Глава 3-6
Рынок реального времени в теории
«Это должно быть сделано с быстротой молнии»
Бен Джонсон У всякого свои причуды 1598 г.
Биржа реального времени в отличие от биржи на сутки вперед НЕ МОЖЕТ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ЗАЯВКИ.
На рынке реального времени осуществляется торговля объемами электроэнергии, не предусмотренными в форвардных контрактах. Поставка и отбор электроэнергии из сети осуществляется в реальном времени, и они оплачиваются по спотовым ценам. Биржа реального времени работает как классический аукцион по Вальрасу: на бирже объявляется цена, а поставщики и покупатели корректируют объемы поставки и потребления электроэнергии в соответствии со складывающейся ценой. Если рынок не уравновешивается, то объявляется новая цена. Различие состоит в том, что на рынке электроэнергии торговля происходит непрерывно и участники рынка не дожидаются момента, когда установится подходящая цена. На бирже реального времени, так же как в аукционе по Вальрасу и в отличие от биржи на сутки вперед, может не быть цены, которая уравновешивает предложение и спрос1. Поэтому при использовании биржевой конструкции рынка ее следует дополнять другой биржей или, возможно, рынком оперативных резервов в форме пула. Существует немало вариантов сочетаний различных рыночных механизмов, и об их относительных достоинствах известно не так много2.
2 См работу (Rothwell and Gomez, 2002), где дано описание спотовых рынков Норвегии, Испании и Аргентины.
Краткое содержание главы 3-6.
Рынки двусторонних контрактов сами по себе работают слишком медленно и поэтому не могут решать задачи балансирования энергосистемы в реальном времени и обеспечивать ее надежную работу. Возникает необходимость в централизованном рынке, который может быть организован в форме пула, биржи или в некоторой промежуточной между ними форме. Пулы проще и быстрее решают задачу балансирования спроса и предложения по сравнению с биржами, поскольку в пулах используются разные цены для разных поставщиков. Это позволяет пулам использовать на форвардном рынке альтернативную форму оплаты поставщиков, зависящую от цены электроэнергии на рынке реального времени.
Биржа реального времени может достичь такого же результата, но только в том случае, если дополнительно будут использоваться одна или несколько бирж. Это могут быть биржи для поставщиков с «заявками на уменьшение» или биржи оперативных резервов. Альтернативным решением может быть также использование в дополнение к бирже реального времени пула оперативных резервов.
3-6.1 Какие объемы электроэнергии относятся к рынку реального времени?
К рынку реального времени относят всю торговлю электроэнергией, которая осуществляется по ценам реального времени, а не по ценам принятых ранее форвардных обязательств. Таким образом, на рынке реального времени производится торговля отклонениями от объемов электроэнергии, составляющих форвардные обязательства участников рынка*.
3-6.2 Равновесие без уравновешивающей цены рынка.
Как и на рынке на сутки вперед, невыпуклые функции затрат на производство электроэнергии часто приводят к тому, что рынок реального времени не имеет уравновешивающей цены. Рынки двусторонних контрактов и пулы, на которых торговля производится по различным ценам, автоматически достигают состояния равновесия, но на бирже реального времени часто невозможно уравновесить спрос и предложение. В этих случаях бирже может потребоваться помощь еще одного или даже двух рынков. Это может быть рынок реального времени для отбора поставщиков, обеспечивающих снижение объемов выработки электроэнергии по сравнению с их форвардными обязательствами, или рынок оперативных резервов, который необходим в любом случае.
1 Несмотря на то, что статический анализ рынка электроэнергии может указывать на отсутствие уравновешивающей цены рынка, анализ рынка в динамике, учитывающий ограничения на скорость изменения нагрузки электростанций, может опровергнуть этот вывод.
* Включая обязательства на рынке на сутки вперед. — Примеч. ред.
3-6.3 Почему рынки реального времени не могут быть рынками с одними двусторонними контрактами?
Рынки двусторонних контрактов работают медленнее, чем централизованные рынки, поскольку участникам торговли необходимо найти себе партнера. Поэтому на таких рынках трудно поддерживать точный баланс производства и потребления электроэнергии в системе, обеспечивая надежную работу энергосистемы. Централизованный рынок использует главное преимущество электроэнергии как предмета торговли — она не нуждается в адресной доставке от производителя к покупателю. Когда потребителю нужна электроэнергия, ему безразлично, от каких источников будет поставлена электроэнергия. Такая гибкость в обеспечении поставок электроэнергии ускоряет процесс балансирования на централизованном рынке.
3-6.1 Какие объемы электроэнергии относятся к рынку реального времени?
