参考文献

第5章 安全成本评估与安全定价的应用和发展

5.1 引言

电力工业的健康发展是整个国民经济持续增长、人民生活水平不断提高以及社会稳定的重要保证。电力市场竞争机制的引入提高了电力工业的生产效率，然而在电力市场运营过程中提高系统运行的经济效益与保证电力系统本身的安全与稳定始终是一对矛盾。这个问题的主要表现是：激烈的市场竞争使得竞争力不强的发电机组纷纷退出市场，导致系统备用容量的降低；另一方面，由于市场风险的存在，投资者缺乏足够的动力投资兴建电源，扩充系统容量，这使得系统将因为装机容量不足而面临严峻的运行安全问题。

实践证明，在电力市场中单纯依靠实时电价并不足以产生足够的经济信号，促使发电商投资兴建电源来保证系统的供电可靠性，提高电力系统运行的安全水平。因此，许多研究成果提供了各种方案来协调系统运行的安全性和经济性，它们希望仍然利用经济的而不是行政的手段解决系统运行的安全问题。

目前，被普遍接受的思路包括制定两部制电价以及组织容量市场进行容量交易。

1）两部制电价中的“两部”即容量和电量，内涵是将电能的固定成本和短期边际成本通过容量电价和电量电价分别考虑。机组在现货市场上将依据短期边际成本申报电价，现货市场的边际电价反映的是市场全体成员的短期边际成本，而发电机组长期边际成本则通过其他方式传递给用户。在这种电价模式中，新投运的机组不会因为固定成本嵌入实时电价而失去竞争力，由此降低了投资者兴建电源的市场风险。

2）建立容量市场则是人们解决机组容量成本的主要手段。美国在建立容量市场方面进行了广泛实践，其市场模式为：通过拍卖对发电商提供的容量进行付费，而这部分费用与发电商发电量的多少没有关系。在这种模式中，根据市场负荷需求的大小确定系统所需总容量，然后组织发电商进行容量拍卖或者竞价交易。这种发电容量交易方法并不能以合理的尺度来回答“电力系统应该新增多大的容量”这个长期发展问题，也不能有效地解决现有电力交易中发电容量长期成本与短期成本之间的差异问题。

本章将探讨电力市场条件下的安全电价问题，通过评估市场中各台机组对系统可靠性的贡献及其与该机组容量成本的关系，形成机组安全电价的概念，研究其定价原则。应用该理论，提出一种新的容量市场交易模式，设计电源扩建的最佳投资方案，促使电力系统的安全性和经济性共同达到最优。

5.2 安全电价形成机制

5.2.1 基于停电损失评估的安全性定价

停电损失（Outage Cost）是指电力供应不完全可靠时，用户所承担的经济损失。一般可分为直接停电损失与间接停电损失。

在传统的电力工业垂直管理模式中，评估停电损失是电力规划部门进行电源规划和电网建设规划的重要依据。传统的停电损失评估方法根据停电对生产的影响来估算停电损失。通过评估不同产业的停电损失进而估算整个社会的停电损失，再将这些数据与新增机组和电网扩建的投资进行比较，得出最优的电网和电源建设方案。

为了准确的评估用户停电损失，R.Billinton提出了用户损失函数（Customer Damage Functions）的概念。用户损失函数考察的是停电事故的持续时间、范围等对社会不同阶层造成的经济损失。通过建立用户停电损失函数，系统规划人员可以了解和掌握供电可靠性对全社会福利的影响，并以此为依据，做出正确的决策。在计算用户停电损失时，可将用户分类，应用统计方法分别得到每类用户的停电损失函数，计算每类用户停电损失，经过累加得到总的停电损失。

以工业用户为例，认为停电时刻的影响主要由停电功率决定，停电持续时间的影响则由统计得到。在对系统实际运行数据的调查基础上，对各类工业用户进行分类研究。由于工业用户较多，而且每个用户生产的产品不同，产生的效益也不同，因而停电损失也相应不同。为了简化计算过程，采用分类以后取平均值的方法，来估算停电对这类用户的影响，列出用户的停电损失函数与停电持续时间的关系，即用户停电损失函数。

