Статья опубликована в журнале «Энерго-Info» №6 Октябрь 2018, PDF версия (0.7 MB).

Оглавление раздела

Торговля электроэнергией
2.1. Этапы торговли
2.2. Заявки потребителей на рынок
2.3. Заявки генераторов на рынок
2.3.1. Заявки тепловых станций
2.3.2. Заявки других типов станций
2.4. Конкурентный отбор заявок на рынке на сутки вперед
2.5. Результаты конкурентного отбора заявок на рынок на сутки вперед
2.6. Индекс равновесной цены рынка на сутки вперед

2. Торговля электроэнергией

2.1. Этапы торговли

Во избежание случаев, когда спрос на электроэнергию превышает предложение, ценообразование на оптовом рынке устроено таким образом, чтобы стимулировать участников оптового рынка точнее планировать объемы выработки и потребления электроэнергии. В связи с этим торговля электроэнергией осуществляется в три этапа.

На первом этапе заключают долгосрочные договоры. Для долгосрочных горизонтов торговли на многих оптовых рынках электроэнергии (европейские страны, США и др.) применяют специальные договоры — форварды (forward): участники рынка продают и покупают свои намерения по выработке и потреблению электроэнергии на месяц, квартал, год или на несколько лет вперед. В России данный вид договоров не определен.

В России используют два вида долгосрочных договоров.

1. Генераторы и сбытовые компании, обслуживающие население, заключают регулируемые договоры. Объемы поставки и цены по данным договорам на год вперед определяют органы исполнительной власти.
2. Свободные двусторонние договоры. Объемы поставки и цены электроэнергии по такому договору определяют стороны договора. Горизонт торговли может варьироваться от нескольких часов до нескольких месяцев вперед. В соответствии с правилами оптового рынка стороны такого вида договора обязаны совместно оплатить стоимость потерь, возникших при передаче электроэнергии от генератора потребителю.

Целью заключения долгосрочных договоров является снижение ценового риска для участников торговли или получение дополнительной прибыли.

На втором этапе происходит покупка и продажа планов по выработке и потреблению на один день вперед (горизонт торговли равен суткам). Этот сектор рынка называется в России рынком на сутки вперед (day ahead market). Как и в случае долгосрочных договоров, на этом рынке торговля осуществляется плановыми (прогнозными) объемами.

На третьем этапе, по мере поступления данных коммерческого учета электроэнергии, вычисляются отклонения фактических значений выработки и потребления от плана и происходит купля-продажа этих отклонений. Данный сектор оптового рынка в России называется балансирующим рынком (intraday, balancing market).

Правилами оптового рынка предусмотрено, что каждый участник рынка принимает обязательное участие в торговле электроэнергией на рынке на сутки вперед и на балансирующем рынке.

В 2017 году в России доля рынка на сутки вперед в оптовой торговле электроэнергией составила 76%, балансирующего рынка — 6%, по регулируемым договорам осуществлялась торговля 15% электроэнергии, 3% электроэнергии покупалось и продавалось по свободным двусторонним договорам [5].

Рассмотрим примеры сделок на рынке на сутки вперед и на балансирующем рынке для генератора и потребителя, у которых не заключены ни регулируемые договоры, ни свободные двусторонние договоры.

Допустим, генератор продает свой план по производству 100 МВт·ч завтра в интервале от 0:00 до 1:00 час по московскому времени (рис. 3). Интервал принято обозначать начальной отметкой времени (0:00 час). Сколько в действительности произведет генератор в этом интервале времени, будет известно после наступления 1:00. Пусть фактически генератор произвел 101 МВт·ч, тогда у него будут две сделки (рис. 3a):

1. 100 МВт·ч продал на рынке на сутки вперед;
2. 1 МВт·ч продал на балансирующем рынке.

Пусть фактически генератор произвел 99 МВт·ч, тогда его сделки выглядят следующим образом:

1. 100 МВт·ч продал на рынке на сутки вперед;
2. 1 МВт·ч купил на балансирующем рынке.