Прежде чем рассматривать проблему рыночного равновесия при невыпуклой функции затрат, необходимо ответить на вопрос, что такое рынок реального времени. Для этого необходимо сначала разобраться с тем, какие объемы электроэнергии продаются в реальном времени. Для простоты примем, что цена в реальном времени устанавливается каждые пять минут и расчеты платежей также осуществляются каждые пять минут.
Предметом торговли на рынке реального времени являются отклонения от объемов форвардных обязательств
Если бы цена реального времени поднялась на 1 долл./МВт-ч в интервале времени от 12:00 до 12:05, насколько это увеличило бы доход поставщиков? Ответ на этот вопрос дает уравнение (3-2.1), которое мы для удобства приведем и здесь:
Поставщик получает: Q1 х P1 + (Q0 - Q1) х Р0. (3-2.1)
Из этого уравнения видно, что увеличение дохода равно разности между объемами электроэнергии, проданной на рынке реального времени и на рынке на сутки вперед, умноженной на цену реального времени. Таким образом, по цене реального времени продаются только объемы отклонений от объемов обязательств на сутки вперед. Если электроэнергия продается также на рынке на час вперед, расчеты платежей по этим обязательствам осуществляются аналогичным образом, и по цене реального времени опять же продаются только отклонения от объема форвардных обязательств на час вперед.
Вся электроэнергия, поставляемая в реальном времени, может рассматриваться либо как электроэнергия, проданная по форвардным контрактам, либо как электроэнергия, проданная вне рамок этих контрактов. В последнем случае это означает, что электроэнергия продается на рынке реального времени по цене, складывающейся в реальном времени Таким образом, торговля электроэнергией на рынке реального времени осуществляется без заявок, налагающих на участников рынка определенные финансовые обязательства, и вся купля-продажа электроэнергии происходит без каких-либо контрактов. Эта электроэнергия производится и затем продается по той рыночной цене, которая складывается в момент производства. Торговля электроэнергией в реальном времени не требует отбора заявок.
Дополнительные компенсирующие платежи и проблема стимулирования
Когда поставщик заранее знает, что он имеет право на получение «компенсирующего» дополнительного платежа, если средняя цена в реальном времени окажется слишком низкой, эта цена не оказывает на него стимулирующего воздействия. В то же время, как показано в гл. 3-2, при использовании обычных форвардных контрактов система двойных расчетов платежей сохраняет стимулирующие свойства цены реального времени.
Обычно проблему стимулирования решают другим способом: если поставщик не выполняет «диспетчерский график», т. е. не соглашается продавать электроэнергию по цене реального времени, его лишают «компенсирующих» выплат. Как правило, такие регулятивные стимулы имеют скрытые изъяны, от которых избавлены чисто ценовые стимулы.
Известно, что в многокомпонентных заявках не всегда указываются ограничения на скорость набора нагрузки. Это позволяет поставщику осуществлять медленный набор нагрузки, и при этом такие действия не будут рассматриваться как «невыполнение графика». При действии же ценовых стимулов поставщик может посчитать выгодным для себя более быстрый набор нагрузки. Дополнительные платежи могут привести к тому, что поставщики станут менее активно реагировать на цену реального времени. К счастью, дополнительные платежи не применяются в значительных масштабах, и их негативное влияние на ценовые стимулы, по-видимому, не является решающим.
Пример 1.
В пуле реального времени энергообъединения PJM можно найти пример, иллюстрирующий этот вывод. PJM принимает заявки на рынке оперативных резервов, отбор заявок на котором происходит сразу после закрытия рынка на сутки вперед. При этом, однако, с принятыми заявками не связываются никакие объемы электроэнергии, поэтому со стороны поставщиков нет точно определенных обязательств. Объединение PJM, со своей стороны, дает финансовое обязательство выплатить поставщику «компенсирующий» дополнительный платеж в том случае, если поставщик действует в полном соответствии со своей заявкой и при этом терпит убыток при продаже электроэнергии по цене реального времени. Именно это делает рынок реального времени в объединении PJM пулом, а не биржей. Электроэнергия, продаваемая в рамках таких договоренностей, продается по цене реального времени, если эта цена в среднем достаточно высока, чтобы отказаться от дополнительных платежей. Однако, если цена реального времени оказывается низкой, оплата поставщику определяется условиями его заявки. Другими словами, поставщику предлагается выбор (опцион): продать свою электроэнергию по цене реального времени или по форвардной цене с оплатой по заявке. Если цена в реальном времени высокая, поставщик продает электроэнергию на рынке реального времени, а не по форвардной заявке; если же цена реального времени низкая, то он продает электроэнергию в соответствии со своими форвардными обязательствами, принятыми на рынке оперативных резервов. Как ни странно, поставщик не всегда знает, на каком рынке он продает электроэнергию, и узнаёт об этом лишь после окончании торговых суток, когда электроэнергия уже произведена.
