3.2.3 Аукцион с учетом всех системных ограничений
Расчетная модель
Прежде чем перейдем к особенностям ценообразования в такой аукционе, остановимся на том инструменте, который описывает электрические режимы (условия потокораспределения) в единой электрической сети для такого аукциона: так называемой расчетной модели.
Расчетная модель - это описание электроэнергетической системы, используемое для построения математической модели процесса производства, передачи и потребления электрической энергии и мощности, с помощью которой рассчитываются реализуемые в этой электроэнергетической системе объемы производства и потребления электрической энергии и мощности и соответствующие им цены.
Понятно, что построение математической модели с требуемые свойством физической реализуемости объемов представляет самостоятельную задачу. В упрощенном виде она должна содержать все электрические связи в системе, т.е. модель электрической сети.
Уточним, что понимается под узлами электрической сети в расчетной модели. Узел электрической сети - это система шин (сетевая подстанция) с подключенными к ней генераторами, нагрузками, трансформаторами и линиями электропередачи.
Линии и подстанции уровня 220кВ и выше представлены в расчетной модели в явном виде, для уровня ниже 110 кВ применяется
эквивалентирование в одну линию, узел или группу узлов с сохранением электрических режимных свойств.
У каждой линии «свои индивидуальные» потери. Стоимость всех потерь при поставке в данный узел отражается в ценах, которые считаются в узлах (для каждого узла данной расчетной модели). Такие цены называются узловыми, а подобное ценообразование с использованием вышеуказанного маржинального принципа - узловым ценообразованием.
В основе узлового ценообразования находится расчетная модель, к которой «прикреплен» каждый участник оптового рынка в зависимости от электрической схемы своего присоединения (один
участник может быть прикреплен к нескольким узлам - см. в гл.2 понятие группы точек поставки).
В сегодняшней расчетной модели ЕЭС России более 7200 узлов, относящихся к энергозоне Европы и Урала, и более 600 узлов в энергозоне Сибири (см. Рис 3.6.). Специальное программное обеспечение рассчитывает оптимальные почасовые равновесные цены (узловые цены), объемы производства и потребления с учетом заданных ограничений и технологических потерь с использованием принципов, проиллюстрированных далее на примерах. Формально - математическое описание модуля расчетов приведено полностью в регламентах оптового рынка (в Приложении к Регламенту проведения конкурентного отбора на сутки вперед).
Создателем и держателем расчетной модели является системный оператор.
Расчетная модель постоянно совершенствуется: с появлением новых участников рынка выделяются новые узлы, учитывается строительство новых линий электропередачи.
Расчетная модель имеет как постоянные, так и переменные параметры.
МВт
Рис 3.6. В каждом узле расчетной модели формируется своя равновесная
цена.
Переменные параметры подлежат ежедневной актуализации и содержат данные о:
потреблении электрической энергии, включая потери (прогноз системного оператора с учетом заявленных покупателями объемов);
генерирующих объектах, в т.ч. параметры и состав включенного генерирующего оборудования, максимальные и минимальные допустимые значения производства активной мощности, постоянные графики генерации, интегральные суточные ограничения по производству для ГЭС и монотопливных ТЭС;
системных условиях, в т.ч. информацию о топологии электрических сетей и основных параметрах сетевого оборудования (в частности, сопротивлениях линий электропередачи), влияющие на сетевые ограничения данные о противоаварийной автоматике, системные ограничения на объемы производства и на перетоки мощности по контролируемым сечениям, информацию о распределении резервов (по территориям или по группам электростанций);
перетоках электрической энергии с зарубежными странами.
Процедура актуализации расчетной модели включает следующие этапы:
сбор исходных данных (часть данных предоставляется участниками оптового рынка, часть системный оператор формирует самостоятельно);
выбор состава включенного генерирующего оборудования;
расчет графиков потребления мощности и формирование системы ограничений на допустимые режимы производства и потребления активной мощности.
Актуализация расчетной модели, т.е. обновление всех необходимых для расчетов параметров, производится ежедневно накануне суток поставки. Затем системный оператор передает её в электронном виде в ОАО «АТС» (коммерческому оператору), который на этой модели производит расчет цен и объемов производства электроэнергии на рынке на сутки вперед.
Кроме того, в течение суток поставки системный оператор проводит текущую актуализацию значений параметров с расчета планов балансирующего рынка в условиях, наиболее приближенных к реальным.
Таким образом, расчетная модель математически описывает или имитирует "физику" процессов в системе, которая представлена в этой модели набором основных компонентов и их взаимосвязями.
