電力市場設(shè)計的討論

2018-01-24 14:51:13 走進電力市場作　點擊量：評論 (0)

作者：荊朝霞,華南理工大學(xué),教授博士生導(dǎo)師;何利平，廣東電網(wǎng)管理科學(xué)研究院，高級工程師;喻蕓,華南理工大學(xué),碩士研究生。電力行業(yè)中進行

作者：

荊朝霞,華南理工大學(xué),教授/博士生導(dǎo)師;

何利平，廣東電網(wǎng)管理科學(xué)研究院，高級工程師;

喻蕓,華南理工大學(xué),碩士研究生。

電力行業(yè)中進行市場化的改革是為了提高電力系統(tǒng)資源配置的效率，提高社會的整體福利。但是，效率提高和福利增加的前提是，市場進行良好的設(shè)計。不好的、不合適的設(shè)計，不僅不能帶來收益，反而可能帶來損害，甚至是很大的損害。這里對電力市場設(shè)計的一些問題進行簡單的討論。

一、電力市場改革的目標(biāo)

1、多目標(biāo)問題概述

電力市場的目標(biāo)簡單的說包括效率和公平兩大方面。效率方面，反映社會的總福利，而公平方面，反映社會福利的分配，這兩個方面的目標(biāo)可以用“美好生活、平衡充分”來表達。

效率反映電力生產(chǎn)、消費過程中引起的總成本、效益的情況。從時間維度上，又可以分為長期效率和短期效率。短期效率考慮投資一定情況下的運行的最優(yōu)化，長期效率考慮投資、規(guī)劃的優(yōu)化。

很多地方會提到“環(huán)保”、“安全”的目標(biāo)。廣義上，這兩個目標(biāo)都可以認(rèn)為是“效率”目標(biāo)的一個部分。環(huán)保目標(biāo)之所以單獨提出，是由于相關(guān)環(huán)境問題的外部性，沒有有效的市場對環(huán)保問題進行定價。安全問題本質(zhì)上也可以通過安全問題造成的成本轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟問題，但由于電力系統(tǒng)的安全問題的影響、成本很難定量評估，安全也經(jīng)常作為單獨的一個目標(biāo)。

2、效率的多目標(biāo)的解決方法

多目標(biāo)問題的根本原因是一些目標(biāo)無法定量評估，或者不同目標(biāo)之間的量綱不同。借鑒數(shù)學(xué)優(yōu)化領(lǐng)域解決多目標(biāo)問題的方法，電力市場中對效率的多個方面的目標(biāo)(短期效率、產(chǎn)期效率、環(huán)保、安全等)可以通過固定約束、彈性約束、加權(quán)三種方式解決。

假設(shè)某個決策中考慮發(fā)電成本和安全兩個目標(biāo)，其中安全用失負(fù)荷概率來表示。這個多目標(biāo)問題可以用上圖來表示。藍色的曲線是以發(fā)電成本最小和失負(fù)荷概率最小兩個目標(biāo)作為優(yōu)化得到的帕累托前沿，曲線上的每個點都代表帕累托最優(yōu)點：在這些點上，無法同時改善兩個指標(biāo)。或者說，在其中一個指標(biāo)確定的情況下，另外一個指標(biāo)是最優(yōu)的值。

實際中，應(yīng)該選擇曲線上的哪個點作為決策的點?如何實現(xiàn)?圖中看到三種不同方法得到了不同的結(jié)果。

1)加權(quán)方法。之所以將安全作為一個單獨的目標(biāo)，是由于其無法準(zhǔn)確評估。但如果能用某種方法估計安全成本，就可以將其轉(zhuǎn)化為與發(fā)電成本相同量綱的指標(biāo)。比如，失負(fù)荷量作為可靠性的指標(biāo)，給出單位失負(fù)荷量給社會造成的損失值，就可以將安全目標(biāo)轉(zhuǎn)化為與發(fā)電成本相同的量綱，從而可以直接相加。這相當(dāng)于給出了可靠性指標(biāo)的權(quán)重，得到如圖中的紅色虛線所示的一條直線，其與帕累托前沿相交，就得到了最優(yōu)運行點A點。