Утверждение 3-6.1 Торговля электроэнергией в реальном времени осуществляется не по контрактам
Продажа электроэнергии на рынке реального времени осуществляется по цене реального времени. Та электроэнергия, которая была продана по заявке, продается по предусмотренной в заявке цене, не зависящей от цены реального времени. Все эти заявки являются форвардными контрактами. Отклонения (как преднамеренные, так и непреднамеренные) объема вырабатываемой или потребляемой электроэнергии от обязательств по форвардным контрактам являются предметом торговли на рынке реального времени.
Пример 2.
В этом примере наиболее отчетливо проявляется различие между рынком реального времени и форвардными рынками. Предположим, что поставщик сделал заявку на продажу 50 МВт по цене 60 долл./МВт-ч с поставкой в течение двух часов, и эта поставка необходима системному оператору. Допустим, что системный оператор принимает эту заявку в 12:00 и устанавливает цену реального времени на уровне 60 долл./МВт-ч, после чего поставщик немедленно начинает производить электроэнергию. В этом случае создается впечатление, что на рынке реального времени осуществляется поставка электроэнергии по заявке. Однако в 12:05 конъюнктура на рынке меняется, и системный оператор понимает, что необходимо поднять цену, чтобы увеличить предложение, либо снизить цену, чтобы уменьшить предложение. Предположим, что системный оператор поднял цену реального времени до уровня 65 долл./МВт-ч. Электроэнергия, поставляемая по заявке, принятой в 12:00, продолжает вырабатываться, но оплачивается она по заявленной цене 60 долл./МВт-ч, а не по цене реального времени. Уже через 5 мин. после начала действия заявки поставка электроэнергии по этой заявке теряет всякую связь с рынком реального времени. По сути она и не имела к нему никакого отношения; тот факт, что эта поставка осуществлялась по цене реального времени, был просто совпадением, а может быть, и ошибкой (как будет объяснено ниже). Возможно, что в каком-либо более позднем пятиминутном интервале цена реального времени снова станет равной цене заявки, но это опять будет совпадением, а не свидетельством того, что в течение этих пяти минут заявка, принятая в 12:00, в очередной раз стала относиться к рынку реального времени. «Лакмусовой бумагой» для отнесения поставок электроэнергии к рынку реального времени служит ответ на следующий вопрос: приведет ли повышение цены электроэнергии в реальном времени к повышению затрат на покупку этой электроэнергии у поставщика? Ответ обязательно будет отрицательным, следовательно, электроэнергия, поставляемая по заявке, не относится к рынку реального времени.
Заявка, принятая в 12:00, фактически является форвардным контрактом с чрезвычайно коротким временем исполнения. Обычно обязательства по такому контракту принимаются за несколько часов до начала выполнения, но иногда это происходит всего за несколько минут до начала производства электроэнергии. В любом случае поставка электроэнергии осуществляется в будущем, а не в момент принятия контрактных обязательств. Следовательно, системному оператору необходимо оценивать изменение стоимости приобретаемой электроэнергии в течение всего периода исполнения контракта. Если на момент начала исполнения контракта цена реального времени составляет 60 долл./МВт-ч, но в течение двухчасового периода времени его исполнения она может увеличиться до 200 долл./МВт-ч, то системный оператор будет склонен заплатить контрактную цену за электроэнергию, превышающую цену реального времени на момент начала исполнения контракта. Если же ожидается, что цена реального времени упадет, то системному оператору следует заплатить более низкую цену, чем цена реального времени на момент начала исполнения этого контракта. Лишь по чистой случайности цена на электроэнергию, поставляемую по форвардному контракту, может совпасть с ценой реального времени в первые 5 мин после начала его исполнения или же с ценой, сформировавшейся на рынке реального времени в течение последних 5 мин, как и в течение любого другого интервала времени исполнения контрактных обязательств. В любом случае в тот момент, когда действительно начинается поставка электроэнергии по форвардному контракту, оплата электроэнергии поставщику никак не зависит от цены реального времени, и поэтому объемы электроэнергии, поставляемые в соответствии с этими контрактными обязательствами, не относятся к рынку реального времени.
Пример 3.
Предположим, что сделана заявка, которая предусматривает поставку 100 МВт в течение двух часов с оплатой по цене, складывающейся в реальном времени. Что это за поставка? Может ли поставка по такому форвардному контракту (заявке) рассматриваться как поставка электроэнергии на рынке реального времени? Здесь следует различать два случая: 1) поставка по форвардному контракту предусматривает обычный порядок расчета платежей, 2) поставка по форвардному контракту предусматривает лишь штраф за отклонение от согласованного объема поставки 100 МВт в течение периода исполнения контракта.
