11.Способы торговли на оптовом рынке электроэнергии и мощности
Технологические особенности большей части существующего генерирующего оборудования требуют заблаговременного планирования режимов работы, так как его невозможно ввести в действие единомоментно. Следовательно, в конкурентном рынке электроэнергии должен наличествовать элемент, позволяющий заблаговременно планировать режимы работы генерирующего оборудования, принадлежащего отдельным производителям энергии. Поскольку речь идет о рынке, то эти режимы должны быть коммерчески обоснованы посредством соответствующих торговых сделок[1].
Существуют различные типы организации торговых сделок на рынке электроэнергии:
способ торговли, основанный на централизованном планировании режимов (иногда называемый «пулом», спот-рынком, рынком «на сутки вперед»), в котором, как правило, режимы и цены определяются на основе результатов аукциона ценовых заявок поставщиков и покупателей электроэнергии;
сделки, основанные на двухсторонних договорах между генерирующими компаниями и покупателями электроэнергии;
совмещенные конструкции, дающие возможность генерирующей компании заключать двухсторонние договоры и участвовать в централизованном планировании режимов, подавая ценовые заявки.
Двухсторонние договоры могут заключаться на различные промежутки времени – от часа, до нескольких лет. Централизованное планирование режимов, как правило, осуществляется не менее чем за сутки до реального времени производства и потребления, что соответствует электротехнологическим возможностям (времени пуска) большинства генерирующих установок.
Рынок на сутки вперед
Рынок «на сутки вперед» организован в форме аукциона ценовых заявок. Цель аукциона - установление цен и объемов покупки/продажи электрической энергии так, чтобы достичь максимальной взаимной выгоды поставщиков и покупателей от торговли.
За сутки до реального времени покупатели и продавцы оптового рынка подают ценовые заявки организатору аукциона, как правило, именуемому коммерческим оператором.
В этих заявках покупатели указывают желаемые объемы потребления и максимальную цену, которую готовы заплатить за эти объемы (Рисунок 1). Заявка покупателя может быть ценопринимающая - тем самым покупатель выражает свою готовность заплатить за указанный им объем любую цену.
Продавцы заявляют объемы и минимальную цену, по которой согласны продать электрическую энергию (Рисунок 1). Продавец также может подать ценопринимающую заявку, которая будет свидетельствать о его готовности произвести заданный объем электроэнергии по любой цене, включая нулевую.
Заявки покупателей ранжируются в порядке убывания цен, что означает, что покупатель всегда согласен купить товар по цене, меньшей цены в его заявке. Объемы, указанные в ценопринимающих заявках, проходят в первую очередь. Из всех заявок-ступенек формируется кривая спроса.
Заявки продавцов ранжируются в порядке возрастания цен, и таким образом формируется кривая предложения.
Объемы, указанные в ценопринимающих заявках проходят в первую очередь.
Рисунок 1 – Равновесие на рынке электроэнергии
Пересечение кривых спроса и предложения дает равновесные цены и объем на рынке (Рисунок 1). В равновесии не все покупатели удовлетворяют свой спрос – часть продавцов, заявки которых оказались справа от точки равновесия и не были приняты, ничего не смогут купить, так как они готовы были купить дешевле сформировавшейся равновесной цены. Часть предложения также оказывается невостребованной по заявленным продавцами ценам. Участник аукциона, у которого цена в его заявке совпала с равновесной ценой, называется ценообразующим.
Поясним такие понятия, как излишек у производителей и излишек у потребителей.
Излишек у потребителей – сумма, которую готовы заплатить потребители за возможность купить товар по данной цене. На рисунке 1 излишек у потребителей равен площади треугольника, образуемого осью цены, кривой спроса и линией на уровне равновесной цены. Излишек у потребителей - это размер чистой выгоды, которую получают покупатели от покупки и потребления данного товара.
Излишек у производителей – сумма, которую готовы заплатить производители за возможность производить товар и продавать его по данной цене. На рисунке 1 излишек у производителей равен площади треугольника, образуемого осью цены, кривой предложения и линией на уровне равновесной цены.
Доказано, что вышеописанный аукцион обеспечивает максимум величины совокупного излишка, определенной заявками покупателей и продавцов.
