5.2.7基于拉姆齊定價的峰谷分時電價模型研究

1.需求側(cè)響應(yīng)的經(jīng)濟學(xué)原理

根據(jù)經(jīng)濟學(xué)原理，與一般商品市場相似，當(dāng)將需求響應(yīng)原理引入到電力市場中時，電力需求也會隨著價格的變化而變化。我們可以通過需求——價格曲線分析需求響應(yīng)原理，如圖5.2所示。

需求彈性系數(shù)可表示為：

需求彈性系數(shù)不僅與本時段的價格變化有關(guān)，還與其他時段的價格變化有關(guān)，分別用自需求彈性系數(shù)與交叉彈性系數(shù)表示。具體表達式為：

即得到了基于需求彈性矩陣的用戶需求響應(yīng)模型。

2.需求側(cè)響應(yīng)效益的經(jīng)濟學(xué)模型

根據(jù)經(jīng)濟學(xué)原理可知，市場中買者與賣者的行為可以通過供給——需求曲線來研究，如圖5-3所示：

正常情況下電力市場的供給曲線為S。，需求曲線為D，兩條曲線的交點即是市場均衡點。橫坐標(biāo)每單位KW11所對應(yīng)的供給曲線的高度值表示發(fā)電廠新增lKWh電力供應(yīng)所產(chǎn)生的成本，對應(yīng)的需求曲線的高度值表示用戶每節(jié)約lKWh用電所發(fā)生的成本。由于某種原因供給減少而引起價格上漲的時候，供給曲線將向上移動。在正常的情況下，市場價格是P。但是當(dāng)供電減少的時候價格要上漲，價格上漲多少取決于用電需求對價格上漲的響應(yīng)情況。在未引入需求側(cè)響應(yīng)之前，需求彈性往往很小(可以假設(shè)成需求無彈性)，見圖5-3中曲線D。在價格上漲期間，需求變化量幾乎很小，而電價則從P上漲到P+△P。如果引入需求側(cè)響應(yīng).即通過一系列措施使需求彈性增加，則在電價上漲期間，電力需求減少△Q=Q2 – Q0。價格上漲幅度△P =P0+△P2 -P0=△P2。

3.拉姆齊定價理論

拉姆齊定價理論是由Ramsey在1927年發(fā)表的一篇著名文章中提出，不同于按邊際成本定價的最優(yōu)定價方式，它是一種次最優(yōu)定價，在考慮對資源配置的消極影響最小的同時，至少允許企業(yè)能夠回收固定成本。拉姆齊定價的基本思想是在保證預(yù)算平衡的前提下實現(xiàn)經(jīng)濟福利的最大化。假設(shè)電力公司為n類用戶提供服務(wù)，由經(jīng)濟學(xué)原理可知，用以表征社會福利的生產(chǎn)者剩余與消費者剩余可以分別表示為：

則以拉姆齊定價基本原則表示的優(yōu)化問題為

根據(jù)最優(yōu)化理論，對上式構(gòu)造拉格朗日函數(shù)并分別對q求導(dǎo)，得到拉姆齊定價公式：

拉姆齊定價的約束條件是保證企業(yè)財務(wù)收支平衡，即生產(chǎn)者剩余等于企業(yè)固定成本，具體表達式為：

式中，F(xiàn)為企業(yè)的固定成本。

由拉姆齊定價公式可知，價格不僅與邊際成本有關(guān)，還受用戶需求彈性的影響。價格偏離邊際成本的程度與需求彈性呈反比關(guān)系。如果用戶的需求彈性比較大，則過高的價格會引起需求量的大幅度減少，致使用戶的福利損失嚴(yán)重，此時應(yīng)制定一個較低的價格，來保證用戶的經(jīng)濟福利;如果用戶的需求彈性比較小，則即使價格變動比較大引起的需求變動也比較小，對社會福利影響相對較小。因此，拉姆齊定價考量的是在使供電企業(yè)收支平衡的情況下，使全社會總福利達到最大的價格。

4.拉姆齊定價理論在峰谷分時電價中的應(yīng)用

理性消費者會對價格激勵作出反應(yīng)，峰谷分時電價的實施正是通過價格手段引導(dǎo)消費者改變用電方式，從而達到削峰填谷等目標(biāo)。通常在用電高峰時段執(zhí)行高電價，激勵用戶減少高峰用電量或?qū)⒂秒姲才旁陔妰r相對較低的平時段和谷時段。保障峰谷分時電價可操作性的一個理論基礎(chǔ)是用戶的消費行為具有彈性，用戶的消費需求會隨著價格的變化而變化，剛戶通常會犧牲自己的舒適度以換取經(jīng)濟上的利益。

拉姆齊定價正是摹于用戶的需求彈性與企業(yè)的邊際成本進行的。因此，通過求得電力用戶在不同時段的需求彈性，結(jié)合考慮供電企業(yè)在不同時段的供電邊際成本，則可以在不同時段制定不同的價格以引導(dǎo)需求，從而實現(xiàn)社會福利的優(yōu)化。