При обычном порядке расчета платежей любое отклонение оплачивается по цене отклонений, т. е. по цене реального времени. В нашем случае, если поставляется только 50 МВт, поставщик вначале получит оплату за 100 МВт по цене реального времени, и затем ему придется купить 50 МВт «замещающей» электроэнергии по цене реального времени. В итоге поставщику будет оплачена только фактически поставленная им электроэнергия, причем по цене реального времени. Но именно это и произошло бы в случае, когда поставщик вообще не имеет форвардных обязательств. Поэтому использование данной заявки не влияет на оплату электроэнергии на рынке реального времени, и ее не следует рассматривать в качестве форвардного контракта.
Если же поставка по заявке предусматривает штраф за отклонение (а не покупку «замещающей» электроэнергии по цене реального времени, как в первом варианте), то это действительно особый случай. Целесообразность использования таких форвардных обязательств сомнительна, однако для нас в данном случае важно отметить, что электроэнергия, продаваемая таким образом, относится к рынку реального времени и одновременно является поставкой по форвардному контракту (заявке).
Чем определяется цена электроэнергии в реальном времени
Цена электроэнергии реального времени определяется полными объемами спроса и предложения на рынке реального времени. Эти объемы включают электроэнергию, продаваемую как по форвардным контрактам, так и на рынке реального времени. Уравнение (3-2 2), которое мы повторно приводим здесь, поясняет данное утверждение.
Поставщик получает: Q0 х (Р1 - Р0) + Q0 х Р0. (3-2 2)
Поскольку поставщики не могут изменить проданный по форвардным обязательствам объем электроэнергии Qp а также поскольку они при отсутствии возможности использовать рыночную силу не могут повлиять на величину (Р1 - Р0), то поставщики оптимизируют объем электроэнергии Q0, который они будут производить в реальном времени, ориентируясь только на цены реального времени Ρ0. (Объем электроэнергии, продаваемой на рынке реального времени, равен (Q0- Q1), а не Q0 — полному объему производства в реальном времени.)
Когда системный оператор устанавливает цену электроэнергии в реальном времени, он должен уравновесить полный объем поставляемой и потребляемой электроэнергии Предположим, что требуется дополнительный объем электроэнергии и имеется поставщик, у которого есть форвардный контракт на поставку электроэнергии на сутки вперед, а его маржинальные затраты равны 65 долл. /МВт-ч, в то время как цена реального времени составляет 60 долл./МВт-ч. В условиях конкурентного пула этот поставщик не стал бы производить электроэнергию, даже если он уже продал ее на рынке на сутки вперед. Он знает, что заработает больше, если не будет производить электроэнергию сам, а оплатит «замещающую» электроэнергию на рынке реального времени. Если установить цену рынка на уровне 66 долл./МВт-ч, то можно добиться того, чтобы этот поставщик производил электроэнергию сам, участвуя в поддержании баланса спроса и предложения на рынке. Таким образом, повышение цены электроэнергии в реальном времени может сбалансировать рынок за счет увеличения объемов электроэнергии, фактически поставленной по форвардным обязательствам, но это не изменит объемов электроэнергии, проданной по форвардным обязательствам. Объемы проданной в соответствии с этими обязательствами электроэнергии являются фиксированными. Следовательно, любое изменение объемов вырабатываемой электроэнергии автоматически приводит к такому же изменению объемов электроэнергии, продаваемой на рынке реального времени. Вот почему цена реального времени определяет все потоки электроэнергии в реальном времени, хотя большая часть этих потоков относится к форвардной торговле, а не к торговле на рынке реального времени.
Изменение цены в реальном времени приводит к изменению объемов электроэнергии, поставляемой по некоторым форвардным обязательствам, а также объемов электроэнергии, которая производится сверх этих форвардных обязательств. Например, если некий потребитель отбирает больше электроэнергии, чем это предусмотрено в его заявке, то, подняв цену реального времени, можно уменьшить его реальное потребление. Корректировка объемов торговли электроэнергией произойдет в этом случае только на рынке реального времени.
Цену реального времени следует устанавливать с учетом реакции стороны предложения и стороны спроса для полных объемов спроса и предложения электроэнергии. В противном случае системному оператору придется тем или иным способом вмешаться в работу рынка, чтобы уравновесить спрос и предложение.
3-6.2 Равновесие без уравновешивающей цены рынка
Хотя задача выбора состава оборудования в реальном времени менее сложна, чем на сутки вперед, проблема затрат на пуск агрегата также осложняет решение задачи распределения нагрузки. Даже генерирующие агрегаты с относительно быстрым пуском имеют затраты на пуск, что делает функцию их затрат на производство невыпуклой. Кроме того, газотурбинные установки обычно загружаются поблочно, т. е. после включения работают на полной мощности. Это также приводит к невыпуклости функции затрат. Как показано в гл. 3-5, такие характеристики затрат на производство электроэнергии противоречат допущению о совершенной конкуренции и могут привести к тому, что нельзя будет достичь уравновешивающей цены рынка. Как и на рынке на сутки вперед, отсутствие уравновешивающей цены не свидетельствует о том, что на рынке нет равновесия, однако на анализ этого вопроса влияет специфика рынка реального времени.
