一种基于中长期市场的煤电联动方法及其风险评估方法与流程

1.本发明属于电气工程领域，更具体地，涉及一种基于中长期市场的煤电联动方法及其风险评估方法。


背景技术：

2.目前我国电力市场交易仍以中长期为主，通过中长期合约这一电价“压舱石”，锁定大部分市场电量交易价格后，上游燃料价格波动将完全由发电侧主体承受，无法传导至用户侧，市场交易缺少相关调控燃料价格波动风险的手段。例如，某年电煤价格呈“v”字形曲线变化，相较于往年，该年煤价的整体水平偏高，火电企业亏损严重，市场交易风险激增，发电意愿极度下降，存在履约上的困难。目前市场化改革背景，为煤电联动机制的应用提供了可能，而在电力现货市场尚未常态化运行期间，亟需为高煤价给火电企业带来的交易风险提供一种可能的解决方案。


技术实现要素：

3.针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于中长期市场的煤电联动方法及其风险评估方法，其目的在于实现上游侧煤炭成本的变动向下游侧的传导。
4.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于中长期市场的煤电联动方法，包括：
5.获取预设的煤价参考指数种类下的煤价正常区间；
6.将t月的平均煤价参考指数index
t
与所述煤价正常区间的上下限值进行比较，当index
t
偏离所述煤价正常区间时计算偏差值，并将该偏差值与目标燃煤机组所在地区的平均煤耗i和调整系数相乘，得到参考煤价进行联动调整的价格部分δp
t
；其中，所述调整系数的取值根据实际所需联动幅度确定，其取值范围为0～1；且当index
t
小于所述煤价正常区间的下限值时所述偏差值为index
t
减去下限值所得到的结果，当index
t
大于所述煤价正常区间的上限值时所述偏差值为index
t
减去上限值所得到结果；
7.将该联动调整的价格部分δp
t
加至联动前电能量市场结算电价中，得到联动调整后的电能量市场结算电价，实现上游侧煤炭成本的变动向下游侧的传导，完成基于中长期市场的煤电联动。
8.进一步，所述煤价参考指数种类为cci指数、bspi指数、cctd指数或ceci指数。
9.进一步，当index
t
大于所述煤价正常区间的上限值c2时，将index
t
减去c2，得到的计算结果与目标燃煤机组所在地区的平均煤耗i和上调整系数k1相乘作为参考煤炭价格进行联动调整的价格部分δp
t
；当index
t
小于所述煤价正常区间的下限值c1时，将index
t
减去c1，得到的计算结果与目标燃煤机组所在地区的平均煤耗i和下调整系数k2相乘作为参考煤价进行联动调整的价格部分δp
t
；否则，将δp
t
赋值为0。
10.进一步，所述电能量市场结算电价的计算方式为：
11.[0012][0013]
其中，为t月所述目标燃煤机组经联动调整后的电能量市场结算电价，p
e,t
为所述目标燃煤机组t月市场交易价格，e代指电能量，为所述目标燃煤机组t月上网电价，为燃煤基准价，p
up
和p
down
为市场结算电价的上限值和下限值。
[0014]
进一步，p
up
的取值为1.2倍的p
down
的取值为0.8倍的
[0015]
本发明还提供一种如上所述的煤电联动方法的风险评估方法，包括：
[0016]
根据目标地区燃煤机组的容量分布情况，计算所有燃煤机组的平均年化投资成本、平均度电固定成本和平均度电燃料成本，成本之和作为该地区的单台燃煤机组总成本；
[0017]
计算实际煤炭价格下的机组收益与发电商预测煤价下的机组收益的差值，作为如上所述的煤电联动方法的风险函数；
[0018]
分别对采用如上所述的煤电联动方法后的实际煤炭价格下的机组收益所对应的风险函数与未采用煤电联动方法时的实际煤炭价格下的机组收益，采用cvar模型并通过蒙特卡洛法进行数值抽样模拟，得到风险值；
[0019]
通过对比两个风险值，完成如上所述的煤电联动方法的风险评估。
[0020]
进一步，所述平均燃煤机组度电成本c
t
的计算方式为：
[0021][0022][0023][0024][0025]
其中，a为单位kw燃煤机组容量的年化投资成本，i为单位kw燃煤机组容量的总投资成本，r为贴现率，n为机组经济寿命，h为所述单个燃煤机组所在地区的年平均发电利用小时数，cf为单个燃煤机组所在地区的平均总度电固定成本，1％代表固定运维成本大小，为单个燃煤机组所在地区的平均度电燃料成本，index
t
为t月的平均煤价参考指数，t为单个燃煤机组所在地区的平均煤炭运输成本，i为单个燃煤机组所在地区的平均煤耗。
[0026]
进一步，所述风险函数表达式为：
[0027][0028][0029]
[0030]
其中，l为风险函数，和分别代表实际煤炭价格与发电商预测煤炭价格下的燃煤机组收益，l
b,t
和l
a,t
分别代表联动前后t月份利润偏差值，即风险大小，p
e,t,b
和p
e,t,a
分别为联动前后t月份度电电能量交易价格，和分别代表t月份实际煤价与发电商预测煤价所对应的发电商度电成本，和分别代表在实际煤价与预测煤价下计算得到的联动价格,q
t
为t月份交易电量。
[0031]
进一步，所述cvar模型表示为：
[0032][0033]
其中，β为置信区间，α代表置信水平为β下的最大风险损失，[l-α]

