基于全成本分析的广东燃气机组发电合同转让交易套利探究及启示

庞靖宇，王 鑫，林 萍

（浙江华云信息科技有限公司，杭州 310008）

0 引言

随着电改9 号文的发布，各省区电力市场建设步伐加快，但是在电力交易机制的形成过程中仍然存在一些悬而未决的问题。我国是一个富煤少气的国家，自然资源禀赋的差异导致我国天然气发电燃料需要大量进口，天然气发电成本与燃煤发电成本具有较强的不对称性，在电力市场的深入推进过程中，燃气、燃煤等发电机组需要统一竞争，但燃气机组高昂的成本致使其在市场竞价中无法形成与煤电同等的竞争力，且在现货市场中如果任由燃气机组顶峰发电势必会逼迫气电机组申报边际高价，抬高现货市场电价，进而造成现货市场价格的大幅波动，不利于我国初期电力市场的稳定运营。因此，如何利用一种市场机制保障燃气发电机组的收益是迫切需要探讨的问题。

通过查阅相关文献，学术界对发电权的交易机制和交易模型及其在节能降耗方面的贡献等都有深入研究，但是对于高成本的燃气机组如何参与发电权市场，以及燃气机组在发电权市场中如何确保自身收益，如何通过成本分析制定具有竞争力的交易策略等方面缺乏系统分析。本文以广东发电合同转让市场为背景，通过搭建燃气机组的综合度电成本模型，分析发电合同转让市场中的转让价格与发电成本之间的函数关系，以发电合同转让市场的套利期望为研究模型，探讨天然气价格、市场化电量比例、燃气机组标杆上网电价、市场化交易价差等变量因素对燃气机组合同转让套利的影响，以辅助天然气机组制定最优交易策略，并提出广东燃气机组发电合同转让交易对其他省区的启示。本文的研究为燃气机组如何在发电权市场确保收益并制定合理的市场策略提供了思路和方法。

1 广东发电合同转让交易机制

1.1 发电合同转让交易的定义

发电合同转让交易指发电企业由于燃料或水力等一次能源不足，或机组计划外检修，或由于发电成本高，或环保要求等原因，转让部分或全部上网合同电量的交易。发电合同电量转让交易关系到电网系统的安全与稳定，不能像普通商品一样自由交易，必须满足系统的安全约束。

1.2 发电合同转让交易的目的

发电合同电量转让交易是适应我国电力市场现状的一种全新尝试，利用市场化的手段促进能源的优化配置，提升设备利用效能，并且达到节能减排的目的。交易参与各方均可在发电合同转让交易中获取相应收益，达到互利共赢的效果。

1.3 广东发电合同转让交易模式

根据广东电力市场交易规则，目前广东电力市场在发电企业之间开展基数电量和双边协商交易电量的转让交易。合同电量转让交易通过技术支持系统以集中竞价的方式开展月度交易，出让方通过技术支持系统向电力交易机构申报交易标的，包括出让电量和出让价格。出让价格是出让方支付给受让方的补偿价格。受让方通过技术支持系统向电力交易机构申报拟受让电量、受让价格。

广东发电合同转让交易按照价格优先和时间优先的原则进行撮合交易，最终通过交易系统进行统一出清，每月形成一个发电合同转让交易价格，合同转让交易价格为出让方和受让方申报价格的算术平均值。

2 发电合同转让交易中燃气机组的套利模型

2.1 燃气机组的发电全成本函数模型

燃气机组作为一种热值高、环保型的发电类型，目前大多采用联合循环、热电联产的方式，将燃气轮机的布雷顿循环和汽轮机的朗肯循环联合起来，形成能源梯级利用的总能系统，达到较高的热效率。