С точки зрения теории аукционов этот аукцион закрытый, так как ни покупатели, ни продавцы не знают о содержании ценовых заявок, поданных другими участниками, и не могут заранее предсказать цены и прошедшие на рынок объемы.
Аукцион, организованный по описанному выше принципу, иллюстрирует пример маржинального ценообразования: участники заявляют свои реальные предпочтения (подают ценовые заявки), исходя из своих предельных (или, по-другому, маржинальных) издержек. В условиях конкурентной среды на рынке наиболее эффективным способом организации торгов является именно двусторонний аукцион с маржинальным ценообразованием.
Задача аукциона в «рынке на сутки вперед» - определение равновесных цен и таких объемов, из которых потом можно сформировать электрический режим с учётом системных ограничений, пропускной способности сети, потерь и т.д.
Если в процессе планирования не учитывать ограничения, то составленный плановый график невозможно будет реализовать; реальный режим будет так далек от планового, что весь процесс планирования потеряет смысл и приведёт к увеличению объемов и удорожанию цен балансирующего рынка.
Для реализации этой задачи на рынке на сутки вперед организуется аукцион с учетом ограничений (системных ограничений, пропускной способности сети, потери электроэнергии), называемый распределенным. Распределенный аукцион решает задачу нахождения равновесной точки при учете связанных ограничений, обусловленных сетевой структурой связей. В распределенном аукционе определяется своя равновесная цена в каждом узле/зоне. Заметим, что если бы в системе не было потерь и ограничений пропускной способности, то цена за электрическую энергию была бы едина по всей энергетической системе. Но именно из-за наличия ограничений возникает дифференциация цен.
Узловое ценообразование
Прежде всего определимся, что понимается под узлами электрической сети. Узел электрической сети – это система шин с подключенными к ней генераторами, или нагрузкой, или линиями. У каждой линии «свои индивидуальные» потери. Цены, отражающие эти потери, считаются в узлах, к которым линия подключена. Такие цены называются узловыми, а подобное ценообразование – узловым ценообразованием.
В узловом ценообразовании используется расчетная модель, отражающая существующую сетевую структуру электрической сети с узлами, к которым прикреплен каждый участник оптового рынка (один участник может быть прикреплен к нескольким узлам).
На соответствующем программном комплексе рассчитываются как оптимальные почасовые равновесные цены (узловые цены), так и объемы производства и потребления с учетом заданных ограничений и технических потерь.
Узловые цены — наиболее точный инструмент для оценки стоимости поставки электроэнергии в определенную точку сети, так как они включают в себя не только стоимость производства, но и стоимость потерь, и стоимость использования ограниченной пропускной способности. Благодаря достаточно большому количеству узлов, используемых в расчетной модели, при узловом ценообразовании формируется наиболее адекватный электрическому режиму плановый режим, что означает самую эффективную аллокацию ресурсов и минимально возможный по стоимости и объему балансирующий рынок.
Фактически получается, что программное обеспечение, реализующее такую расчетную модель, позволяет одновременно оптимизировать режим и произвести расчет узловых цен, на основе которых производятся дальнейшие рыночные расчеты для продавцов и покупателей. На узловом ценообразовании построены рынки электроэнергии в PJM (Пенсильвания — Нью-Джерси — Мэрилэнд, США), Новой Зеландии, в России.
Двусторонние финансовые и физические договоры
Покупатели и продавцы оптового рынка могут заключить между собой двусторонние договоры. Условия такого договора могут быть любыми, включая цены, объемы, условия оплаты, обязательства по поставке. Договоры привлекательны для участников по следующим причинам:
долго- и среднесрочная уверенность в доходах (расходах);
хеджирование ценовых колебаний;
удобные для сторон договора порядок расчетов и платежей.
В двустороннем договоре поставщик и покупатель договариваются о цене и объеме поставки электроэнергии из точки производителя в точку потребителя. При этом необходимо понимать условность «физики» в договоре, так как ток течет не по маршруту, заданному в договоре, а по законам физики, и в реальности потребитель получает электроэнергию от других производителей, а производитель поставляет электрическую энергию другим покупателям.
Различают два типа договоров в электроэнергетике:
«физические» договоры;
финансовые договоры.