Решая в заданных этой математической моделью ограничениях многопараметрическую задачу максимизации совокупной прибыли поставщиков и покупателей, называемой функцией благосостояния рынка, или - при ценопринимающем спросе - задачу минимизации совокупной стоимости электрической энергии, можно получить экономически оптимальное решение - величины принятых рынком объемов и цены на электроэнергию в каждом узле расчетной модели.
При этом принятые объемы производства и потребления будут сбалансированными, т.е. физически реализуемыми в энергосистеме в целом.
Для того чтобы понять, как это работает, сначала рассмотрим влияние ограничений по пропускной способности сети на равновесные цены. Сделаем это на примере аукциона с учетом пропускной способности для нескольких случаев с постепенным усложнением условий. Затем отдельно от этих ограничений проследим влияние потерь, и лишь после этого в следующем пункте опишем свойства узловых цен.
Основные факторы, влияющие на ценообразование на аукционе с учетом всех системных ограничений
|
Располо жение |
Покупатели |
Поставщики | ||||
|
|
Объем, МВтч/ч |
Цена, руб/МВтч |
|
Объем, МВтч/ч |
Цена, руб/МВтч | |
|
Узел 1 |
П1 |
20 |
500 |
Г1 |
30 |
100 |
|
П2 |
25 |
350 |
Г2 |
50 |
250 | |
|
Узел 2 |
П3 |
40 |
600 |
ГЗ |
30 |
150 |
|
П4 |
15 |
400 |
Г4 |
20 |
300 | |
Рассмотрим прежде всего два предельных случая:
а) перетоки между узлами полностью запрещены и
б) ограничения отсутствуют.
Ограничения пропускной способности
Случай а). Предположим, что между узлами 1 и 2 нет перетока электроэнергии (см. Рис. 3.7), то есть, невозможно доставить электрическую энергию из узла 1 в узел 2 (и наоборот). Очевидно, при таких условиях в каждом узле сложится свое равновесие спроса и предложения, не зависящее от параметров в другом узле.
Равновесная цена в узле 1 равна 250 руб/Мвтч, то есть поставщик Г2 оказался ценообразующим. При этом участники продали/купили следующие объемы:
|
1 Покупатели: |
Поставщики: |
|
113 полностью удовлетворил • мои спрос - 40 МВтч/ч, 111 купил только 10 МВтч/ч |
ГЗ продал 30 МВтч/ч Г4 продал 20 МВтч/ч Поставщики продали все заявляемые ими объемы |
В узле 2 сложилась цена, равная 400 руб/МВтч, то есть ценообразующим оказался покупатель П4. Участники продали/купили следующие объемы:
Случай б). Предположим, что между узлами ограничений на переток нет (см. Рис. 3.8). Это означает, что покупатели и продавцы участвуют в одном аукционе и, соответственно, для всех участников формируется единая равновесная цена.
Получаем равновесную цену на уровне 250 руб/МВтч, то есть, покупатель П2 является ценообразующим, при этом результат отличается от рассмотренного для случая а):
|
Покупатели: |
Поставщики: |
|
Все покупатели купили заявленные объемы электрической энергии |
Г1 продал 30 МВтч/ч ГЗ продал 30 МВтч/ч Г1 т.е. все заявленные объемы; Г2 продал только 40 МВтч/ч. Г4 ничего не продал |
Если на перетоки накладываются сетевые ограничения, то невозможность доставить электроэнергию от дешевых источников в те места где есть более дорогие источники, в полном объеме (который бы уравновесил цены) приводит к тому, что в точках, между которыми существуют сетевые ограничения, цены диктуются разными продавцами и покупателями электроэнергии. В то же время, часть электроэнергии, произведенной в более «дешевой» точке, все-таки будет доставлена в более «дорогую» точку, а её объем будет определятся пропускной способностью сети. Эта электроэнергия будет куплена потребителями в более «дорогой» точке по высокой цене этой точки, а оплачена производителям - по низкой цене, сформировавшейся в их, более «дешевой» точке. Этот случай проиллюстрируем на промежуточном примере.
Случай в). Предположим, что между узлами 1 и 2 существует ограничение на переток в 10 МВтч/ч, т.е. из узла 1 в «дорогой» узел 2 может быть поставлено не более 10 МВтч/ч относительно «дешевой» электроэнергии (см. Рис. 3.9).
В данном случае предложенный и не востребованный в узле 1 объем излишка в 10 МВтч/ч по равновесной цене 250 руб за МВтч/ч может быть поставлен в узел 2, и в результате (поставка дополнительного объема из узла 1) равновесная цена в узле 2 понизится.
В узле 1:
Равновесный объем равен 55 МВтч/ч, с учетом 10 МВтч/ч спроса на покупку электрической энергии для узла 2.