2)固定約束。可以將不好量化的指標(biāo)作為固定約束處理。如上圖所示的綠色虛線所示，其與帕累托前沿相交，就得到了另外一個最優(yōu)運行點B點。這個點的含義，是在可靠性指標(biāo)不高于1.8的情況下的最優(yōu)點為B點。

3)彈性約束。考慮到可靠性的成本，在不同的發(fā)電成本下，可以有不同的可靠性：發(fā)電成本非常高的時候，可以適當(dāng)?shù)慕档涂煽啃约s束，在發(fā)電成本非常低的時候，可以適當(dāng)提高可靠性約束。如圖中的灰色虛線所示，其與帕累托前沿相交，就得到了最優(yōu)運行點C點。

3、公平(福利分配)目標(biāo)的實現(xiàn)

公平目標(biāo)是電力市場設(shè)計中必須要考慮的一個方面，包括福利在不同地區(qū)的分配、在不同類型市場主體之間的分配、在同類市場主體的不同的個體之間的分配等。可以通過以下方式實現(xiàn)公平的目標(biāo)。

1)資源的初始分配，或者說產(chǎn)權(quán)的分配。這是比較好的實現(xiàn)公平目標(biāo)的一種方式。根據(jù)科斯理論，只要產(chǎn)權(quán)是確定的，交易成本又很小，市場總是可以通過自由的交易實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。我國目前電力市場中的優(yōu)先發(fā)電權(quán)、優(yōu)先用電權(quán)、基數(shù)發(fā)電合同等機制，就可以認(rèn)為是一種通過產(chǎn)權(quán)分配實現(xiàn)公平目標(biāo)的一種方式。

2)補貼或懲罰機制。可以通過設(shè)置一些補貼或懲罰機制來實現(xiàn)一些福利分配上的目標(biāo)。比如，通過對可再生能源企業(yè)的補貼來實現(xiàn)支持其發(fā)展的目標(biāo)。在使用這種方式的時候，要特別注意補貼的方式。補貼的存在常常會影響市場整體的效率，不同的補貼方式對市場效率的影響不一樣。比如，對可再生能源，是在其建設(shè)時補貼投資成本，還是發(fā)電時按發(fā)電量補貼;如果按發(fā)電量補貼，是固定總價還是固定市場價格基礎(chǔ)上的補貼價等，都需要進行系統(tǒng)的研究。

3)交易體系或交易機制的設(shè)置。在市場設(shè)計中，經(jīng)常會出現(xiàn)一些為實現(xiàn)某種福利分配方面的目標(biāo)而設(shè)置的規(guī)則。比如，設(shè)置交易的優(yōu)先順序、設(shè)置市場出清的規(guī)則、結(jié)算規(guī)則等。實際中，這些規(guī)則在短期、市場未達到均衡的時候?qū)κ袌龅慕Y(jié)果、福利的分配會有一定影響，但在長期影響很小，或者完全沒有影響。舉個簡單的例子：撮合出清中，按電廠報價結(jié)算和按用戶(售電公司)報價結(jié)算兩種方式。直觀看起來，按電廠報價結(jié)算方式下對用戶有利，反之按用戶報價結(jié)算方式下對電廠有利。實際上，在市場主體對市場規(guī)則及市場供需狀況都非常熟悉的情況下，兩種方式下的最終結(jié)果是一樣的(按電廠報價結(jié)算方式下電廠會提高報價，而按用戶報價結(jié)算方式下用戶會降低報價)。在《月度電量集中競價市場規(guī)則的仿真實驗分析》(電力系統(tǒng)自動化，2017，41(24))中，我們對按交點出清和按平均價出清兩種出清模式進行了仿真分析，得到了類似的結(jié)論。

