峰谷分时电价

1、摘 要手段之一，利用电价信号，引导消费者采取合理用电结构和用电方式，从而实现电力消费的削峰填谷，达到提高电力资源（包括装机、电网和人力资源）的利用效率，节约电力生产投资的目的已成为燃眉之需。本文考虑政府、电力公司和用户三方面利益，研究利用博弈论思想制定一套政府确定电价水平，电力公司确定电价结构和供给水平，用户确定用电量的需求侧分时电价办法。论文的主要研究工作和结论包括：(1)利用比较分析法，对现有的需求侧电价模型进行剖析，比较现有模型的异同和不足，作为以下研究的基础；(2)利用微观经济学中边际成本理论中发展出来的Ramsey-Boiteux 公共品定价模型，通过最高限价的方式下放到被规制企业，将不同时段的电力看作几种相互影响的产品，确定每个时段电力的电价水平，对各时段电价水平进行加成确定政府对电价的限制水平，以保证社会福利；(3)在限价水平的约束下，采用控制论的思想，对电力负荷合理控制的基础上，建立信息对称博弈模型，考虑绿色电力竞争，计算各时段分时电价、电力公司最优供电量及用户相应用电量，并对模型中相关问题进行讨论；(4)对模型中未知参数，设计相关确定办法，并利用Matlab 软件对模

2、型进行算例仿真，说明电力公司实际分时电价的制定方法和步骤，验证该分时电价模型的可行性和优越性；(5)结合该分时电价模型提出完善我国需求侧分时电价体系的建议和措施。本文的研究工作是将博弈论思想运用在电力产供销链终端的需求侧电价制定领域，以解决电力供需矛盾和能源效率问题，本文对电力公司制定合理的需求侧分时电价起到一定的参考作用。关键词：需求侧管理，分时电价，电力市场，绿色电力，博弈论1 绪 论1.1 我国电力市场和电价改革1.1.1 我国电力市场现状电力市场概念最早由美国麻省理工学院F.C.Schweppe 教授于1979 年在其论文2000 年的电力中提出。从规制者的角度，电力市场是采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用户等成员组织协调运行的管理机制和执行系统的总和2。电力市场中的参与者是多元的利益主体各个独立经营的发电厂、输电网、配电网和用户。我国处于电力市场化改革的初期，从电力产业规模经济和市场竞争的角度来考虑，正采取“厂网分开、竞价上网”的模式，着力培养具有竞争性的发电侧电力市场，等电力工业各方面发展到一定程度，再开放输电和配电市场。因

3、此，现阶段我国电力市场组织过渡模式如图1.1 所示：图1.1 我国电力市场的产业组织过渡模式3Fig.1.1 Transition Model for Industrial Organization of Chinese Power Industry1.1.2 绿色电力市场随着国际上对环境污染的重视程度的提高，绿色电力市场正作为我国市场中一个新兴的子电力市场逐渐发展起来。所谓“绿色电力” ，是指用绿色能源转换而成的电力，主要是指利用各种可再生能源，如风能、太阳能、水能、生物质能或地热能生产的电力，是一个广义上的概念4。绿色电力市场一般界定为绿色电力的生产和买卖市场。在这市场上，存在有许多家企业利用可再生能源，通过特定的发电设备生产出绿色电力产品，并向电力用户自我营销、委托代理商销售或由批发商以及零售商进行销售等。同时，用户将可以根据自己经济条件和偏好，自由选择某一家或几家绿色电力销售商，购买一定比率的绿色电力。根据利用的可再生能源的不同，绿色电力市场又可细分为风电市场、太阳能光伏发电市场、地热发电市场、潮汐发电市场、生物质能发电市场、小水电市场等。我国绿色电力市场发展较缓，目前正处于被

