电力现货市场下如何通过差价合约的设计解决不同机组同台竞价问题？

4）基准价格。

FiTCfD根据机组类型不同分为两类：基荷类型和间歇性类型,两者选取的基准价格不同。

1基荷类型的基准价格。

式中：d表示合约结算周期内天数;e表示所有基荷价格来源的数量;PBPt,mPt,mBP表示所有基荷远期合约成交加权平均价格;QBQt,mQt,mBQ表示所有基荷远期合约成交量;Nd为参考价格样本期间交易日数。

2间歇性类型的基准价格。

式中：e表示所有间歇价格来源的数量;PDAPt,mPt,mDAP表示日前市场每小时出清价格;VDAVt,mVt,mDAV表示日前每小时对间歇价格来源m的交易电量。

3.3 新加坡的限定合约

新加坡电力市场集中度较高,为了限制发电商滥用市场力,新加坡能源市场管理局(energy market authority,EMA)除了在批发市场发电商报价中设定价格上下限以外,还出台了限定合约(vesting contract)机制[19]。

限定合约有3种类型：1）分配限定合约。从2004年1月开始实施,目的是控制市场力,只分配给在2001年决定实施分配限定合约之前做出建厂决定的大型发电商。2）招标限定合约。从2010年第二季度开始实施,目的是在非竞争费率中引入竞争性价格。招标限定合约价格将与分配限定合约价格一起用于为非竞争性消费者设定费率。限定合约的招标量将由EMA确定,剩下的均为分配限定合约。3）LNG限定合约。从2013年5月开始实施,目的是为了鼓励液化天然气使用,符合液化天然气限定合约计划的合约持有人将被分配获得一份约。

招标限定合约以招标形式确定合约价格,分配限定合约和LNG限定合约价格则由“最经济发电技术的的长期边际发电成本(long run marginal cost,LRMC)”模型确定。LRMC的基本概念是找到新加坡最经济有效的发电机组平均电价,以支付其可变和固定成本,并为投资者提供合理回报。

3.3.1 LRMC模型与参数

LRMC模型以新加坡最经济发电机组的技术参数为基础,目前以包括2~4台370 MW单元的联合循环燃气轮机(combined-cycle gas turbine,CCGT)机组的成本模型计算。对最经济的发电厂的描述如下：1）当前该类发电技术将占总需求的25%以上;2）达到正常规模经济和基础设施规模经济;3）任何公共设施成本和管理费用应按每个机组均匀分配。

EMA每两年会审查一次LRMC模型的参数,大部分参数会询问行业(包括电力行业、财务金融行业和房地产行业)专家意见,并作调整和修改。LRMC的主要参数如表2所示。

表2 LRMC参数Tab. 2 Parameter of LRMC

3.3.2 合约价格

除了招标限定合约以外,其他限定合约均按照CCGT技术的LRMC参数,计算合约价格。

式中：CfuelCfuel、CcapCcap和CoverheadCoverhead分别为基准季度P22P22的总燃料成本、总资本成本和总间接成本,均由EMA在基准季度计算确定;IFCIFC、ICCICC和IOCIOC分别为当前季度P21P21对于基准季度的燃料指数、资本成本指数和间接成本指数;CLRMCCLRMC为长期边际成本。

CLRMC=Ccap+Cavoid=fCLRMC(P1,⋯,P22)CLRMC=Ccap+Cavoid=fCLRMC(P1,⋯,P22)(19)

式中：CcapCcap为年度资本成本;CavoidCavoid为可避免成本;P1,P2,...,P22P1,P2,...,P22均为LRMC参数。

3.3.3 合约数量的分配

限定合约数量的分配按以下步骤计算：步骤1,根据历史数据预测电量,计算本季度每种典型日以及对应峰谷平时期的用电量;步骤2,根据已确定的限定合约水平,对3种不同类型的典型日(周日和公众假期、周六、工作日)和3种不同的时段(峰、谷、平)分解限定合约的数量;步骤3,根据每家发电公司所有机组容量的总和,初步按容量比例分配限定合约数量。

