№ 4
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2014
УДК 621.311
РАЗВИТИЕ ГЕНЕРИРУЮЩИХ МОЩНОСТЕЙ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЫНКОВ
© 2014 г. ПОДКОВАЛЬНИКОВ С.В., СЕМЕНОВ К.А., ХАМИСОВ О.В.
Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМСО РАН), г. Иркутск E-mail: spodkovalnikov@isem.sei.irk.ru
Исследованы механизмы инвестирования и развития генерирующих мощностей (ГМ) в условиях либерализованного электроэнергетического рынка (ЭЭР) в России. Рассмотрены механизмы развития ГМ, реализованные в разных странах. Сформирована методология и разработаны математические модели для исследования. Рассматриваются совершенный и несовершенный, однопродуктовый (электроэнергия) и двухпродуктовый (электроэнергия и мощность) рынки с механизмами развития ГМ, включающими ценовые сигналы рынка электроэнергии, долгосрочный рынок мощности (ДРМ) и договоры о предоставлении мощности (ДПМ). Разработанные модели основаны на концепции равновесия Нэша—Курно и моделируют развитие ГМ в условиях олигополистического рынка электроэнергии и мощности с учетом основных технических характеристик электроэнергетических систем. Полученные результаты показывают, что разделение однопродуктового ЭЭР на рынки электроэнергии и мощности приводит к увеличению агрегированной цены и снижению эффективности данной структуры рынка для потребителей. В то же время ДРМ стимулирует генерирующие компании вводить больше новых мощностей, что повышает долгосрочную надежность. Механизм ДПМ обеспечивает требуемый уровень генерирующих мощностей и снижает цену, по сравнению с рассмотренными механизмами развития и структурами электроэнергетических рынков. Этот механизм уменьшает проявление долгосрочной рыночной власти путем предотвращения манипулирования генерирующими компаниями вводами мощностей.
Ключевые слова: механизмы развития генерирующих мощностей, электроэнергетические рынки, математические модели, равновесие, цены.
GENERATING CAPACITY EXPANSION AT DIFFERENT ELECTRIC POWER
MARKET STRUCTURES
Podkovalnikov S.V., Semenov K.A., Khamisov O.V.
Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (ESI SB RAS), Irkutsk E-mail: spodkovalnikov@isem.sei.irk.ru
The paper discusses mechanisms for investment and expansion of generating capacity (GC) under Russian liberalized electric power market (EPM). Mechanisms for GC expansion realized in various countries, including Russia, are generally considered. The method-
ology and mathematical models are developed for the study. Considered are perfect and oligopolistic one-commodity (electricity) and two-commodity (electricity and capacity) power market structures with, mechanisms for GC expansion including price signals of electricity market, long-term capacity market (LTCM) and capacity supply agreements (CSAs). The developed models are based on the Nash-Cournot concept of equilibrium and accounts for GC expansion under the oligopolistic electricity and capacity markets considering main technical characteristics of electric power systems. The obtained results show that division of the one-commodity EPM into electricity and capacity markets increases aggregate prices and decreases the effectiveness of this power market structure for consumers. At the same time the LTCM stimulates generating companies to commission more new capacities, which improves long term reliability. The CSA mechanism makes it possible to maintain the required level of generating capacities and decrease the price, as compared to considered mechanisms for GC expansion and power market structures. Besides, it reduces exercising long-term market power by preventing the manipulation of capacity additions.
Key words: mechanisms for generating capacity expansion, electric power markets, mathematical models, equilibrium, prices.
Введение. Процессы либерализации электроэнергетических рынков (ЭЭР) протекают во многих странах мира. Как показывает опыт, конкурентные однопродуктовые рынки электроэнергии не формируют достаточных стимулов для инвестирования в новые генерирующие мощности (ГМ) заблаговременно и не смогут обеспечить необходимые объемы генерирующей мощности в долгосрочной перспективе, что при растущем спросе может привести к дефициту мощности [1—3]. Поэтому для обеспечения ввода новых мощностей в условиях рынка необходимо создание специальных механизмов, стимулирующих своевременное и сбалансированное и по общему объему, и по территориальному размещению и типам электростанций, развитие ГМ. В качестве таких механизмов выступают рынки мощности (США), плата за мощность (Испания, Ирландия, Иран, Перу и др.), аукционы долгосрочных контрактов (Бразилия, Чили, Колумбия) [4]. На однопродуктовых рынках электроэнергии (в большей части Западной Европы, Канаде, Австралии, Новой Зеландии и др.), где ценовые сигналы выступают в качестве основного стимула развития ЭЭР, используются "вспомогательные" инструменты развития, к которым, в частности, относится заключение оператором рынка договоров на поставку мощности генераторами и др.