现假设一台热电联产的联合循环机组的全收入包括了发电收入和供热收入。

其收入函数为：

式中：∑发电为发电收入；∑供热为供热收入。

其中：

式中：Q基数为基数电量；P基数为上网电价；Q市场为市场电量；P市场为市场电价。

该热电联产联合循环机组的支出函数为：

式中：∑燃料为天然气成本；∑固定为固定成本；∑财务为财务成本；∑税金为税金及附加费用。

其中：

式中：P天然气为天然气单价；Q发电为发电耗天然气量；Q供热为供热耗天然气量。

则燃气发电机组的折合发电度电全成本函数为：

式中：Q上网为燃气发电机组的上网电量。

2.2 发电合同转让交易的套利模型

根据广东电力市场交易规则，燃气机组可以将基数电量和双边协商市场化电量转让给其他发电机组，出让价格是出让方支付给受让方的补偿价格。当补偿价格低于出让方的发电成本时，燃气机组将发电合同转让出去比自身发电更加有利，因此在基数电量、双边协商电量交易和发电合同转让交易之间存在一个套利空间。

如果P出清≥P成本，对于出让方燃气机组来说合同转让是一笔不划算的交易；当P出清≤P成本，发电合同转让才有套利空间。为了确保燃气机组参与合同转让时满足套利需求，至少需要符合以下约束条件：

式中：P出清为合同转让集中竞价的统一出清价格；P成本为燃气发电机组的综合度电成本。如果不考虑发电合同转让的因素，燃气机组的综合度电成本P成本=∑支出/Q上网。

假设燃气发电机组的上网电量为X，厂用电率为λ，市场平均价差为Y，供热量为Z，天然气发电效率为η，单位供热耗用天然气为μ，天然气单价为P天然气。为满足式（6）的约束条件，建立发电合同转让出清价格与综合度电成本之间的函数关系，可得：

对于燃气发电机组来说，在燃气机组的综合度电成本和发电转让的出清价格之间存在套利空间，则发电合同转让交易中燃气机组的套利期望函数模型为：

式中：Qi为发电合同转让成交电量。

3 算例分析

3.1 算例数据

现以广东某地级市1 台装机容量为1 380 MW 的9E 热电联产联合循环燃气发电机组为例。其年度上网电量X=59 亿kWh，供热量为12 万GJ，供热收入2 506 万元，综合厂用电率1.73%，发电效率为5.23 kWh/m3，其天然气的平均采购成本2.8 元/m3（含税），其参与市场化交易的电量占比40%。广东年度电力市场平均价差Y=-65.5厘/kWh，广东天然气发电机组的上网电价为0.665 元/kWh。

则该发电厂的年度收入：

∑收入=40%×X（0.665-Y）+X×（1-40%）×0.665+2 506；

该电厂的年度营业成本：

∑支出=[X/（1-1.73%）/5.23+45×Z）×2.80]+∑固定+∑财务+∑税金.

该燃气电厂2018 年度固定成本34 877 万元，管理费用1 638 万元，财务费用7 462 万元，税金及附加费用3 048 万元。根据上述公式测算该9E 燃气发电机组的综合度电成本为0.566 元/kWh。

广东电力市场过去连续12 个月的发电合同转让交易成交价格如表1 统计所示。

3.2 算例结果与分析

综合表1 数据分析，广东电力市场连续12个月的燃气机组发电合同转让平均成交价格为0.521 元/kWh，满足max（P出清-P成本）≤0 的约束条件，发电合同转让平均成交价格低于百万装机的9E 发电机组的综合度电成本，燃气机组将发电合同转让出去有利可图。

在式（8）中，燃气发电机组套利函数的自变量包括天然气采购价格、燃气机组的发电效率、燃气机组的综合厂用电率、合同转让出清价格等，每一个自变量的变化都会影响燃气发电机组在合同转让市场的套利空间，进而左右燃气发电机组参与发电合同转让交易的策略制定。当合同转让市场的套利期望大于0 时，燃气机组参与合同转让有利可图，当合同转让市场的套利期望小于0时，燃气机组自身发电才是最优交易策略。

