В прошлом номере была опубликована первая часть материала, рассматривающего проявления рыночной власти в отрасли. Вашему вниманию предлагается попытка анализа системы из девяти рабочих зон, образующих рынок электроэнергии.

    Рассмотрим систему из девяти узлов (или отдельных рабочих зон), образующую рынок электроэнергии (рис. 1) со следующими характеристиками:
    1. Каждый узел имеет отдельный генератор мощностью 500 МВт и нагрузку 250 МВт.
    2. Каждый узел соответствует отдельному участнику единого рынка, не аффилированному с участниками рынка других узлов.
    3. Все линии электропередачи имеют полное сопротивление j0.1 на единицу длины и пропускную способность не более 200 МВА.
    4. Каждый узел имеет в наличии резервы мощности, достаточные для управления перегрузками, указанными на рис. 1.
    Для этого случая суммарный объем (мощность) предложения от производителей, который может быть поставлен в каждый узел (РОПРП) превысит объем спроса (нагрузку) в каждом узле. Следовательно, каждый потребитель может заключить договор и с любым из девяти генераторов. Таким образом, рынок электроэнергии нельзя разделить на отдельные зоны, и его границы находятся в пределах системы из девяти узлов. Непосредственное вычисление индекса (по использованию генерирующих мощностей) с учетом того, что каждый из девяти участников имеет рыночную долю, равную 11,1%, дает HHI = 1110, что не указывает на проявление рыночной власти.
    Изучение величин изменений потоков мощности по линиям электропередачи (ФРЭ) от базового режима необходимо для определения возможных воздействий на предполагаемую передачу электроэнергии от генератора к потребителю. Например, рис. 2 позволяет оценить ФРЭ для системы из девяти узлов при передаче электроэнергии от шины А к шине I, при этом генерация и нагрузка в остальных узлах не учитывается и равна 0. В прямоугольники заключены величины ФРЭ, выраженные в процентах от объемов передачи электроэнергии. Из рисунка видно, что 44% мощности передается по линии электропередачи от шины А к B, а 35% идет от G к F и т. д. Переток мощности вдоль частного пути равен произведению ФРЭ и объема поставки. Таким образом, если 50 МВт передается от А к I, то поток от А к B равен 50 МВт х 44% = = 22 МВт. Величины ФРЭ для транспортировки от G к F показаны на рис. 3. В обоих случаях очевидно, что заключенные сделки между генераторами и потребителями в других узлах передачи могут значительно повлиять на изменение перетоков практически на всех линиях.

    В США считается, что снизить нагрузку на линии могут любые сделки, влияющие на переток через элемент сети и имеющие ФРЭ больше 5%.
    ФРЭ также используются для оценки максимальной мощности (энергии), которая может быть передана по частному направлению (т. е. по контракту между источником и потребителем)2. Данная величина определяется через активную мощность для направления j, передаваемую по линиям i. В результате Pi рассчитывается следующим образом:

    где dij - ФРЭ для линии i в направлении j,
    Pi0 - базовый поток на линии,
    PTj - величина предполагаемой передачи.
    Если предел на линии i равен Pi max, то предел мощности, который может быть передан в направлении j без перегрузки линии i, равен

    Предельное значение PTj max, которое допустимо передать без перегрузки любой линии, присваивается всем линиям в системе L:

    В системе из девяти шин максимальная передача электроэнергии (мощности) от A к I фактически ограничена минимальной генерацией в зоне I. Если это ограничение игнорируется, максимальная допустимая дополнительная передача равна 148 МВт, причем элементом ограничения служит линия AG. Максимум передачи от G к F будет приблизительно равен 94 МВт с ограничением по линии GF.
    Вычисление ФРЭ важно при анализе рыночной власти, потому что в естественно-монопольных энергосистемах, как правило, запрещено введение новых линий электропередачи, поскольку есть возможность организации поставок от других поставщиков для увеличения перетока через "перегруженный" элемент сети, где ФРЭ больше 5%.
    Например, в системе из девяти шин ФРЭ для линии GF с потоком электроэнергии (мощности) от G до F, принятым положительным, в случае различных поставщиков, передающих мощность (энергию) до узла I, показан в таблице. Таким образом, если перегрузка происходит на линии GF, то число продавцов, имеющих доступ к шине I, значительно уменьшится3. В зоне нагрузки I потребители могут покупать электроэнергию только из зон I, E и F (из трех шин по 33,3%). Следовательно, для зоны I результирующий индекс HHI находится в диапазоне от 2 до 3327, что свидетельствует о значительной рыночной концентрации.
    Очевидно, что для рынков с малым числом производителей оптимальные стратегии ценообразования требуют предложения, превышающего максимальную себестоимость4. Однако такая рыночная власть существует лишь тогда, когда линия перегружена, причем только с одной стороны.
    Если направление поставок реверсировано, величины ФРЭ меняют знак. Следовательно, из узла I энергия может передаваться всем узлам, кроме F.

    Стратегия рыночной власти
    Ограничение передачи, способное уменьшить границы рынка, провоцирует владельцев генераторов на преднамеренный отпуск электроэнергии в энергосистему для достижения своих стратегических целей5. Например, система из девяти шин (рис. 1) имеет HHI = 1110, что не указывает на наличие рыночной концентрации. Теперь допустим, что узлы F и G объединяются, создавая зону FG, доля которой равна 22,2%. Доля остальных семи участников
    по-прежнему составляет 11,1%, их HHI = 1355. Однако из-за географической рассредоточенности генерирующих мощностей зона FG теперь способна односторонне манипулировать потоками в энергосистеме и преднамеренно создавать ограничения для своих стратегических целей.
    Чтобы определить потенциал для создания ограничений, необходимо исследовать способность ряда генераторов с общей собственностью к одностороннему управлению потоками различных линий. Примем, что N генераторов свободно производят некоторый суммарный базовый объем электроэнергии и не ограничены диспетчерским управлением. Следовательно, производство можно перераспределить между генераторами таким образом, чтобы изменить поток на частной линии i при отсутствии суммарных изменений.
    Следовательно, максимальную способность N генераторов односторонне управлять потоком на частной линии i допустимо представить как проблему поиска максимума:

    где dik - чувствительность потока мощности на линии i к увеличению на 1 МВт генерации на шине k,
    DPk - изменение генерации на шине k,
    DPi - изменение потока i.
    Для удобства назовем полученную величину односторонним фактором управления линией (ОФУЛ). ОФУЛ для линии i максимизируется при увеличении производства на генераторах с наиболее положительным dik и уменьшении - с наиболее отрицательными величинами, зависящими от максимальных/минимальных пределов мощности. Следовательно, способность собственников к одностороннему управлению потоками зависит от количества генераторов, их мощности и географического размещения внутри передающей системы.
    Из формулы (4) для двух объединенных генераторов в зоне FG с DPF = -DPG следует, что

    ОФУЛi = diF DPF - diG DPF = DPF (diF - diG); (5)

