Các dạng thị trường
Các dạng thị trường theo dịch vụ được mua bán
Các dạng thị trường theo thời gian
Các dạng thị trường theo cấu trúc các bên tham gia mua bán.
Các dạng thị trường theo loại dịch vụ được mua bán
Thị trường mua bán dịch vụ điện năng
Thị trường phát điện
Thị trường bán buôn
Thị trường bán lẻ
Các thị trường dịch vụ phụ trợ
Dịch cân bằng công suất thực (ổn định tần số)
Dịch vụ ổn định điện áp (đối với các khách hàng)
Dịch vụ an ninh truyền tải
Dịch vụ điều độ kinh tế
Dịch vụ hiệu lực thương mại
Dịch vụ khởi động đen
Các dạng thị trường theo thời gian
Thị trường mua trước là thị trường mà trong đó các giao dịch được thực hiện trước thời điểm điện năng được sản xuất ra, chúng là các thị trường tài chính
Các thị trường mua trước bao gồm
Thị trường các hợp đông mua bán điện dài hạn, trung hạn, ngắn hạn
Thị trường ngày tới
Thị trường thời gian thực là thị trường mà trong đó các giao dịch được thực hiện tại thời điểm điện năng được sản xuất ra, chúng là thị trường vật lý.
Hệ thống thanh tóan kép
Giả sử một nhà cung cấp bán một lượng Q1 cho điều hành hệ thống (SO) với giá P1 trong thị trường ngày tới (DA). Nhà cung cấp đuợc trả :
Q1 * P1
Tuy nhiên lượng điện phát thực tế của nhà cung cấp trong thị trường thời gian thực (RA) là Q0 (phụ thuộc vào điều độ kinh tế hệ thống) có thể khác với Q1.. Khi đó cần có thêm một thanh tóan phụ cho nhà cung cấp:
(Q0 – Q1)*P0
Thu nhập tổng cộng của nhà cung cấp:
Q1*P1 + (Q0 - Q1)* P0

Thu nhập của nhà cung cấp cũng có thể dược viết lại như sau:
Q1 * (P1 – P0) + Q0 * P0
Nếu thị trường RT là cạnh tranh, thì động lực của các nhà cung cấp trong thị trường RT hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi các giao dịch trước.
Hợp đồng chênh lệch giá
Nguồn phát Nhà buôn Phụ tải
Q1, PG
Q1, PL
Các hợp đồng sai khác
Các giao dịch song phương thông qua hợp đồng sai khác giúp cho các bên tham gia tránh được những rủi ro gây ra bởi giao động giá cả trong thị trường thời gian thực với hai điều kiện:

- Các bên tham gia giao dịch sản xuất và tiêu thụ một lượng điện năng đúng bằng lượng điện năng ghi trong hợp đồng

- Giá thị trường là như nhau ở địa điểm nguồn phát và địa điểm tiêu thụ
Việc sử dụng các hợp đồng sai khác không làm ảnh hưởng đến động cơ tối đa hóa lợi ích của các bên tham gia trong thị trường thời gian thực. Do vậy bất kỳ một sự sai lệch nào so với hợp đồng đã ký kết cũng đều có lợi cho các bên tham gia
Chênh lệch giá địa điểm
Hợp đồng sai khác có thể ở một trong hai dạng như sau:
Nguồn phát
Phụ tải
PG
PL
Xét một giao dịch giữa một nguồn phát và một phụ tải thông qua hợp đồng sai khác
Giả sử hợp đồng được viết theo cách thứ nhất, khi đó quá trình thanh tóan sẽ như sau:
Các hợp đồng CFD trong các giao dịch năng lượng không có tác dụng trong việc ngăn ngừa đối với những rủi ro gây ra bởi những biến động của phí tryền tải.
Kết quả thanh tóan có thể được viết lại như sau:
Một cách để ngăn ngừa rủi ro liên quan đến giá truyền tải đó là sử dụng thị trường mua trước quyền truyền tải tài chính (FTR).
Giả sử trong ví dụ trước, phụ tải đã mua quyền truyền tải tài chính cho lượng Q1 với giá PTR. Khi đó quá trình thanh tóan ở thời gian thực sẽ như sau:
Thị trường ngày tới
Đấu giá thị trường ngày tới
Bốn dạng thiết kế thị trường ngày tới
- Thị trường sàn giao dịch
- Thị trường Pool
- Thị trường song phương
- Thị trường PJM
Vai trò của thị trường ngaỳ tới
Đấu giá thị trường ngày tới
Thị trường này tới được vận hành bởi SO theo hình thức đấu giá. Việc đấu giá có thể dưới hai dạng:
Sàn giáo dịch nănglượng
Pool
Một đấu giá được tiến hành theo 3 bước
Chào giá
Xác định các đấu giá được chấp nhận và giá cả
Thanh tóan cho các đấu được chấp nhận
Chào giá của các phụ tải
P
qD
P
QD
Đường cầu của các phụ tải
Đường cầu của thị trường
Chào giá của các nguồn phát
P
P
qS
QS
Đường cung của
các nguồn phát
Đường cung của thị trường
Chấp nhận chào giá và xác định sản lượng