表示n为蒙特卡洛总模拟抽样次数，lj表示第j次抽样模拟得到的风险大小。
[0034]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如上所述的煤电联动方法和/或如上所述的风险评估方法。
[0035]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0036]
(1)本发明提供一种基于中长期市场的煤电联动方法，即联动机制，其结合计算机手段，高效地实现采用联动机制后的电价计算，旨在解决上游侧煤炭成本的变动无法向下游侧传导的技术问题。由于该技术问题的存在，目前煤价高企，发电商亏损严重，电量供应得不到保证。本发明方法提出在确定煤价参考指标和联动调整区间以及调整系数后，便可得到具体的煤电价格联动公式。采用本发明提出的煤电联动方法，火电企业通过合理报价，可在总体收益不变的情况下，能够降低收入的波动程度；另外降低了由于发电商煤价预测不准所带来的交易风险，将进一步促进电力市场改革的推进。
[0037]
(2)本发明还提供的煤电联动方法的风险评估模型，风险评估模型也表明，火电企业的中长期市场交易风险有所下降。
[0038]
(3)本发明提供的风险评估模型，基于cvar构建了火电企业面临的市场交易风险，在确定具体的交易电量和煤价预测值后，通过计算机蒙特卡洛抽样方法便能对平均超额损失进行评估。
附图说明
[0039]
图1为本发明实施例提供的一种基于中长期市场的煤电联动方法流程框图；
[0040]
图2为本发明实施例提供的某发电商年度交易电量与预测煤价示意图；
[0041]
图3为本发明实施例提供的调整系数k1和k2均为0.5时的联动前后机组收益与cvar值的结果示意图。
具体实施方式
[0042]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并
不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0043]
实施例一
[0044]
一种基于中长期市场的煤电联动方法，如图1所示，主要分为以下几部分内容：
[0045]
(1)煤炭价格参考指数选取
[0046]
目前国内电煤价格指数品种繁多，常见的包括cci指数、bspi指数，cctd指数和ceci指数等，各种煤炭价格指数跟踪的交易范围不同，价格波动情况也不尽相同，应结合实际情况选取合适的煤价参考指数。
[0047]
(2)联动区间的选取
[0048]
根据2017年国家发改委等四个部门印发的《关于印发平抑煤炭市场价格异常波动的备忘录的通知》，划定动力煤价格绿色区域为500～570元/吨。因此，联动交易方法在煤价处于(500,570)区间时，不进行联动。
[0049]
(3)煤电价格联动表达式
[0050]
煤电价格联动方法应在高煤价期间增加市场交易价格，减少火电企业亏损，在低煤价期间降低市场交易价格，进一步释放用电福利。具体针对单个燃煤机组的联动表达式如下：
[0051][0052][0053][0054]
式(1)为电能量市场的结算电价计算公式，其中：t为交易月份，为t月燃煤机组采用联动机制后的实际结算电价，其中下标js为结算的拼音首字母缩写；p
e,t
为燃煤机组市场交易价格，e代指电能量；为单个燃煤机组的上网电价，其中下标sw为上网的拼音首字母缩写；为政府统一核定的燃煤基准价,其中下标jz为基准的拼音首字母缩写；δp
t
为参考煤炭价格进行联动调整的价格部分，index
t
为t月平均index值，c2取值为570，c1取值为500。
[0055]
