Методика прогнозирования спотовых цен на электроэнергию на оптовом энергетическом рынке тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 08.00.05, кандидат экономических наук Иванов, Евгений Юрьевич

• Иванов, Евгений Юрьевич
• кандидат экономических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат экономических наук Иванов, Евгений Юрьевич

Введение.

1. Анализ опыта работы энергетических компаний в условиях свободного энергетического рынка.

1.1 Зарубежные рынки электрической энергии.

1.1.1 Особенности реструктуризации электроэнергетики.

1.1.2 Участники рынка электроэнергии.

1.1.3 Кризис рынка электрической энергии.

1.1.4 Зарубежные балансирующие рынки электроэнергии.

1.2 Либерализация электроэнергетической отрасли в РФ.

1.2.1 Особенности Российской энергетики.

1.2.2 Характеристика оптового рынка переходного периода.

2 Методика прогнозирования спотовых цен на электроэнергию на оптовом рынке электроэнергии переходного периода.

2.1 Функции и взаимоотношения участников оптового рынка электроэнергии

2.1.1 Функции субъектов оптового рынка и. риски на рынке электроэнергии.

2.1.2 Риски на рынке электроэнергии.

2.1.3 Перспективы развития электроэнергетики.

2.2 Прогнозирование спотовых цен на электроэнергию.

2.2.1 Планирование включения электростанций в работу.

2.2.2 Характеристика цен на электроэнергию.

2.2.3 Идентификация моделей и прогнозирование.

2.2.4 Модификация АРСС модели за счет использования новых переменных

2.2.5 Прогнозирование спотовых цен для оптовых рынков России и Германии

3 Оптимизация экономических взаимоотношений между субъектами оптового рынка и вероятностные модели цен.

3.1 Моделирование стохастических особенностей дискретных значений цен на электроэнергию.

3.2 Определение вероятностей перехода от одного уровня цены к другому

3.3 Практическое использование.

3.4 Оценка влияния стоимости топлива и температуры воздуха на стоимость вырабатываемой электроэнергии.

3.5 Моделирование работы на оптовом рынке электроэнергии и оптимизация экономических взаимоотношений между его субъектами.

3.6 Расчет стоимости отклонений фактической электроэнергии от плановой и балансирующий рынок.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методика прогнозирования спотовых цен на электроэнергию на оптовом энергетическом рынке»

Актуальность исследований. Процесс перехода к либерализированному энергетическому рынку ставит электроэнергетические компании в новые конкурентные условия и определяет необходимость разработки новых подходов к прогнозированию цены на электрическую энергию и учету экономических взаимоотношений между участниками рынка электроэнергии и мощности. Особенно важен прогноз спотовых (на день вперед) цен на электроэнергию как составляющей процесса планирования работы производителей электроэнергии. Такой прогноз необходим при принятии решений о доле электроэнергии, вырабатываемой на собственных станциях, или покупаемой на бирже электроэнергии. Другой группой пользователей прогноза спотовых цен являются потребители электроэнергии, принимающие решение об участии на спотовом рынке электроэнергии либо о хэджировании рисков, например, путем подписания двусторонних контрактов на покупку электроэнергии.

В условиях либерализированной электроэнергетики цена на электроэнергию является одним из факторов, определяющих систему экономических взаимоотношений между участниками рынка электроэнергии. При увеличении периода прогноза стохастические факторы становятся более значимыми для определения уровня цены по сравнению с детерминированными. Вероятность наступления отдельного события становится меньше при увеличении интервала прогнозирования. Различают внешние и внутренние факторы, оказывающие влияние на спотовую цену оптового рынка электроэнергии. Такие внутренние факторы, как, затраты на топливо, материалы и другие, были детально исследованы в России и за рубежом. Однако отечественная литература, посвященная оценке и моделированию влияния внешних факторов на либерализированные спотовые цены, находится в стадии формирования. Отмечается недостаток системного методологического подхода при оптимизации работы отдельных производителей и покупателей на бирже электроэнергии в России. Недостаточная разработанность этих проблем определила актуальность темы, цели и задач диссертационного исследования. 6

Цель исследования. Целью работы является разработка методики прогнозирования спотовых цен на электрическую энергию на оптовом рынке электроэнергии (мощности).

