月北欧电 力市场交易所的电价比2 0 0 2 年5 月整整高5 倍，比2 0 0 1 年1 2 月的平均价 提高了3 倍。 除市场内的跨国和国内资源优化配置外，北欧四国还和俄罗斯、德国、 波兰等国进行电能交换，整个北欧电力系统在枯水年份输入电能、在丰水年 份输出电能。北欧电力系统总的输入容量约为4 0 0 0 m w ，每年可能的输入电 能约为2 0 t w h ，为整个北欧电力系统与其他周边国家之间的跨国跨区交易提 供了保证。 北欧电力市场在发电侧和零售侧开展竞争，输电、配电仍然垄断经营。 5 第一章绪论 除了柜台交易市场( 即o t c ) 和双边市场( b i l a t e r a lm a r k e t ) 外，大量的交 易发生于北欧电力金融市场( 即n o r dp o o lf i n a n c i a lm a r k e t ，简称e l t e r m i n 和e l o p t i o n ) 、北欧电力现货市场( n o r dp o o ls p o tm a r k e t ，简称e l s p o t ) 和 北欧电力平衡市场( n o r dp o o le l b a sm a r k e t ，简称e l b a s ) ，实时平衡则由各 国输电系统运营机构( t s o ) 负责。北欧电力市场中的交易品种丰富，市场 中的水电企业可以根据自身需求参与多种不同的交易，并通过交易组合规避 电量不确定性造成的市场风险。 ( 1 ) 金融市场 北欧电力金融市场交易品种十分丰富，包括期货合同( f u t u r e sc o n t r a c t ) 、 差价合同( c o n t r a c tf o rd i f f e r e n c e s ) 和期权合同( o p t i o nc o n t r a c t ) 。金融市 场的交易范围覆盖挪威、芬兰、瑞典和丹麦四国，交易行为十分活跃，每年 金融合同的交易量可以达到实际售电量的l o 倍。 ( 2 ) 现货市场 在北欧电力市场中，市场成员除了签订大量金融合同，开展双边交易和 少量柜台交易外，为应对实际可能产生的不平衡电量带来的损失，还积极参 与现货市场进行合同调整。现货市场是日前物理市场，电能的买方和卖方对 第二天各个交易时段的电能进行竞价交易。现货市场交易的范围覆盖挪威、 芬兰、瑞典和丹麦四国，为北欧电力市场中的水电的跨国跨区交易提供了平 台，年交易量一般占实际售电量的3 0 左右。 ( 3 ) 平衡市场 北欧现货市场每天1 2 ：o o 关闭。电力平衡市场则允许交易成员在每日 1 4 ：0 0 以后、交易履行的1 h 之前进行平衡交易。目前，芬兰、瑞典、丹麦 东部地区和德国的k o n t e k 地区已经加入了电力平衡市场，年交易电量占 实际售电量的3 4 左右。 1 2 4 新西兰【3 3 , 3 4 】 新西兰的电源构成以水电为主，水电比重约占总装机容量的6 8 1 。从 1 9 8 4 年起，新西兰开始推行电力私有化改革。鉴于水电建设成本高，运行成 本低，而火电建设成本低，运行成本高，两类电厂间难以开展竞争；同时也 由于新、老电厂建设成本和运行成本间差异及电力企业职工失业率问题，新 西兰没有按照其他一些国家的做法，先开放发电市场，后开放供电市场，而 对发电市场的建立持慎重态度，采取从配电公司改革入手的方式，从下游向 上游逐步推开。待时机成熟后，才在对发电系统不进行大规模解散的前提下 组建了发电公司，实现发电侧竞价上网。 6 华北电力大学博士学位论文 目前所运行的新西兰电力市场中，现货市场参与者分为发电类市场参与 者( g c m p s ) 、购电类市场参与者( p c m p s ) 、交易类市场参与者( t c m p s ) 三类。水电站作为发电类市场参与者参与市场报价。参与市场报价的发电机 种类包括机组、电站和电站群。电站群( b l o c kd i s p a t c hg r o u p ) 是一种水电 站参与市场报价的形式，其具体定义为：发电类市场参与者与电网经营人可 以按位于同一流域并接入具有相近最终边际区位因子( f i n a lm a r g i n a l l o c a t i o nf a c t o r ) 的电网输入点的原则，经协商后将一组水电站作为电站群对 待。如果发电类市场参与者与电网经营人已就电站群达成协议，由发电类市 场参与者通知计划人即可。 1 2 5 加拿大【3 5 。4 3 】 与美国相同，加拿大也是采用联邦制的国家，由1 0 个省和2 个地区组 成，省和地区政府享有高度自治权。加拿大电力体制改革由各省政府根据自 身特点和条件自主进行，各省改革模式不同。加拿大水电资源丰富，各省( 除 爱德华王子岛省) 都有一定的水电装机容量，其中水电比重大的有魁北克省、 不列颠哥伦比亚省、纽芬兰省和拉布拉多半岛、马尼托巴省和安大略省。