二、市場結(jié)構(gòu)和市場體系

影響市場效率的，主要有兩個方面，市場結(jié)構(gòu)和市場體系。其中，市場結(jié)構(gòu)主要是指與市場的一些技術(shù)特性和產(chǎn)權(quán)特性相關(guān)的因素，如市場主體的集中度情況、市場主體的成本特性情況等。市場體系是指市場中有哪些產(chǎn)品、服務(wù)，之間的關(guān)系如何，每個產(chǎn)品和服務(wù)用何種方式交易，具體的交易規(guī)則等。

1、市場結(jié)構(gòu)

市場結(jié)構(gòu)對市場力和投資有決定性的影響。也就是說，影響一個市場投資水平、價格水平的最主要的因素，是市場的結(jié)構(gòu)，而不是具體的市場體系和市場規(guī)則。市場規(guī)則主要影響交易的效率、交易的成本。

市場結(jié)構(gòu)的核心是供需特性。相對一般的產(chǎn)品，電力的供需特性非常復(fù)雜。一方面，在供給側(cè)，電力無法儲存因此實時運行特性非常重要。另一方面，用戶側(cè)的需求彈性小，在實時運行時很多用戶沒有響應(yīng)價格的能力。因此，電力市場運行中，需要由一個機構(gòu)來確定需求水平和可靠性政策(可靠性水平、可靠性價格機制等)，而這個可靠性政策是影響市場價格波動、市場高峰的一個重要因素。

用戶的用電是實時進行的，不需要事先簽定合同就可以用電。在實時運行中，當(dāng)供不應(yīng)求，電價很高時，需要由系統(tǒng)運行機構(gòu)進行決策：是購買高價的電來滿足負(fù)荷需求，還是裁減部分負(fù)荷?影響這個決策的相關(guān)規(guī)定，包括備用的水平、最高可接受的價格對市場有很大的影響。

系統(tǒng)運行機構(gòu)為滿足電網(wǎng)的可靠性水平而支付的最高電價控制所有市場的高電價。為什么這樣說呢?用戶是否簽定中長期的合同、以什么價格簽定合同取決于系統(tǒng)運行機構(gòu)負(fù)責(zé)的實時市場的價格。用戶買電力可以在中長期和實時市場之間進行選擇，一般會選擇價格便宜的(考慮風(fēng)險的成本)。因此，所有中長期交易的價格會降到實時市場的價格。因此，實時市場運行機構(gòu)支付的最高價格設(shè)置所有市場價格的上限。

2、市場體系

目前討論比較多的市場設(shè)計的問題，大多是市場體系的問題。包括子市場的構(gòu)成、市場交易的方式、市場具體規(guī)則等。

1)子市場構(gòu)成

一個完整的電力市場由多個子市場組成。子市場沒有嚴(yán)格的定義，可以按不同的方法劃分。

(1)按交易對象類型劃分。首先可以分為能量市場、輸電市場、輔助服務(wù)、容量市場等。輔助服務(wù)又可以按不同的方法分成多種類型，比如調(diào)頻、無功、黑啟動、備用等。

(2)按交易對象的時間粒度。市場設(shè)計中需要確定所交易的對象的最小時間粒度，比如按5分鐘，15分鐘，30分鐘，1小時等。

(3)按交易時間。包括遠期市場和現(xiàn)貨市場。現(xiàn)貨是實時(或接近實時)進行的以物理交割為目的的市場;遠期市場是在交割前比較早的時間約定對未來某一時間的電力進行交易的市場，包括自由簽定的雙邊合同，以及在交易所進行的便準(zhǔn)化的期貨、期權(quán)交易。