В России долгосрочный рынок мощности (ДРМ) начал работать с 2011 г., хотя первый конкурентный отбор мощности был проведен в 2008 г. [5]. Предполагалось, что ДРМ должен был стать основным механизмом развития ГМ. Однако в настоящее время такую роль фактически выполняет механизм договоров о предоставлении мощности (ДПМ) [6]. Он является временным, и основной объем проектов, реализуемых с его использованием, будет завершен к 2015 г. С этого же года предположительно намечается переход к новой форме организации рынка — двусторонним долгосрочным контрактам [7].
Исследование механизмов развития ГМ в условиях либерализованной электроэнергетики является комплексной задачей, требующей учета, как физико-технических свойств электроэнергетических систем (ЭЭС), так и структурной организации ЭЭР. В России подобные исследования фактически не проводятся, а публикуемая за рубежом литература по проблеме развития ГМ сфокусирована, в основном, на недостатке стимулов к инвестированию в рыночной среде, при этом неполно учитываются технологии ГМ, режимы электропотребления и работы электростанций и ряд других факторов и свойств ЭЭС и ЭЭР [8—17]. Таким образом, исследование специфичных для России механизмов развития ГМ в условиях постоянно изменяющейся организационной структуры ЭЭР является актуальным, важным и новым научным направлением.
Общая характеристика задачи исследования
Главная задача исследования — выявление рациональных механизмов развития ГМ в контексте структурной организации российского ЭЭР на долгосрочную перспективу. В качестве организационных структур рассматриваются однопродуктовый и двух-продуктовый рынки, по типу конкуренции — совершенный и несовершенный (олиго-полистический) рынки. Моделируются и исследуются такие механизмы развития ГМ, как ценовые сигналы рынка электроэнергии, рынок мощности и ДПМ.
Были исследованы следующие организационные структуры ЭЭР и механизмы для обеспечения развития ГМ:
а) совершенный рынок электроэнергии;
б) несовершенный рынок электроэнергии;
в) совершенные рынки электроэнергии и мощности;
г) несовершенные рынки электроэнергии и мощности;
д) несовершенные рынки электроэнергии и мощности с ДПМ;
е) несовершенный рынок электроэнергии с ДПМ.
Для моделирования механизмов развития ГМ в условиях совершенных рынков и определения оптимальных решений использовались оптимизационные модели линейного программирования. Эти модели традиционны и поэтому детально здесь не рассматриваются. Описание одной из таких моделей дано в [18].
Моделирование механизмов развития в условиях несовершенного (олигополисти-ческого) ЭЭР проводилось на основе равновесных моделей, в которых для поиска оптимальных решений используется подход Нэша—Курно. Он достаточно гибок, позволяет детально учитывать как физико-технические, так и финансово-экономические показатели электроэнергетических систем и рынков [14, 17]. При этом в общем случае обеспечивается единственность равновесия по Нэшу [19]. Однако при низкой эластичности спроса использование подхода Курно приводит к переоценке рыночной власти олигополий, и, как следствие, к завышению цены. В то же время низкая эластичность спроса характерна для краткосрочного периода. Для долгосрочного периода применительно к задачам развития ГМ, когда эластичность спроса относительно высока, такой переоценки не происходит [14].
Для выполнения указанных исследований была специально разработана одноузло-вая модель развития ГМ в условиях несовершенного двухпродуктового рынка (электроэнергии и мощности) с учетом балансовых и режимных ограничений ЭЭС, режимов электропотребления и работы электростанций различных типов. Она создавалась на основе однопродуктовой модели развития генерирующих мощностей в условиях несовершенного рынка электроэнергии [14]. Был использован подход Курно, чтобы сформировать модель развития ГМ в режиме олигополии и определить точки долгосрочного рыночного равновесия Нэша.
Разработана модификация данной модели, включающая механизм ДПМ. Дополнительно, на основе модели однопродуктового несовершенного рынка [14], также была разработана модификация, позволяющая учесть механизм ДПМ.
Модель развития ГМ в условиях несовершенного двухпродуктового рынка электроэнергии и мощности
В разработанной модели учитывается возможность присутствия на рынке нескольких ГК, имеющих различные типы ГМ, которые конкурируют в условиях олигополии. Поведение ГК определяется стремлением максимизировать свою прибыль на рынках электроэнергии и мощности с учетом балансовых и режимных ограничений ЭЭС. Для максимизации целевой функции компании могут вводить новые и загружать имеющиеся ГМ, ограничивать вводы новых мощностей и загрузку электростанций (проявляя рыночную власть в условиях несовершенного рынка). Целевая функция компании I (I е Ь) сформулирована следующим образом:
Е Е Ет - си + Е Е Ет н*(ре - си +
1е1 seS геТ
1е1 seS геТ
+ £(Рс - кцЪц)ги - /(гц - г«) ^ тах
при условиях:
аи < хш < ви^и, £ е Ц, ге
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.