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中文摘要 摘要 从目前国内外电力产业发展的态势来看,电力产业走向市场是历史选择的必 然:英国、澳大利亚等国的电力市场化改革之成功,为全世界电力产业带来了新 的活力,并在一定程度内激励着其它国家电力产业走上市场化改革道路。但2 0 0 1 年初美国加州电力危机及2 0 0 3 年北美大停电,又引起了人们对电力产业市场化改 革更多的思考。我国一直在探索对原来几乎完全垄断的电力管理模式进行改革, 自1 9 8 5 年开始以来,先后经历了“集资办电”、模拟电力市场、电力市场试点等 阶段,经过近2 0 年的努力,到2 0 0 3 年底,全国装机容量达3 8 5 亿c w ,是1 9 8 5 年的4 4 3 倍。目前“厂网分开、竞价上网”改革正在进行,为竞争性发电市场的 建立奠定了基础。 我国发电产业正处于市场化改革进程中,垄断与竞争、市场与政府各种力量 错综复杂并存于发电产业改革中,均衡的发电市场结构有待形成。作为市场主体 的发电企业而言,其市场行为主要表现为对不同竞价行为或竞价策略的选择,而 这种选择在很大程度内影响着市场结构的稳定与调整。因此,在分析电力市场中 发电市场结构的同时,研究发电企业的竞价策略,并基于发电市场结构与发电企 业策略性竟价行为互动进行政策分析,不但对发电产业改革具有很大的现实意义, 也为这方面的理论研究提供了新的思路。 本文主要对以下几个方面的内容进行了研究: 作为本文的基础性工作,第2 章对国内外电力市场改革动态与有关研究现状 做了较系统的综述。结果表明:我国发电市场尚处于初始阶段,竞争性发电市场 有待形成;有关电力产业改革方面的研究不少,但对发电市场结构进行模型化研 究、考虑多部分报价的电力竞价策略方面研究仍有待深入。 针对我国发电产业改革现状,论文第3 章分别就我国发电市场进退壁垒、产 品差异、市场集中度等发电市场结构指标以及发电企业的市场行为现状进行较系 统的分析,分析表明:在“厂网分开”改革以前,原国家电力公司内部的各个分 公司或子公司之间的集中度不是很高,具有开展竞争之基础;在“厂网分开”改 革后,总的市场集中度下降了,但在某些局部地区仍存在绝对的垄断;目前发电 企业的行为主要体现在向政府要政策上,几乎不具有经济学意义上的市场行为。 电力产业一般被认为具有公共品属性、规模经济性、自然垄断属性等经济特 性,这也是电力产业一直保持垄断的理由。论文第4 章在系统地分析发电产业这 些特性基础上,运用有效竞争理论和可竞争市场理论,结合电力产业电网互联的 技术特征,建立潜在发电企业竞争机制,论文认为:在电网互联的前提下,只要 重庆大学博士学位论文 允许跨区电力交易,建立寡头有效竞争的发电市场是可能的,该模式既可保证发 电企业的最优规模,又可以较充分地开展竞争。 论文第5 章,首先结合我国电力产业“厂网分开”改革实践,基于交易成本 经济学,通过建立委托代理模型,对发电市场结构重组进行分析,并提出发电市 场结构重组建议;在此基础上,论文提出最优的发电市场结构是政府、寡头发电 企业、电力用户等通过市场相互竞争均衡的结果,论文借鉴s t a c k e l b e r g 寡头博弈 思想,将政府看作市场“在位者”,并考虑政府的短期与长期规制目标相结合,构 造出最优发电市场结构动态模型,在该模型均衡解分析基础上,对发电市场结构 进行了设计。 在前述发电市场结构设计基础上,论文第6 章基于一级密封拍卖原理,分别 从单部分拍卖与多部分拍卖两方面构建电力竞价模型,对发电企业的策略性竞价 行为进行了分析。基于单部分拍卖的电力竞价分析结果表明:在不具有市场力的 前提下,均衡结果为“囚徒困境”,而在具有绝对市场力的市场中,则表现为“智 猪博弈”;但不管是那种市场结构,在重复竞价中,均表现为“高的市场清除价”。 而基于多部分拍卖原理构建的电力竟价模型给出的均衡结果是一个混合n a s h 均 衡,分析表明:在具有市场力的发电市场上,均衡结果为类似“智猪博弈”,即低 成本发电企业选择“合谋”策略的概率大于高成本发电企业,而对“非合谋”策 略则正好相反;在不具有市场力的发电市场结构下,均衡结果类似“斗鸡博弈” 或“囚徒困境”;紧接着,论文基于q l 算法探讨了电力竞价中的学习机制。 最后,论文基于发电市场结构与发电企业策略性竞价行为的互动进行政策分 析,并从电力规制政策取向、建立寡头有效竞争的发电市场、发电市场进入壁垒、 发电市场结构差异、电力竞价规制等方面提出规范性政策建议,为我国电力市场 的建立提供理论参考。 本文在以下几方面做了创新性尝试: 第一,在系统分析发电产业传统经济特征基础上,引入有效竞争与可竞争市 场理论,论文提出构建寡头有效竞争发电市场模式:该模式既保证了发电企业最 优规模的实现,叉保证发电市场在一定程度内开展竞争;论文认为在电网互联的 前提下,允许跨区电力交易对有效竞争发电市场的建立非常关键。 第二,在发电市场结构设计上,论文认为发电市场结构是政府、发电企业、 电力消费者等参与人通过市场相互制衡的结果;论文从政府对发电市场规制的短 期与长期目标出发,对s t a c k e l b e r g 寡头博弈模型进行拓展,构建发电市场结构动 态模型,在模型分析基础上,给出发电市场结构设计框架。 