Аналогично с потребителями. Допустим, потребитель планирует потребить 100 МВт·ч завтра в тот же час 0:00. Пусть фактически он потребил 99 МВт·ч, тогда его сделки формируются аналогично (рис. 3b):

1. 100 МВт·ч купил на рынке на сутки вперед;
2. 1 МВт·ч продал на балансирующем рынке.

Обратная ситуация, когда фактически он потребил 101 МВт·ч:

1. 100 МВт·ч купил на рынке на сутки вперед;
2. 1 МВт·ч купил на балансирующем рынке.

В России генераторы и потребители подают свои планы выработки или потребления (заявки) на завтра Администратору торговой системы до 13:30 текущего дня по московскому времени.

Администратор торговой системы производит сбор заявок потребителей и генераторов на рынок на сутки вперед, осуществляет так называемый конкурентный отбор заявок рынка на сутки вперед (п. 2.4), определяет объемы и цены по всем сделкам на этом рынке, принимая в расчет объемы свободных двусторонних договоров и регулируемых договоров. Кроме управления режимом энергосистемы России Системный оператор производит сбор заявок на балансирующий рынок и осуществляет так называемый конкурентный отбор заявок на балансирование системы. Однако итоговые расчеты объемов и цен отклонений фактической выработки и потребления от плана выполняет Администратор торговой системы.

2.2. Заявки потребителей на рынок

Заявка потребителей на рынок на сутки вперед, как правило, представляет собой таблицу из трех столбцов (таблица 1): первый столбец содержит час завтрашних суток, второй — плановый объем потребления, третья — цену.

Таблица 1. Пример заявки потребителя на рынок на сутки вперед

Если потребитель оставляет поле цены пустым, то он тем самым заявляет о своем намерении купить электроэнергию по любой сложившейся на рынке цене. Такие заявки называются ценопринимающими заявками (price independent). Они отражают неэластичный спрос (независимый от цены). Как отмечалось выше, в 2017 году на оптовом рынке России 99,5% спроса являлось ценопринимающим.

2.3. Заявки генераторов на рынок

Генераторы оформляют свои планы по выработке электроэнергии каждой из своих станций в виде аналогичных таблиц с указанием объемов выработки и цен. Форма заявок тепловых станций существенно отличается от форм заявок остальных видов станций по причине различий в переменных затратах (п. 1.5.1).

2.3.1. Заявки тепловых станций

Для производства электроэнергии тепловая станция сжигает топливо, например, газ, мазут, уголь и др. Затраты станции на топливо при производстве 1 МВт·ч зависят от большого числа факторов: уровень электрической нагрузки; цена сжигаемого топлива; тепловая нагрузка станции; температура окружающей среды и т. д. Если тепловая станция находится в работе, то в течение часа она не может производить электроэнергии меньше некоторого известного объема, так называемого минимального предела регулирования, и больше другого известного объема — максимального предела регулирования.

Заявка тепловой станции на каждый час следующих суток представляет собой таблицу, содержащую информацию о трех точках кривой затрат данной станции. Для обеспечения возрастания цены электроэнергии при увеличении объема предложения оптовый рынок электроэнергии России устанавливает следующие основные правила формирования заявки.

1) Поскольку объем выработки электроэнергии, соответствующий минимальному пределу регулирования, будет произведен вне зависимости от сложившейся на рынке цены, этот объем заявляют на рынок на сутки вперед как ценопринимающий (рис. 4, точка 1).

2) Объем выработки электроэнергии, соответствующий максимальному пределу регулирования, заявляют на рынок по цене, равной затратам на 1 МВт·ч при данном объеме выработки с учетом плановой прибыли (рис. 4, точка 3).

3) Промежуточный объем электроэнергии (рис. 4, точка 2) может быть включен в заявку на рынок на сутки вперед при выполнении следующих условий:

• объем 1 < объем 2 < объем 3;
• цена 1 < цена 2 < цена 3.

Затраты на выработку 1 МВт·ч электроэнергии между заявленными точками полагают постоянными. Поскольку график (рис. 4), соответствующий заявке тепловой станции, похож на лестницу, то соответствующие объемы и цены принято называть ступенями. Набор из 24 часовых заявок тепловой станции можно представить в виде таблицы 2.