4、开发和逐渐形成阶段。1.1.3 电力市场中的需求侧管理电力需求侧管理(Power Demand Side Management,简称DSM)，是指通过有效的激励措施，引导电力用户优化用电方式，提高终端用电效率，达到节约能源、改善和保护环境、实现低成本电力服务等目标所进行的用电管理活动5。电力企业实施需求侧管理主要是期待实现以下目的:(l) 降低电力生产成本。包括建设成本，例如推迟装机、减少调峰机组等等；也包括运行成本，例如通过需求侧管理措施削峰填谷、降低运行成本等等。电力公司实施和推广需求侧管理的费用要远远低于兴建发电厂或增加发电的费用，因此在保证用户原先生产、生活的前提下(下面的讨论一样是在此前提下)，实施需求侧管理可以降低电力生产成本。(2) 通过需求侧管理措施使用户合理用电，降低单位用电成本，从而使用户降低电费支出。(3) 通过需求侧管理措施降低用户的单位用电成本，并提高相应的用电服务，从而扩大用电市场，增加全社会的用电比例。(4) 节约资源。资源的节约利用和再利用是为了人类明天更好的发展，可持续发展就是人类对现有有限资源的重新认识，通过实施需求侧管理，可以达到节约资源的目的。(

5、5) 减少环境污染。臭氧层空洞、全球气候变暖等自然灾害使人们越来越注意到环境保护的重要性，通过实施需求侧管理，可以减少不必要的能源使用，从而减少对环境的污染，同时也节约了因为处理污染废弃物而支付的巨额费用。国内外的实践证明，电力DSM 的实施，将会造就用户、电力公司、社会“三赢”的局面。对于用户，需求侧管理的实施(包括引导用户节电和合理用电)可以减少电费支出。对于电力企业，高峰负荷得以削减或转移，低谷负荷得以提高，电网负荷率得以改善，运行费用得以降低，同时电源和电网的投资也得以降低。对国家和社会来说，在提出可持续发展的今天，开展需求侧管理工作意义重大：首先，由于用户的节电和削峰的影响，发电侧可以推迟或减少装机容量，节约了发电资金，提高了发电企业的现有设备利用率；其次，发电侧的装机容量增长放慢会改善电厂的环境污染，会减少一次性能源的消耗；最后，利用需求侧管理可以促进资源优化发展，可以更好的发展我国经济和提高人民生活水平。1.1.4 我国电价改革现状中国的电价改革是2002 年开始的，它并非单兵独进，而是作为电力体制改革的一个重要组成部分，与中国电力行业打破垄断的进程紧密相联。2002 年

6、 4 月11 日，国务院批准并开始实施电力体制改革方案。电力体制改革方案的总体目标是：打破垄断，引入竞争，提高效率，降低成本，健全电价机制，优化资源配置，促进电力发展，推进全国联网，构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体系。根据这一总体目标，方案中确定“十五” 期间电力体制改革的主要任务是：实施厂网分开，重组发电和电网企业；实行竞价上网，建立电力市场运行规则和政府监管体制，初步建立竞争、开放的区域电力市场，实行新的电价机制；制定发电排放的环境折价标准，形成激励清洁电源发展的新机制；开展发电企业向大用户直接供电的试点工作，改变电网企业独家购买电力的格局。2002 年12 月29 日，中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司5 大电力集团公司和2 大电网公司及几家辅业集团公司等相关单位挂牌，电改走出实质性的第一步。改革初期(过渡期) 的重点是在厂网分开的基础上，建立与发电环节适度竞争相适应的上网电价机制；初步建立有利于促进电网健康发展的输配电价格机制；实现销售电价与上网电价联动；优化销售电价结构；允许用电量大的

7、用户直接向发电企业购电。上网电价将实行两部制电价。所谓两部制电价，即上网电价由容量电价(按电厂的发电装机容量核定的电价)和电量电价(按电厂实际上网的电量计算的电价)两部分构成。实行容量电价的目的是为投资者提供部分收入保障，并能够引导电力长期投资。容量电价水平按电力调度交易中心经营范围内发电企业平均投资成本的一定比例制定，原则上实行同网同价，并保持相对稳定。输配电价改革的第一步是厂网分开时输配电价按平均售电价格扣减平均购电价格确定；第二步是随着电网的发展，逐步过渡到“成本加成”方式核定输配电价格。监管机构将制定成本规则，电网运营成本按社会平均水平确定。投资收益以电网企业有效资产和市场筹资成本为基础确定；第三步是当电网发展比较成熟时，选择“价格上限制”或“收入上限制”等基于业绩的管理方式。在销售电价方面，由于售电环节不具有自然垄断性，改革方向是在给全部用户以自由选择供电商权力的基础上，价格由市场决定。竞价初期，销售电价仍需由政府管理。政府制定销售电价的原则是，坚持公平负担，有效调节电力需求，兼顾公共政策目标，并建立与上网电价联动的机制。销售电价的调整采取正常调价和联动调价两种形式。一是居民