Равновесные цены для пулов и рынков двусторонних контрактов
Невыпуклые функции затрат усложняют задачу уравновешивания спроса и предложения. В этом отношении энергетические пулы имеют преимущество, так как они могут стимулировать производство электроэнергии не только с помощью цены пула, но и за счет дополнительных («компенсирующих») платежей, позволяющих более оптимально отбирать ресурсы генерирующей мощности, необходимые для покрытия нагрузки. Например, если необходимо, чтобы генерирующий агрегат был включен и работал на половину своей полной мощности, пул может установить цену в соответствии с маржинальными затратами этого агрегата. Если у поставщика есть форвардные обязательства, дающие ему право получать дополнительные платежи на рынке реального времени, этот поставщик будет уверен, что его затраты на пуск будут покрыты при любой цене пула, складывающейся в реальном времени. Установление цены пула на уровне маржинальных затрат агрегата сигнализирует поставщику о том, что при продаже электроэнергии в соответствии со своими форвардными обязательствами ему будут обеспечены дополнительные компенсирующие платежи. Поэтому его поставка электроэнергии будет оплачена не только по цене реального времени. Используя таким образом преимущество форвардных контрактов, пул может поддерживать равновесие на рынке даже при отсутствии уравновешивающей цены рынка. Фактически пул реального времени является комбинацией двух рынков: форвардного рынка и рынка реального времени.
Пул имеет еще одну степень свободы, которая отсутствует на бирже. Оператор пула может указать поставщику, имеющему форвардные обязательства, какой объем электроэнергии тот должен произвести. Если поставщик выполняет указания оператора, он сохраняет гарантию получения дополнительных платежей. В противном случае поставщик теряет эту гарантию. Случаи, когда оператору пула реального времени приходится использовать такие указания для оптимизации распределения нагрузки, действительно встречаются. Например, предположим, что один из двух генерирующих агрегатов больше не нужен для обеспечения надежной работы энергосистемы. Если один из них имеет маржинальные затраты на уровне 25 долл., другой — на уровне 20 долл., а затраты холостого хода для второго агрегата будут равны 10 долл./МВт-ч при полной нагрузке, то агрегат с более низкими маржинальными затратами окажется более дорогим. В этом случае для эффективного распределения нагрузки требуется, чтобы агрегат с более низкими маржинальными затратами был остановлен. Однако поставщик, владеющий этим агрегатом, не станет делать это до тех пор, пока цена пула не опустится ниже 20 долл./МВт-ч, т. е. ниже уровня маржинальных затрат такого агрегата. При этой цене будут отключены оба агрегата, что уменьшит выработку электроэнергии в энергосистеме на слишком большую величину. Выходом из такой ситуации могло бы стать указание отключить агрегат с более низкими маржинальными затратами, сохранив цену электроэнергии в пуле на уровне 25 долл./МВт-ч1.
1 Поставщик с низкими маржинальными затратами выполнит это указание, поскольку в противном случае он не получит дополнительных платежей (10 долл./МВт-ч), а 25 долл./МВт-ч не достаточно для покрытия его затрат с учетом затрат холостого хода. — Примеч. ред.
Утверждение 3-6.2
Время от времени в пулах реального времени оператору пула приходится вмешиваться в процесс распределения нагрузки между электростанциями
Для обеспечения эффективного распределения нагрузки между генерирующими мощностями оператору пула иногда приходится корректировать распределение нагрузки между электростанциями с помощью диспетчерских команд, поскольку одних только ценовых сигналов для производителей оказывается недостаточно.
Как и пулы, рынки двусторонних контрактов обладают тем преимуществом, что торговля на них производится по разным ценам. Хотя эти цены стремятся к единственной уравновешивающей цене рынка, но даже в случае ее отсутствия ничто не препятствует заключению сделок с любой необходимой ценой. При наличии достаточного времени и информации для заключения торговых сделок все сделки, приносящие прибыль их участникам, должны были быть совершены, и рынок достиг бы состоянии равновесия.
Основная проблема биржи реального времени
Наиболее сложной проблемой на бирже электроэнергии является нахождение баланса между спросом и предложением, поскольку в реальном времени отсутствует формальный процесс отбора заявок. Функционирование такой биржи на основе реальных заявок участников рынка, по сути, невозможно. На самом деле биржа электроэнергии в реальном времени является аукционом по Вальрасу. Без некоторого усовершенствования механизма действия этого аукциона, особенно при невыпуклых характеристиках затрат, обеспечение баланса спроса и предложения может оказаться недостижимым. Существует несколько подходов к решению этой проблемы.