2)市場的交易方式

市場的交易方式包括雙邊交易和集中交易兩大類，每類又有一些具體的子類。實際中，有些地方可能還有一些重疊。典型的市場交易類型包括以下類型。

自由雙邊協(xié)商：交易雙邊自由協(xié)商交易確定交易的數(shù)量和價格等條款。好處是合同條款靈活，壞處是交易成本高。

交易商(Dearler)：Dearler自己參與買賣，從供給方買產(chǎn)品，賣給需求方，賺取差價。

代理商(Broker)：買賣雙方通過Broker進行交易，Broker收取代理費。

掛牌交易(Bulletin Board)：可以認(rèn)為是代理商交易的一種，通過在一個場所或計算機網(wǎng)絡(luò)掛牌、摘牌、撮合等方式促成交易。

交易所交易(Exchange)：交易所交易強調(diào)交易所是所有交易的中央對手方，進行結(jié)算風(fēng)險的管理。

聯(lián)營體交易(POOL)：聯(lián)營體是電力市場專有的一個詞匯，可以認(rèn)為是一種特殊類型的交易所，POOL中可能有更加復(fù)雜的報價、復(fù)雜的功能。

3)市場規(guī)則

市場具體規(guī)則有很多方面，主要包括：報價的時間、報價的形式、出清的方式、結(jié)算的方式、市場力控制機制等。

報價截止時間：即什么時候截止報價。電力現(xiàn)貨市場中一天有24、48或96等個時段，可以在交易時段前比較短的時間截止報價，也可以在較長時間以前截止報價。在市場設(shè)計初期，為了市場的穩(wěn)定，報價截止時間可以提前。比如，對實時市場的報價可以要求日前申報后就不能再修改。截止時間越晚，越能及時反映市場成員、供需的變化，但市場成員行使市場力的機會也增大。

報價有效周期：即一組報價可以對多少個時段有效?如果15分鐘一個時段，對一天的96個時段，可以要求發(fā)電廠用同一組報價，也可以允許發(fā)電廠對不同的時段申報不同的價格。一個時段一個價格最靈活，同樣也會導(dǎo)致市場成員比較容易行使市場力。

報價形式：發(fā)電報價是一部制電量電價，還是包括啟停費用、空載費用等?這主要是區(qū)別自啟停和非自啟停機組。對自啟停機組，系統(tǒng)運行機構(gòu)不對其啟停成本等進行補償。對非自啟停機組，如果收入不夠補償所有成本，需要給市場成員額外補償。

如何出清：如何確定市場成員的成交量。

如何結(jié)算：如何確定各市場成員的結(jié)算價格。這是不同市場差別的重要的一個方面，包括發(fā)電側(cè)的結(jié)算和用戶側(cè)的結(jié)算。結(jié)算的方法包括按報價結(jié)算、按節(jié)點價結(jié)算、按區(qū)域價格結(jié)算、按系統(tǒng)統(tǒng)一價結(jié)算等。

市場力控制：市場力控制方式是市場設(shè)計的很重要的一個方面。包括最高限價的設(shè)定或用戶需求曲線的確定、市場力監(jiān)測程序等。

三、對我國電力市場建設(shè)的一些建議

1、擱淺成本

對市場化前建設(shè)的電廠，市場化后電價的波動可能造成一些電廠無法回收全部的投資成本，這部分成本就是擱淺成本。各國在電力市場改革時都有擱淺成本的問題。電廠如果是市場化前在管制的政策下建設(shè)的，應(yīng)建立機制保證其能夠回收全部的投資成本。

我國目前發(fā)電企業(yè)的基數(shù)電量合同在一定程度上起到了解決擱淺成本的問題。實際上，在國外，簽定差價合同也是解決這一問題的重要的一種方式。現(xiàn)貨市場下，可以將基數(shù)電量轉(zhuǎn)變?yōu)榻鹑诘牟顑r合同，并將電量分解到時段。由于這個合同主要是為了解決擱淺成本的問題，轉(zhuǎn)變?yōu)榱私鹑诤贤浞纸庵饕紤]不同電廠之間的公平問題，不需要過多考慮運行可行性。

基數(shù)電量合同的價格與市場價格的差異可能造成電網(wǎng)額外的成本或收益，這個成本或收益是由于電網(wǎng)代表政府執(zhí)行合同引起的，因此無論正還是負(fù)，都應(yīng)該制定規(guī)則分?jǐn)偨o市場成員。

2、保底供電(指保底售電服務(wù))