Исходя из этой цели в работе решались следующие задачи:

• систематизация принципов формирования и механизмов работы оптовых рынков электроэнергии и уточнение классификации энергетических рынков;

• разработка методики прогнозирования спотовых цен на электроэнергию;

• классификация и отражение в моделях прогнозирования факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на спотовую цену электроэнергии;

• прогнозирование спотовых цен на электроэнергию на основе стандартных моделей авторегрессии и скользящего среднего (АРСС) и построение зависимостей для отражения их стохастических свойств;

• исследование возможности модификации АРСС модели за счет добавления в нее новых факторов, учитывающих важнейшие свойства цен на электроэнергию.

Объектом исследования является оптовый рынок электроэнергии РФ. Предмет исследования - система ценообразования и экономических взаимоотношений между субъектами рынка электроэнергии.

Теоретической и методологической основой исследования являются нормативно-законодательные акты, методы корреляционного и факторного анализа, теории вероятностей и математической статистики, экономико-математического моделирования.

Информационную базу исследования составили материалы российской и международной статистики, литература по указанному предмету исследования, официальная отчетность российских и зарубежных компаний. В качестве исходных данных по биржам электроэнергии использовалась: статистика цен и объемов на спотовых рынках электроэнергии на основе следующих индексов: АТС (Россия), CalPX (Калифорния, США), CAMMESA (Аргентина), NordPool (Скандинавские страны), New England (США), ЕЕХ (European Energy Exchange, Германия), SWEP (Швейцария), Cepi (Proissen Elektra, Германия), a также временных рядов значений температуры воздуха, скорости ветра, освещенности и другие.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

• систематизированы принципы формирования и функционирования оптовых рынков электроэнергии и предложена более полная классификация энергетических рынков по их функциональным особенностям (экономический и балансирующий рынки, рынки безопасности и надежности/мощности);

• разработана методика прогнозирования спотовых цен на электроэнергию, позволяющая прогнозировать цены на оптовом энергетическом рынке на период до трех месяцев, отражающая основные свойства цен на электроэнергию;

• исследованы и включены в модифицированную АРСС модель факторы, оказывающие наибольшее влияние на уровень цен на электроэнергию;

• разработаны стохастические модели для расчета вероятностей возможных ценовых сценариев на бирже электроэнергии до двух-трех месяцев на основе прогноза с использованием стандартных моделей АРСС для различных рынков электроэнергии, отличающиеся от других моделей возможностью расчета вероятностей в зависимости от всех предшествующих уровней цен, а не только от предыдущего;

• модифицирована модель АРСС, что позволило учесть такие свойства цен на электроэнергию, как сезонность, зависимость волатильности цены от ее уровня, выбросы цены и ее возврат к среднему значению. Предложена зависимость для учета сезонных особенностей цен на электроэнергию в течение динамического промежутка времени, состоящего из нескольких дней;

• разработана имитационная модель для определения спотовой цены на электроэнергию для принятия решения о ее доле, покупаемой на оптовом рынке электрической энергии.

Практическая значимость исследования состоит в разработке более обоснованной методики прогнозирования временных рядов, позволяющей строить прогнозы цены на электроэнергию с учетом ее важнейших свойств. Результаты исследования могут быть использованы для оптимизации объемов покуп8 ки/продажи электроэнергии при участии на оптовом рынке электроэнергии и при принятии стратегических решений.