8、和农业生产用电实行正常调价，原则上每年一次，期间尽量保持稳定；二是工商业和其他用户用电价格与上网电价实行联动，电价同方向变化超过一定幅度时相应调整销售电价，以使发电市场的价格变化情况能够及时传递给消费者，避免出现电力危机。1.2 研究需求侧分时电价的必要性过去的20 多年，中国全年发电量从1980 年的3006 亿千瓦时发展到2003 年的18462 亿千瓦时，年均增长率达到8.21%，面对能源需求的快速增加，我国的电力基础设施投入不可能进一步扩大，因此导致2003 年出现的大面积“电荒”、“缺电”的现象，给电力市场化改革蒙上了一层不小的“阴影”。根据2000 年的统计数据，我国单位产值电能消耗为0.15 千瓦时/元，是美国的 3 倍，日本的5 倍5，能源的使用效率不高也成为造成我国能源危机的另一要素。为解决以上能源需求增长与供应不足的矛盾和能源使用效率不高的问题，把电力需求侧管理(DSM)作为一种资源纳入电力工业的发展规划、能源发展规划与地区的发展规划1已经成为一种非常必要的措施。需求侧管理中，利用电价信号，引导消费者采取合理用电结构和用电方式，从而实现电力消费的削峰填谷6，达到提高

9、电力资源的利用效率，节约电力生产投资的目的已成为燃眉之需。电价理论一直是电力市场理论的核心内容。电价理论的研究目前大多数集中在发电和输电侧部分，包括如何实行竞价上网、采用何种管理方式、输电损耗的分摊、线路阻塞的管理等等，显然这是实行正常有序的发电侧和输电侧电力市场极为重要的基础，但作为终端的普通电力消费者，最为关心的是需求侧电价。需求侧电价除了考虑发电侧和输电侧电价之外，还应该具备调节电力需求的作用。电价比其它商品价格更具有实时性，就现行技术手段而言，并不具备对用户实行需求侧实时电价的条件，所以必须采取其它替代措施，因此，基于DSM 的分时电价研究也就成为了当务之急。1.3 国内外研究现状及不足1.3.1 国外研究现状国外对电力市场的分时电价理论的研究首先出现在发电侧，源于80 年代初对实时电价(Spot Price)的研究。实时电价是一个理想化的在空间展开的瞬间动态电重庆大学硕士学位论文 1 绪 论5价，它要求几乎瞬时在电网的各处使电价和成本相匹配。实时电价的概念最早是由美国麻省理工学院(MIT)以F.C.Schweppe 为首的六位学者在1980 年提出来的，当时被冠以一个很特别的名称：Home-state Utility Control7，实时电价为以后的分时电价研究奠定了基础。1981 年，M.Munasinghe 叙述了应用边际成本原理定价的理论框架8，他建议首先用严格的长期边际成本确定总体的电价水平，然后利用一个大大简化的峰负荷模型在峰谷两时段间分担，从生产方成本出发提出了最简易的分时电价模型。1983-1987 年，T.Oyama 成功的应用数学规划方法度量电力的边际成本，采用自然峰、峰、腰、基时段的假设，得出线性规划的对偶解，并通过最优基矩阵的逆来计算，进一步发展了发电侧分时电价模型9。此外，一些关于电价制定方面的文章对本文有一定的启发作用：Chattopadhyay 扩展实时电价为区别可靠性要求的实时电力定价，认识到了电价对电力可靠性的影响，说明了可靠性目标的重要程度10 ，其中负荷可靠性目标为本文所借鉴。XiaohongGuan(2001)把博弈理论引入了电价竞价机制，发展了制定电价的理论方法和博弈论的应用领域11，为本

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