    величины чувствительности потока представлены на рис. 3. Уже на рис. 1 видно, что базовые потоки и максимально допустимые изменения DPF составляют 250 МВт, вследствие чего зона FG, увеличивая генерацию и влияя тем самым на перетоки, может односторонне стимулировать перегрузку на линии GF, блокируя поставку в зону I из зон A, B, D и H. Перетоки мощности по линиям (в процентах) при таком сценарии показаны на рис. 4. Зона FG способна поставлять энергию в зону I рынка, поскольку генерация узла F не блокирована.
    Физическая способность участника рынка создать перегрузку зависит от механизма, используемого для получения доступа и управления генераторами, аффилированности генераторов различных узлов и текущего состояния системы. С точки зрения FG лучшим механизмом для доступа/управления передачей является тот, который предоставляет энергоснабжающим организациям приоритетный доступ к линии электропередачи GF.
    Однако даже в данном случае зона FG может найти ценовую стратегию, которая допускает перегрузку линии GF и продажи в условиях ограничения зоны I. В случае успеха такой стратегии возникнет экономическая зависимость потребителей зоны I и генераторов других зон от генераторов зоны GF.
    В условиях функционирования балансирующего рынка стратегия преднамеренного создания ограничений способна повысить стоимость электроэнергии для создавшего ограничение генератора за счет оплаты системному оператору за отклонения от суточного графика и создать экономическую зависимость для генераторов других узлов. Прибыль от перегрузки равна разности между дополнительным доходом и затратами на ее создание. Описанная стратегия выгодна, если ожидается хорошая прибыль. Чтобы выявить подобное стратегическое поведение, участники рынка должны быть осведомлены о собственниках генераторов и их конкурентах.

    Оценка рыночной власти
    Оценка рыночной власти требует определения рынка генерации, доступного каждому потребителю, или, наоборот, рынка потребителей, доступного каждому генератору, с учетом возможности стратегического поведения одного или нескольких субъектов рынка. Таким образом, можно выделить две группы генераторов: продавцы, ищущие покупателей и стремящиеся максимизировать передачу электроэнергии к частной зоне нагрузки, и создатели ограничений, препятствующие доступу к нагрузке других участников. Решение этой проблемы предполагает использование теории игр, где два игрока одновременно стремятся к лучшему для себя результату и принимают худшие (с точки зрения конкуренции) решения6 (примеры влияния на рынок описаны в предыдущей главе).
    Подобные решения участников рынка следует аппроксимировать, решая их с помощью РОПРП с упрощенными предположениями относительно поведения создателей ограничений. Если число создателей ограничений определено, односторонний фактор управления линией - см. формулу (4) - можно использовать для снижения пределов на каждой линии i.
    ОФУЛi - максимальная величина, при которой создатель ограничений в состоянии односторонне манипулировать потоком линии i. Если расчет одновременной поставки от разных производителей выполняется на основе этих предположений, то в результате получается минимальная сумма мощности (энергии), которая может быть импортирована в узел. Эта величина является минимальной потому, что создатели ограничений не способны одновременно изменять поток на всех перегруженных линиях максимальным значением ОФУЛi.

    Заключение
    В настоящей статье представлен краткий обзор проявления рыночной власти, включая зависимость передачи электроэнергии, топологии электрических сетей и режимов энергоснабжения от тарифообразования. Для оценки такой власти на энергетических рынках огромное значение имеют не только структура сети в целом, но и физические ограничения, экономические аспекты услуг передачи и рынки поставщиков. Рассмотрение рыночной концентрации по отдельным аспектам, как правило, не позволяет адекватно оценить рыночную власть; приведенные примеры показывают, что решающую роль в данном случае играет высоковольтная сеть. Фактически проявить рыночную власть в отдельных ситуациях способны любые игроки, действующие в связанных системах, при отсутствии доминирующего положения на рынке в целом.

    Примечание
    1 Окончание. Начало см.: ЭнергоРынок. - 2005. - № 11.
    2 Januzik L. R., Paliza R. F., Klump R. P. and Marzinzik C. M. MAIN Regional ATC Calculation Effect, Proc. American Power Conf., Chicago, IL, April 1997.
    3 Alvarado F. L. Market Power: A Dynamic Definition. Bulk Power Systems Dynamics and Control IV: Restructuring Conf., Santorini, Greece, Aug. 1998.
    4 Weber J. D., Overbye T. J., Sauer P. W. Simulation of Electricity Markets with Player Bidding. Bulk Power Systems Dynamics and Control IV: Restructuring Conf., Santorini, Greece, August 1998.
    5 Alvarado F. L. Market Power: A Dynamic Definition. Bulk Power Systems Dynamics and Control IV: Restructuring Conf., Santorini, Greece, Aug. 1998.