式(2)为结算电价限幅公式，其中，p
up
和p
down
为市场结算电价上限值和下限值，根据当前政策具体数值等于1.2倍的和0.8倍的结算电价超过浮动范围的限制时，自动取为上限值p
up
或下限值p
down
。
[0056]
式(3)为联动价格计算公式，其中；index
t
为t月的平均煤价参考指数大小；i为所述单个燃煤机组所在地区的平均煤耗大小，单位为吨/kwh；k1、k2为上、下调整系数，取值范
围[0,1]，根据需要给定(可根据政府需要，想要增大联动浮动，则调大系数取值)，在煤价处于(500,570)区间时电价不进行联动。
[0057]
实施例二
[0058]
一种交易风险评估模型，主要包括以下内容。
[0059]
(1)上述单个燃煤机组所在地区的平均燃煤机组成本计算
[0060]
燃煤机组的成本主要可分为固定成本和燃料成本两部分：固定成本不随燃料价格变动，由年化投资成本a和固定运维成本构成；燃料成本与煤价index、煤炭运输成本t、机组发电煤耗i相关。其中年化投资成本a主要为机组投资的折旧费，可用净现值法按固定贴现率计算；固定运维成本包括材料费、工资、福利费、检修费等，近似与机组总投资成本成线性关系，可按总投资额的1％估算；燃料成本需要结合实际情况计算。
[0061]
燃煤机组度电成本的计算公式如下：
[0062][0063][0064][0065][0066]
式(4)为年化投资成本的折旧方法，其中，i为单位kw燃煤机组容量总投资成本；r为贴现率，一般取7％；n为机组经济寿命，对于燃煤机组，通常取30年；a为单位kw燃煤机组容量年化投资成本。
[0067]
式(5)为度电固定成本换算，其中：h为所述单个燃煤机组所在地区的年平均发电利用小时数，可根据年燃煤机组装机容量与发电量情况计算得到；1％代表固定运维成本；cf为单个燃煤机组所在地区的平均总度电固定成本。
[0068]
式(6)为度电燃料成本计算方法，其中：cv为单个燃煤机组所在地区的平均度电燃料成本；index
t
为t月平均index值，其中index为煤价参考指数大小；t为煤炭运输成本；i为单个燃煤机组所在地区的平均煤耗。
[0069]
根据以上结果计算得到式(7)平均燃煤机组度电成本c
t
的表达式。
[0070]
(2)基于cvar的风险计算模型
[0071]
分析市场主体的交易心理可知，发电商为了更好地获利，在申报交易价格前，会考虑自身对未来煤价走势的判断，以及自身期望的利润值等因素后再做出决定。由于市场主体对价格的判断不可能做到完全吻合，因此实际煤价下的收益将会偏离最初期望的利润，可将偏差值的大小定义为发电商在煤价波动情况下可能面临的损失。cvar也称作条件风险价值，可用于表示一定置信区间(偏离期望值的负利润区间)下的平均超额损失，通过蒙特卡洛法进行数值抽样模拟，得到近似实际情况下的煤价波动风险。相关公式如下：
[0072][0073]
[0074][0075][0076]
式(8)中，l为风险函数；和代表实际煤价与预测煤价下的收益，r为实际的，p为预测的。
[0077]
式(9)和式(10)中，q
t
为t月份交易电量；l
b,t
和l
a,t
代表联动前后t月份利润偏差值，即风险大小；p
e,t,b
和p
e,t,a
为联动前后t月份度电电能量交易价格；和代表t月份实际煤价与发电商预测煤价所对应的发电商度电成本；和代表在实际煤价与发电商预测煤价下计算得到的联动价格。
[0078]
式(11)为cvar计算公式，其中：β为置信区间，一般取0.9,、0.95、0.99三类值；α代表置信水平为β下的最大风险损失；[l-α]