市場化后，沒有允許參加市場的用戶、允許參加市場但還沒有改變供電商的用戶、以及參加市場后又退出的用戶，都需要由保底供電商進行供電(這里的供是指售電，不是配電服務(wù))。

如果政府對保底供電的價格進行了規(guī)定，且其價格與市場價格不同，會造成保底供電商的額外的成本的收益。這部分費用同樣需要制定規(guī)則分?jǐn)偨o市場成員。

3、輔助服務(wù)

對于輔助服務(wù)，目前用戶的電價中沒有這部分費用，輔助服務(wù)費用目前主要是在發(fā)電企業(yè)之間分?jǐn)偂嶋H上，所有的費用最終都會轉(zhuǎn)移到用戶的終端電費中(市場環(huán)境下，如果輔助服務(wù)費用分給電廠，電廠成本增加，降價空間減小，相當(dāng)于用戶電價漲價)。目前用戶的電價中沒有輔助服務(wù)這一項目，影響了一些輔助服務(wù)市場的設(shè)計和效果。

應(yīng)盡快建立輔助服務(wù)的合理的分?jǐn)偡桨浮?/span>

4、計劃發(fā)電和計劃用電的解耦

目前一些省份在市場設(shè)計中，為了電網(wǎng)公司收支的平衡，要求計劃發(fā)電量(優(yōu)先發(fā)電量+基數(shù)電量)與計劃用電(非市場用戶用電量)匹配。表面上，這樣避免了電網(wǎng)的不平衡資金，但會一起很多其他問題。

1)用戶側(cè)市場放開的幅度受到優(yōu)先發(fā)電、基數(shù)電量的限制。如果強制要求兩者匹配，當(dāng)用戶側(cè)放開比例增大，需要減少基數(shù)電量。而基數(shù)電量本是起到解決擱淺成本的問題，基數(shù)電量比例過小將引起部分電廠的歷史成本無法完全回收。

2)由于事前無法100%對非市場用戶進行準(zhǔn)確預(yù)測，電廠分配的基數(shù)電量也將無法準(zhǔn)確確定。按照目前一些省份采取的事后調(diào)整的方法，將引起發(fā)電企業(yè)市場策略的無所適從。

5、機組組合

電力市場集中競價機制設(shè)計與一般商品市場交易機制設(shè)計的一個重要區(qū)別，是電力市場中對發(fā)電機組的啟停等約束的考慮，主要體現(xiàn)在市場報價和市場出清的機組組合上。集中安排的方式下要求發(fā)電機組在報價包括啟停時間及成本、爬坡速率、空載成本、微增發(fā)電成本等，市場出清時將相關(guān)技術(shù)參數(shù)作為出清模型的約束，若出清價不能滿足所有成本之和，則發(fā)電商將會獲得額外的補償，保證啟停成本的回收;分散安排(自啟停)方式下的市場出清不考慮復(fù)雜的機組約束和啟停成本，中標(biāo)的發(fā)電機組按照相應(yīng)時段的市場出清價得到單一的能量價格，啟停成本不另外補償。

市場設(shè)計中需要考慮機組組合的方式，如果是集中式的，需要研究實時價格的計算方式及對電廠成本回收的影響。

6、長期容量的充裕性

電力市場在嚴(yán)格競爭充分、沒有人為限制價格帽、沒有政治干預(yù)的情況下，市場的價格信號可以激勵發(fā)電商投資，從而保證容量充裕度，不需要其他政策來引導(dǎo)發(fā)電商投資。實際上，由于市場力、價格帽和其他政策(如碳稅、綠證等)因素，市場的價格可能無法保證全部發(fā)電機組的成本。由于市場成員的投資偏好不同，風(fēng)險規(guī)避型的投資者對價格信號不敏感，即使電力市場提供的價格能夠保證發(fā)電成本，也無法吸引風(fēng)險規(guī)避型投資者進行有效的投資。

