TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
1
PHƯƠNG PHÁP CHÀO GIÁ ĐIỆN CẠNH TRANH THEO MÔ HÌNH
GIÁ THỊ TRƯỜNG ĐỐI VỚI CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
A COMPETITIVE BIDDING METHOD IN RESPECT OF THE PRICE BASED
POOL MODEL FOR THERMAL GENERATORS
Lê Kim Hùng
Đại học Đà Nẵng
Đỗ Thanh Sơn
Công ty CP Điện lực Khánh Hòa
TÓM TẮT
Bài báo trình bày phương pháp chào giá bán điện cạnh tranh theo mô hình chào giá tự
do (PBP- Price Based Pool) nhằm áp dụng cho thị trường phát điện cạnh tranh. Cơ sở để chào
giá là chi phí biên phát điện và giá điện được xác định bằng kết quả của bài toán phân bổ công
suất kinh tế tối ưu cho các tổ máy để tổng chi phí phát điện toàn hệ thống bé nhất. Các công ty
phát điện thay đổi giá chào bằng cách điều chỉnh đặc tính chi phí biên và do đó sẽ làm thay đổi
đặc tính chi phí biên tổng hợp của toàn hệ thống. Từ đó dẫn đến sản lượng điện phát ra và giá
bán điện thay đổi theo.
ABSTRACT
This article presents a competitive electrical energy price bidding method in terms of the
price based pool model applied to the competitive electrical generation market. The bidding is
based on a marginal cost and electricity price is determined by the result of the economic
allocation optimization of generators output so that the total generation cost of the whole system
is minimized. Generator companies change their bidding prices by adjusting their marginal cost
factors; therefore, this varies the comprehensive marginal cost factors of the whole system,
which leads to a change in both generators’ output and electrical energy price.
1. Đặt vấn đề
Trong thị trường phát điện cạnh tranh có 02 kiểu chào giá bán điện tương ứng
với 02 mô hình thị trường là:
Chào giá dựa trên chi phí áp dụng cho mô hình thị trường giá theo chi phí (CBP
– Cost Based Pool)
Chào giá tự do áp dụng cho mô hình thị trường giá theo quy luật cung cầu (PBP
– Price Based Pool)
Mô hình CBP giảm thiểu rủi ro do nó bảo đảm cho các nhà đầu tư vào nguồn
điện thu hồi vốn, nhà nước dễ kiểm soát và ổn định giá điện nhưng ít có tính cạnh tranh.
Ngược lại, mô hình PBP có tính cạnh tranh cao hơn nhưng cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro
cho các công ty phát điện, giá điện dao động nhiều ảnh hưởng đến người tiêu dùng. Vấn
đề đặt ra là xem xét phương pháp chào giá, tính toán xác định giá bán và sản lượng của
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
2
từng nhà máy trong từng giờ theo mô hình PBP để kiểm soát được giá điện đồng thời
tạo sự minh bạch cho thị trường cạnh tranh. Để giải quyết vấn đề này, bài báo đề xuất
phương pháp chào giá bán điện dựa vào chi phí biên phát điện. Giá chào bán là một hàm
số tuyến tính của sản lượng phát. Từ các bảng chào giá của các nhà máy phát điện và
nhu cầu phụ tải, Công ty mua điện duy nhất (SB – Single Buyer) tính toán giá điện và
sản lượng điện mua của từng công ty phát điện trong từng giờ, bảo đảm yêu cầu cân
bằng phụ tải và chi phí phát điện toàn hệ thống thấp nhất. Bất kỳ một công ty phát điện
nào đó trong hệ thống điều chỉnh giá chào cũng sẽ làm cho kết quả tính toán giá điện và
sản lượng của tất cả các công ty phát điện trong toàn hệ thống thay đổi. Nhờ vậy, các
công ty phát điện có thể cạnh tranh để tăng lợi nhuận cho mình bằng cách điều chỉnh giá
chào. Phương pháp này cũng giúp các cơ quan thẩm quyền có cơ sở để quản lý, kiểm
soát thị trường điện, bảo đảm thị trường hoạt động minh bạch.
