（工商管理专业论文）区域电力市场运营模式及其技术支持系统研究.pdf

中文摘要 2 0 世纪8 0 年代末，英国首先掀起了以“网厂分开、竞价上网”为基本标 志的电力工业市场化改革浪潮，其后美国、西欧、澳大利亚等发达国家相继建立 发展了不同形式的电力市场。为了提高电力市场的有效性，选择适合的电力市场 运营模式，从9 0 年代开始，中国也积极进行了电力市场化改革的尝试。本文在 分析国内外主要市场运营模式的基础上，对中国现有区域电力市场运营模式提出 了改进方案。 论文首先对电力市场背景做了概要介绍。按照市场开放程度对现存的垄断、 购买代理、批发代理、零售代理四种电力市场运营模式进行了分析。 其次，研究了英国、美国、北欧等地区电力市场改革经验，在归纳国外电力 市场发展过程的基础上，比较了现有主流电力市场模式的优缺点。 再次，论文借鉴英国、美国、北欧等地区电力市场改革经验，提出了适应目 前中国电力工业实际环境的区域市场运营模式。并以华北区域电力市场为例，主 张在三级电力市场体系下打破省间壁垒，在区域市场进行电量交易。 最后论文还结合华北区域电力市场建设的实际状况，介绍了电力市场技术支 持系统的设计，对交易子系统的功能，模块结构，算法逻辑结合实例进行了研究。 关键词：电力市场运营模式交易输电网 a b s t r a c t a tt h el a t eo fl9 8 0 s ，i nu kam a r k e t - o r i e n t e de l e c t r i c i t ym a n e tr e v o l u t i o nw a s s t a r t e d ，i tw a sa i m e dt or e a l i z e “s e p a r a t i o no fg e n e r a t i o na n dt r a n s m i s s i o n ，a n dp o w e r p o o l i n g ”m a n yd e v e l o p e dc o u n t r i e ss u c ha st h eu n i t e ds t a t e s ，w e s t e r ne u r o p ea n d a u s t r a l i at o o kt h ei n i t i a t i v ei nt h er e f o r mp r o c e s sa n dc r e a t e dv a r i o u sp o w e rm a r k e t s s i n c e19 9 0 s ，c h i n as t a r t e dt oe s t a b l i s hp o w e rm a r k e t i no r d e rt o i m p r o v et h e e f f i c i e n c yo fe l e c t r i c i t ym a r k e t , a p p r o p r i a t es e l e c t i o n so f t h ee l e c t r i c i t ym a r k e tm o d e l s b e c a m eac r u c i a li s s u e a f t e rac o m p l e xr e v i e wo fm a i nm a n e tm o d e l sw h i c ha r e e m p l o y e db yt h ef o r e i g nc o u n t r i e s ，t h i st h e s i sb u i l da na p p r o p r i a t em a r k e tm o d e lf o r c h i n e s ee l e c t r i c i t yi n d u s t r y t h et h e s i ss t a r t sw i t hab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h eb a c k g r o u n do ft h ee l e c t r i c i t y m a r k e t i n c h a p t e r2 ，f o u rt y p e so fm a r k e to p e r a t i o nm o d e l sa r ea n a l y z e di n c l u d i n g m o n o p o l y , p u r c h a s i n ga g e n c y , w h o l e s a l ec o m p e t i t i o na n dr e t a i lc o m p e t i t i o n a l s o s e v e r a lp r o b l e m si nt h ee l e c t r i c i t ym a n e tc o m p e t i t i o nm o d e l sa r ed i s c u s s e dw h i c h i n c l u d ec o m p a r i s o no fb i l a t e r a lt r a d i n ga n dp o o lt r a d i n g ，t h em a n a g e m e n to fs p o t m a n e ta n dc e n t r a l i z e dt r a d i n go v e rat r a n s m i s s i o nn e t w o r k c h a p t e r3c o n t i n u e s t or e v i e wt h ee x p e r i e n c eo ft h ee l e c t r i c i t ym a n e ti nu n i t e d s t a t e s ，w e s t e r ne u r o p ea n da u s t r a l i a a l s ot h ef e a t u r e so f t h em o d e l sa r ec o m p a r e di n t h i sc h a p t e r b a s e do nt h ee x p e r i e n c eo fm o d e mw e s t e r nc o u n t r i e s ，i nc h a p t e r4 ，t h ea u t h o r g i v e sa na p p r o p r i a t em a r k e tm o d e lf o rc h i n e s ee l e c t r i c i t yi n d u s t r yw h i c hc o n s i d e r s t h er e a ls i t u a t i o n si nc h i n a i nn o r t ho fc h i n a an e wm a r k e tm o