國外主要采用稀缺定價、容量市場、長期合同三種不同的思路來解決發(fā)電容量充裕性的問題。

1)稀缺定價

稀缺定價常見于澳大利亞、北歐和美國德州電力市場，發(fā)電側(cè)在批發(fā)市場的報價上限提高，當(dāng)備用稀缺時會出現(xiàn)更高的能量價格。這樣一方面間接提高中長期能量價格，給發(fā)電商更高的電價預(yù)期激勵投資;另一方面，在負(fù)荷高峰期(通常發(fā)生在夏季或者冬季的幾十個小時)提供較高的結(jié)算價格，發(fā)電商通過高峰時段的運行回收成本，將容量費用附加在市場電價中。

除了提高報價上限，美國德州還在結(jié)算價格中增加實時備用價格增量(Real-Time Reserve Price Adder)和可靠性價格增量(Reliability Deployment Price Adder)兩個價格增量，以反映實時備用稀缺下的真實電價，減少了可靠性調(diào)度對電力市場價格的抑制作用。

兩種價格增量最終結(jié)果都是反映實時稀缺情況，進一步提高稀缺價格信號。

2)容量市場

容量市場模式下，容量相當(dāng)于獨立于能量的一種產(chǎn)品，由系統(tǒng)通過拍賣的形式統(tǒng)一購買，購買費用分?jǐn)偨o用戶。容量市場常見于美國東部電力市場、英國。

3)長期合同

政府與各類電廠(用戶)簽訂的購電(賣電)合同是遠期合同的一種，本質(zhì)上是金融合同，不僅被用來解決市場化產(chǎn)生的擱淺成本問題，還可以支持政府的可再生能源的政策、非市場用戶電價的保障政策。加拿大安大略省政府、新加坡在改革初期與不同類型電廠簽訂了大量的長期合同，起到政府管制的作用。

長期合同有定價定量、定價不定量等形式，合同簽訂者為政府對發(fā)電廠或政府對用戶。可以由電網(wǎng)企業(yè)代理非市場用戶參與批發(fā)市場，造成的不平衡金額放在平衡賬戶中。

7、對我國現(xiàn)貨市場建設(shè)的建議

1)計劃發(fā)電量和非市場用戶用電量解耦。優(yōu)先發(fā)電、基數(shù)電量等計劃發(fā)電量轉(zhuǎn)變?yōu)檎鲗?dǎo)的金融差價合約。用戶側(cè)的市場化根據(jù)需要進行，兩者電量不必強制匹配。現(xiàn)貨市場下，計劃發(fā)電量需要事前分解到時段。分解主要考慮公平及與歷史情況的銜接，由政府確定原則和分解方式。

2)現(xiàn)貨市場后，中長期市場需要不斷發(fā)展更加靈活的交易方式，不斷增加品種、提高交易頻率。

3)現(xiàn)貨市場起步階段，可以根據(jù)各地的實際情況采用一些簡化的方式。比如，在市場力突出的地區(qū)，起步階段可以按照基于成本報價的方式，報價截止時間可以提前一天，甚至更長，如一周，一個月。

4)現(xiàn)貨市場建設(shè)中，實時市場是必須建設(shè)的市場，一般是單邊的市場。日前市場是可以選擇的，可以隨著市場成熟再根據(jù)需要建設(shè)日前市場。

5)為了提高市場的效率，市場的出清、定價和結(jié)算要盡量一致，否則將增加市場成員博弈或行使市場力的空間。

6)在市場設(shè)計中，需要考慮激勵發(fā)電投資、保證發(fā)電投資成本回收的機制。現(xiàn)貨市場中價格帽的制定、市場力的監(jiān)測方法，與這些機制的設(shè)計密切相關(guān)。這些是影響未來價格波動性的重要因素。

7)研究各類輔助服務(wù)的需求曲線、最高限價、用戶側(cè)的成本分?jǐn)倷C制。

8)盡快明確電網(wǎng)公司作為輸電服務(wù)者、配電服務(wù)者、保底供電商、政府代理等不同角色的責(zé)任、義務(wù)，成本、定價、行為的監(jiān)管方式。

原標(biāo)題:電力市場設(shè)計的討論

責(zé)任編輯：lixin

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