第三,基于一级密封拍卖原理研究发电企业电力竟价行为,针对发电企业竞 价同时报不止一个价的特点,论文构建基于多部分拍卖的电力竞价模型,并应用 中文摘要 于重复电力竞价,模型分析给出混合n a s h 均衡解,该n a s h 均衡解有别于现有文 献给出的纯战略或分离均衡解。 关键词:电力市场,发电市场结构,电力竞价,博弈论,公用事业规制 i i i 英文摘要 a b s t r a c t i ti sn e c e s s a r yf o rt h ep o w e r e l e c t r i c i t yi n d u s t r yt oc h o o s ep o w e r m a r k e tb a s e do n t h ed e v e l o p m e n ts i t u a t i o no fd o m e s t i ca n d 缸e i g np o w e ri n d u s t r y t h es u c c e s so f m a r k e tr e f o r mi ns o m ec o u n t r i e ss u c h 鹊e n g l a n da n da u s t r a l i ai n j e c t sn e w h o p ei n t o p o w e ri n d u s t r y , a n du r g e st h eo t h e rc o u n t r i e st o c h o o s ep o w e rm a r k e tr o a dt os o m e e x t e n t ,b u te l e c t r i c i t yc r i s i sh a p p e n e di nc a l i f o r n i ao fu s ai nt h ee a r l yd a y so f2 0 0 1 a n dt h eb i gp o w e rc u to fn o r t ha m e r i c a ni n2 0 0 3 ,a r i s em o r ea n dm o r en e wi d e ao n p o w e rr e f o r m t h er e f o r mf o rt r a d i t i o n a lm o n o p o l yo p e r a t i o np a r a d i g mo fc h i n e s e p o w e ri n d u s t r y i sa l w a y se x p l o r i n gs i n c e1 9 8 5 ,t h er e f o r m i n c l u d i n g s e v e r a lp h a s e ,s u c h a s c o l l e c t m o n e yt od e v e l o pg e r n e a t o nc a p a b i l i t y ,s i m u l a t i o np o w e rm a r k e ta n d e x p e r i m e n t a lp o w e rm a r k e t ,a n dg r e a t s u e e s si s a c q u i r e d i n g e n e r a t i o n m a c h i n e c a p a c i t yt h a ti s3 8 5 g w t i l l2 0 0 3w h i c hi s4 4 3t i m e so f19 8 5 ,w h i c hi st h er e s u l to f t w e n t yy e a r ss t r u g g l e n o wt h er e f o r mo f “s e p a r a t i o no fp o w e rp l a n tf r o me l e c t r i c n e t w o r k ,c o n n e c t i o nt ot h en a t i o n a ln e t w o r kb yp r i c ec o m p e t i t i o n ”i sd o i n g ,w h i c hi st h e f o u n d a t i o nt od e v e l o p c o m p e t i t i o ng e n e r a t i o nm a r k e t n o wt h ec h i n e s eg e n e r a t i o nr e f o r ml i e si nm a r k e t i z a t i o np r o c e e d i n g , i nw h i c h m o n o p o l y & c o m p e t i t i o na n dm a r k e t & a u t h o r i t yp o w e r