2. Phương pháp luận
Chi phí phát điện của mỗi tổ máy là một hàm số với công suất phát, nhiều
nghiên cứu xem đây là một hàm số bậc 2 [1,4,5]:
Ci = ai + bi.Pi + ci.Pi2
Trong đó :
Ci là chi phí phát điện của tổ máy i.
Pi là công suất phát của tổ máy i.
ai , bi và ci là các hệ số chi phí.
Tổng chi phí phát điện toàn hệ thống là :
Gọi PL là tổng nhu cầu phụ tải, Pi là công suất khả phát của tổ máy thứ i. Trên cơ
sở cân bằng phụ tải ta có:
Để chi phí vận hành hệ thống thấp nhất ta phải giải bài toán phân bố công suất
kinh tế cho các nhà máy nhiệt điện. Đây là bài toán tối ưu có thể giải bằng phương pháp
hệ số bất định Lagrange để tìm các công suất phát Pi của các tổ máy với tổng chi phí C
bé nhất.
Gọi λ là hệ số bất định, ta có hàm mục tiêu:
Ф = + λ()
Điều kiện để hàm mục tiêu tối thiểu:
Giải hệ phương trình này ta có kết quả phân phối công suất tối ưu của các tổ
máy:
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
3
Ở đây λ chính là chi phí biên của các tổ máy. Vậy phân phối tối ưu công suất
phát của các tổ máy đạt được khi chi phí biên của mọi tổ máy đều bằng nhau.
Kết hợp đặc tính chi phí biên của từng tổ máy (hình 1), ta tạo được đặc tính chi
phí biên tương đương của mọi tổ máy để tổ hợp tất cả tổ máy như là một tổ máy theo
phương pháp minh họa bằng hình 2. Từ đặc tính chi phí biên tổng hợp chúng ta hoàn
toàn có thể xác định chính xác công suất phân bổ tối ưu, chi phí biên của từng tổ máy và
tổng chi phí phát điện thấp nhất của các nhà máy nhiệt điện tương ứng với từng nhu cầu
phụ tải PL.
Đối với các nhà máy thủy điện, nguyên tắc phân bố công suất theo biểu đồ phụ
tải là sau khi trừ đi phần công suất phát tối thiểu bắt buộc của các tổ máy thủy điện dòng
sông và các tổ máy phục vụ tưới tiêu, tiếp đến sẽ được huy động để phủ đỉnh sao cho
phần còn lại của biểu đồ là bằng phẳng nhất để vận hành tối ưu các tổ máy nhiệt điện
trong hệ thống. [2]
λ
P
λ = C’ = b + 2.c.P
P
C
C = a + b.P + c.P2
Hình 1. Đặc tính chi phí và chi phí biên của các tổ máy
Hình 2. Đặc tính chi phí biên tổng hợp của nhiều tổ máy
λop
λ
1
λ2
λ5
λ4
λ3
λ6
I
I
III
PL
λ
Pmin1 PIII PIV
PII
PI
Pmin2 Pmax3 PVI
PV
Pmin3
Pmax1
Pmax2
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
4
Chúng ta thừa nhận các công ty phát điện có giá bán điện bằng với chi phí biên
[4], sẽ chào bán điện bằng cách chào hàm chi phí của mình với các giới hạn Pmax, Pmin.
Khi điều chỉnh độ dốc đặc tính chi phí biên (thực chất là điều chỉnh hệ số c trong hàm
chi phí) các công ty phát điện sẽ có một chi phí biên/giá chào mới, bài toán sẽ cho một
kết quả phân bổ công suất mới.
P
I = Pmin1 ; PII = P1 (λ2) + Pmin2 ; PIII = P1 (λ3) + P2 (λ3) + Pmin3
P
IV = Pmax1 + P2 (λ4) + P3(λ4) + Pmin4 ; PV = Pmax1 +Pmax2+ P3 (λ5)
P
VI = Pmax1 +Pmax2+ Pmax3
Với phương pháp xác định này, các tổ máy có chi phí biên thấp sẽ được ưu tiên
huy động trước, các tổ máy có chi phí biên cao có thể không được huy động. Như vậy,
các công ty phát điện phải có chiến lược chào giá hợp lý. Nếu chào giá quá cao, công
suất huy động thấp có thể lợi nhuận sẽ thấp, ngược lại, chào giá quá thấp, công suất huy
động cao nhưng lợi nhuận cũng không cao. Mặt khác, quyết định chào giá của một công
ty không những chỉ ảnh hưởng đến lợi nhuận của mình mà còn ảnh hưởng đến lợi nhuận
của các công ty khác, giống như một trò chơi (game).