«Физические» договоры фиксируют:
цены;
«физику» процесса: графики потребления и производства электрической энергии и требуют подтверждения от субъектов оперативно-диспетчерского управления выполнения сторонами своих обязательств по договору;
резервирование под эти графики пропускной способности сети без платежей за использование этого ограниченного ресурса и за потери, или с искусственно рассчитанной ценой.
Такие договоры привычны и удобны, поскольку обеспечивают гарантированный доход, но имеют ряд недостатков:
договоры предполагают согласование графика поставки с субъектами оперативно-диспетчерского управления до момента, когда известны все системные условия. Таким образом, все риски перекладываются на субъектов оперативно-диспетчерского управления;
распределение ограниченной пропускной способности осуществляется несправедливо, по принципу «кто первый пришел»;
неэффективны с точки зрения экономики: поставщику придется производить электроэнергию даже в ситуации, когда ему гораздо выгоднее (дешевле) во исполнение обязательств по договору купить её у другого поставщика, чем производить самому;
в сложной и разветвленной сети невозможно определить - кто кому поставляет произведенную электроэнергию;
двусторонний договор не дает гарантий поставки электроэнергии, так как бесперебойная поставка обеспечивается исправным состоянием сетевого хозяйства и действиями субъектов оперативно-диспетчерского управления.
Тем не менее, такие договоры есть в странах Nord Pool – Норвегия, Швеция, Дания, Финляндия, а также в рынках бывших социалистических стран – Польша, Венгрия, Чехия.
Финансовые договоры являются альтернативой физическим договорам и фиксируют:
цены;
исполнение обязательств по покупке и продаже, но не графики (можно купить товар у другого поставщика или продать его другому потребителю);
порядок оплаты рыночной стоимости потерь и ограниченного ресурса.
Такие договоры хороши тем, что:
риски по выбору своего контрагента и осуществимости графика поставки справедливо несут сами участники;
осуществляется справедливая оценка и плата за использование ограниченного ресурса и потери в сети;
экономически эффективное решение — участник всегда может исполнить обязательства наиболее эффективным для него образом.
Очевидно, что эффективное «рыночное» решение будет в пользу финансовых договоров.
Контрагенты по договору могут включить договорные объемы в результаты аукциона путем подачи ценопринимающих заявок. При этом двусторонние договоры:
учитываются при расчете результатов аукциона путем включения договорных объемов в общий объем для формирования единого режима;
договорные объемы учитываются также при распределении ограниченного ресурса и участвуют в формировании цены этого ресурса.
Цена на электрическую энергию в таком аукционе дает ценовой ориентир сторонам прямого договора.
Балансирующий рынок
На балансирующем рынке торгуются объемы электроэнергии, составляющие отклонения от плановых объемов:
увеличения или снижения почасового объема производства по внешней или собственной инициативе (субъект оперативно-диспетчерского управления присваивает «внешнюю» инициативу отклонению участника оптового рынка в случае необходимости изменения его режима производства для поддержания надежности энергетической системы, и присваивает «собственную» инициативу отклонению участника в случае, если указанные изменения производства вызваны действиями самого участника оптового рынка);
увеличения или снижения почасового объема потребления по внешней и (или) собственной инициативам.
При этом считается, что:
если объем фактического потребления участника балансирующего рынка больше/меньше его планового почасового потребления, в том числе совокупных обязательств по приему электроэнергии по всем заключенным им двусторонним договорам, это означает, что он купил/продал разницу на балансирующем рынке;
если объем фактического производства электроэнергии участника балансирующего рынка больше (меньше) его планового почасового производства, в том числе совокупных обязательств по поставке электроэнергии по всем заключенным им двусторонним договорам, это означает, что он продал (купил) на балансирующем рынке объем превышения (объем недостающий) для выполнения его договорных обязательств.
Среди участников выделяются те, кто имеет возможность по команде субъекта оперативно-диспетчерского управления достаточно быстро изменить свое производство/потребление электроэнергии. Эти участники подают ценовые заявки на изменение объемов производства (потребления) для участия в конкурентном отборе.
Результаты аукциона.
