基于系统动力学的发电权与排污权组合交易分析-赵文会.pdf
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1、2017年第7期 科技管理研究Science and Technology Management Research 2017 No7doi:1039690issn1000-7695201707027基于系统动力学的发电权与排污权组合交易分析赵文会1一,宋亚君1,张圣富3,余金龙4,高姣倩1(1上海电力学院经济与管理学院,上海200090;2华北电力大学经济与管理学院,北京 102206;3国网山东省电力公司泰安供电公司,山东泰安 271000;4国网安徽省电力公司黄山供电公司,安徽黄山 245000)捕要:火电企业在发电过程中同时产生发电量和排污量,两者在物理量方面存在着固定比例的对应关系,且
2、企业可同时参与发电权交易与排污权交易。为理顺发电量、排污量与上网电价、减排量以及企业利润之间的因果传递与反馈关系。综合考虑用电量、发电量、排污量、免费排污份额、发电权交易价格及排污权交易价格等因素,基于系统动力学模型对发电权与排污权组合交易进行模拟仿真。研究结果表明,机组之间电量替换受到发电权交易价格与排污权交易价格的影响,而减少火电机组免费排污配额对火电机组排污具有抑制作用,但同时也会使机组利润减少;此外,发电权交易与排污权交易的实施对于火电上网电价不会产生影响,火电上网电价的变化主要受电煤价格的影响。关键词:发电权交易;排污权交易;系统动力学中图分类号:TM 73;F224 文献标志码:A
3、 文章编号:1000-7695(2017)07-0172-10Analysis of Generation Right Trading and Emission Trading Based on System DynamicsZHAO Wenhuil2 SONG Yajun,ZHANG Shengfu3,YU Jiulon94,GAO Jiaoqianl(1School ofEconomics and Management,Shanghai University ofElectric Power,Shanghai 200090,China;2School of Economics and Ma
4、nagement, North China Electric Power University, Beijing 102206, China;3Taian Power Supply Company,State Grid Shandong Electric Power Company,Taian 271000,China;4Huangshan Power Supply Company, State Grid Anhui Electric Power Company,Huangshan 245000, China;)Abstract:In the power generation process,
5、the thermal power enterprises produce electricity and emissionThere is a corresponding relationship between the two physical,SO they can participate in generation right tradingand emission trading at the same timeTo rationalize the relationship of causality and feedback among powergeneration,emissio
6、n,tariff,emission CUtS and enterprises profit,overall considering such factors as the electricityconsumption,power generation,emission,free emission share,the price of generation right trading and theprice of emission trading baSed on the system dynamics model,the paper simulates the generation righ
7、t trading andemission trading,The results show that the price of generation right trading and the price of emission trading have aninfluence on generation substitution;reducing the free emission share of thermal power enterprises not only inhabitsthe emission ofthe plants but also reduces the profit