根据统计资料，得到用户分类信息和各类用户停电损失函数、用户负荷波动情况、负荷预测，假设紧急控制策略和恢复控制策略已给定，根据经验预测辅助服务方案，用第3章中的优化方法求得理论最优运行点，求得各节点的安全性价格，并发布给所有市场参与者，引导发电和用电趋向，对发电和负荷经济信息估算不准确造成的误差，随着市场运行经验的积累可逐渐减少。具体流程图如图5-1所示。

图5-1 基于停电损失评估的安全性定价流程图

随着电力市场的兴起，传统电力工业垂直垄断体系被打破，电力用户不再被动地接受系统制定的固定容量电价和固定可靠性水平，用户可以根据其停电损失的评估以及对停电损失的承受程度，提出各自对电能质量的要求。这就要求必须对系统中的发电容量进行有效的使用和规划，与此伴随的是大量的电源投资。如何在用户的电能质量要求与电源建设投资之间寻找最优平衡点，这是容量安全定价需要解决的关键问题。

5.2.2 基于机组容量成本的安全性定价

发电机组的容量成本主要指机组的固定成本，它与机组发电量的多少无关，只取决于机组建设时投资还贷、资产折旧等固定费用。为了在市场交易中补偿这部分成本，以往的做法是将其分摊到机组电度电价中，以及向用户收取容量电费。无论哪种方式都是以会计方式完全补偿发电机组固定成本为出发点，没有体现发电机组本身的容量和发电质量对系统安全性的影响，用户容量电费的收取也往往存有异议。本章中，发电机组的容量成本实际上是机组为维持系统安全性，提高系统供电可靠性而付出的成本，应该成为构建机组安全电价的基础。为了切实地反映容量成本的社会效益，应该研究专门的市场机制，通过市场的供需关系发现容量的价值，并以市场价格的方式补偿这部分成本。

5.2.3 发电厂最佳安全成本评估

发电厂安全生产一直受到高度重视，但企业很少考虑为保证安全而投入的成本是否合理，通常是按经验来决定安全投入的多少。安全经济效益有两方面的含义：一是在满足某种安全标准条件下，使安全投入最小；二是在给定的安全投入下，使安全度最高。利用经济学基本原理，通过分析发电厂的利润与产量、利润与安全投入之间的关系，研究发电厂最佳利润下的最优产量，以及最优产量下的安全投入，并将其作为最佳安全投入。

企业成本分析是正确区分和控制安全成本、评价安全投入经济合理性的前提。这里以会计成本作为企业成本分类的基础，在此基础上分离出安全成本。这样的安全投入分析方法在实践中便于操作，在理论上能保证其总体的准确性。

电厂安全投入和低成本运营是一对矛盾，但又互为条件，互有联系。即没有一定的资金投入，设备的安全运营得不到保证，企业也无效益可言；如果投入过多，超过企业的经济承受能力，将导致企业利润减少，对设备进行技术改造和定期维修的投入也会相应减少，安全生产得不到保证，同样会影响发电企业的效益。安全成本是指为了达到发电厂安全运营的目的而付出的所有直接费用和支出，也称之为安全投入。按照安全成本支出目的的不同，安全总成本可分为安全预防成本和安全预见成本两部分。安全预防成本由改造费、日常维护费、修理费等构成。安全预见性成本由安全管理费、安全用具定期试验费、教育培训费等构成。这里没有将安全损失成本考虑在内，是因为安全损失成本的减少最终反映为其以利润的变化，从而可以将其包括在企业利润分析中。

追求利润最大化是企业的本性，无论其具体目标是追求既定效益水平的成本最小化，还是追求既定成本条件下的效益最大化，或净效益的最大化，都必须依据边际决策规则，采用最优化技术方法来进行战略决策，才能实现资源配置的帕累托最优，从而实现最优目标。为了决定有效率的资源配置，需要对某项活动（投资）水平变化的边际效益和此变化的边际成本进行比较，找到总效益与总成本差距最大的活动（投资）水平。

