Глава 2-9
Конкуренция между энергосистемами в области обеспечения надежности
На одном и том же рынке в любой момент времени не может быть двух цен на один и тот же вид товара.
В. Стэнли Джевоне1
Теория политической экономии
1879 г.
На любом рынке всегда есть два дурака — один продает слишком дорого, другой — слишком дешево.
Русская пословица
Рынки С НИЗКИМИ ПРЕДЕЛЬНЫМИ УРОВНЯМИ ЦЕН ПЛОХО ЗАЩИЩЕНЫ ОТ РЫНКОВ-КОНКУРЕНТОВ С ВЫСОКИМИ ПРЕДЕЛЬНЫМИ УРОВНЯМИ ЦЕН.
В нужный момент рынок с высоким предельным уровнем цен перекупит резервы мощности у рынка с низким предельным уровнем цен. Это может привести к тому, что вся группа конкурирующих между собой рынков будет эволюционировать в направлении установления все более высоких предельных уровней цен и связанного с ними повышенного риска. При этом «невидимая рука» не ведет конкурирующих системных операторов к оптимальной политике в области обеспечения надежности.
В этой главе уже рассмотренные ранее модели и методы анализа используются для того, чтобы дать ответ на вопрос: что будет происходить, когда смежные рынки с различными правилами ценообразования конкурируют между собой за поставки электроэнергии и мощности.
Краткое содержание главы 2-9.
В результате конкуренции между рынками с различными предельными уровнями цен преимущество получает рынок с более высоким предельным уровнем цен. Рынок с более низким предельным уровнем цен потратит столько же сил на привлечение инвестиций, но в решающий момент его резервы перекупит рынок с высокими ценовыми пиками. В результате системные операторы станут соревноваться в установлении предельных цен на более высоком уровне до тех пор, пока регулирующий орган не прекратит это соревнование.
На рынках, где регулирование осуществляется на основе требований к величине установленной мощности, эта проблема может решаться за счет введения требования продажи прав на использование установленной мощности на весь год вперед.
1 Курно предвосхитил Джевонса, Менгера и Вальраса, открыв «закон одной цены» и получив другие неоклассические результаты. Джевонc (1835—1882) в своей работе «The Coal Question» («Угольный вопрос») в 1865 г. первым привлек внимание к неизбежному истощению запасов ископаемого топлива. В 1870 г. он изобрел «логическое пианино» — первую машину, которая решала логические задачи быстрее, чем человек.
2-9.1 Конкуренция между рынками с различными предельными уровнями цен.
Анализируется взаимодействие между двумя рынками (рынком с ценообразованием на основе VOLL и рынком с OR-ценообразованием), которые во всем, за исключением системы ценообразования, являются идентичными и могут покупать друг у друга электроэнергию и оперативные резервы. Их взаимодействие приводит к тому, что когда ожидается повышение нагрузки, больше поставщиков будет стремиться продать электроэнергию и резервы мощности на рынке с ценообразованием на основе VOLL. Это уравновешивает ожидаемые краткосрочные прибыли на двух рынках. В результате надежность на рынке с OR-ценообразованием снижается, что вынуждает устанавливать на этом рынке более высокий предельный уровень цен, чтобы защититься от конкуренции со стороны другого рынка.
2-9.2 Конкуренция между рынками с ценовыми пиками и рынками, использующими требования к величине установленной мощности.
Рынки, где применяются требования к величине установленной мощности, ожидает та же учесть, что и рынки с OR-ценообразованием, если требования к величине установленной мощности не будут распространяться сразу на весь год. Такая мера защитит рынки с требованиями к величине установленной мощности даже от рынков, использующих ценообразование на основе VOLL.
2-9.1 Конкуренция между рынками с различными предельными уровнями цен
В главе 2-6 были рассмотрены рынки с ценообразованием на основе VOLL и OR-ценообразованием, где принимались одинаковые условия предложения и спроса. В главе 2-7 анализ рынков был продолжен, и для этих двух рынков были построены соответствующие функции прибыли. В данном разделе мы рассмотрим случай, когда два таких рынка (рынок с ценообразованием на основе VOLL и рынок с OR-ценообразованием) взаимодействуют друг с другом, и при этом они изолированы от всех других рынков.