8、s ofplants;besides,the implementation ofgeneration right tradingand emission trading will not have an impact on tari正:the changes oftariffis mainly affected by the price ofcoalKey words:generation right trading;emission trading;system dynamics发龟权交易与排污权交易是我国电力体制改革的重要组成部分,主要目的是在电力工业中引入竞争,通过市场化手段降低成本、提
9、高效率,促进资源优化配置,实现节能减排。火电企业是能源消耗与污染排放大户,因此在节能减排中具有举足轻重的作用。 “上大压小”,加快关停小火电对于节能减排具有重要意义。另外,由于火电企业在发电过程中同时产生两个物理量一发电量与排污量,并且收稿日期:2016-0831,修回日期:20161202基金项目:国家自然科学基金项目“基于节能减排的发电权与排污权组合交易模型”(71403163);中国博士后科学基金项目“跨省区发电权与排污权组合交易模式选择及其利益分配” (2013M540910);上海市哲学社会科学规划基金项目“基于节能减排的发电权与排污权组合交易优化模型及其利益分配”(2014BJB0
10、17)万方数据赵文会等:基于系统动力学的发电权与排污权组合交易分析两者之间具有相对固定的比例关系,在排污权交易与发市场中存在交集,为此,实施发电权与排污权组合交易将会对火电机组节能减排起到极大的促进作用。1 文献评述近年来,众多学者针对发电权交易与排污权交易问题作出了许多有价值的研究和探讨。文献13(见文后参考文献。下同)从交易机理、竞价策略以及交易阻塞问题等方面对发电权交易展开深入的研究。文献4提出以远期交易市场为主、13前交易市场为辅的发电权交易模式。文献5对发电权交易引起的网损成本问题进行分析,并提出增量网损分摊法,解决了在当前输配电价机制下的利益均衡问题。文献6在综合考虑系统网损和煤耗
11、的基础上,构建以节能降耗为目标的发电权交易阻塞管理模型。文献7从电力供需链的角度考虑,构建了电力市场系统动力学模型,对发电权交易竞价模式进行了探讨。关于排污权交易问题,文献810在欧美国家相关经验的基础上,结合我国电力行业特点,构建了我国电力行业排污权交易市场的机制框架。文献11提出了在Agent计量经济模式下模拟电力排放市场的方法和交易模式。文献12通过模拟美国Midwest ISO,PJM和ERCOT市场,发现排污权交易价格在短期内会抑制电力需求,并改变机组调度的优先排序。文献13提出排污权交易体制下,从短期来看,电力企业将会减少发电量。文献14提出基于总量控制计划的碳交易将提高电价,同时
12、减少电力消费,并且指出CO:排污权的价格增加将对发电企业投资低排放发电设备具有促进作用。以上对发电权交易与排污权交易问题的研究,显然都只是从单方面展开,对于高煤耗、高污染机组而言,既可以参与发电权交易又可以参与排污权交易,在作决策时需综合考虑排污权成本与发电收益来决定购买排污权还是出售发电权。由此可见,发电权交易与排污权交易并不是孤立的存在5|,将两者结合对发电权与排污权组合交易展开研究显得很有必要。就目前研究现状,仅文献16构建了碳排放交易下的发电权置换优化模型,研究表明碳交易与发电权交易同时实施对节能减排具有促进作用。本文在参考已有研究成果的基础上,考虑到对节能减排具有促进作用的发电权交易
13、与排污权交易问题有待深入研究,为此,本文在充分考虑发电成本、发电权交易价格、排污权交易价格、上网电价等电力供需环节各个因素之间关系的基础上,构建了基于系统动力学的发电权与排污权组合交易分析模型。系统动力学是Forrester教授在20世纪50年代创立,以反馈控制理论为基础,借助计算机仿真技术,从系统整体出发,研究系统结构功能与动态行为的内在关系,深入研究复杂系统中信息反馈行为,最终找出解决问题的对策7I。鉴于发电权与排污权组合交易过程中受电量、电价、交易价格、消费者环保意识等多个因素的影响,其中涉及发电企业、用户和电网等多个主体,而各个主体间又存在着较为复杂的交互关系,是一个典型的复杂系统,是
14、传统的经济学模型较难处理的交易市场,为此,本文引人具有高阶次、多变量、多重反馈性的系统动力学模型,构建发电权与排污权组合交易仿真模型。该模型涵盖电力用户子系统、电网子系统以及发电子系统,并清晰把握各个子系统之间的相互作用机制,实现对发电权与排污权组合交易的仿真研究。进而探讨发电权与排污权组合交易对电价、排污量以及企业利润的影响,以期为企业参与发电权与排污权交易提出建议。2 发电权与排污权组合交易的系统动力学分析21 系统目标及系统假设系统目标:(1)实施发电权与排污权组合交易措施前后,发电方利润、电网企业利润以及用户利益要实现动态均衡;(2)遵循合理的经济效益。系统假设:(1)对于用电总量的估
15、计仅简化为居民用电量和非居民用电量;(2)发电权与排污权参与者仅在火电机组之间展开;(3)交易价格均为外生变量。22 系统因果回路分析发电权与排污权组合交易系统是一个复杂关联系统,发电企业可以同时参与发电权与排污权交易,实现交易联动。根据系统目标,本文构建了用户子系统、电网子系统以及发电子系统。其中,用户子系统是电量需求子系统,也是能量消耗产生的根本原因;电网子系统是能量输送的必经之路;发电子系统是电量供给子系统。发电权与排污权交易包含其中,各个子系统之间相互关联,子系统内部各个因素之间的关系也错综复杂。综合以上因素,本文构建发电权与排污权组合交易系统的因果关系回路,如图1所示。万方数据174