Во-первых, возможно, что проблему и не нужно решать. Ее масштабы пока еще достоверно не известны, а любая эффективно функционирующая биржа может обеспечить достаточно точное балансирование спроса и предложения. Все зоны диспетчерского управления допускают некоторую ошибку балансирования, в результате чего возникает «незапланированный переток» мощности между зонами диспетчерского управления. В масштабах всей объединенной энергосистемы эта ошибка почти полностью компенсируется благодаря механизму координации, который предусматривают правила NERC, использующие «регулирующее отклонение региона» (АСЕ — Area Control Error) в качестве индикатора. Чтобы уравновесить рынок с единой ценой, системный оператор должен устанавливать цену электроэнергии в реальном времени достаточно осмотрительно. Он мог бы, например, заблаговременно вычислять цену реального времени и сообщать ее поставщикам рынка, тем самым гарантируя им, что в случае включения генерирующих агрегатов они будут продавать электроэнергию по достаточно высокой цене, по крайней мере, в течение некоторого ограниченного периода времени. Однако такой способ динамического формирования цен сложен и пока еще не в полной мере изучен.
Во-вторых, можно организовать дополнительную биржу, которая увеличит возможности для более точной балансировки рынка. Участниками этой биржи могут быть поставщики, подающие так называемые «заявки на уменьшение»1. Предположим, что поставщик имеет маржинальные затраты 20 долл./МВт-ч и затраты холостого хода 5 долл./МВт-ч при полной нагрузке. Этот поставщик подаст на биржу заявку с ценой 25 долл./МВт-ч, но при этой цене он полностью загрузит свои генерирующие мощности, поскольку только такая нагрузка позволит ему покрыть затраты холостого хода. Однако поставщик может принять дополнительное решение купить электроэнергию по цене 20 долл./МВт-ч, соответствующей величине его маржинальных затрат. Это может быть сделано на второй бирже, которая принимает заявки на уменьшение нагрузки. В этих заявках должен указываться срок их действия, и поэтому биржа, использующая такие заявки, является форвардным рынком.
Другая возможность — использовать для определения стоимости отклонений по поставке электроэнергии сразу по всем форвардным обязательствам биржу, устанавливающую цену на уменыпение/увеличение нагрузки в реальном времени. В этом случае любой поставщик, который произвел меньше электроэнергии, чем предусмотрено его форвардными обязательствами, покупал бы электроэнергию по цене реального времени на уменьшение нагрузки, а поставщик, который произвел больше электроэнергии, чем объемы его форвардных обязательств, продавал бы электроэнергию по цене реального времени на повышение нагрузки.
1 Это только один из возможных вариантов. Любые дополнительные биржи помогают оператору и обеспечивают более точное балансирование спроса и предложения. Однако искусство проектирования рынков заключается в том, чтобы добиться наилучших результатов при наименьшем числе рынков. Дополнительные биржи могут быть образованы в форме рынка на час вперед, рынка услуг по набору и сбросу нагрузки или рынка оперативных резервов.
Комбинированное решение
В рамках пулов большая часть торговли электроэнергией в реальном времени неизбежно происходит в форме биржевой торговли, потому что в расчетах за импорт электроэнергии, а также в расчетах с потребителями и некоторыми поставщиками электроэнергии — участниками рынка дополнительные платежи не применяются. С этими субъектами рынка торговля должна осуществляться по цене пула.
Достижение баланса спроса и предложения на рынке может быть затруднено в случае невыпуклых характеристик затрат каждой из сторон рынка, обусловленных, например, тем, что крупные потребители могут отключать свою нагрузку при достижении определенного уровня цен, а генерирующие агрегаты — сразу выходить на полную мощность после включения в работу. Проблемы поддержания баланса на рынке схожи с традиционными проблемами отслеживания нагрузки1, с которыми сталкивается системный оператор. Традиционным способом устранения небалансов всегда было использование оперативных резервов.
В энергообъединении PJM рынок оперативных резервов существует в форме отдельного пула, который вступает в работу после окончания работы пула на сутки вперед. Поставщики, допущенные на этот рынок, не обязаны продавать электроэнергию, выполняя свои контрактные обязательства, но если они соблюдают диспетчерский график оператора PJM, им при необходимости гарантируется получение компенсирующих дополнительных платежей. Гарантия получения компенсирующих платежей представляет для них достаточный стимул, чтобы позволить оператору PJM планировать их выработку электроэнергии.
В энергообъединении PJM контракты на предоставление резерва имеет довольно небольшое число поставщиков. Таким образом, в PJM существует относительно небольшой пул оперативных резервов, наряду с более крупной биржей электроэнергии реального времени.