Апробация и достоверность результатов исследования. Основные результаты и положения работы докладывались автором на международных и российских научно-практических конференциях в СПбГПУ, в техническом университете RWTH-Aachen (IAEW, Германия).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 научных работ, общим объемом 2,3 п.л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, приложений. Во введении анализируются современные рынки электрической энергии, обосновывается актуальность и направленность темы диссертационной работы. Приводится краткое описание основных положений научной новизны и практической значимости работы. Формулируются цель и задачи исследования. В первой главе приводятся результаты исследования организации и функционирования зарубежных и российского рынков электроэнергии. Рассмотрены цели либерализации, типы рынков электроэнергии и функции их участников. Представлены результаты сравнительного анализа отдельных рынков, а также регулируемого и конкурентного сектора в России.

Заключение диссертации по теме «Экономика и управление народным хозяйством: теория управления экономическими системами; макроэкономика; экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами; управление инновациями; региональная экономика; логистика; экономика труда», Иванов, Евгений Юрьевич

Выводы

Разработанная в диссертационной работе методика прогнозирования спотовых цен может быть использована покупателями и производителями электрической энергии для оптимизации работы на бирже электроэнергии. Знание прогноза спотовых цен и вероятностей реализации их сценариев необходимо для оптимизации заявок на торгах электроэнергии, снижения рисков, связанных с колебанием и неопределенностью рыночной цены на электроэнергию.

1. В результате исследования принципов работы различных рынков электроэнергии отражены факторы, оказывающие существенное влияние на уровень спотовой цены на электроэнергию: температура окружающей среды (например, Россия) и скорость ветра (Германия). Уточнена классификация рынков электроэнергии: экономический и балансирующий рынки, рынки безопасности и надежности/мощности.

2. Разработана и применена для спотовых рынков электроэнергии методика прогнозирования спотовых цен на электроэнергию.

3. Расширенные модели АРСС, отражающие четыре основных свойства цен на электроэнергию, могут быть использованы для прогнозирования спотовых агрегированных по часам суток цен на электроэнергию на период примерно до трех месяцев.

4. Предложен гибкий алгоритм нахождения изменения цены на спотовом рынке в зависимости от изменения значения температуры окружающего воздуха за динамически определяемый промежуток времени, позволяющий строить более достоверные прогнозы за счет учета сезонности.

5. Разработаны стохастические модели, отражающие вероятности наступления дискретных уровней спотовых цен для отдельных прогнозных интервалов и вероятности перехода из одного состояния в другое в зависимости от всех предыдущих состояний.

6. Созданные стохастические модели для расчета дерева сценариев на период до нескольких недель были успешно проверены на примере одной энергосистемы, состоящей из ТЭС, КЭС и АЭС, общей мощностью 5300 МВт.

Список литературы диссертационного исследования кандидат экономических наук Иванов, Евгений Юрьевич, 2005 год

1. Литература на русском

2. Андрющенко А.И.(п.ред.), «Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС», Москва, ВШ 1991

3. Баркин О.Г., «Модель оптового рынка электроэнергии переходного периода», презентация, 2004

4. Болотов В.В., Окороков В.Р., Гусев В.Н., Шахиджанян В.М., «Экономика и организация энергетического хозяйства СССР», Ленинград, «Энергия» 1969

5. Бриль Р.Я., «Экономика социалистической энергетики», 1966

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А., "Справочник по математике", Москва 1955

7. Вежневец А., «Популярные нейросетевые архитектуры», cgm.graphicon, 2004

8. Виноградов Д., "Российская электроэнергетика повышение тарифов неизбежно", Рынок ценных бумаг (РЦБ), №6 (189), М.2001

9. Гиршфельдт В.Я., Кароль Л.А., "Общий курс электростанций", Москва, "Энергия", 1976

10. Горячева И.П., "Некоторые проблемы учета сезонного фактора при построении индексов потребительских цен", Вопросы статистики №10, М., 2000

11. ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике», основные понятия. Термины и определения, Москва 1990

12. Губанов В.А., Ковальджи А.К., «Выделение сезонных колебаний на основе вариационных принципов», Центр.экон.-матем.институт, Москва 2001

13. Гэлбрейт Д.К., "Экономические теории и цели общества", Москва, "Прогресс", 1976