В результате конкурентного отбора ценовых заявок продавцов и покупателей «балансирующей» электроэнергии (методология отбора аналогична аукциону «на сутки вперед») определяются:
почасовые плановые объемы производства и почасовые плановые объемы увеличения/снижения производства по «внешней инициативе»;
прогнозируемое почасовое потребление, по отношению к которому и рассчитываются объемы отклонений (или «балансируют» указанные выше объемы). Прогнозируемое почасовое потребление составляют плановое почасовое потребление и плановые объемы увеличения/снижения потребления по «собственной инициативе». Прогнозные величины отклонений по «собственной» инициативе готовятся на основе прогнозов погоды, а также с учетом других возможных изменений условий деятельности участников оптового рынка;
равновесные цены на электроэнергию на балансирующем рынке.
Фактически результатом аукциона ценовых заявок на балансирующем рынке является равновесная цена на электроэнергию на балансирующем рынке на объемы производства электроэнергии по «внешней инициативе», балансирующие прогнозируемые изменения объемов потребления по сравнению с запланированными на рынке «на сутки вперед». Учитывая, что в электроэнергетике фактические объемы производства/потребления электроэнергии очень часто отличаются от запланированных, внутри часа субъект оперативно-диспетчерского управления при ведении режимов может давать команды, чтобы отрегулировать ситуации, не учтенные в плановом режиме. Также внутри часа по тем или иным причинам может срабатывать противоаварийная автоматика. Тем самым фактический итоговый объем изменения производства/потребления, квалифицированного как отклонение по «внешней инициативе», включает в себя плановый объем отклонения и объемы отклонений, вызванные соответствующими командами, полученными от субъекта оперативно-диспетчерского управления внутри часа, и возникшие в результате действия систем противоаварийной автоматики.
Объем отклонения производства/потребления от соответствующих объемов, запланированных на рынке «на сутки вперед», по «собственной инициативе» рассчитывается в каждый час как разность фактического объема производства/потребления отдельного участника и отклонения производства/потребления данного участника по «внешней инициативе».
Таким образом, на балансирующем рынке реализуются следующие принципы ценообразования:
А. При отклонениях в каждый конкретный час фактического производства участника от плановых объемов, запланированных на рынке «на сутки вперед», по «внешней инициативе» вверх/вниз данный участник должен получить/вернуть не менее/не более цены, указанной в его ценовой заявке.
Б. При отклонениях по «внешней инициативе» фактического потребления участника от плановых объемов, запланированных на рынке «на сутки вперед», вверх/вниз участник должен заплатить/ получить не менее/не более цены, указанной в его ценовой заявке.
В. При отклонениях по «внешней инициативе» фактического потребления участников - поставщиков электроэнергии, подавших ценопринимающие заявки или не подавших заявки, а также поставщиков и потребителей с регулируемой нагрузкой, подавших оперативные заявки, от плановых объемов, запланированных на рынке «на сутки вперед», таким участникам указанные отклонения будут оплачены по равновесной цене на электроэнергию.
Г. Принцип ценообразования для участников, отклонения от плановых объемов производства/потребления электроэнергии которых вызваны «внешней инициативой», предполагает, что оплата таких отклонений производится на более выгодных условиях, нежели они могли бы иметь, придерживаясь плана. Такой принцип стимулирует участников оптового рынка задействовать резервы мощности (в случае генерирующих объектов) и возможности регулирования нагрузки энергопотребляющих объектов (в случае потребителей с регулируемой нагрузкой).
Д. При отклонениях по «собственной инициативе» фактического производства участника от плановых объемов на рынке «на сутки вперед» вверх/вниз участник должен получить минимум/максимум из цены, сложившейся на рынке «на сутки вперед» и равновесной цены балансирующего рынка.
Е. При отклонениях по «собственной инициативе» фактического потребления участника от плановых объемов на рынке «на сутки вперед» вверх/вниз участник должен получить максимум/минимум из цены, сложившейся на рынке «на сутки вперед» и равновесной цены балансирующего рынка.