В любом случае целесообразно, чтобы оперативные резервы находились под управлением диспетчера, и на практике так оно и происходит, что служит дополнительным подтверждением целесообразности использования рынка оперативных резервов для компенсации небольших отклонений при балансировании поставок на бирже электроэнергии. Разумеется, не исключается и возможность использования бирж реального времени для установления цен на повышение и уменьшение нагрузки.
Эффективность равновесных цен
Цены пула реального времени имеют те же недостатки, что и цены пула на сутки вперед. Они не обеспечивают оптимальные ценовые сигналы как для краткосрочного спроса, так и долгосрочного предложения (см. разд. 3-5.1 и 3-8.3).
3-6.3 Почему рынки реального времени не могут быть рынками с одними двусторонними контрактами?
Большинство товарных рынков работает полностью на основе двусторонних торговых сделок, в связи с чем возникает вопрос: почему подобным же образом нельзя организовать рынки электроэнергии реального времени? Ответить на этот вопрос помогают особенности предоставления дополнительных системных услуг, рассмотренных в гл. 3-4. Некоторые из дополнительных услуг должны предоставляться рынком электроэнергии реального времени, а использование для этой цели двусторонних сделок мало пригодно. Основной проблемой является скорость проведения торговых сделок. Рынки двусторонних контрактов работают слишком медленно, чтобы обеспечить комбинированную торговлю электроэнергией и дополнительными услугами. Централизованные рынки работают быстрее в основном благодаря тому, что они способны в полной мере использовать преимущества торговли однородным товаром — электрической энергией.
Существует одна дополнительная услуга, которая играет особую роль для организации торговли по двусторонним контрактам. Это услуга по обеспечению исполнения торговых сделок между участниками рынка, и без нее невозможно представить само существование рынка двусторонних контрактов. Она позволяет участникам рынка реализовать свои права собственности на поставленную электроэнергию (см. разд. 3-4.6). Для работы рынка двусторонних контрактов необходима централизованная система учета поставок и отбора электроэнергии из сети, система измерений и система обеспечения исполнения торговых сделок. Тем не менее наличие этих дополнительных требований к организации рынка двусторонних контрактов еще не означает его непригодности для торговли активной мощностью в полном объеме.
1 Т. е. обеспечения вырабатываемой мощности, равной по величине изменяющейся мощности нагрузки. — Примеч. ред.
Услуга по поддержанию способности генерирующих агрегатов к автономному пуску в случае полного останова системы планируется заранее и ее мы также исключим из рассмотрения. Таким образом, интерес для нас представляют только три дополнительные услуги:
- Балансирование системы по активной мощности.
- Обеспечение надежной работы системы электропередачи.
- Экономическое распределение нагрузки.
Системный оператор должен обеспечить предоставление этих услуг, и для этого он может использовать рыночные механизмы. Вопрос, который особенно интересен нам в контексте обсуждения возможностей использования рынка двусторонних контрактов в реальном времени, заключается в следующем: может ли системный оператор, обеспечивая строгую сбалансированность сделок по купле/продаже электроэнергии, добиться того, чтобы сам рынок двусторонних контрактов оказывал эти услуги в режиме реального времени. Первые две из вышеуказанных услуг являются самыми важными, поскольку от них зависит надежность работы энергосистемы. Обеспечить одновременное предоставление этих двух услуг, используя рынок двусторонних контрактов, крайне трудно, и это объясняет, почему все рынки электроэнергии реального времени являются централизованными. Кроме того, при использовании рынка двусторонних контрактов одновременно для поддержания стабильности частоты (балансирования системы по активной мощности) и обеспечения надежной работы системы электропередачи его работа была бы столь неэффективной, что ему не удалось бы обеспечивать экономическое распределение нагрузки между электростанциями.
Балансирующий рынок и торговля по двусторонним контрактам
Основная задача балансирующего рынка — поддерживать баланс активной мощности в энергосистеме, но решаться она должна при соблюдении ограничений на передачу электроэнергии и с наименьшими затратами. При балансировании системы по активной мощности необходимо поддержание регулирующего отклонения региона (АСЕ) близким к нулю. Эта задача решается за счет поддержания равенства между выработкой электроэнергии и нагрузкой в зоне диспетчерского управления с учетом запланированной величины сальдо перетоков с другими зонами. Требования NERC к величине регулирующего отклонения региона являются чрезвычайно строгими1.
