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政府补贴对电力辅助服务市场中储能企业决策与市场均衡的影响研究。构建了包含传统火电和储能企业的寡头市场模型，推导了双补贴机制下的最优产量与市场均衡结果，发现递减补贴更适合高成本储能企业，但存在政府支出效率低和实施难度大等问题，并确定了补贴无效区间与上限值。
Jinyao Zhu | Ming Meng | Yi Niu
华北电力大学经济与管理系，中国河北省保定市，071003
摘要
在许多国家和地区，储能企业正成为辅助服务市场中的重要供应商。政府通常提供价格补贴以鼓励它们的参与。本研究构建了一个寡头市场结构，其中包含多家储能企业和传统热电企业，描述了这些企业的生产决策过程，得出了它们的最优产量，并展示了市场均衡结果。在此基础上，还测量了两种（固定和递减）价格补贴机制的影响。数值模拟验证了这些模型，并揭示了以下事实：(I) 与固定价格补贴相比，递减价格补贴更有利于运营成本较高的储能企业，有助于维持足够的装机容量，但补贴效率较低且实施难度较大。(II) 存在一个最无效的补贴水平，政府应避免设定接近该水平的补贴。(III) 补贴水平存在上限。超过这一上限的补贴不仅会大幅增加政府支出，还会降低储能企业降低运营成本的积极性。(IV) 两种价格补贴机制都会导致支出效率低下，但设定补贴门槛可以解决这一问题。
引言
随着储能企业规模的扩大，它们已成为辅助服务市场中的重要供应商。为了鼓励它们的参与，许多国家和地区向它们提供价格补贴。本研究的目的是探讨储能企业如何在这种复杂市场中决定其最优产量，并解释补贴如何影响企业行为。
近年来，世界许多主要经济体的电力系统面临着日益增加的不确定性和波动性，这些波动源于供需问题[1]。在供应方面，大规模的风能和太阳能发电设备的接入加剧了气象条件对发电的影响。在需求方面，住宅和商业用电量的增加扩大了负荷曲线的峰谷波动。为了维护电力系统的安全与稳定，储能产业得到了快速发展。过去五年中，全球储能的装机容量从183.1吉瓦增长到289.2吉瓦，年增长率达到12.11%[2]。鉴于电力供需情况的发展趋势，这一产业在未来可预见的时间里将继续繁荣[3]。
除了基于峰谷电价的传统套利模式外，越来越多的储能企业通过提供辅助服务来增加利润。与传统的主要辅助服务供应商——热电厂相比，储能企业具有更高的容量效率、更快的响应速度和更环保的运营模式[4]。在欧洲和澳大利亚的一些地区，储能企业从辅助服务中获得的利润已经超过总利润的一半[5]。当储能企业大规模参与辅助服务时，电力系统运营商通常会利用市场手段降低服务成本并优化资源分配效率[6]、[7]。目前，由于储能企业的运营成本高于其他辅助服务供应商，在许多地区政府经常向它们提供补贴以鼓励其参与[8]、[9]、[10]。
本研究的主要贡献如下：(I) 介绍了辅助服务市场中不同企业的决策过程，并展示了每个企业的最优生产决策。构建了一个寡头市场结构来模拟辅助服务市场，假设热电企业和储能企业分别为领导者和追随者。遵循斯塔克伯格模型的思想，安排了不同企业的决策顺序，并获得了它们的最优产量。(II) 接着描述了市场均衡情况。基于每个企业的最优生产决策，计算了总服务供应量、清算价格、补贴金额、补贴效率和企业利润。(III) 随后解释了不同补贴机制如何影响企业决策和市场均衡，推导出了固定价格补贴和递减价格补贴的影响机制。(IV) 最后评估了不同补贴水平的效果，并提出了政策建议。通过数据模拟，对补贴水平的变化进行了敏感性分析，并提出了实施补贴政策的建议。
本文的其余部分安排如下：第2节回顾了与本研究相关的现有研究；第3节介绍了辅助服务市场中不同企业的生产决策过程和最优结果；第4节测量了不同补贴机制对企业决策和市场均衡的影响；第5节通过数值分析验证了建模结果，并深入讨论了补贴水平变化的影响；第6节总结了关键发现并提出了政策建议。
电力系统中的辅助服务
辅助服务包括调峰、调频、旋转备用等由并网发电单元和具有辅助功能的充放电设备提供的服务，以确保电力系统的安全稳定运行[11]。辅助服务可分为两类：基本服务和有偿服务。前者是指根据电力调度协议免费提供的服务，用于解决一些小问题
市场与企业状况
通常，由于自然垄断，一个地区只有一个电网，因此市场上只有一个辅助服务需求方（电力系统的运营商）。本研究假设辅助服务市场中有N个供应商，其中热电企业和储能企业分别为M家和N-M家。此外，由于热电企业通常具有较强的市场力量，它们被设定为首先做出决策的领导者[37]、[38]。因此，储能企业
价格补贴的效果
固定价格补贴是一种常见的基于金额的奖励机制。具体来说，除了来自市场的销售收入外，政府还会为储能企业提供的每单位辅助服务额外提供固定的奖励。这种机制的优点是实施简便。然而，当政府倾向于在所有储能企业之间平均分配补贴时，递减价格补贴是一个更好的选择。在这种机制下，储能企业获得的奖励
数值分析
通过数值模拟，本节验证了上述市场均衡模型，并评估了政府补贴变化的影响。
结论
基于辅助服务市场的实际情况，本研究构建了一个包含M家传统热电企业和N-M家新能源储能企业的寡头结构。根据它们之间的市场力量差异，设计了决策顺序，介绍了生产决策过程，展示了每个企业的最优产量，并描述了市场均衡情况。考虑到对储能企业提供价格补贴的影响
CRediT作者贡献声明
Yi Niu：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、数据整理。Jinyao Zhu：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、验证、监督、软件使用、方法论设计、调查、数据分析、概念构建。Ming Meng：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、数据整理
利益冲突声明
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致谢
本研究未接受来自公共部门、商业部门或非营利部门的任何特定资助。