Hình 3 vẽ các đặc tính chi phí biên của A và B, trong đó A không thay đổi chiến
lược nên đặc tính cố định (nét liền), B thay đổi chiến lược 1,2,3, với mỗi chiến lược B
có một đặc tính có độ dốc khác nhau (nét đứt). Tương ứng ta có 3 đặc tính tổng hợp
1,2,3 khác nhau (đường gãy khúc). Trong đó chiến lược 1 giá thấp k<1, k*c<c; chiến
lược 2 giá biên k=1, k*c=c; chiến lược 3 giá cao k>1, k*c>c.
Với cùng phụ tải P’L khi B chọn chiến lược giá cao (đặc tính 3) ta có công suất
huy động của A và B là P’A, P’B và chi phí biên tối ưu λop = λ’op3 , khi B chọn chiến lược
giá thấp ta có công suất của A và B là P’’A, P’’B và λop = λ’op1. Trong đó P’A >P’’A và P’B
<P’’B, có nghĩa là khi B tăng giá thì sản lượng bán của B sẽ giảm, của A tăng lên và
ngược lại. Mặt khác op (chi phí biên tối ưu) cũng là giá bán điện cũng thay đổi theo
λ‘op3
λ‘op1
A
λ
λ
P
3
1
2
B
λop1
λop3
λop2
P’A
P
B
P
L
P’’A
P’B P’
L
P’’B
Hình 3. Đặc tính chi phí biên tổng hợp của 2 tổ máy với các chiến lược khác nhau
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(32).2009
5
từng chiến lược của B (λ’op3 và λ’op1).
Với phụ tải PL đủ lớn như hình vẽ (PL>>P’L), A luôn luôn phát công suất cực đại
PA = PAmax, B phát công suất PB = PL – PAmax. Khi B thay đổi chiến lược 1,2,3, công suất
phát của A và B không đổi nhưng chi phí biên tối ưu op thay đổi lần lượt là op1, op2 và
op3. Điều này có nghĩa là khi phụ tải lớn, do công suất của A bé nên A không thể cạnh
tranh với B. B có thể lựa chọn chiến lược tùy ý để tăng lợi nhuận nhờ giá điện (λop) tăng
mà không bị giảm sản lượng phát. Trong trường hợp này B có thể “thao túng” thị
trường đẩy giá điện lên cao do không còn đối thủ cạnh tranh.
Phương pháp luận trình bày trên cho phép các nhà máy có thể chào giá bán điện
tự do, việc xác định giá bán điện dựa trên kết quả tính toán một cách khoa học giúp cho
thị trường cạnh tranh minh bạch. Phương pháp này cũng giúp cho các cơ quan quản lý
thị trường điện dự báo được giá điện và các khả năng thao túng thị trường để có biện
pháp ngăn ngừa.
3. Tính toán thử nghiệm và phân tích
Bảng 1. Thông số 10 nguồn điện
Nhà máy
Công suất (MW) Hệ số chi phí
Pmin Pmax a b c
1 15 60 750 70 1,53
2 20 80 1250 75 1,2
3 30 100 2000 67,5 1,17
4 25 120 1600 70 1,14
5 50 150 1450 77 0,63
6 75 280 3600 67,5 0,39
7 120 320 5250 69,8 0,2
8 50 150 5000 66,45 0,42
9 200 520 2450 63,2 0,42
10 75 200 4100 60,7 0,45
Xét một hệ thống có 10 nguồn điện với thông số cho ở bảng 1, tổng nhu cầu phụ
tải là PL=1.500 MW. Khi tất cả nhà
máy chào giá bằng chi phí biên ta có
được kết quả ở bảng 2 và đặc tính chi
phí biên tổng hợp ở hình 4. Nếu một
hoặc nhiều nhà máy thay đổi chiến
lược chào giá, công suất huy động và
lợi nhuận của từng nhà máy sẽ thay
đổi. Bảng 3 là kết quả khi nhà máy 6
chào giá cao (k=1.1) và thấp (k=0.9),