表示因为是超额损失，未超过α便不应该统计；n为蒙特卡洛总模拟抽样次数；lj表示第j次抽样模拟得到的损失大小。
[0079]
结合实际情况，可假设发电企业对煤价走势的预测偏差服从正态分布关系，相关的期望值为0，方差为随着月份线性增加的函数σ2(t)＝vt。
[0080]
为了更好的说明本发明提出的煤电联动方法，现给出如下实例。
[0081]
(一)煤电联动表达式
[0082]
以某省的实际数据与网上搜集到的资料进行算例分析。考虑到该省份的火电厂多以汾渭cci指数作为煤价的评判标准，因此本实例将根据汾渭cci5500现货价格指数设计联动交易品种。后文为简化表述，用cci指代cci5500现货价格指数。具体的cci数据如表1。
[0083]
表1各月平均cci煤价(元/吨)
[0084][0085]
[0086]
该省的燃煤基准价为0.4161元/kwh，假设测算的燃煤机组上网电价满足根据风险平分的原则，可将上下调整系数设为k1＝k2＝0.5。
[0087]
根据国研网统计《2019年主要发电企业火电机组分容量等级运行情况》，如表2所示，取平均值300g/kwh作为燃煤机组度电煤耗。该数值为标准热值7000大卡/kg下的煤耗，需进一步与cci的煤热值5500大卡/kg按照等热值原则换算，即300*7000/5500，换算后的发电煤耗为382g/kwh，即i＝0.382/1000。至此，可得到具体的煤电联动公式如式(12)所示，
[0088]
表2 2019年主要发电企业火电机组分容量等级运行情况
[0089][0090][0091]
(二)燃煤机组成本表达式
[0092]
根据表3火电机组容量平均投资成本，按照公式(4)(5)可相应得到如表4所示年化固定投资成本，再结合该省实际装机容量分布情况，折算出火电机组平均年化固定成本费用为334元/kw/年，又该省的火电机组年平均利用小时数为4215h/年，因此平均度电固定成本约为334/4215＝0.08元/kwh。而该省煤炭的平均运输成本为95元/吨，结合前面计算的煤耗i＝0.382/1000，由此得到发电成本的表达式(13)。
[0093]
表3十三五期间火电机组平均装机成本(元/kw)
[0094][0095]
表4燃煤机组年固定成本(元/kw/年)
[0096] 2016201720182019平均值30万361.08371.90375.93388.35374.3260万312.07320.18311.53320.59316.09100万286.53292.82285.71291.87289.23
[0097][0098]
(三)联动前后风险计算
[0099]
假设一发电商考虑当前煤价居高不下和典型年负荷曲线后，各月的交易电量和煤价预测情况如表5和图2所示。联动前，其申报价交易价格为0.45元/kwh，对应期望收益为0.1142亿元。联动后，为保证预期收益0.1142亿元不变，将申报价格改为0.3977元/kwh。按照式(8)-(10)的内容编写程序，假设在风险估计模型中，发电商对煤价预测偏差满足均值e＝0，方差为σ2(t)＝500t的正态分布，利用蒙特卡洛模拟进行抽样模拟，取置信水平β＝0.95，抽样次数n＝10000。将所有结果累加，即代入式(11)，由此得到各月份的机组收益与cvar大小如图3所示。相关结果验证了联动机制平抑收益波动，降低交易风险的作用。
[0100]
表5某发电商年度交易电量与预测煤价
[0101]
月份123456789101112交易电量(万兆瓦时)8.865.66.797.728.699.4210.8110.226.47.188.2710.04预测煤价(元/吨)850900940900890850760890880740730840
[0102]
综上，本发明方法在设计煤电联动机制的基础上，通过分析燃煤机组的成本构成，构建基于cvar的风险评估模型，并根据历史数据对联动前后市场交易风险进行评估。首先基于已有的政策文件和实际机组煤耗设计煤电价格联动机制；之后将燃煤机组的发电成本分为固定成本和燃料成本两部分，结合具体数据得到燃煤机组的成本表达式；然后构建机组面临的交易风险模型；最后利用实际的市场交易数据，分析该联动方法的有效性。本发明为上游煤价变化向下游电力用户的疏导提供了一种新思路，有利于高煤价期间火电企业保持发电积极性，从而保障供需关系紧张时的国民经济发展。
[0103]
由于原有联动形式不够完善，且不能适用于当前电力市场化改革的背景，由计划调节的电价并没有用市场手段解决根本问题，且在价格调整后仍未固定的上网电价，无法及时反映煤炭价格变化对电价的联动影响，存在联动的滞后性；同时，市场化改革后原有联动机制取消，而电力市场目前缺少与成本挂钩的指数交易合约，在现货市场建设不完全的情况下，火电企业全额承受煤价波动的风险，不利于后续市场化改革的进一步推进。
[0104]
本发明采用的关键技术主要包含三点：一是从机组成本分析、煤价指数选取等一系列环节详细说明了联动机制的设计思路，能适用于不同省份；二是基于cvar(条件风险价值)，提出适用于分析煤价波动给发电商带来利润波动风险的模型；三是蒙特卡洛模拟技术，通过建立的模型，应用计算机进行随机模拟，通过数值试验的方法验证了联动机制平抑风险的有效性。
[0105]
能解决原有技术缺陷的原因在于：结算价格由市场主体竞争的价格部分和随煤价自动调整的价格部分组成。在煤价高起期间，自动调整的价格会减少；在煤价较低期间，自动调整的价格会增加。这使得火电机组的收益变动情况与发电成本的变动趋势相同，自然就降低了收益随煤价波动的风险。相比于原有的计划定价，该方案能反映市场主体的需求，
且联动更为及时，并能较好地与当前电力市场衔接。而为了应用该技术，需进一步量化考虑联动前后的市场主体风险情况，因此设计了风险评估模型。而蒙特卡洛技术便是常见的计算机数值模拟技术，其本质机理如大数定律的应用，随模拟次数增加，试验结果的分布将会逼近于实际提供的概率分布情况。风险评估模型和蒙特卡洛技术的结合便实现了对所提联动机制有效性的理论验证。
[0106]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。