3.3.4 基准价格

基准价格的取值为

式中：Pmi,tPi,tm表示机组i在时段t的实时市场能源价格(节点电价);Qbi,tQi,tb为机组i的实际发电量。

3.4 澳大利亚的金融衍生产品

澳大利亚电力市场仅有实时市场,没有日前市场,供需双方可自行场外签订电力远期合约,或参与澳大利亚证券交易所ASX内的交易来规避实时的价格风险。澳大利亚的金融合约不影响物理电力的交割,与实时电力市场完全解耦。

澳大利亚金融市场中,场外交易的远期合约主要是电力差价合约,合约种类繁多,主要分为单向类型和双向类型。相应地,ASX也推出类似原理的标准化期货产品[20],具体包括基荷月度合约、基荷季度合约、基荷季度封顶(cap)合约和峰荷季度合约等4种。基荷合约,参考对应月度或季度内实时市场每半小时的出清价进行现金结算,有双向和单向封顶两种类型;峰荷合约,参考对应月度或季度工作日上午7点至晚上10点之间的实时市场每半小时出清价进行现金结算,只有双向类型。双向和单向封顶类型期货区别在于基准价格不同：

1）双向类型。

基准价格为在对应月度或季度内实时市场每半小时的算术平均值。

pbt=∑t=1T=48dpRTtTptb=∑t=1T=48dptRTT(21)

式中：d为对应月度或季度内的天数;pRTtptRT为实时市场每半小时的统一出清价。

2）(基荷)单向封顶类型。

单向封顶类型合约可以理解为购方向售方提供“保险”业务。在APX中,把单向封顶类型合约的封顶价格固定在柴油发电的燃料成本—— 300澳元/(MW·h)。对应的“保险费”为

pinst=∑Nn=1pnQn−300×∑Nn=1Qn∑Tt=1Qtptins=∑n=1NpnQn−300×∑n=1NQn∑t=1TQt(22)

式中：N表示合约对应月度或季度内每小时出清价格大于300澳元/(MW·h)的次数;∑Tt=1Qt∑t=1TQt为合约对应月度或季度中的实时市场每半小时的出清基荷总和。

3.5 点火价差期权

对于火电机组,考虑到其发电成本主要与燃料价格有关,一些市场设计了基于“点火价差”的差价合约,简单的说就是差价合约中的基准价格考虑发电的可变成本。基于此,产生了点火价差期权(spark- spread options)衍生品,在美国[21]、英国[22]的金融市场有广泛应用,主要适用于燃气和燃油机组。

点火价差期权不涉及运营、维护和运输成本,是一种基于燃料和电力两个标的价差期权,数值上等于电力价格减去在给定发电厂效率下产生单位电力的燃料成本。除了点火价差期权外,点火价差套期保值工具还包括点火价差互换和点火价差互换期权。

pct−pbt=pet−pfueltptc−ptb=pte−ptfuel(23)

式中petpte和pfueltptfuel分别为t时刻的电价和燃料价格。

4 差价合约设计的关键要素及对中国电力改革的启示

我国电力市场建设已经取得了很大的成就,但也还面临很多需要解决的问题。其中,市场风险的控制和改革过渡期关于公平与效率的政策目标的实现是两类非常重要的问题。合理设计与运用差价合约机制,可解决或改善上述两类问题。加拿大安省水电合同、英国FiTCfD合同、新加坡限定合同及澳大利亚单向封顶合同等已提供相关成熟的经验(其要点总结在表3)。以下结合我国电力改革面临的问题,对差价合约设计关键要素进行总结。

1）电力市场,特别是现货市场将带来电价、运行方式等的更大的波动,对市场主体带来较大的风险。可以设计不同生效方式的市场化差价合约,作为市场主体风险规避的工具。

①双向差价合约。售方可以规避价格过低的风险,购方可以规避价格过高的风险,合约价格主要取决于签订差价合约时对基准价格的估计。该类合约在我国部分省份电力市场中已有初步实践。