14. Дж.Бендат, А.Пирсол, „Прикладной анализ случайных данных", Москва 1989

15. Долгов П.П., «Математические модели энергоэкономического анализа», Ленинград, Наука 1968

16. Долгов П.П., Нелидов И.Е., Савин И.М., «Электроэнергетический комплекс: экономический анализ и оптимальные решения», «Вища школа», 1985

17. Журналы (2000-2005): Электрика, Промышленная энергетика, Электрические станции, Вестник ФЭК

18. Инвестиционная компания АВК «Аналитическая записка», «Обзор электроэнергетической отрасли России», С-Пб, июнь 2001 года (неопубликовано)

19. Инвестиционная компания АВК «Аналитическая записка», «Реформа электроэнергетики -скопление или решение проблем», С-Пб, 15 августа 2002 года (неопубликовано)

20. Канторович, Л.В. «Функциональный анализ» / Л. В. Канторович, Г. П. Акилов .— Невский Диалект: БХВ-Петербург, 2004

21. Китушин В.Г., «Надежность энергетических систем», Москва ВШ 1984

22. Колемаев В.А., Калинина В.Н., „Теория вероятностей и математическая статистика", Москва 2003

23. Колемаев В.А., Староверов О.В., Турундаевский В.Б., „Теория вероятностей и математическая статистика", Москва 1991

24. Концепция РАО «ЕЭС России» «5+5», ноябрь 2003

25. Львовский Е.Н., «Статистические методы построения эмпирических функций», Москва «Высшая школа», 1988

26. Мадоян А.А., «Экономические показатели энергооборудования ТЭС, работающие в нестационарном режиме», Теплоэнергетики №8, 2003

27. Меморандум №5, «Внедрение конкурентного балансирующего рынка электроэнергии», сентябрь 2004

28. Миллер Б.М., Панков А.Р., „Теория случайных процессов", Москва 2002

29. Надежность систем энергетики: терминология. Издательство «наука». Москва 1980

30. Нейронные сети. STATISTICA Neural Networks: Пер. с англ., Москва 2000

31. Никишин Е.С., «Взаимоотношения Субъектов ОРЭЭ, ценообразование в Секторе Свободной Торговли Оптового Рынка электрической Энергии (мощности)», working papers, 2004

32. Никишин Е.С., Окороков В.Р., «Долгосрочное прогнозирование экономического развития России», XXIX Неделя науки СПбГТУ, 2001

33. Окороков В.Р."Надежность производственных систем", Ленинград, 1972

34. Пономарев Д.В. «Переход на новые механизмы торговли на оптовом рынке электрической энергии»,презентация, 2004

35. Постановление Правительства Российской Федерации от 11.7.2001 г. №526 «О реформировании электроэнергетики Российской Федерации»

36. Постановление Правительства Российской Федерации от 2.04.02 г. № 226 «О ценообразовании в отношении электрической и тепловой энергии»

37. Постановление Правительства Российской Федерации от 24.10.2003 г. №643 «О правилах оптового рынка электрической энергии (мощности) переходного периода»

38. Регламенты оптового рынка НП «АТС» (1-14), Москва 2003-2005

39. Руденко Ю.Н., Ушаков И.А. «Надежность систем энергетики», Наука 1986

40. Самсонов В, Вяткин М., «Экономика предприятий энергетического комплекса», Москва, Высшая школа 2003

41. Свешников А.А., „Прикладные методы теории случайных функций", Москва 1968

42. Старосельский С.А. «Формирование оптимальной системы взаимодействия энергетических предприятий на рынке электроэнергии», СПбГТУ, диссертация, 2001

43. Трйшин Е.П., Окороков В.Р., „Региональный рынок электроэнергии", С-Петербург 2001

44. Федеральный закон «Об особенностях функционирования электроэнергетики в переходный период» от 26.3.2003

45. Федеральный закон «Об электроэнергетике» от 26.3.2003 №35-Ф3

46. Хлебников В.В., "Оценка возможностей функционирования оптовых генерирующих компаний как основных субъектов конкурентного рынка электроэнергии", Интитут народнохозяйственного прогнозирования РАН, №2, М.2003