На каждом рынке есть свой системный оператор, который должен обеспечивать покрытие нагрузки, представляемой кривой продолжительности нагрузки (см. уравнение 2-7.2). Это кривая средних значений за длительный период времени. В ней отражены все колебания нагрузки, как прогнозируемые, так и случайные. Ниже мы рассмотрим только прогнозируемые колебания, например сезонные. Период повышенной нагрузки назовем летним, а оставшийся период — зимним. Для простоты примем, что в эти периоды кривая продолжительности нагрузки смещается с сохранением своей формы. В данном случае эти сдвиги эквивалентны одинаковым по величине, но имеющим противоположные знаки приращениям установленной мощности К.
Поскольку разность (расширенной) нагрузки и величины установленной мощности (Lg-K) определяет краткосрочную прибыль, новая функция прибыли в каждом сезоне может быть получена путем сдвига усредненной функции прибыли: вправо летом и влево зимой. Если принять для простоты, что К является детерминированной величиной, оптимальное значение установленной мощности (Ieap) на каждом рынке, как показано в гл. 2-6, будет равно 50 ГВт. В качестве точки отсчета примем, что оба рынка начинают работу с этим оптимальным значением величины установленной мощности.
Рис. 2-9.1 Функции прибыли при ценообразовании на основе VOLL и OR-ценообразовании в условиях больших и малых нагрузок.
(Обратим внимание на то, что это не стандартные функции долгосрочной средней прибыли, а функции, представляющие среднюю прибыль при колебаниях нагрузки в двух различных сезонах)
Рассмотрим случай, показанный на рис. 2-9.1, когда летом нагрузка на 1 ГВт превышает нормальную, а зимой нагрузка на 1 ГВт ниже нормальной1. Установленная мощность не меняется от сезона к сезону и равна 50 ГВт на каждом рынке, но прибыль повышается летом и снижается зимой, как показано на рисунке.
Торговля между двумя рынками приведет к двум различным состояниям равновесия летом и зимой. Если принять, что межсистемные связи позволяют осуществить достаточный объем торговли, эти состояния равновесия будут иметь следующие отличительные характеристики:
- Значения прибыли на рынке с ценообразованием на основе VOLL (далее VOLL-рынок) и OR-ценообразованием (далее OR-рынок) равны.
- Средняя величина мощности, продаваемой на этих двух рынках, равна 50 ГВт.
Если бы OR-рынок был более прибыльным, некоторые ресурсы генерирующей мощности ее владельцами были бы переориентированы с VOLL-рынка на OR-рынок, и уровни прибыли должны были бы выровняться. После этого перераспределение мощности с рынка на рынок прекратилось бы. Равновесие устанавливается, когда величина прибыли на двух рынках уравнивается, и на одном из рынков образуется нехватка генерирующих мощностей, равная их избытку на другом. Распределение мощностей между двумя рынками показано точками на рис. 2-9.1. Летом средняя краткосрочная прибыль поставщика пиковой мощности будет составлять около 9,60 долл., и VOLL-рынок будет иметь на 1250 МВт мощности больше, чем OR-рынок. Зимой средняя краткосрочная прибыль будет около 3,30 долл., и больше мощности будет на OR-рынке.
Положение складывается удачно для VOLL-рынка. Если бы VOLL-рынок работал как изолированный рынок, ему пришлось бы платить за резервы столько, сколько необходимо, чтобы обеспечить прибыль в 18 долл./МВт-ч, и он имел бы меньше резервов в наиболее напряженные часы. Надежность при этом снизилась бы. Более точные расчеты подтверждают, что даже с учетом зимнего периода VOLL-рынок обладает большей надежностью при меньших затратах на ее обеспечение, а OR-рынок — меньшей надежностью при выросшей цене на электроэнергию.
Торговля между рынками позволяет рынку с высокими ценовыми пиками «уводить» резервы с рынка с низкими ценовыми пиками. Оба рынка платят одинаковую цену за резервы, но рынок с высокими пиками получает их, когда они действительно необходимы, а рынок с низкими ценовыми пиками получает их, когда такой необходимости нет. Кроме того, поскольку резервы делятся не поровну, их использование менее эффективно с точки зрения предотвращения сброса нагрузки, чем если бы резервы делились поровну. При этом надежность работы объединенной энергосистемы, охватывающей оба рынка, снижается.