安全成本并不是越多越好，安全成本产生的经济效益，安全成本与安全性的关系如何，这两个问题是研究确定安全成本大小的关键。理论研究表明，企业的安全成本、安全产出和安全效益具有一定的规律性，安全成本（投资）、安全产出和安全效益与安全性有密切的相关性，它们之间的关系如图5-2所示。

由图5-2的安全成本曲线可以看出，发电厂的安全性越高，需要的安全成本就越大，当系统安全性达到绝对安全时，投入的成本为无穷大。而安全产出虽然是随着安全性的增加而增加，但并不是无限增大，而是趋向一个有限值。这样，安全效益在安全性达到一定程度时，达到最大值。也就是说，当安全成本达到时，安全效益达到最大值，相应的发电厂利润达到最大值。因此，安全投入的最佳值就是利润最大时的安全投入。

由上面的分析可知，通过产量-利润函数关系求得最大利润，然后通过利润-安全成本函数关系求得最大利润下的安全成本，即可确定发电厂的最佳安全投入。

图5-2 安全成本曲线

5.3 安全电价的应用

在传统的电力工业垂直管理体系中，系统运行的安全性往往是由政府的行政手段来保证的。在引入电力市场的竞争机制后，政府的管制逐渐削弱，使得系统运行的安全性往往会因为短期的经济利益所牺牲，加利福尼亚州电力市场的失败便是一个典型的例子。为了解决电力市场中电力系统运行的安全问题，各个国家和地区都进行了广泛的探索，目前最主要的途径便是前文提到的推广两部制电价和容量市场的建立。

本章综合这两种方式的长处，提出一种容量市场机制，用于引导发电商根据系统安全需要以及其机组建设成本，决定其投入或退出系统运行。这种市场机制与现有的容量市场类似，交易的对象均是发电机组的容量，但它并不是事先确定一个可靠性水平，也不是对所有机组均支付容量电费。本书希望利用微观经济学理论，探索利用安全价格机制保证对系统安全的投资与系统的实际需要相平衡的手段，即建立一种新型的容量市场，使得只有竞争成功的那些机组被支付容量电费，可称这些机组为有效安全容量。在该容量市场中，用户根据其对自身停电损失的评估申报停电损失费用，而发电商则根据其容量成本申报安全电价，系统交易员根据社会福利最大化的原则确定系统运行的最佳可靠性水平，之后再向发电商支付容量电费以及向用户征收电能安全费用。

这种新型的容量市场应独立于现货市场而存在，其目的是通过组织容量交易保证使系统运行在一定可靠性水平上的必要容量，同时使系统的可靠性维持在必要的理性水平上。

在我国的电力事业发展过程中，电源规划部门往往根据确定性的指标决定新建电源的容量。这种做法虽然可以保证系统备用容量的充足，但没有考虑备用容量的社会效益，造成了社会资源的浪费。随着电力市场改革的进一步展开，如何合理地规划电源投资，引导电力工业的健康发展，保证社会的稳定已经成为备受关注的焦点问题。利用平衡发电容量边际成本和机组边际容量安全效益的思想，可以在电源投资时使社会效益达到最大化。电网规划部门在进行电源投资规划前，应先评估增容的边际社会总效益，之后对比发电机组的边际容量成本，当投运机组的边际容量成本恰好等于系统增容的边际安全效益时，便不应再增加新的电源，否则将造成资源的浪费，使社会总效益下降。

参考文献

[1] 刘雪连.电力系统最优运行的电压安全成本研究[D].济南：山东大学，2006.

[2] 赵儆，康重庆，夏清，等.电力市场中安全电价理论研究[C].第二十八届中国电网调度运行会议论文选集，2003：526-533.

[3] 袁保庆.基于概率不安全指标的电力市场安全性定价[D].天津：天津大学，2006.

[4] 李凯扬，王强，陆爱平.发电厂安全成本优化研究[J].水利水电技术，2005，36（7）：123-125，135.