e x i s tc o m p l e x l yi ns o m et i m e e q u i l i b r i u mg e n e r a t i o nm a r k e ts t r u c t u r ew i l lb ef o r m e d a sf a r a sm a r k e tp l a y e r , g e n e r a t i o nc o m p a n y sm a r k e tb e h a v i o ri st oc h o o s eo v e nb i d d i n gs 竹a t e g y ,w h i c h a f f e c t st h eg e n e r a t i o nm a r k e ts t r u c t u r e o t h e r w i s e ,i ti si m p o r t a n tt os t u d yg e n e r a t i o n c o m p a n y sb i d d i n gs t r a t e g yw h e nw ea n a l y z eg e n e r a t i o nm a r k e ts t r u c t u r e ,a n dp r o b e i n t ot h ep o l i c ye f f i c i e n c yb a s e do nt h ei n t e r a c t i o ne f f e c tb e t w e e ng e n e r a t i o nm a r k e t s t r u c t u r ea n dg e n e r a t i o nc o m p a n y sm a r k e tb e h a v i o r , w h i c hm a k e ss o m er e f e r e n c ei n p o w e r m a r k e t p r a c t i c ea n dp u tf o r w a r d s o m en e wi d e ao n p o w e r r e f o r m t h ed i s s e r t a f i o n sm a i nc o n t e n ta n dc o n c l u s i o nf o l l o w sa s : i n c h a p t e r2 ,t h ea u t h o rs u m m a r i z e st h ea c t u a l i t yo fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l e l e c t r i c i t ym a r k e t sr e f o r ma n dr e s e a r c hl i t e r a t u r e ,w h i c h i st h ef o u n d a t i o no ft h i s d i s s e r t a t i o n n ea n a l y s i si l l u s t r a t e sc h i n e s e p o w e r m a r k e tl i e si nal o w - g r a d ep h a s e i n w h i c hc o m p e t i t i o ng e n e r a t i o nm a r k e ti s e x p e c t e d t h er e s e a r c hl a c k s o fm o d e lo f m a r k e ts t r u c t u r ea n dm u l t i u n i tb i d d i n gi nag o o dm a n yr e s e a r 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lc o n c e n t r a t i o n i n d e x d e c r e a s i n g o n t h eb a s eo ft h e a n a l y s i s o fc u r r e n t g e n e r a t i o nc o m p a n i e s b e h a v i o r s ,t h ec o n c l u s i o ni l l u s t r a t e si ti sp o s i t i v ef o rg e n e r a t i o nc o m p a n y t of a w nt h e r e g u l a t o r , n o tt oa d o p t f e a s i b l em a r k e te n t i r eb e h a v i o r si ne c o m i c sa tp r e s e n t i ng e n e r a l l y , t r a d i t i o n a le c o n o m i cv i e