В результате рынки с низкими ценовыми пиками вынуждены устанавливать более высокие предельные уровни цен. Таким образом, конкуренция между системными операторами ведет к регулятивным решениям, которые способствуют увеличению рисков и использованию рыночной силы. Когда фактор конкуренции между энергосистемами игнорируется, а разным рынкам разрешается принимать несогласованные регулятивные решения, это приводит к высоким ценовым пикам, даже если все рынки, вовлеченные в такую конкуренцию, на самом деле предпочитают иметь низкие ценовые пики. Системные операторы на этих рынках хотят переиграть друг друга и пытаются добиться этого в сложных ситуациях вначале с помощью тайных «внерыночных» закупок, а затем вводя более высокие предельные уровни цен. Только за счет прямой регламентации правил принятия регулятивных решений на более высоком уровне государственного регулирования можно добиться поведения системных операторов, снижающего риски участников рынка.
1 Очевидно, что сезонные колебания нагрузки значительно больше по величине, но они частично компенсируются сезонными изменениями в плановых остановах. Реальные масштабы описываемых здесь явлений могут быть значительно больше, чем в приведенных нами примерах, которые предназначены лишь для качественного анализа.
Утверждение 2-9.1 Конкуренция между системными операторами приводит к высоким ценовым пикам
Когда два рынка с разной регулятивной политикой в отношении ценовых пиков покупают друг у друга электроэнергию и оперативные резервы, рынок с более высокими ценовыми пиками выигрывает в надежности и экономит средства за счет другого рынка. Это заставляет рынок с более низкими ценовыми пиками прибегать к использованию более высоких ценовых пиков. Если не вводить одинаковые предельные уровни цен для всей зоны действия двух рынков, конкуренция между энергосистемами может привести к таким регулятивным решениям в области обеспечения надежности, которые будут иметь нежелательные побочные эффекты.
Дальнейший анализ показывает, что при продолжительности летнего и зимнего периодов 25% и 75% соответственно, результирующая прибыль для поставщиков пиковой мощности будет равна всего около 5 долл./МВт-ч — меньше, чем уровень в 6 долл./МВт-ч, необходимый для достижения равновесия. Это означает, что конкуренция между рынками приводит к уменьшению инвестиций, и, следовательно, установленная мощность будет находиться на уровне ниже оптимального. Надежность работы объединенной энергосистемы снизится, поскольку уменьшается общая величина установленной мощности, а ее распределение между двумя взаимодействующими рынками осуществляется не оптимально.*
* При торговле между двумя рынками на каждом из них потребуется более низкий уровень установленной мощности, потому что они могут совместно использовать резервы. (Если в данный момент времени резервы на одном из рынков не востребованы для производства электроэнергии, они могут быть использованы для предотвращения сброса нагрузки на другом рынке — Примеч. ред.) Именно это обстоятельство всегда являлось одним из важнейших стимулов для строительства линий электропередачи. Однако в рассматриваемой нами модели совместное использование ресурсов в кризисных ситуациях не учитывается. Каждый рынок должен самостоятельно обеспечивать свою нагрузку, после того как поставщики заключили контракты с одним из двух рынков. При этом делиться ресурсами в кризисной ситуации не разрешается В таком случае установление торговой взаимосвязи между двумя энергосистемами приведет к снижению равновесной величины ICap и уменьшению надежности. Более сложная модель, допускающая совместное использование ресурсов в кризисных ситуациях, будет иметь более низкую оптимальную величину ICap, но и в этой модели торговля между рынками приведет к понижению надежности.
Утверждение 2-9.2 Торговля между рынками с различными регулятивными решениями в отношении пиковых цен может уменьшить надежность
Когда на двух взаимодействующих друг с другом рынках устанавливаются разные предельные уровни цен (которые сами по себе могли бы обеспечить оптимальную надежность, если бы рынки работали изолированно или же эти уровни были бы одинаковыми на всех рынках), то результат обычно оказывается неоптимальным. Торговля между рынками в этом случае уменьшает среднюю прибыль на обоих рынках и снижает стимулы для инвестиций.
