发电成本 #

一. 典型火电机组的发电成本特性 #

下图所示为某个发电机组的成本曲线，其中，MC为边际成本曲线，AC为平均成本曲线。机组的额定出力为100MW，最小出力为40MW。可以看到，无论是平均成本曲线还是边际成本曲线，都是先下降后上升的。

二. 现货市场考虑发电成本特性的方法 #

电力现货市场中，从技术的角度（可以较快速的得到唯一的最优解），都要求电厂的报价曲线是单调非降的。这与电厂的实际成本特性（先下降后上升，并且在很大范围内是下降的）不一致。对这个问题，实际电力市场中有以下几种解决方法。

1. 由市场主体通过报价考虑 #

这种方法下，市场规则中不对这个特性（非单调）做特殊的考虑，市场主体通过报价保证其收益。如图2所示，上述的例子中，电厂考虑机组的实际成本特性，为了保证不亏损，申报（报价1）的最小经济出力为83.5MW，申报价格不低于375.1￥/MWh（MC与AC交点处的成本）。该方法存在的问题是：电厂的最小经济出力（83.5MW）可能远远大于最小技术出力（40MW），减小了系统运行的可行空间。在一些情况下可能造成无法出清的结果，特别是在调峰能力紧张的地区，这种报价机制将进一步增加调峰的困难。

为解决这个问题，可以有以下解决的方法：

• 1）强制规定最小申报量要求

  比如，规定报价中第一段的出力为最小技术出力（广东现货市场的规定）。这种方法解决了出清中优化空间变小的问题。但会带来另外一个问题：理性的市场主体会进一步提高第一段的申报价格。比如，如果市场要求其报价中的最小出力为最小技术出力（40MW），则报价曲线为图2中的“报价2”，在（40~92）MW范围内的出力的报价均不能低于487.2￥/MWh（最小出力处的平均成本）。这样，导致在很大一段出力范围内的报价偏离了真实的成本，进而导致市场出清的结果偏离最优调度结果，增加发电成本。

• 2）另外申报最小技术出力

  这种方法下，允许第一段的出力大于最小技术出力，但机组必须另外申报真实的、物理的最小技术出力（美国加州的做法）。当系统出现（深度）调峰的问题时，市场运营机构根据一定原则可以将机组的出力降到最小技术出力，同时给予一定的补偿。

2. 通过空载成本考虑 #

在机组的报价中，除了启停成本、微增成本，还有空载成本，以解决发电成本非单调的问题。后面的章节里进行详细的分析。

三. 空载成本的定义 #

国外很多电力市场中，电厂都是三部式报价，即电厂的总生产成本包括三个部分：启动成本（￥/次），空载成本（￥/h）和增量成本（￥/MWh）。启动成本是指机组启动产生的费用；而增量成本则是多生产一个单位电能增加的可变成本。空载成本是什么呢？一些人理解为在机组启动未带负荷（空载）到稳定运行期间的成本，是不正确的。

根据PJM的定义，空载成本（No Load Cost）指的是“单调递增的增量成本曲线的起点所需的成本”，也有ISO/RTO将此成本称为最小发电成本（Minimum Generation Cost），如纽约的NYSIO。简单的说，空载成本可以理解为：与出力水平无关的，只要在开机状态每个小时都会要付出的成本。实际市场中，发电机组可以根据成本特性情况确定申报的空载成本值。

四. 空载成本的意义 #

如果允许机组申报空载成本，则机组可以降低报价中的最小经济出力水平。如图2所示。如果机组从边际成本曲线开始上升的出力处（本例中为55MW）开始按边际成本报价（报价3），如果市场出清价正好为第一段的报价，则出清量为55MW，其可以获得的收益为绿色阴影面积。发电的总成本为边际成本的积分，即绿色阴影面积与黄色阴影面积之和。因此，为了保证不亏损，需要申报黄色阴影面积大小的空载成本。

实际上，在LMP（Locational Marginal Pricing）定价机制下，如果发电机组不是边际机组，则用于发电机组结算的LMP价格会大于自身报价，因此发电机组可以获得超过报价的额外收入，可以用来收回一部分空载成本。比如，如果市场出清价为400￥/MWh，则出清量为83.5MW。此时机组的平均成本为375.1￥/MWh，小于市场出清价。因此，这种情况下不需要另外给机组补偿，机组按系统出清价结算不仅能完全补偿成本，一个小时还可以有额外的利润2079（=83.5*24.9）元。

但是，当该发电资源无法完全收回总成本时，需要通过别的机制来补偿，例如PJM的全成本补偿（make whole payment）。

五. 考虑空载成本的出清与结算 #

这里结合PJM的市场规则，对考虑空载成本的市场出清及结算机制进行介绍。

【SCUC】在进行机组组合确定机组启停时，其目标是最小化总成本，其中包含了空载成本：

Min（增量成本+启动成本+空载成本）

【SCED】在进行经济调度确定机组出力和价格时，启动成本和空载成本都是不会随调度结果变化而变化的固定的常量，因此目标函数中不考虑空载成本和启动成本。

【全成本补偿】市场运营机构按日根据机组申报的启动成本、空载成本和增量成本计算每台机组的总成本。其中，启动成本按启动的次数计算，每启动一次计算一次；空载成本按运行时间计算，在启动期间的每个小时均计算；增量成本根据每个小时的实际出力对增量报价积分得到。总成本是按上述方法计算得到的启动成本、空载成本和增量成本之和。如果机组该日通过现货市场获得的总收入（还包括辅助服务市场的收入）小于总成本，则对差额进行补偿。具体的计算细节不同市场有一些不同的规定。

六. 对我国电力市场的启示 #

电力现货市场设计中，很重要的内容是对电力系统的一些特殊的技术、经济特性的考虑。其中一个方面就是对发电机组非单调成本特性的考虑。

本文介绍了几种不同的处理非单调成本特性的方法。每种方法各有其优缺点。我国的现货市场设计中，普遍尚未对这个问题进行细致的考虑。一些简单的处理方法可能会影响市场的优化空间。需要尽快对这个问题进行进一步的研究，完善相关市场设计。