Tổng thặng dư = Q*(V – P) + Q*(P – C) = Q*(V – C)

Với các đường cong chi phí không lồi và không tồn tại sức mạnh thị trường, các đấu giá đơn giá ngày tới được thiết kế nhằm cực đại hoá tổng thặng dư của các nhà sản xuất và người tiêu dùng.
Giá
Số lượng
P
Cầu
Cung
Hệ thống không bị ràng buộc

Trong một hệ thống không bị ràng buộc, mức giá và sản lượng tối ưu của thị trường sẽ được xác định tại giao điểm của các đường cung và cầu.

Giá thị trường sẽ bằng giá trị thặng dư biên của hệ thống và bằng giá chào cao nhất được chấp nhận của các nguồn phát hay bằng giá chào thấp nhất được chấp nhận của các phụ tải.

Trên cơ sở giá thị trường sẽ xác đinh các chào giá được chấp nhận của các nguồn phát và phụ tải.
Hệ thống bị ràng buộc
Khi có các ràng buộc đặt lên hệ thống (như giới hạn khả năng truyền tải, tốc độ thay đổi công suất của các nguồn phát…), thì giao điểm của đường cung và đường cầu có thể là một trạng thái không khả thi đối với hệ thống.
Ví dụ: Xét trường hợp đơn giản trong đó các nguồn phát và các phụ tải ở hai đầu của một đường dây truyền tải có công suất bị hạn chế
P
Q
Cung
Cầu
PD
PS
Thặng dư người tiêu dung
Thặng dư nhà sản xuất
Thặng dư của SO
Trong trường hợp này sẽ có sự khác nhau giữa giá ở phía nguồn phát và giá ở phía phụ tải
Các dạng thị trường theo cấu trúc các bên tham gia
Thị trường song phương
Là thị trường trong đó các bên tham gia (các nguồn phát và các phụ tải) giao dịch trực tiếp với nhau ở các mức giá được thỏa thuận.
Thị trường tập trung
- Sàn giao dịch năng lượng:
Là thị trường tập trung mà không có những khoản thanh tóan phụ. Các đấu giá thường chỉ đưa ra giá cả và số lượng giao dịch. Các chào giá đơn giản hơn nhiều so với chào giá nhiều thành phần được dùng trong thị trường Pool
- Thị trường Pool:
Là thị trường tập trung mà trong đó có các khoản thanh tóan phụ. Trong thị trường Pool các chào giá bao gồm nhiều thành phần mô tả các mặt về chi phí và giới hạn sản xuất của các tổ máy
Sàn giao dịch năng lượng - Power Exchange
Là thị trường tập trung mà trong đó không có các khoản thanh tóan phụ (side payment). Ở cùng một thời điểm và vị trí nó thanh tóan cùng một giá cho các tổ máy
Các thông tin chào giá:
Nhà cung cấp: PS(Q) - Chào giá riêng cho 24 giờ
Phụ tải : PD(Q) - Chào giá riêng cho 24 giờ
Chấp nhận chào giá và xác định giá
Bài tóan tối ưu : Cực đại hóa tổng thặng dư của các chào giá được chấp nhận, {Q1}.
Điều kiện ràng buộc: Ràng buộc đường dây truyền tải
Xác định giá : P1 = Thặng dư biên tại từng vị trí
Thanh tóan:
Trả cho nhà cung cấp : Q1* P1 + (Q0 – Q1)*P0
Phụ tải phải trả : Q1*P1 + (Q0 - Q1)*P0
Pool Năng lượng – Power Pool
Pool năng lượng là một thị trường tập trung mà trong đó có các khoản thanh tóan phụ.Do vậy ở cùng một thời điểm và vị trị các nhà cung cấp khác nhau có thể được trả giá khác nhau.
Các thông tin chào giá:
Nhà cung cấp: PS(Q), chi phí khởi động, giới hạn tốc độ thay đổi công suất,…. Sử dụng một chào giá chung cho 24 giờ
Phụ tải: PD (Q) hoặc QD. Chào giá riêng cho 24 giờ
Chấp nhận chào giá và xác định giá cả:
Bài tóan tối ưu: Cực đại hóa tổng thặng dư của các chào giá được chấp nhận, {Q1}.
Các điều kiển ràng buộc: Giới hạn truyền tải, giới hạn tốc độ thay đổi công suất,…
Xác định giá cả: P1 = Thặng dư biên tại từng vị trí
Thanh tóan:
Trả cho nhà cung cấp : Q1* P1 + (Q0 – Q1)*P0 + side payment
Phụ tải phải trả : Q1*P1 + (Q0 - Q1)*P0 + uplift
Các khoản thanh toán phụ chỉ được thực hiện khi nhà cung cấp bị lỗ do chi phí thực hiện chào giá (bao gồm chi phí năng lượng, chi phí khởi động, chi phí không tải) lớn hơn giá Pool.
Thị trường quyền truyền tải
Là một cách tiếp cận thuần túy song phương đối với thị trường năng lượng. Các bên mua và bán phải liên hệ trực tiếp với nhau để thực hiện giao dịch. Điều hành hệ thống chỉ kiểm sóat thị trường quyền truyền tải.
Các thông tin chào giá
Phía cầu: Từ nút X đến Y: QT(PT), chào giá riêng cho 24 giờ
Chấp nhận giá chào và xác định giá
Bài tóan tối ưu: Cực đại hóa tổng thặng dư =  (PT * QT)
với 0< Q1TRàng buộc: Giới hạn khả năng truyền tải
Xác định giá : Giá truyền tải từ X đến Y = thặng dư biên của việc tăng 1kw giới hạn truyền tải từ X đến Y
Thanh tóan
Phía cầu phải trả: Q1T*P1T + (Q0T-Q1T)*P0T
Thị trường ngày tới PJM
(Pennsylvania-New-Jersey-Maryland)
Thị trường ngày tới PJM là một sự kết hợp cả ba dạng thị trường nói trên. Đây là dạng thị trường phức tạp nhất đối với SO
Các thông tin chào giá:
Nguồn cung cấp: PS(Q), chi phí khởi động, giới hạn tốc độ thay đổi công suất,… Chào giá chung cho 24 giờ
Phụ tải: PD(Q), hoặc Q – Chào riêng cho 24 giờ
Nhu cầu truyền tải : Từ X đến Y : QT (PT), chào giá đơn riêng cho 24 giờ
Chào giá ảo: QE(PE) (cung hoặc cầu), chào giá đơn riêng cho 24 giờ
Chấp nhận chào giá và xác định giá cả:
Bài tóan tối ưu: Cực đại hóa tổng thặng dư của các chào giá được chấp nhận, {Q1}, cộng với tổng thặng dư truyền tải, (PT * QT)
Ràng buộc: Giới hạn truyền tải, tốc độ
Xác định giá: P1 = thặng dư biên tại từng vị trí
(chỉ tính với các tổ máy được chấp nhận điêù động)
PT từ X đến Y = (P1 tại Y) – (P1 tại X)
Thanh tóan
Trả cho nguồn phát: Q1*P1 + (Q0-Q1)*P0 + thanh tóan phụ cho các nguồn phát được điều động
Phụ tải phải trả: Q1*P1 + (Q0 – Q1)*P0 + uplift
Trả phí truyền tải: Q1T*P1T + (Q0T – Q1T)*P0T

So sánh vai trò của các bên tham gia trong bốn dạng thiết kế thị trường
Vai trò của thị trường ngày tới
Đối với những người giao dịch thị trường ngaỳ tới có tác dụng phòng ngừa rủi ro liên quan đến sự biên động của giá cả

Đối với hệ thống nó có tác dụng đảm bảo độ tin cậy
Giả sử một nhà cung cấp bán một lượng Q1 trên thị trường DA với giá P1. Thu nhập R1 sẽ bằng Q1*P1 trong thị trường Exchange và công thêm khoản thanh tóan phụ trong thị trường Pool.