47. Чубайс А.Б. Презентации РАО «ЕЭС России» 2003-2004

48. Ширяев, "Вероятность", Петербург, 1989

49. Щавелева Д.С.(п/ред ), Окороков В.Р., Гук Ю.Б., Долгов П.П. и др. «Основы выбора оптимальных решений в системах энергетики и водного хозяйства», учебное пособие, Ленинград, 1977

50. Электричество (Палармчук С.И., Федоров А.И. «Планирование поставок в условиях оптового рынка», 11/2000)

51. Эндрени Дж., «Моделирование при расчетах надежности в электроэнергетических системах», Москва «Энергоатомиздат», 1983

52. Энергетическая стратегия России на период до 2020 года, Москва, распоряжение Правительства РФ №1234-р от 28.08.2003

53. Blanco C., Soronov D., „Energy price processes", Commodities Now 2001

54. Borcsok, J., „Fussy Control: Theorie und Industrieeinsatz", Berlin 2000

55. Borenstein S., "The Trouble With Electricity Markets", www.ucei.org, 2001

56. Bowerman/O'Connell, "Forecasting and time series" 1993

57. Box G., Jenkins G., „Time series analysis", Prentice-Hall 1994

58. Deng Sh., "Stochastic Models of Energy Commodity Prices and Their Applications: Mean-reversion with Jumps and Spikes", 1999

59. Energiegesetz (EnG) vom 26.06.1998

60. Energiewirtschaftsgesetz (EnWG), 10.11.2001

61. Energy modelling and the management of uncertainty, London Risk, 1999

62. EnWG, Neuregelung des Energiewirtschafitsrechts, 16.02.2001

63. Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG), 29.03.2000

64. European electricity market perspectives Finenergy, Project report, 2003

65. FGE-Tagung, Konferenz, Aachen, 2001

66. FGE-Tagung, Konferenz, Aachen, 2003

67. Filter S.,„Zur Modellgenauigkeit der mittelfristigen Einsatzoptimierung von Querverbundunternehmen", IAEW, Dissertation, 2001

68. Geradin D., "The liberalization of electricity and natural gas in the european union", The Nether-land, 2001

69. Grobbel C., "Competition in electricity generation in Germany and neighboring countries from a system dynamics perspectie: outlook untill 2012", Frankfurt/M 1999

70. Haubrich H-J., "Analysis of Electricity Network Capacities and Identification of Congestion", Studie, Aachen, 2001

71. Haubrich, H.-J., Skript zur Vorlesung „Optimierung und Betrieb von Energievrsorgungssystemen", 1999

72. Hoffmann J., „Optimale Energieeinsatzplanung in industriellen KWK-Systemen", ABEV, Aachen 1996

73. Illerhaus S.W., „Implizit koordinierende Einsatzplanung integrierter Energieversorgungssysteme", 1999, Bergische Universitat-GH Wuppertal

74. Ivanov, Evgeni, „Entwicklung eines stochstischen Spotpreismodells fuer die Energieeinsatzplanug", Aachen 2001

75. Jahresbericht 1999, Institut fur Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, RWTH-Aachen, 1999

76. Jahresbericht 2000, Institut fur Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft, RWTH-Aachen, 2000

77. Johnson В., Barz G., „Selecting stochastic processes for modelling electricity prices energy modelling and the management of uncertainty", London 1999

78. JSC Russian Investors „Electric power industry restructuring", working papers, Moscow, Oct. 2002(неопубликовано)

79. Kraft-Waerme-Kopplung Gesetz, Entwurf, 14.08.2001

80. Kreusel J.W., Skriptum zur Vorlesung „Energiewirtschaft in liberalisierten Elektrizitatsmarkten" RWTH-Aachen, 2000

81. Kreuzberg M, "EUDIS: Forecasting Spot Prices for the European Power Market", University of Cologne, Germany, Germany 1999