2-9.2 Конкуренция между рынками с ценовыми пиками и рынками, использующими требования к величине установленной мощности
Рынки, использующие требования к величине установленной мощности, обычно имеют в своем составе рынок (или несколько рынков) для торговли мощностью. Чтобы выполнить требования к величине установленной мощности энергоснабжающие организации должны заключать соответствующие контракты. Термин «рынок на основе требований к величине установленной мощности» будет относиться не к составным рынкам (субрынкам), а ко всему (полному) рынку электроэнергии, на котором используются эти требования в целях обеспечения необходимого уровня инвестиций в генерирующие мощности. Термин «рынок на основе требований к величине установленной мощности» аналогичен терминам «рынок с ценообразованием на основе VOLL» и «рынок с OR-ценообразованием». На каждом из этих рынков для системного оператора установлены свои предельные уровни цен. VOLL-рынки имеют чрезвычайно высокие предельные уровни цен, OR-рынки имеют более низкие предельные уровни цен, а на рынках, где применяются требования к величине установленной мощности, предельные уровни цен — самые низкие, поскольку на этих рынках поставщикам не нужны ценовые пики для покрытия постоянных затрат пиковых электростанций.
Рынки на основе требований к величине установленной мощности (далее для краткости будем их называть ICAP-рынки) могут сталкиваться с теми же проблемами, что и рынки с низкими предельными уровнями цен. Если требования к величине мощности устанавливаются на ежесуточной основе, то в тот день, когда на рынке с ценовыми пиками ожидается цена в 600 долл./МВт-ч, штраф в размере 12 долл./МВт-ч, который существует на ICAP-рынке, теряет свое значение. Все, что может предложить энергоснабжающая организация поставщику, — это цену 11,99 долл./МВт-ч за его мощность, и поставщик предпочтет принять предложение о продаже электроэнергии за 600 долл./МВт-ч на соседнем рынке.
Рис. 2-9.2 Функции прибыли для рынка на основе VOLL и для рынка с требованиями к величине установленной мощности
Ситуация на реальных рынках электроэнергии еще более сложная, поскольку применение требований к величине мощности не исключает появление ценовых пиков на электроэнергию. Поэтому на этих рынках вводят сложные правила, позволяющие вырабатывать электроэнергию «на экспорт» на тех мощностях, которые зарезервированы по контракту, и возвращать мощности в свою энергосистему, когда это необходимо. Однако в те дни, когда в ICAP-рынке ожидается дефицит электроэнергии и поэтому вероятен возврат мощностей в энергосистему, наличие более высокой цены на электроэнергию на «экспортных» рынках может с лихвой покрыть расходы, связанные с выплатой относительно небольшого штрафа за нарушение требований к величине установленной мощности. В результате происходит такая же «перекупка» резервных мощностей, которая описана в предыдущем разделе.
Суть данной проблемы заключается в существовании предсказуемых (закономерных) изменений нагрузки, ведущих к чередованию периодов с большой и малой нагрузкой. Пока эти изменения существуют, рынки с высокими ценовыми пиками будут выигрывать в конкуренции за резервы в те периоды, когда они могут заплатить самую высокую цену. Рынок на основе требований к величине установленной мощности может решить эту проблему, если эти требования и соответствующие штрафы за их нарушение будут распространяться на целый год. Тогда поставщикам придется «единовременно» продавать свою мощность на год вперед, в связи с чем поставщик должен сделать выбор, будет ли он в течение всего года получать доходы на ICAP-рынке или на каком-либо внешнем рынке. В этом случае у поставщика нет возможности участвовать в рынках с ценовыми пиками в периоды высокой нагрузки и в ICAP-рынках в периоды низкой нагрузки. Как и в случае, рассмотренном в предыдущем разделе, это предполагает, что поставщики должны сделать выбор, на каком рынке они будут участвовать, — на одном или на другом, что упрощает всю ситуацию.
Утверждение 2-9.3
На рынках на основе требований к величине установленной мощности требования должны приниматься на целый год
Рынки на основе требований к величине установленной мощности находятся в уязвимом положении при конкуренции с рынками на основе ценовых пиков, если эти требования не будут действовать на протяжении всего года.
Модель рынка с требованиями к величине установленной мощности, которые принимаются на целый год.