Таблица 2. Пример заявки тепловой станции на рынок на сутки вперед

Значения объемов и цен в заявке на рынок на сутки вперед для тепловой станции определяют по итогам решения двух следующих задач:

1) оптимизация работы тепловой станции по критерию максимизации прибыли — определение объемов в заявке [12];

2) вычисление значений так называемых удельных расходов условного топлива, на основании которых вычисляют затраты на выработку 1 МВт·ч — определение цен в заявке [13].

Напомним, что конкуренция на оптовом рынке электроэнергии существует только среди поставщиков — в России главным образом среди тепловых станций. Если станция заявит на рынок объем по высоким ценам, то данный объем может быть не востребован рынком (рис. 8). Что такое невостребованный рынком объем электроэнергии? Это объем, который потенциально может быть произведен станциями. Выработка тех станций, объемы которых рынком частично не востребованы, ниже, чем их верхний предел регулирования. Возможны два основных случая.

1) Для генератора выгоднее, чтобы станция вырабатывала объем электроэнергии, соответствующий верхнему пределу регулирования. Если такая станция проиграет конкуренту, то часть объема электроэнергии, который она предложила на рынок, будет не востребована и станция недополучит прибыль на рынке на сутки вперед.

2) Для генератора выгоднее, чтобы станция вырабатывала объем электроэнергии ниже верхнего предела регулирования. Заявка такой станции содержит заведомо высокие цены, отражая намерение генератора снизить выработку.

2.3.2. Заявки других типов станций

Заявки гидро-, атомных, солнечных и ветровых электростанций похожи на заявки потребителей и, как правило, содержат лишь одну ступень (таблица 3).

Таблица 3. Пример заявки генератора на рынок на сутки вперед

Согласно правилам оптового рынка России заявки таких станций на рынок на сутки вперед должны быть ценопринимающими. В 2017 году эти станции обеспечивали 44% ценопринимающего предложения на рынке. Оставшиеся 56% ценопринимающего предложения обеспечивают тепловые станции. В том же году ценопринимающее предложение составило 94,3% от общего востребованного рынком предложения генераторов. Реальные кривые спроса и предложения на электроэнергию представлены на рис. 5. Таким образом, ценопринимающие объемы спроса и предложения доминируют на рынке электроэнергии.

Отметим, что мы не рассматриваем интегральные заявки на рынок на сутки вперед и оперативные ценопринимающие заявки, подаваемые участниками на балансирующий рынок [6], [11].

2.4. Конкурентный отбор заявок на рынке на сутки вперед

После того, как участники рынка подали свои заявки, Администратор торговой системы осуществляет конкурентный отбор заявок рынка на сутки вперед (day ahead auction) путем решения математической оптимизационной задачи вида **

(1)

где C_c(h), P_c(h) — цена и фиксированный объем потребления электроэнергии в интервале между отметками времени h и h+1 из заявки потребителя; C_g(h), P_g(h) — цена (руб./МВт·ч) и объем выработки электроэнергии (МВт·ч) из заявки генератора. Целевая функция (1) представляет совокупную прибыль всех участников рынка за сутки, которую называют функцией благосостояния рынка [6]. Суммирование в выражении (1) осуществляется по так называемым узлам расчетной модели c и g. Узел расчетной модели представляет собой электростанцию или ее часть, например, блок или турбину, если это генерирующий узел g; трансформаторную подстанцию или другое распределительное устройство, если это потребляющий узел c. Оптимизируемыми параметрами являются объемы выработки электроэнергии P_g(h) в генерирующих узлах. Задача (1) имеет большой набор ограничений значений оптимизируемых параметров, вытекающих из технических параметров энергосистемы [11].

** Рассматриваем целевую функцию в случае неэластичного спроса и только для почасовых заявок (исключая интегральные заявки).

Поскольку в России узлы расчетной модели географически широко разнесены, было принято решение о формировании двух ценовых зон:

1. Европейская зона, к которой относят более 8000 узлов;
2. Сибирская зона — более 800 узлов.