加 拿大电网与美国东北部电网相连，跨国电力交易活跃。下文所述的魁北克和 安大略两省目前就均属于美国东北部电力协调委员会( n p c c ) 控制区域。 除关于市场主体的个别规定外，无论是在国内电力市场还是美国电力市场， 加拿大水电均与火电按照同样的规则参与市场竞争。 ( 1 ) 魁北克 魁北克省是加拿大水电资源最为丰富的省份，水电装机总容量为3 4 0 0 0 兆瓦，水电发电量占总发电量的9 6 。该省的魁北克水电公司( h y d r o q u e b e c ) 是全球最大的电力公司之一，公司产权全部归魁北克省政府持有。 魁北克水电公司原是集发、输、配电为一体的综合性电力公司，1 9 9 7 年根据 加拿大电力改革的要求，同时出于向美国出口电力的需要，魁北克水电公司 将发、输、配电业务分解，成立了业务独立的发电、输电和配电公司【37 1 ，财 务上独立核算。为满足市场监管者即美国联邦能源管理局的要求，保证公平 竞争，成立的发、输、配电公司之间不允许进行幕后的信息互通和暗箱交易 等操作。从1 9 9 7 年5 月1 日起，魁北克的输电系统向北美电力批发市场开 放：同时，魁北克水电公司的全资子公司h qe n e r g ys e r v i c e ( u s ) 在美国 的批发市场中获得了一张市场参与者许可证。 历史上魁北克一直同美国进行大批量的电力交换，如何在解除管制后的 北美电力市场中获得更大的利益，是魁北克水电面临的主要问题。魁北克的 7 第一章绪论 水电站大都具有大型多年调节水库，调节性能好，运行成本低，开停灵活。 因此，在加拿大国内电力供应过剩的大环境下，魁北克水电公司的发电子公 司在美国的批发电力市场中十分活跃，不仅在纽约和新英格兰电力市场中出 售电力，还通过套利和购买转售电力交易获益。在美国电力市场的高峰时段， 魁北克水电公司将电力售往美国；相反地，在美国电力的低谷时段，魁北克 水电公司甚至以低于水电发电成本的价格从美国购买电力，将自己的水电机 组停下来使水库蓄水。这样的市场运作，给魁北克省带来了巨大的经济效益。 2 0 0 7 年魁北克水电公司的电力出口和相关的金融交易产生了1 1 0 4 亿美元的 收入，净电力出口仅占总交易电量的5 6 ，但通过相关衍生工具的运作却获 得了占整个公司2 5 的收入【3 8 】。 ( 2 ) 安大略f 3 9 。4 2 1 安大略省位于加拿大东南部，是加拿大经济发达地区。目前，安大略全 省电力装机容量3 1 0 0 万千瓦，其中，核电占3 6 6 ，水电占2 5 o ，燃煤机 组占2 0 6 ，油气机占1 6 3 ，其他机组占1 5 t 4 1 1 。安大略是北美电力市场 的一部分，与纽约、密歇根州、马尼托巴、明尼苏达州和魁北克相连，这些 区域之间的进、出口交易以小时为基础。在过去的5 年间，安大略的进口交 易扮演着非常重要的角色，主要是用于替代省内的高价发电。 在历史上，安大略省电力由一个电力公司一一安大略水电公司( o n t a r i o h y d r o ) 进行垂直一体化管理、垄断经营，安大略水电公司是安省的公共资产。 1 9 9 8 年，安大略议会通过了电力法案( e l e c t r i c i t ya c t ) ，标志着电力市场化改 革的开始。在电力法案的指导下，安大略水电公司被拆分成安大略发电公司 ( o n t a r i op o w e rg e n e r a t i o ni n c ，简称o p g ) 、输电公司( h y d r oo n ei n e ) 、 独立电力市场运营商( i n d e p e n d e n te l e c t r i c i t ym a r k e to p e r a t o r 即i m o ，后更 名为i n d e p e n d e n te l e c t r i c i t ys y s t e mo p e r a t o r 即i e s o ) 、电力安全局( e l e c t r i c a l s a f e t ya u t h o r i t y ) 和安大略水电金融公司( o n t a r i oh y d r o f i n a n c i a l c o r p o r a t i o n ，19 9 9 年更名为o n t a r i oe l e c t r t i c i t yf i n a n c i a lc o r p o r a t i o n ，即 o e f c ) ，实现了发、输、配、售的分离。其中，o p g 生产电力；h y d r oo n e 输送电力：i e s o 确保整个省内和跨省互联系统的运行：o p a 负责长期的规 划和平衡；安大略能源部( o n t a r i oe n e r g yb o a r d ，o e b ) 是管制者，负责监管 电力市场，制定输配电价，发放电力市场准入许可证等；此外，还有大约9 0 个地方配电公司( 1 0 c a ld i s t r i b u t i o nc o m p a n y , l d c ) 为商业和居民用户送电。 