Lợi nhuận (ngắn hạn) trên thị trường DA
SR1 = R1 – MC*Q1 – SC

Lợi nhuận cuối cùng tại thời gian thưc
SRF = R1 – MC*Q0 – SC0 – P0*(Q1 – Q0)
= SR1 + (MC – P0) * (Q1 – Q0) + (SC – SC0)
SR0
P
SC
SR1
0
DA contract with commitment
DA contract with commitment
No DA contract, commitment
Khi P0 < P1 nhà cung cấp sẽ thu được lợi nhuận lớn hơn nếu không khởi động nguồn phát. Tuy nhiên nếu không khởi động nguồn phát nhà cung cấp có thể phải chịu rủi ro nếu giá cao.
Việc khởi động nguồn phát là cần thiết để giảm rủi ro của các hợp đồng thị trường DA.
Các khoản thanh tóan phụ không làm tăng động lực để các nguồn phát khởi động và do vậy không làm tăng độ tin cậy của hệ thống.
Thị trường thời gian thực
Thị trường song phương diễn ra chậm hơn nhiều so với các thị trường tập trung do các bên giao dịch phải tìm đối tác. Điều này dẫn đến những khó khăn trong việc duy trì một cân băng hệ thống chính xác đồng thời đảm bảo an toàn truyền tải. Do vậy các thị trường thời gian thực luôn là thị trường tập trung
Đấu giá thj trường thời gian thực hoạt động theo dạng đấu giá Walrasian cổ điển. Giá cả được đưa ra và các nhà cung cấp và khách hàng phản ứng theo giá.
Giá cả thị trường thời gian thực là tín hiệu để cho các nguồn và các phụ tải phản ứng
Do bản chất không lồi của các đường cong chi phí, nên thị trường thời gian thực có thể không tồn tại giá cân bằng. Thị trường Pool có thể dễ dàng đạt được cân bằng do nó có thể đưa ra các giá khác nhau cho các nguồn phát khác nhau. Tuy nhiên đây là một vân đề khó khăn với thị trường Exchange do nó chỉ có một giá duy nhất. Trong trường hợp này đê đạt được cân bằng nó cần thêm một thị trường RT phụ đó có thể là một thị trường dự trữ vân hành, hoặc thị trường cho việc giảm công suất phát dưới mức hợp đồng trước.
Lượng bán trong thời gian thực là lượng được bán với giá ở thời gian thực, nó là phần chênh lệch giữa luợng điều động trong thời gian thực Q0 với lượng bnaátrong hợp đồng ngày tới.
Nhà cung cấp được trả : Q1*P1 + (Q0 – Q1)*P0
Dịch vụ phụ trợ
Cung cấp điện năng là một dich vụ cơ bản. Tuy nhiên bên cạnh đó cần có các dịch vụ phụ trợ để đảm bảo độ tin cậy, chất lượng điện năng, và tính hiệu quả trong sản xuất
Sáu loại dịch vụ phụ trợ cơ bản:
Dịch cân bằng công suất thực (ổn định tần số)
Dịch vụ ổn định điện áp (đối với các khách hàng)
Dịch vụ an toàn truyền tải
Dịch vụ điều độ kinh tế
Dịch vụ hiệu lực thương mại
Dịch vụ khởi động đen
Dịch vụ cân bằng công suất thực
và ổn định tần số
Dịch vụ này đối với khách hàng là nhằm mục đích đảm bảo sử ổn định và chính xác của tần số

Sự bất ổn định về tần số thường được gây ra bởi sự mất cân bằng giữa cung và cầu về công suất thực.

Tần số cao hơn qui định
Tần số thấp hơn qui định
Các nguyên nhân dẫn đến mất cân bằng cung cầu và các phương pháp (dịch vụ) tương ứng nhằm dut trì cân bằng cung cầu:
Dịch vụ ổn định điện áp
Điện áp có xu hướng giảm xuống khi điện năng được tải từ nguồn đến nơi tiêu thụ. Lượng điện năng được tải càng lớn thì điện áp càng giảm nhiều. Mức độ sụt áp cũng phụ thuộc vào loại phụ tải (những phụ tải tiêu thụ nhiều công suất phản kháng thì gây ra sụt áp càng lớn)
Sự sụt áp có thể được khắc phục bằng cách bổ sung thêm công suất phản kháng
Công suất phản kháng có thể được sản xuất với chi phí thấp
- Cung cấp bởi các tụ điện ----> không tiêu thụ nhiên liệu
- Cung cấp bởi các máy phát ----> hầu như không tiêu tốn nhiên liệu nhưng làm giảm khả năng sản xuất công suất thực
- Cung cấp bởi các tụ đồng bộ -----> lấy điện từ lưới để sinh ra công suất phản kháng
Vấn đề ổn định điện áp đối với khách hàng cần phải xem xét cùng với ổn địmh điện áp để đảm bảo an toàn truyền tải

Vai trò của thị trường trong cung cấp dịch vụ ổn định điện áp.
Việc truyền tải công suất phản kháng có tổn thất rất lớn (khoảng gấp 10 lần tổn thất công suất thực). Do vậy thị trường công suất phản kháng gặp phải vâ đề về thế lực thị trường