w p o i n tc o n s i d e rt h e r ea r et h ec h a r a c t e r so f t h e p u b l i cg o o d sa t t r i b u t e ,e c o n o m i c o fs c a l e ,n a t u r a l m o n o p o l yi np o w e re l e c t r i c i t y i n d u s t r y , w h i c hi st h er e a s o nw h yp o w e re l e c t r i c i t yi n d u s t r ym o n o p o ly i nc h a p t e r4o f t h ed i s s e r t a t i o n ,o nt h eb a s eo ft h ea n a l y s i st ot h ec h a r a c t e r so f g e n e r a t i o ni n d u s t r ys e t s u pi d e a lg e n e r m i o nm a r k e 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e lr e s u l ti st h ee q u i l i b r i u mg e n e r a t i o n e l e c t r i c i t ym a r k e t s l x u c t u r ed e s i g n o nt h eb a s eo f f o r e g o i n gg e n e r a t i o nm a r k e ts t r u c t u r e ,t h ed i s s e r t a t i o na n a l y z e st h e s t r a t e g i c m a r k e tb e h a v i o ro fg e n e r a t i o n c o m p a n i e sb a s e d o n f i r s t - p r i c o s e a l e d - b i d a u c t i o nt h e o r yi nc h a p t e r6 t h ea u t h o rs e t su pp o w e r b i d d i n gm o d e lf r o mt w od i f f e r e n t v i e w p o i n t s s u c ha s s i n g l eu n i ta n dm u l t i u n i t ,a n dt h ec o n c l u s i o ni l l u s t r a t e s :u n d e r s i n g l eu n i tb i d d i n gm o d e lc o n d i t i o n s ,t h ee q u i l i b r i u mi s p r i s o n e rd i l e m m a i f m a r k e t p o w e r i se x i s t , o ri s b o x e dp i g sg 锄e :n om a t t e rw h i c hm a r k e ts t r u c t u r e ,t h er e s u l ti s v i 英文摘要 1 1 i g h e lm a r k e tc l e a r i n gp r i c ei nr e p e a t e 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o m i co fg e n e r a t i o nc o m p a n ya n dw o r k a b l ec o m p e t i t i o no fm a r k e ta r ef e a s i b l e a u t h o rc o n s i d e r st r a d ep e r m i s s i o nb e t w e e nn e t w o r k si sv e r yi m p o r t a n tf o rt h em a r k e t p a r a d i g mi f i n t e r f i n k a g ee x i s t s s e c o n d l y ,t h ea u t h o rc o n s i d e r st h es t r u c t u r eo fg e n e r a t i o ne l e c t r i c i t ym a r k e ti st h e e q u i l i b r i u ma m o n g t h em a r k e tb e h a v i o r so f p l a y e r s ,s u c ha st h er e g u l a t o r , g e n e