Ценовые зоны совокупно включают территорию 65 регионов России (рис. 6). Остальную территорию страны относят к так называемым неценовым или изолированным зонам, в которых до настоящего времени покупка и продажа электроэнергии осуществляется по тарифам.

В действительности, Администратор торговой системы решает две оптимизационные задачи вида (1) — свою для каждой из указанных ценовых зон.

2.5. Результаты конкурентного отбора заявок на рынок на сутки вперед

План потребления и выработки для каждого участника торговли, полученный по итогам конкурентного отбора заявок рынка на сутки вперед, называют торговым графиком.

Цены в узлах расчетной модели на каждый час суток являются результатом решения оптимизационной задачи (1) и называются равновесными узловыми ценами рынка на сутки вперед. Обычно в каждом узле формируется уникальное значение цены. Различие в ценах для некоторых двух узлов в один час суток может как равняться нулю, так и достигать нескольких тысяч руб./МВт·ч. Цены в узлах, расположенных географически близко, например, в одной области или республике, обычно имеют близкие значения. Чем дальше расположены друг от друга узлы, тем существеннее разница в поведении узловых цен (рис. 7).

В связи с большим числом узлов расчетной модели оценивать общие рыночные тенденции принято на основании агрегированных значений цен, например, средней или средневзвешенной узловой цены для региона, для зоны свободного перетока, объединенной энергосистемы, для ценовой зоны [6]. В случае доступности значений объемов покупки и продажи следует анализировать средневзвешенные по данным объемам цены; в случае отсутствия таких данных — средние значения цен. Такие средние значения цен принято называть индексами [14].

2.6. Индекс равновесной цены рынка на сутки вперед

Ключевыми индексами рынка на сутки вперед являются индексы равновесной цены рынка на сутки вперед на покупку и продажу по ценовым зонам. Значения этих индексов ежедневно публикуют на сайте Администратора торговой системы. Указанные индексы можно привести к одному индексу — средневзвешенному по объемам покупки и продажи индексу равновесной цены рынка на сутки вперед (далее равновесная цена). С учетом некоторых допущений можно сказать, что на графике спроса и предложения (рис. 1b, 5) величина равновесной цены является точкой пересечения кривых спроса и предложения [6]. Значение равновесной цены рынка на сутки вперед отражает, дорожает или дешевеет электроэнергия в большинстве узлов ценовой зоны (см. ниже).

Узлы, значения цен в которых не подвержены общим рыночным тенденциям, можно разделить на несколько групп в соответствии с географическим положением. В Европейской ценовой зоне выделяют три группы узлов:

1. Северо-Запад (Республика Карелия, Ленинградская область, Мурманская область, Новгородская область, Псковская область);
2. Юг (Чеченская республика, Республика Дагестан, Ингушская республика, Кабардино-Балкарская республика, Карачаево-Черкесская республика, Республика Северная Осетия – Алания, Ставропольский край, Краснодарский край);
3. Северо-Восток (Курганская область, Свердловская область, Тюменская область, Пермский край).

В Сибирской ценовой зоне выделяют две группы узлов:

1. Восток (Республика Бурятия, Иркутская область, Забайкальский край);
2. Запад (Алтайский край, Республика Алтай, Омская область, Новосибирская область).

В связи с недостаточно развитой системой электропередач между указанными группами узлов и остальной ценовой зоной конкуренция среди генераторов внутри каждой из групп снижена. Как следствие, на узловые цены на этих территориях оказывают влияние главным образом местные генераторы. Это, в свою очередь, приводит к особому поведению узловых цен, не всегда соответствующему поведению равновесной цены.

Покажем, как изменение равновесной цены отражает изменения узловых цен рынка на сутки вперед1. В 2017 году в случае, если среднесуточное значение равновесной цены для ценовой зоны росло, т. е. в текущий день цена была выше, чем в предыдущий день, то узловые цены росли в 81% и 84% узлов Европейской и Сибирской зон соответственно. Аналогично, если среднесуточное значение равновесной цены для ценовой зоны снижалось, то узловые цены снижались в 85% и 86% узлов (таблица 4).

Таблица 4. Изменение равновесной цены и узловых цен в 2017 году