Trong dài hạn : SO có thể mua các hợp đồng dài hạn với điều kiện có đủ thời gian để cho phép có sự gia nhập vào cạnh tranh
Trong ngắn hạn SO có thể thực hiện độc quyền hoặc điều tiết thị trưòng để đảm bảo cung cấp công suất phản kháng ở giá hợp lý
Dịch vụ an toàn truyền tải
Khả năng truyền tải điện năng của một đường dây thường bị hạn chế bởi giới hạn nhiệt. Nếu tổng công suất thực và công suất phản kháng trên một đường dây vượt quá một ngưỡng nào đó trong quá nhiều phút thì đường dây sẽ bị hư hỏng do vượt quá giới hạn nhiệt.
Nguyên nhân chủ yếu làm cho một đường dây bị quá giói hạn nhiệt là do đường dây khác bị ngừng hoạt động đột xuất.
Ngoài giới hạn nhiệt, khả năng hoạt động của đường dây con bị hạn chế bởi giới hạn điện áp và giới hạn ổn dịnh. Tuy hiên các giới hạn này thường kém ổn định hơn giới hạn nhiệt (chỉ thay đổi rất nhỏ theo nhiệt độ môi truờng xung)
Để đảm bảo an ninh truyền tải, SO tính toán các giới hạn trên để đảm bảo việc điều độ các nguồn phát là một điều độ an toàn
Khi các giới hạn an toàn được tính chính xác thì nó thay đổi thường xuyên.
Vai trò của thị trường trong cung cấp dịch vụ an toàn truyền tải
Dịch vụ an toàn truyền tải cần phải được cung cấp bởi điều hành hệ thống. Nó có thể được cung cấp bằng cách bán các quyền truyền tải hoặc bằng cách kiểm soát việc chấp nhận các đấu giá năng lượng trên thị trường ngày tới.
Khi giới hạn an toàn bị vượt qua trong thời gian thực, điều hành hệ thống cân phải tăng công suất phát ở vùng này và giảm công suất phát ở vùng khác.

Dịch vụ điều độ kinh tế
Điều độ kinh tế là việc sử dụng tối ưu các nguồn phát. Có hai vấn đề của điều độ kinh tế:
- Quyết định tổ nào sẽ được khởi động
- Quyết định mỗi tổ máy sẽ phát bao nhiêu
Do cung và cầu ở thời gian thực là không thể được biết cho đến thời gian thực, và do hầu hết các tổ máy khởi động chậm và tốn kém, vì vậy thị trường ngày tới đóng mội vai trò quan trọng đối với điều độ hiệu quả ở thời gian thực.


Vai trò của thị trường
Có 3 cách tiếp cận cơ bản đối điều độ kinh tế
Thị trường ngày tới song phương:
Các nhà cung cấp và các nhà buôn bán năng lượng sẽ giải quyết toàn bộ vấn đề
Sàn giao dịch năng lượng ngày tới tập trung:
Điều hành hệ thống sẽ vận hành sàn giao dịch năng lượng. Sàn giao dịch sẽ đưa ra giá chung mà sẽ được sử dụng bởi Sàn giao dịch để lựa chọn các tổ máy sẽ được khởi động, hoặc cũng có thể được dùng bởi các nhà cung cấp để tự lựa chọn các tổ máy trong các vòng đấu giá.
Thị trường năng lượng Pool ngày tới tập trung:
Pool yêu cầu các tổ máy đệ trình các đấu giá phức hợp. Điều hành hệ thống sẽ tối ưu hoá điều độ bằng việc sử dụng tất cả các thông tin đấu giá. Tối ưu hoá đó sẽ đuợc sử dụng để kiểm soát điều độ thực qua giá và bảo hiểm khởi động.
Dịch vụ hiệu lực thương mại
Các điều kiện cơ bản để cho các giao dịch mua bán năng lượng song phương có thể thực hiện được:
- Tất cả các giao dịch đều phải được đăng ký với cơ quan giám sát hiệu lực thương mại.
- Tất cả các đối tác giao dịch đều phải có kết nối với mạng lưới và năng lượng cung cấp hay nhận từ lưới phải được đo bởi cơ quan giám sát.
- Cơ quan giám sát hiệu lực thương mại có quyền bắt những người tham gia giao dịch phải thanh toán cho những chênh lệch về năng lượng thực tế mua bán so với hợp đồng

Vai trò của thị trường
Dịch vụ hiệu lực thương mại cần phải được cung cấp bởi SO. Không có tổ chức cá nhân nào có quyền trong việc cung cấp dịch vụ này