r a t i o n c o m p a n i e sa n de l e c t r i c i t yc o n s u m e r si ng e n e r a t i o ne l e c t r i c i t ym a r k e t t h ed i s s e r t a t i o n e x p a n d st h es t a c k e l b e r go l i g a r c hg a m em o d e l ,a n ds e tu pg e n e r a t i o nm a r k e ts t r u c t u r e d y n a m i cm o d e lf r o ms h o r ta n dl o n gt e r mr e g u l a t i o ng o a lo fr e g u l a t o r , t h ee q u i l i b r i u m r e s u l to f t h em o d e li st h eo p t i m a ig e n e r a t i o nm a r k e ts t r u c t u r e t h i r d l y , b a s e d o nt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h en u m b e r o f p o w e re l e c t r i c i t yb i d d i n gf o r g e n e r a t i o nc o m p a n i e sm o r et h a no n e ,t h ed i s s e r t a t i o n s e t u pt h em u l t i - u n i t a u c t i o n m o d e l ,w i t hw h i c h t h er e p e a t e de l e c t r i c i t yb i d d i n gi s a n a l y z e d ,t h em o d e lr e s u l ti s a m i x e dn a s h e q u i l i b r i u m ,w h i c h i sd i f f e r e n tf r o m s e p a r a t i n g eq u i l i b r i u mo rp u r es t r a t e g y o f t h er e s u l ti ne x i s t i n gi i t e r a t u r e k e y w o r d s :e l e c t r i c i t ym a r k e t ,g e n e r a t i o n m a r k e ts t r u c t u r e , p o w e r e l e c t r i c i t yb i d d i n g , g a m et h e o r y , p u b l i cu t i l i t yr e g u l a t i o n v 1 绪论 1 绪论 1 1 问题的提出与研究意义 电能作为一种重要基础能源,与国民经济息息相关,电力发展与经济增长相 互拉动、彼此影响;正因为如此,电力产业的改革与发展一直以来都是学者与政 府官员研究讨论的热点。 长期以来,世界各国的电力产业多采用垂直垄断的管理模式,并由政府实行 严格的管制,甚至出现了国家直接经营管理模式( 我国就是这一种模式) 。之所以 如此,一般认为是基于电力产业对经济发展的重要性以及电力产业的某些基本技 术经济特征:前者不允许电力产业出现任何闪失;后者认为电力企业具有自然垄 断性、发输配用电各环节需要同时完成,因此造就了完全垄断的电力经营管理模 式。但在实践中表明严格垄断的管理模式带来了很多弊端:如电力短缺、服务水 平差、电力消费者没有选择权、整个电力产业低效等。随着电力技术的发展,尤 其是电力控制与信息技术的发展,电力产业发、输、配、用电等环节分开经营管 理成为可能,这在很大程度内对原有的完全垄断经营模式形成了挑战。上世纪8 0 年代初,在南美与西北欧出现了一股以“电力市场”为中心的电力产业体制改革 之风,并在l o 多年的时间里席卷几乎整个世界。这种电力产业改革,其实质是打 破传统电力产业垄断经营模式、建立电力交易市场,并通过市场对电力供需进行 调节,以达到合理配置有效电力资源的目的。 国外电力市场模式中,比较典型的有澳大利亚、英国以及美国等电力市场。 英国、澳大利亚等国家的电力产业市场化改革,在很大程度内提高了这些国家电 力产业的生产效率( 有报道说【”,至少提高生产效率7 5 ) ,并使电力资源得到了 进一步的合理配置。但2 0 0 1 年加州电力危机就给美国加州带来了不可估量的损失 ( 有报道谢“,直接经济损失4 0 0 5 0 0 亿美元) 。尽管如此,电力市场改革仍旧在 世界各地开展,即使在美国也如此,如p j m 电力市场就比较成功【3 。可以预计, 传统上垄断的电力产业走向“市场”将是历史选择的必然。 