Предположим, как в предыдущем случае, что существуют два рынка, торговые сделки между которыми осуществляются через линию электропередачи с достаточной пропускной способностью. Один из них является VOLL-рынком, а другой — ICAP-рынком. Поскольку на ICAP-рынке нет ценовых пиков, стимулирующих предоставление мощности, на нем используется штраф в размере 12 долл./МВт-ч, что в два раза превышает величину постоянных затрат пиковой электростанции. Требования к величине установленной мощности принимаются сроком на один год.
Рис. 2-9.3 Функции прибыли для рынка на основе VOLL и для рынка с требованиями к величине установленной мощности в условиях большой и малой нагрузки
Анализ.
На рис. 2-9.2 представлены функции прибыли для обоих рынков. Располагая по 50 ГВт установленной мощности, рынки делят суммарную мощность поровну. Если бы ICAP-рынок располагал мощностью менее 50 ГВт, цена за установленную мощность на этом рынке была бы равна 12 долл./МВт-ч, а ожидаемый доход от ценового пика на VOLL-рынке составил бы чуть менее 6 долл./МВт-ч. В итоге поставщики вернулись бы обратно на ICAP-рынок.
Пары соединенных горизонтальными линиями точек на рисунке показывают, как установленная мощность будет распределяться между двумя рынками, если их суммарная установленная мощность отличается от равновесной величины 100 ГВт. Если бы суммарная мощность составляла 101 ГВт, VOLL-рынок получил бы один дополнительный ГВт мощности, а цена на ICAP-рынке упала бы до 1,50 долл./МВт-ч, т. е. до альтернативных затрат, связанных с отказом от дополнительной продажи электроэнергии на VOLL-рынке. Если бы величина мощности была чуть меньше 100 ГВт, цена на ICAP-рынке поднялась бы до 9 долл./МВт-ч, и при этом данный рынок сохранял бы 50 ГВт требуемой мощности. На рынке с ценообразованием на основе VOLL возник бы дефицит мощности.
Как только дефицит мощности начинает превышать 0,5 ГВт, цена на ICAP-рынке поднимается до уровня штрафа, т. е. до 12 долл./МВт-ч, и после этой точки данный рынок будет поглощать весь дополнительный дефицит совокупной мощности двух рынков. Это не должно создавать больших проблем, поскольку всякий раз когда на двух рынках образуется дефицит мощности, цена быстро поднимается выше уровня постоянных затрат пиковой электростанции, и это стимулирует инвестиции.
В отличие от случая с двумя рынками, рассмотренного в предыдущем разделе, в данном случае ни один из рынков не имеет большого преимущества перед другим. Их конкуренция за резервы мощности ограничена введением годовых требований к величине установленной мощности, и рынок с ценообразованием на основе VOLL не может перекупать резервы именно в те периоды, когда они наиболее нужны.
Требования к величине установленной мощности, принимаемые на более короткие периоды времени.
Если требования к величине мощности можно устанавливать и выполнять на сроки менее одного года, например на три месяца, ICAP-рынок должен конкурировать с VOLL-рынком отдельно в периоды большой и малой нагрузки (рис. 2-9.3). Так же как в примере, рассмотренном в разд. 2-9.1, рынок с ценообразованием на основе VOLL выигрывает в период большой нагрузки. Он получает больше резервов и имеет более низкие ценовые пики, чем при раздельной работе рынков. Он ничего не теряет в период малой нагрузки, когда оба рынка функционируют так же, как если бы они существовали изолированно друг от друга.
Более сложные случаи.
ICAP-рынки могут защититься от ценовых пиков на внешних рынках другими способами, не прибегая к использованию требований к величине установленной мощности, принимаемых на весь год. Так, в энергообъединении PJM надежную защиту обеспечивает предельный уровень цен в 1000 долл./МВт-ч наряду с возможностью платить еще более высокие цены по «внерыночным» сделкам, хотя при этом и возникают все отрицательные побочные эффекты ценовых пиков.
В приведенных примерах рассматривались два рынка одинаковых размеров. Если рынок с ценовыми пиками больше по размерам, он имеет возможность купить больше установленной мощности на втором меньшем рынке. Небольшие рынки с низкими ценовыми пиками, а также небольшие ICAP-рынки подвергаются значительно большему риску, чем крупные рынки.