表3 国外典型的差价合约机制的总结Tab. 3 Summary of typical CfD mechanisms abroad

②单向差价合约。一方可以规避价格过高(或过低)的风险,而另一方为承受风险得到固定收益,合约价格主要取决于价格高于(或低于)约定的封顶(或封底)价格的情况。我国电力市场设计中,面临的一个问题是难以接受现货市场波动过大的价格,因此一般设置较低的价格上限。但如果价格上限过低又会影响对发电长期投资的激励。可以采用适当提高价格上限+强制性单向封顶差价合约的形式,强制售电公司签订一定比例的单向封顶差价合约：一方面售电商及其代理的用户规避了高价风险,另一方面发电商预留部分发电容量来规避风险,并得到固定补偿。该机制可以起到类似容量市场的作用。

2）合理设计政府授权差价合约可以实现政府多方面的目标。其本质是通过分配给市场主体一种产权(按某个价格销售或购买一定数量产品的权利,即发电权或用电权)来调整市场的初始资源禀赋。政府常见的政策目标有以下几类。

①历史机组搁浅成本的回收问题。计划体制下不同类型的机组以综合成本定价,市场化改革后定价机制发生了变化,改革过渡期需要对体制转轨下发生的收益偏差进行处理,否则某些高成本机组可能面临相关成本无法回收的问题。现阶段,高成本机组包括资源综合利用机组、自建专线上网机组、燃气机组等。可以针对不同类型的机组分别设计差价合约机制,通过合约价格与燃料价格挂钩、曲线分解与市场价格挂钩等形式,保证其收益的同时又避免其过多的收益。

②可再生能源的扶持问题。差价合约是解决可再生能源消纳的一种重要途径。通过对合约分配、基准价格、合约价格、合约数量及分解机制的设计,能够在控制相关补贴资金的情况下,激励相关主体主动参与市场调节。

③市场力的控制问题。对于历史原因造成的某些发电集团具有较大份额的情况,可以参考新加坡采用限定合约机制,强制分配一定量的限定合约,消除发电集团通过持留发电容量来推高现货市场价格的动机。

3）政府授权差价合约的设计要注意合约价格、合约数量、基准价格的设定问题。

①合约价格的设定。为了保证市场主体获得一定利润,某些差价合约的合约价格与相关成本相关,有的仅仅与燃料成本等短期成本相关,有的与包括燃料成本、投资成本等在内的全部长期成本相关。这种情况下,合约价格是包含若干指标的函数,相关指标包括但不限于相关燃料价格、消费价格指数、折现率、典型机组的效率和寿命等。

②合约数量的分配。总合约数量在不同市场主体之间的分配可以采用按煤耗等技术指标分配、按时间优先顺序分配或按价格优先原则分配等方式。

③合约数量的分解。对于可再生能源等需要全额消纳或发电功率不确定的必开机组类型,可采用不确定数量差价合约。其合约数量在合约周期(如一个月)后根据实发电量确定,总合约量在不同时段的分解可以与实际每个时段的发电量不一致,以给予发电企业一定的激励。

④基准价格的设定。基准价格可以是某个市场中某个商品的价格,也可以是某个市场中多个产品的价格函数,或者是多个市场中多个产品价格的函数。现货市场全电量集中出清的市场中,差价合约一般以集中市场中的价格为基准价格;现货市场增量出清的分散式市场中,差价合约的基准价格一般为多个市场价格的加权价。

5 结论

国内电力现货市场建设刚刚起步,随着市场架构的完善,需要设计相应的机制来保证市场平稳过渡。灵活、合理利用差价合约机制,不仅可以使市场主体规避价格风险,还可以让政府达到某些政策目的。本文总结分析了加拿大、英国、新加坡和澳大利亚等电力市场典型差价合约机制的设计要素及方法,为国内差价合约机制的建立提出了相关方案和思路。差价合约的效果与其具体的设计有很大关系,后续需要根据具体的问题和我国的实际情况进行更加深入的设计。