82. Kumkar L., „The European Electricity Market: Centralization of Regulation or Competition between Regulatory Approaches?", Kiel 2002

83. Lucia J., Schwartz E., "Electricity prices and power derivatives: Evidence from the Nordic Power Exchange.", 2001

84. Luecke H.D., „Signaluebertragung", Springer, 1999

85. NieBen S., „Kraftwerkseinsatz- und Handelsplanung im liberalisierten Strommarkt" , RWTH-Aachen, 1998

86. Optimierung in der Energiewirtschaft, VDI-Gesellschaft Energietechnik 1999

87. Papoulis A., "Probability & Statistics" 1990

88. Papoulis A., „Probability, Random Variables and Stochastic Processes" 1985

89. Philipovic D., „Energy Risk", McGraw-Hill 1998

90. Pirrong C., Jermakyan M., „The price of power the valuation of power and weather derivatives", London 1999

91. Ripper G.,Filter S.,NieBen S., Haubrich H.-J., „Borsenhandel und Minimierung der Durchleitungskosten im gezonten Strommarkt", RWTH-Aachen 1999

92. Schmoeller H.K., Hartmann Th., "Modeling Power Price Uncertainty for Midterm Generation Planning", working papers, Italy, IEEE 2003

93. Planning", working papers, Italy, IEEE 2003

94. Schrittgen, Schreitberg, "Zeitreihenanalyse", R.Oldenbourg, 1995

95. Stapleton J., „Linear Statistical Modells" 1995

96. Stizlitz, J. "Globalization and growth in emerging markets and the New Economy ", Journal of Policy Modeling, 25 (2003), 505-524

97. Straja S., "Mean-reversion price diffusion", Montgomery Investment Technology Inc., July 2001

98. Tong H., „Non-linear Time series", Oxford 1993

99. Verbandervereinbarung I, 13.12.1999

100. VerbandervereinbarungH plus, 13.12.2001

101. Werner, „Linear Statistik" 1997

102. Zander W., "Strombeschaffung im liberalisierten Energiemarkt; Leitfahden fur die gewerbliche Wirtschaft", 2000

103. Zeitschrifiten: Elektrizitatswirtschaft, 1999-2003, Commodities Now, 2000-2002, VDI-Berichte 2001-2002, Energiewirtschaftliche Tagesfragen 1999-20021. Интернет страницы

104. Россия: www.np-ats.ru Румыния: www.oper.ro Скандинавия: www.nordpool.com (NordPool) Словения: www.borzen.com/eng/ Франция: www.powernext.fr Чехия: www.ote-cr.cz106. НП-АТС www.np-ats.ru

105. Презентации компании „Сагапа" 2003-2004 гг., www.carana.com

106. Прогноз погоды в мире: www.weather.com

107. Прогноз погоды в России: www.pogoda.ru

108. ПО. Прогноз погоды в Германии: www.dwd.de

109. РАО "ЕЭС России" www.rao-ees.ru

110. Системный оператор www.so-cdu.ru113. ФСК www.fsk-ees.ru114. ФСТ www.fecrf.ru

111. Энерготрейдер www.energotrade.ru

112. William P. Kucewicz „Power Politics: Drawing Lessons from California's Electricity Crisis" (www. GeoInvestor.com), 2000

113. Energieportal www.enereate.de

114. Eurelectric www.eurelectric.ora (The association of the electricity industry in Europe^

115. Eurostat europa.eu.int/en/comm/eurostat/eurostat.html EU

116. IEEE www.ieee.org (Institute of Electrical and Electronics Engineers. Inc. Л

117. Statistisches Bundesamt www.destatis.de/

118. UCTE www.ucte.org/"Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity" (UCTE)

119. VDEW www.vdew.de (Vereinigung Deutscher Elektrizitatzwerke)

120. VIK www.VIK-online.de (Verband der Industriellen Industrie- und Kraftwirtschafit)

121. VKU www.vku.de (Verband kommunaler Unternehmen)

122. EEX www.eex.de (European Energy Exchange)127.128.129.