16、 赵文会等:基于系统动力学的发电权与排污权组合交易分析图1发电权与排污权组合交易系统因果关系回路从图1可以看出存在多条反馈回路。本文围绕发电权与排污权交易展开,从电力供需链角度考虑,从图1中可以看出,伴随着用电量的增加,发电量也将逐渐增加,在一定技术条件下火电排污系数将保持不变,火电机组排污量必定随着发电量的增加而逐渐增加;然而,通过发电权交易,能耗高、排污小的机组可以替代能耗低、排污大的机组发电,从而使得排污总量得以减少。同时,通过排污权交易,各个火电企业也可将其多出的排污量进行买卖进而获利,通过发电权与排污权交易,将所获总利润投入到技术研发中,通过技术改造提高能源效率,最终从根本上抑制火电
17、排污量。3 系统存量流量图系统动力学通过建立存量流量图,可以清楚地描述系统的构造,来反映发电权与排污权组合交易系统内部的定量和定性关系。以因果回路图为基础,结合各个系统所涉及因素之间的关系,本文构建发电权与排污权组合交易模型存量流量图如图2所示。电网子系统图2 发电权与排污权组合交易模型存量流量图31 用户子系统用户子系统如图2左半部分所示。在用户侧子系统中,将用电总量分为居民用电量和非居民用电量,以居民用电量为主,主要描述了平均居民电价、人均可支配收人、消费者环保意识以及居民用电量等状况。人均可支配收入直接影响居民用电量与消费者环保意识,而居民用电量在整个系统中影响着居民电价,居民电价的高低
18、又将进一步的影响居民用电量。该子系统中变量间的具体函数关系如下所示:人均居民用电量=INTEG(人均居民用电变化量,初始人均居民用电量) (1)人均居民用电变化量=人均居民用电量木人均居民用电变化率 (2)人均居民用电变化速率平均居民电价人均居民用电量)I+CPI变动率声人均可支配收人增长率1一收入弹性) (3)万方数据赵文会等:基于系统动力学的发电权与排污权组合交易分析 175人均可支配收入=INTEG(人均可支配收入增长量,初始人均可支配收入) (4)人均可支配收入增长量=人均可支配收入水人均可支配收入增长率 (5)居民人口=INTEG(人口变化量,初始居民人口) (6)人口变化量=居民人
19、口半人口自然增长率 (7)居民用电量=INTEG(居民用电增量,初始居民用电量) (8)居民用电增量=居民用电量水人均居民用电变化速率=一c人口自然增长率 (9)居民可承受电价=(人均可支配收入半居民可承受系数),人均居民用电量 (10)电价增长率=ifthen else(50(居民可承受电价一平均销售电价)1 000,0005,一0005) (11)平均居民电价=INTEG(平均居民电价,平均居民电价增长量) (12)平均居民电价增长量=ifthen else(0(居民可承受电价一平均销售电价)平均销售电价)l,平均居民电价术电价增长率,0) (13)非居民用电量增速=GDP影响系数*GDP
20、增长率 (14)非居民用电量=INTEG(非居民用电量增量,初始非居民用电量) (15)非居民用电量增量=非居民用电量木非居民用电量增速 (16)用电总量=INTEG(用电总量增量,初始用电总量) (17)用电总量增量=居民用电增量+非居民用电量增量 (18)式中:INTEG(a,b)是系统动力学中表示累积变化的一个函数,其中a表示变量的变化量,b表示变量的原始值;ifthen else(c,d,e)是系统动力学中表示条件的一个函数,其中c表示条件,条件C成立时取值d,否则取值为e。32发电子系统发电子系统如图2右半部分所示。发电侧的发电总量受到用电总量的影响,并且重点对火力发电进行模拟,探讨
21、火电企业参与发电权交易和排污权交易时对系统的影响。本模块中变量的具体函数关系如下所示:发电总量=用电总量木(1+厂用电率+线损率)火力发电量=发电总量木火电占比参与发电权交易量=火力发电量术参与发电权交易占比电煤价格增长率=(1一煤炭供给量煤炭需求量)木煤炭供需弹性系数电煤价格增长量=电煤价格术电煤价格增长率电煤价格=INTEG(电煤价格增长量,初始电煤价格)火电发电成本增长量=电煤价格增长量木煤耗率+排污成本增量火电发电成本=INTEG(火电发电成本增量,初始火电发电成本)火电上网电价增量=delayl(火电发电成本增长量木(1+增值税率),火电上网电价相应延迟时间)火电上网电价=INTEG
22、(火电上网电价增长量,初始火电上网电价)排污单位成本=INTEG(排污成本增长量,初始排污成本)排污成本增长量=排污单位成本术排污成本增长率火电机组免费排污份额=火电机组排污量术免费排污配额比例木(1一消费者环保意识系数)火电机组排污惩罚量=火电机组排污量一火电机组免费排污份额参与排污权交易量=火电机组排污量木参与排污权交易占比火电机组发电成本=火电机组单位发电成本木实际火力发电量发电权交易成本=参与发电权交易量术发电权交易价格排污权交易成本=参与排污权交易量术排污权交易价格排污惩罚成本=火电机组排污惩罚量木排污成本火电机组收益=火电上网电价术实际火力发电量火电机组利润=火电机组收益一火电机组
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