(1)供電邊際成本的測算。考慮到電網(wǎng)企業(yè)供電邊際成本的不確定性，可以用短期邊際成本近似代替企業(yè)的邊際供電成本。短期邊際成本是指電力公司從發(fā)電廠購買單位KWh電量所增加的購電成本。發(fā)電側(cè)市場的開放以及“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)”的實施，使得在發(fā)電側(cè)也實行峰谷電價的條件越來越成熟。考慮到不同的機組在系統(tǒng)中發(fā)揮的作用不同，承擔(dān)基荷的機組電量效益高、容量效益低，可以通過電量電價回收成本并保證一定的利潤;而承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)的機組容量效益高、電量效益低.實際運行過程中應(yīng)制定較高的價格以保證成本回收。因此.實行兩部制上網(wǎng)電價能夠反映不同機組的效益結(jié)構(gòu)，并能體現(xiàn)新老機組成本結(jié)構(gòu)的差異，有利于融資、有利于實現(xiàn)競爭，促進電力工業(yè)的健康發(fā)展。這里以發(fā)電側(cè)峰谷上網(wǎng)電價作為電力企業(yè)的供電邊際成本，構(gòu)建拉姆齊定價模型。

(2)發(fā)電側(cè)上網(wǎng)峰谷分時電價設(shè)計。

①機組容量成本的確定。運用會計成本法確定機組的容量成本，具體計算公式為：

②機組電量電價的確定。不同的機組有不同的發(fā)電電量成本，即使同一臺機組在峰段、平段、谷段等不同時段所消耗的燃料費用和水費用、小檢修費等變動成本也是不相同的。因此，基于會計成本法的分時電量電價表達式為：

③機組容量成本的分?jǐn)偂２煌臋C組其發(fā)電特性以及在系統(tǒng)中所處的位置是不一樣的，如果單純把容量成本歸算到容量電價，電量成本歸算到電量電價，有可能造成發(fā)電公司的造價失控。因此，有必要把容量成本分為兩部分：一部分容量成本分?jǐn)偟交倦妰r，另一部分容量成本分?jǐn)偟诫娏侩妰r。容量成本的具體分?jǐn)偙壤c該機組的運行方式有關(guān)。如果該機組的負(fù)荷率較高，長時間為電網(wǎng)提供電量，則其運行成本絕大部分可以通過電量電價回收;如果該機組負(fù)荷率較低，如調(diào)峰機組、事故備用機組等只在緊急狀態(tài)下開機，則應(yīng)該分?jǐn)傒^多的容量費用以保障成本回收。因此，容量成本在基本電價中的分?jǐn)傁禂?shù)由該機組的負(fù)荷率確定。假如該機組的負(fù)荷率為曰，，那么該機組的年基本電價：

可見，機組的負(fù)荷率越高，分?jǐn)偟哪昊倦妰r相對越低。

實際電力系統(tǒng)運行中，滿足系統(tǒng)負(fù)荷微增所需要的邊際容量成本在不同的時段是不一樣的。在負(fù)荷低谷期，由于發(fā)電容量充足，容易滿足用戶的負(fù)荷需求，則機組的邊際效用低，邊際容量成本低;在用電緊張的負(fù)荷高峰期，最大發(fā)電容量的限制導(dǎo)致機組往往不能提供充足的電力供應(yīng)，此時機組的邊際效用高，邊際容量成本也較高。基于此，對應(yīng)不同的時段，分?jǐn)偟诫娏侩妰r的容量成本是不相同的。不同時段的分?jǐn)偙壤曉摍C組在不同時段的出力狀況確定。提出可以根據(jù)機組在不同時段的發(fā)電量占機組總發(fā)電量的比例來確定不同時段的分?jǐn)倷?quán)重系數(shù)。因此，這里提出的分?jǐn)偙壤秊椋?/p>

因此，機組i確定的電量電價可以用下式表示為：

峰段電量電價

由此得到，按會計成本法測算出的發(fā)電側(cè)峰谷分時上網(wǎng)電價表達式為：

(3)供電邊際成本表達式。以上分析確定了在發(fā)電側(cè)實行峰谷上網(wǎng)電價的情況下每臺機組的上網(wǎng)電價計算模型。供電公司在確定供電邊際成本時，應(yīng)根據(jù)從發(fā)電廠(或各機組)購買的電量以及各電廠(或各機組)的上網(wǎng)電價來確定。假設(shè)供電公司從m臺機組購買電量，從機組i購買的電量為q.，并向用戶提供電力服務(wù)。則供電公司在峰段、平段以及谷段的供電邊際成本分別為：

(5)算例分析。假設(shè)系統(tǒng)中有一臺機組，具體參數(shù)如表5-1所示：

其他數(shù)據(jù)如下：單位下瓦投資=4 800元/KW;運行維護費率r=3%;基準(zhǔn)折現(xiàn)率=12%;廠用電率=4%;機組可用率=80%;標(biāo)煤影子價格P= 300元/t：變動增加系數(shù)=10%;機組使用年限取為25年。