安大略竞争性电力市场在2 0 0 2 年5 月1 日启动。2 0 0 4 年1 2 月，安大略 政府通过了电力重组法案( e l e c t r i c i t yr e s t r u c t u r i n ga c t ) ，该法案进一步调整 了安大略省的相关电力部门，安大略电力市场成为一个竞争性的批发市场和 8 华北电力大学博十学位论文 在某些电力部门存在价格管制的混合型电力市场( h y b r i de l e c t r i c i t y m a r k e t ) 。 按照是否拥有物理资产，可以将安大略的市场参与者划分为两类，一类 拥有自己的发电或用电设备，包括发电机组、输电商、配电商和负荷；一类 参与市场但是不拥有实际的发电或用电能力，包括批发商、金融市场参与者 和零售商。其中，发电机组被分为可调度( d i s p a t c h a b l e ) 和不可调度 ( n o n d i s p a t c h a b l e ) 的发电机组两类，不可调度机组不提交报价，仅提交对 自身发电能力的预测，发电时按当前的市场价格结算。不可调度机组又分为 自调度发电机组( s e l f s c h e d u l i n g ) 和间歇发电机组( i n t e r m i t t e n t ) 两类：自 调度发电机组( s e l f - s c h e d u l i n g ) 向i e s o 提交一天中每个小时的发电计划， 其装机规模被限定在l 到l o 兆瓦之间，典型例子是小水电；间歇发电机组 ( i n t e r m i t t e n t ) 的运行则是间歇性的，其发电能力更不可预测，典型例子是 风电。 安大略的批发电力市场中包括实时市场、金融市场和采购市场 ( p r o c u r e m e n tm a r k e t ) 三种。实时市场是关于电能量和运行备用( o p e r a t i n g r e s e r v e ) 的市场，由i e s o 负责管理。在实时电能量市场中，可调度的发电 机组提交报价( 电价和电量) ，自调度发电机组和间歇发电机组则提交发电 计划和预测。运行备用分为l o 分钟同步备用、l o 分钟非同步备用和3 0 分钟 备用( 非同步) 。安大略小时电价( h o u r l yo n t a r i oe n e r g yp r i c e ，即h o e p ) 根据每五分钟电价加权平均获得，作为不可调度发电机组和负荷的电能量批 发价。目前i e s o 管理的金融市场中只有输电权市场。采购市场中则包括辅 助服务合同和可靠性必需运行( m u s t r u n ) 合同，i e s o 通过采购市场能够获 取诸如黑启动之类的服务，以确保安大略电力系统的稳定性。 除批发市场外，安大略电力市场中市场参与者还可以选择通过物理双边 合同购售电。物理双边合同是购售双方之间签订的在某一个特定的价格上购 买和销售特定数量的电能量的合同，在安大略市场中主要用于规避电价不确 定性带来的风险。物理双边合同只用于市场结算，交易双方可以选择提交合 同数据给i e s o 、由i e s o 结算，也可以选择不经i e s o 、自己结算。 在竞争性的批发市场中，批发价格基于电力供应和负荷需求，同时反映 生产成本，提供给电力用户价格信号。由于2 0 0 2 年夏季高温、机组可用率 下降以及核电投产延期等各方面的原因，导致安大略电力市场价格飞涨。为 了在短时期内提供一个较稳定的电价水平，同时仍然给大用户提供价格信 号，根据2 0 0 4 年公布的电力重组法案( e l e c t r i c i t yr e s t r u c t u r i n ga c t ) ，某些 安大略的电力生产商和供应商按照竞争价格被支付，而某些按照暂时的管制 价格被支付。 9 第一章绪论 1 2 6 结论与启示 从上文对国外水电参与市场交易情况的简介可以看出，以北欧为典型代 表的世界上其他国家已有水电参与市场的成功先例，但由于各国国情不同、 水电情况和电力市场模式各不相同，因此，水电参与市场所采取的方式也各 不相同。总结起来主要有以下三类： ( 1 ) 与火电等其他能源一起参与市场竞争。典型代表是：英国、北欧、新 西兰和加拿大的安大略省。在这些电力市场中，各国都将水电与火电 纳入同一竞争平台，除关于市场主体的个别规定可能会考虑水电站的 特性之外，在整个市场规则中极少有为水电特别设立的规定【4 5 1 。 1 )新西兰电力市场中的“电站群 是一个很有特色的概念。由于规 模效应的影响，该概念的运用在一定程度上增强了水电站的市场竞 争力，同时由于可以再运用梯级