Самое ценное свойство электроэнергии как товара состоит в том, что для нее не нужна адресная доставка (от конкретного продавца к конкретному покупателю). Электроэнергия не различается по ассортименту, и зачастую место производства электроэнергии не имеет особого значения. Если потребитель получит электроэнергию от поставщика В вместо поставщика А, это не затронет чьих-либо интересов. В условиях рынка электроэнергии это преимущество электроэнергии как товара приобретает еще большее значение из-за более жестких требований к балансированию системы в реальном времени. Когда у одного поставщика происходит авария или один из потребителей отбирает из сети больше электроэнергии, чем планировалось, эту разность может компенсировать любой другой поставщик или группа поставщиков. При этом нет необходимости в точном отслеживании физического баланса производства/потребления электроэнергии по всем двусторонним сделкам. Если на рынке электроэнергии осуществлять торговлю только на основе двусторонних сделок, будет потеряно преимущество взаимозаменяемости поставок на рынке.
1См. работу (Hirst, 2001), где содержится подробное описание требований NERC. Существует много товарных рынков, где также торгуют взаимозаменяемыми продуктами, но ни на одном другом рынке не возникает необходимость ежеминутно поддерживать физический баланс спроса и предложения для того, чтобы предотвратить физический ущерб участникам рынка или его полный развал.
Случайные колебания.
Потребители и генерирующие установки с прерывистым режимом работы, такие как ветряные генерирующие установки, постоянно меняют свой режим потребления или производства электроэнергии. Поэтому поддерживать физический баланс производства и потребления электроэнергии по двусторонним контрактам для них довольно трудно. Централизованный рынок имеет в этом отношении естественное преимущество. Рассмотрим работу рынка в момент времени, когда полная нагрузка не испытывает постоянных изменений в какую-либо одну сторону (снижения или повышения), и предположим, что есть 25 двусторонних контрактов. Допустим, что 25 нагрузок — сторон двусторонних контрактов случайно отклоняются по величине вверх или вниз на 40 МВт. В этом случае соответствующие генерирующие установки — другие стороны этих контрактов должны изменять свою нагрузку подобным же образом при полном диапазоне регулирования 1000 МВт. В условиях же централизованного рынка электроэнергии с учетом того, что случайные колебания величин нагрузки обычно взаимно компенсируются, полные колебания нагрузки в среднем будут составлять всего 1/5 этой величины, т. е. 1/√25. Таким образом, диапазон регулирования генерации удалось сократить до 200 МВт. Более того, дополнительный эффект можно получить, если для регулирования использовать те генерирующие агрегаты на рынке, которые могут дешевле изменить свою нагрузку.
Аварийные отключения.
Неожиданный выход из строя линии электропередачи или генерирующего агрегата приводит к отклонению частоты в системе, которое должно быть скорректировано в течение нескольких минут. Такие аварии делают невозможным точное исполнение обязательств по отдельным двусторонним контрактам. Если в таких контрактах применяются достаточно высокие штрафы за отклонения от контрактных обязательств (небалансы), это может заставить участников двусторонних контрактов заняться заключением контрактов на предоставление вращающихся резервов для своих собственных нужд. В этом случае неизбежно произойдет ненужный рост трансакционных издержек и значительно усложнится работа рынка.
Надежная работа системы электропередачи и торговля по двусторонним контрактам
Когда отсутствует необходимость учитывать ограничения по линиям электропередачи (как мы неявным образом и предполагали до этого), проблемы балансирующего рынка решаются относительно просто. Если двусторонний контракт нарушается из-за нехватки генерирующей мощности, сторона по контракту, которая несет ответственность за этот небаланс, может заключить контракт с любым другим поставщиком на рынке, чтобы он устранил дефицит мощности. Когда же возникает ограничение по линиям электропередачи, такой выход не всегда возможен. В этом случае, прежде чем заключать новый двусторонний контракт на поставку, необходимо проконсультироваться с системным оператором. На рынке с одними двусторонними контрактами каждая незапланированная коррекция договорных объемов должна обсуждаться с системным оператором.
Предположим, что имеется линия, которая работает на пределе пропускной способности при потоке мощности из точки А в точку В. Если двусторонний контракт предусматривает генерацию в точке В и нагрузку в точке А, это создает обратный переток мощности по данной линии. Такая торговая сделка уменьшает физический поток мощности по насыщенной линии. Если нагрузка, относящаяся к этому контракту, неожиданно уменьшилась и соответственно уменьшилась выработка электроэнергии по этому контракту, это приведет к увеличению потока мощности по линии в направлении от точки А к точке В В этом случае сторона по контракту, отвечающая за исполнение сделки, должна найти другого поставщика в точке А и договориться, чтобы он уменьшил свою нагрузку вместо того поставщика, который является стороной по данному контракту и расположен в точке В.
Такого рода трудности оказались непреодолимыми для рынков двусторонних контрактов, поэтому в полностью дерегулированных энергосистемах все рынки реального времени централизованы. Поскольку системные операторы отслеживают все ограничения по линиям и могут торговать со всеми поставщиками в системе, они всегда в состоянии обеспечить баланс мощности в системе с большой точностью, за исключением случаев возникновения каких-то чрезвычайных ситуаций.