Принцип ценообразования для участников, отклонения от плановых объемов электроэнергии которых вызваны «собственной инициативой», предполагает, что оплата таких отклонений производится на менее выгодных условиях, нежели они могли бы иметь, придерживаясь плана. Такое ценообразование стимулирует участников минимизировать отклонения, вызванные «собственной» инициативой. Указанная мотивация особенно важна по следующим причинам. Необходимость минимизации отклонений по «собственной» инициативе в случае поставщиков электроэнергии диктуется прежде всего небольшим имеющимся регулировочным диапазоном генерирующих мощностей, что связано с их устаревшими конструктивными характеристиками и серьезной степенью изношенности. В таких условиях существенные отклонения по «собственной» инициативе способны привести к еще большему износу оборудования.
Что касается отклонений покупателей по «собственной» инициативе, то такие существенные отклонения приводят к снижению эффективности использования генерирующего оборудования, нагрузку которого приходится оперативно изменять для балансирования отклонений покупателей. Кроме того, недостаточно точное планирование потребления снижает точность прогнозов субъекта оперативно-диспетчерского управления, что серьезно усложняет управление единой энергосистемой.
Рынок мощности
Плата за мощность используется в энергорынках, чтобы обеспечить:
снижение рисков для инвесторов, связанных с вхождением в рынок новых генерирующих мощностей. Плата за мощность обеспечивает владельцам генерирующих мощностей большую предсказуемость выручки и, тем самым, снижает риск инвестирования в них. Это делает сферу производства электроэнергии более привлекательной при реализации проектов по модернизации существующих и созданию новых электростанций. Через плату за мощность можно стимулировать сбалансированное развитие различных типов генерирующих мощностей и/или стимулировать инвестиции в генерацию с меньшими операционными издержками;
надежность энергоснабжения. Введение платы за мощность повышает инвестиционную привлекательность электроэнергетики и способность энергосистемы удовлетворять спрос потребителей в долгосрочной перспективе, включая потребность системы в резервах. Последние нужны, чтобы с учетом системных ограничений по перетокам мощности обеспечить надежность энергоснабжения при возможных авариях на генерирующих объектах, ошибках в прогнозировании спроса и иных непредвиденных обстоятельствах;
минимизацию затрат рыночного сообщества на достижение системной надежности. Там, где ставки платы за мощность определяются с использованием рыночных механизмов (торгов или аукционов), минимизируются суммарные затраты потребителей на обеспечение заданного уровня системной надежности;
поддержание требуемого уровня готовности генерирующих объектов к несению нагрузки. При рациональном устройстве рынка мощности генераторы получают плату за мощность только тогда, когда они физически готовы к несению нагрузки;
снижение изменчивости рыночных цен на электроэнергию и устранение ценовых всплесков. Использование платы за мощность повышает определенность доходов производителей электроэнергии, снижая тем самым мотивы для подачи высоких ценовых заявок на продажу электроэнергии и предотвращая возникновение ценовых всплесков.
Рынок мощности устроен таким образом, что каждый оптовый покупатель электрической энергии обязан купить мощность в объеме заявляемого им или определяемого по факту его пикового потребления, увеличенного на объем резервов мощности, необходимый для обеспечения надежного функционирования энергосистемы.
Сама процедура торговли мощностью может осуществляться децентрализованно посредством заключения двухсторонних договоров между продавцами и покупателями по договорным ценам или централизованно при участии организации коммерческой инфраструктуры рынка. Эта организация собирает с производителей электрической энергии ценовые заявки на продажу мощности, осуществляет их конкурентный отбор и выявляет цены, по которым эта мощность будет продаваться поставщиками и покупаться покупателями по результатам такого отбора. Это может быть, в зависимости от модели рынка мощности, как единая для всех поставщиков и покупателей цена на мощность, так и различные цены, например для каждого отобранного на конкурентном отборе поставщика – цена, указанная им в заявке на этот отбор. В процессе также участвует субъекты оперативно-диспетчерского управления, определяющие объем необходимых энергосистеме резервов.
В энергосистемах могут существовать несколько рынков мощности, например, долгосрочный рынок мощности (на срок от года и более) и краткосрочный рынок мощности (час, день, неделя, месяц, полгода). Долгосрочный рынок мощности обеспечивает надежность энергоснабжения в системе в долгосрочной перспективе и дает ценовые сигналы, влияющие на решение об инвестировании в объекты генерации. На краткосрочном рынке мощности торгуются отклонения от объема мощности, первоначально закупленной (проданной) на долгосрочном рынке мощности .