（1）现固定燃气发电机组的发电效率、厂用电率、合同转让出清价格这些自变量参数，当燃气发电的综合度电成本等于合同转让价格时，可以得出天然气采购成本价格为2.543 元/m3（含税）。当天然气价格高于2.543 元/m3时，由于气机发电成本高于合同转让价格，通过式（8）套利模型得出套利额大于0，则燃气机组在发电合同转让市场具有套利空间，燃气机组将发电合同转让出去对自身有利；当天然气采购成本低于2.543 元/m3时，由于燃气机组发电成本低于合同转让价格，合同转让的套利空间小于0，则燃气机组自己发电才是利益最大化的最优策略。

（2）现固定燃气发电机组的天然气采购价格、发电效率、合同转让市场出清价格这些自变量参数，在计算过程中发现，在其他参数固定不变的情况下，无论燃气机组的综合厂用电率如何变化，其发电成本始终高于合同转让价格，发电合同转让的套利空间都大于0，则燃气机组将发电合同转让出去对自身是有利的。

（3）现固定燃气发电机组的天然气采购价格、厂用电率、合同转让市场出清价格这些自变量参数，当燃气发电的综合度电成本等于合同转让价格时，可得出燃气发电机组的天然气发电效率为5.76 kWh/m3。当天然气发电效率低于5.76 kWh/m3时，由于气机发电成本高于合同转让价格，发电厂将发电合同转让出去对自身有利；当天然气发电效率高于5.76 kWh/m3时，由于燃气机组发电成本低于合同转让价格，发电厂自己发电才是利益最大化的最优策略。但是对于一台9E 燃气轮机来说，其发电效率在设备制造完成后基本处于一个固定区间，除非大幅提升天然气的热值，而且燃气轮机发电效率的提升需要新材料、新技术、新工艺的配套改造，其投入成本将会大大提升，势必会提高燃气机组的综合度电成本，而且燃气轮机的核心技术和工艺仍处于国外先进制造企业的掌控之中，对燃气轮机进行颠覆性改造对国内企业来说仍是棘手的难题，因此利用提升机组发电效率来降低成本不是一个短期可以解决的问题。

（4）现固定燃气发电机组的天然气采购价格、厂用电率、天然气发电效率这些自变量参数，当燃气发电的综合度电成本等于合同转让价格时，发电合同转让的出清价格应该为0.566 元/kWh（含税）。当预期发电合同转让价格低于0.566 元/kWh时，由于燃气机组发电成本高于合同转让价格，合同转让套利目标函数值大于0，发电厂将发电合同转让出去对自身有利；当预期发电合同转让价格高于0.566 元/kWh，由于燃气机组发电成本低于合同转让价格，套利空间小于0，发电厂自己发电才是利益最大化的最优策略。

4 结论

本文建立了燃气机组的全成本分析模型，分析了燃气机组的综合度电成本与发电合同转让价格之间的数学关联关系，以发电合同转让套利空间为研究目标，探究天然气采购价格、天然气发电效率、综合厂用电率及发电合同转让出清价格等不同自变量因素的变动情况对发电合同转让套利空间的影响，以辅助燃气机组制定最优的发电合同转让市场交易策略。本文分析了燃气机组在基数电量、市场化电量市场与发电合同转让市场之间的套利期望模型，可以帮助燃气机组利用自身经营情况和发电合同转让的预期价格提前制定交易策略，辅助燃气机组锁定利润，合同转让市场为燃气发电机组提供了一定的套利空间。由于我国天然气价格较高，而且随着国家政策的变化，燃气机组的上网电价不断降低，燃气机组的发电市场份额有限，在国内天然气价格无法迅速降低的情况下，发电合同转让交易作为广东电力市场的重要组成部分提供了灵活的市场机制，使燃气机组可以根据影响自身发电成本的不同变量的变动情况制定发电合同转让交易策略，当发电成本高于预期合同转让价格时，燃气机组可以将部分发电合同转让出去，即使不发电也可以锁定利润，广东发电合同转让交易对燃气机组参与市场交易的模式为其他省份燃气机组提供了一定的参考价值。