Равновесная цена сложилась на уровне 250 руб за МВтч/ч.
В узле 2:
Равновесный объем равен 55 Мвтч/ч.
Равновесная цена сложилась на уровне 300 руб/МВтч.
За счет перетока в соседний узел поставщику Г2 удается продан дополнительно 10 МВтч электроэнергии по своей заявленной цене 25С руб/МВтч. В результате такого аукциона возникает дополнительный доход, сформированный за счет разницы цен на переток 10 МВтч/ч размер перетока куплен «дешево» - за 250 руб/МВтч, а продан «дорого» - за ЗООруб/МВтч, и величина этого дохода равна 10^(300- 250)=500 руб. В аукционе эта разница считается отдельно, а за счет таких сумм формируется фонд разницы узловых цен, или сокращенно ФРУД.
Теоретически возможны разные варианты использования фонда разницы узловых цен:
Использование ФРУЦ в качестве целевого фонда инвестиций:
Для инвестирования в увеличение пропускной способности сети, т.е. строительство новых линий, что представляется наиболее логичным, учитывая причины возникновения фонда.
Для инвестирования в строительство «дешевой» генерации в «дорогом» узле.
За счет ФРУЦ можно снизить цены покупателям в «дорогом» узле или доплатить поставщикам в «дешевом» узле.
Средства ФРУЦ можно поделить между всеми участникам рынка, так как в единой сети они все в той или иной мере имеют право использовать эту пропускную способность.
Влияние потерь
Теперь рассмотрим на следующем примере влияние потерь в сети на равновесные цены (что характерно уже для узлового и ценообразования). Пусть поставщик электроэнергии расположен в точке А, а покупатель - в точке В. Между ними заключен договор о купле-продаже в точке А объема электроэнергии 103 кВтч по цене 50 ком/Втч.
Пусть потери электрической энергии условно составляют 3% от объема потребления электроэнергии. Следовательно, до точки потребления В будет доставлено только 100 кВтч из произведенных в точке А 103 кВтч. Пусть в точке А цена на электрическую энергию и 111,1 50 коп/кВтч, тогда покупатель с учетом потерь должен заплатить поставщику сумму 50*103=51,50 руб. В этом случае себестоимость полученной в точке В электроэнергии будет равна 51,50 руб/ 100 кВтч = 51,5 коп/кВтч. То есть, чтобы заплатить всю необходимую сумму поставщику, покупатель приобретает каждый кВтч по цене 51,5 коп.
Такая разница цен в точке поставки поставщика и в точке потребления покупателя и составляет удельную стоимость потерь - 1,5 коп. за каждый кВтч и включена в цены покупателей.
Свойства узловых цен
Равновесные узловые цены на электрическую энергию определяются для каждого узла расчетной модели с соблюдением нижеперечисленных условий:
а) равновесные цены на электрическую энергию одинаковы для всех объемов электрической энергии, точка поставки которых отнесена к одному узлу расчетной модели;
б) для поставщика электрической энергии равновесная цена не может быть ниже цены, указанной им в ценовой заявке на объем электрической энергии, отнесенный к соответствующему узлу расчетной модели и прошедший (принятый) в аукционе, и не может быть выше цены, указанной им в заявке на непрошедший в аукционе объем;
в) для покупателя электрической энергии равновесная цена не может быть выше цены, указанной им в ценовой заявке на объем электрической энергии, прошедший (принятый) в аукционе, но и не может быть ниже цены, указанной им в ценовой заявке на тот объем, который оказался непринятым в аукционе;
г) равновесные цены на электрическую энергию должны отражать влияние системных ограничений и стоимость потерь электрической энергии, зависящих от электроэнергетических режимов.
Отмеченные условия легко проверяемы, что позволяет участникам, несмотря на наличие большого числа узловых цен убедиться в их равновесности и проверить соответствие принятых аукционе объемов электроэнергии ценам, указанным в поданных ими на этот аукцион заявках.
Таким
образом, можно подытожить, что узловые
цены – это наиболее точный инструмент
для оценки стоимости поставки
электроэнергии в определенную точку
сети, так как включает не только стоимость
производства, но и стоимость потерь, и
стоимость использования ограниченной
пропускной способности (см. Рис 3.10.)
Благодаря достаточно большому числу
узлов (около 8000), используемых в расчетной
модели, при узловом ценообразовании
формируется наиболее адекватный
электрическому режиму плановый режим.
А это значит, что аллокация ресурсов
осуществлена эффективным способом,
что, в свою очередь, обеспечит возможный
по стоимости и объему балансирующий
рынок.