占我国国有资产存量近1 6 ( 2 5 万亿) 的电力产业改革是继电信、民航、铁 路等传统垄断性产业市场化重组1 4 ,并取得较好的效果后,我国经济体制改革中 又一重大举措,其出发点是“打破垄断、引入竞争”、建立有序电力市场,以合理 地配置电力资源,促进电力产业与能源、环境、经济的协调发展。回顾我国电力 产业改革历程,1 9 8 5 年实施的“集资办电”被认为是我国电力产业市场化改革的 重要举措,其目的是充分地吸引各种社会资本投资办电,以解决当初电力短缺这 一经济发展“瓶颈”,并出台了一系列优惠政策,如还本付息电价、经营期电价、 重庆大学博士学位论文 “新电新价、老电老价”等价格政策,以保障电力投资方“超额”的经济回报。 随后的1 0 多年里,我国电力产业先后经历了以“省为实体”的模拟电力市场、 电力市场试点等阶段性改革。国家对电力产业的管理职能,也由电力工业部( 或 水电部等) 转交给原国家电力公司( 1 9 9 6 1 9 9 7 ) ,使电力产业在一定程度内实行 “政企分开”、引入市场化运作机制。这近2 0 年的改革成就,充分体现在电力供 给方面:1 9 9 7 年,全国总装机容量2 5 2 亿k w ( 2 0 0 3 年底为3 - 8 5 亿k w 【5 】) ,发电 量1 1 1 9 8 亿度,分别为1 9 8 5 年的2 9 和2 7 倍,同时全国范围内基本上实现电力 供需平衡;此后几年,我国的电力供需情况,总体表现为供大于求,甚至局部地 区出现了电力滞销的现象,如2 0 0 1 年出现的“二滩弃水事件【6 ,( 刚建成投产的 二滩电站,因电卖不出去,只好将库内的水白白地放掉) ,同时,“拉闸限电”的 现象也基本上绝迹了。这期间,几乎所有的地方政府以及国家电力公司系统都将 其工作重心从“发电”转到“销电”上来了,也正是在这种情况下,我国电力产 业朝“市场”改革的步伐加快了。 2 0 0 0 年1 月,上海、浙江、山东以及随后( 2 0 0 0 年4 月) 的东北三省开始了 电力市场的试运行,参与电力竞价的电量总体掌握在1 0 左右。事后表明,这种 电力市场试点虽然带有一定的电力市场特征,但仍旧存在一些问题:首先是参与 竞价的总电量偏低;其次是在电力实际调度中,尤其是电力备用时,电力公司自 有电厂与独立电厂之间存在不公平,即电网( 调度) 有照顾自有电厂的嫌疑。另 外,用户端电价( 目录电价) 由当地物价局根据国家计委有关文件制定,这种竞 价结果不会影响用户端电价,因此这种竟价实际上就是电力系统内部利益的重新 分配,尤其是在电力公司统一管理全部电网与绝大部分电厂的情况下,这种改革 在一定程度内就是电力公司内部利益格局的重组。同时,除上述6 省市实行电力 市场试点外,全国其它省( 市、区) 仍沿用传统的电力管理模式,即各电力公司 严格地执行国家计委、国家电力公司有关电力消纳方案( 规定价格与电量) ,电力 公司的权限仅仅体现在完成“计划”以外的那一部分剩余电力。同时,由于实行 还本付息或经营期电价,独立电厂的价格往往比电力公司自有的老电厂价格要高, 因此就势必出现电力公司在完成独立电厂的“计划”时,出现一些很不合理的调 度方案,如电力公司所属的调度中心,让一些属于独立发电厂的主力机组作为该 电网的调峰、调频机组,而电力公司自有的一些效率低下的老、小机组被调度为 主力机组等等。很显然,这与电力市场“合理配置资源”这一初衷是严重相悖的。 我国电力产业存在的这些问题,尤其是电力上网的不公平、电能同质不同价等, 已经严重地制约着电力产业的持续健康发展。 2 0 0 2 年1 2 月2 9 日,我国政府将原国家电力公司分拆为华能、大唐、华电、 国电以及中电投等五大发电集团公司、国家电网公司与南方电网公司两大电网公 1 绪论 司和4 大辅业集团公司,标志着我国电力产业“厂网分开”改革的正式开始 7 】。“厂 网分开”改革的实施,使真正意义上的电力“竞价上网”成为可能,也从产权制 度上保证了竞争性发电市场的建立。按到国家发改委的有关文件,我国电力产业 输、配电环节的分离尚待时日,目前整个电力系统除发电以外的其它环节,仍由 电网公司统一经营管理。 综上所述,不难看出:迄今为止我国电力产业改革实际上就是发电侧的改革, 这与国外电力市场中发、配电市场同时引进竞争是不同的。可以预计我国电力改 革下一步的工作重心主要是区域性电力市场的正式建立,而事实上这种改革正在 东北、华东等地区进行【8 】,以便为全国统一电力市场的建立奠定基础。 发电产业是保证电力供应的基础,如果投资过度,可能导致电力供给增长过 快,出现电力滞销,造成电力资源浪费,也将在一定程度内打击资本进入发电市 场的积极性:相反,如果进入发电市场的资本过少,电源建设滞后于社会对电力 需求的速度,则可能出现局部甚至全局性电力紧张【9 ( 如2 0 0 2 年夏,全国1 9 省 市出现的电力短缺) 。同时,电源建设又具有时滞性,即一个电源从规划到建成投 产需要相当长一段时间( 如3 5 年) ,因此一旦电力紧张,才考虑建发电厂是解决 不了问题的

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