d e lw h i c hi n c l u d e s t w ol e v e l si se m p l o y e d ，t h et r a d i n gi n s i d et h el o c a la r e am a r k e ta r ee n c o u r a g e d t h el a s tc h a p t e ro ft h i st h e s i si n v e s t i g a t e st h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h e t e c h n i q u es u p p o r ts y s t e m sf o rp o w e rm a r k e t t h ef u n c t i o no ft h et r a d i n gs u b s y s t e m ， m o d u l es t r u c t u r e ，l o g i ca l g o r i t h m sa r ec a r e f u l l ya n a l y z e db a s e do nt h er e a ls i t u a t i o n s k e y w o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ，o p e r a t i o nm o d e l s ，t r a d i n g ，t r a n s m i s s i o n n e t w o r k 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丕鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：匀) 灸旦签字目期： 2 ，岬年1 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤壅态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：量户) 聊龆私劾 签字日期： t 一年 1 月 f t 签字日期：2 衫年月 e t 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 论文研究背景 第一章绪论 电力工业是国民经济发展中最重要的基础产业，又是资金密集、技术密集和 网络性行业，是社会公用事业的重要组成部分。历史上电力行业在世界各国都是 传统的自然垄断行业，即发电、输电、配电垂直一体化垄断经营。如欧洲的大部 分国家、澳大利亚、新西兰，以及我国，电力工业采用公有制形式，由全国性电 力公司或几个区域性电力公司垄断经营；而美国则采用私有垄断电力公司的模 式，由独立的管制委员会进行管制。这种垂直垄断经营模式对于大规模输配电和 发电企业的发展起了很大的作用，同时在保证电力系统安全和可靠性方面也有重 要的作用。 。 2 0 世纪8 0 年代末，英国首先掀起了以“网厂分开、竞价上网为基本标 志的电力工业市场化改革浪潮，其后美国、西欧、澳大利亚、日本等发达国家相 继建立发展了不同形式的电力市场，一些发展中国家也积极进行了电力市场化改 革的尝试。根据国际上发展电力市场的经验，建立发区域电力市场是电力工业引 入竞争、全面建立电力市场的基本条件。我国于2 0 0 0 年1 月在辽宁、吉林、黑 龙江、山东、浙江、上海六省市开展了“网厂分开、竞价上网的试点。按照三 级电力市场建设原则，逐步建立国家、区域、省级电力市场。截至2 0 0 6 年，华 中电力市场正对双边交易为主的市场模式进行研究；西北电力市场划分了两个竞 价交易区，正对市场建设方案进行完善。 市场的本质是竞争，通过竞争来提高整个电力工业的资源优化；竞争的前提 是公平，公平是市场机制的基本原则。电力市场机制的引入对电力工业运营模式 提出更高的要求，需要在统一协调安全性和经济性的前提下，切实保证市场规则 对所有成员公平、公正、公开。 1 2 国内外电力市场模式研究现状 目前，电力工业市场化的实践和理论都还处于探索和经验积累阶段。从2 0 世纪8 0 年代初期到现在，电力工业的市场化改革已经成为一个基本的趋势。这 一过程通常被称为“解除管制”( d e r e g u l a t i o n ) 和“重组”( r e s t r u c t u r i n g ) 啦! 。 比较成功的案例如英格兰威尔士电力市场。1 9 9 0 年开始运营，建立了p o o l 模 式的市场结构主体，2 0 0 0 年又进行了重大变革，实现了发电侧和用户侧市场的 完全开放。在英国，从1 9 9 0 年4 月到2 0 0 0 年4 月，一般家庭电费从3 5 2 英 天津大学硕士学位论文第一章绪论 镑下降到2 4 6 英镑，工业电价下降了3 0 到3 5 。而引发电力危机的案例是美 国加州电力市场，于1 9 9 8 年正式投入运营，2 0 0 0 年夏季开始出现上网电价异 常波动，有时甚至达到合理上网电价的l o 倍以上，供电不足，出现拉闸限电现 象，一个主要的电力公司破产，另一个濒临破产，州政府不得不取代电力公司成 为批发市场的主要购电者，2 0 0 1 年秋季至2 0 0 2 年初，加州市场进行调整，电 价恢复到危机前的水平。 我国电力工业的改革从2 0 世纪8 0 年代开始，出台了一系列鼓励多家办 电、集资办电、利用外资办电的措施，逐步解除限制电力发展的政策束缚，电力 工业得到快速发展，取得了世界电力工业史上罕见的成就。1 9 9 5 年，我国颁布 了电力法，1 9 9 7 年1 月，国家电力公司成立( 原电力工业部于1 9 9 8 年3 月 撤销) 。1 9 9 8 年开始，在辽宁、吉林、黑龙江、山东、上海和浙江6 个电网内开 展模拟电力市场，模拟运行“竞价上网”。2 0 0 2 年1 2 月，电力工业进行了资产 重组，国家电网公司、南方电网公司、5 家发电公司和4 家辅业集团公司成立。 2 0 0 4 年开始，我国逐步进行了区域电力市场的建设，东北和华东电力市场已经 试运行，然后启动南方电力市场，推动华东电力市场建设，对华北和西北电力市 场进行研究。2 0 0 6 年底华东电力市场竞价上网试运行开始，采用“全电量竞争 加差价合约”的市场模式，按市场价格结算的电量约占总电量的1 0 ，这标志 着区域电力市场改革跨入实质性阶段。电力市场建设分为初期、中期和远期三个 阶段性目标：初期目标以“厂网分开，竞价上网”为标志，目前我国已经按照行 政划转的方式完成了电力资产的重组、改组，但电价形成机制的问题面临较多困 难，竞价上网还在探索阶段；中期目标是输配电分开，开展发电公司与独立配电 公司和大用户之间的双边交易市场；远期目标是在用户侧引入竞争机制，实现所 有市场主体参与的全面竞争。以上分析表明，以产品竞争为核心内容的电力市场 必然是电力企业所要面临的崭新的发展环境，在电力体制改革的过程中，发、输、 配等企业要完成从行政管制下单纯的设备运行者向竞争环境下企业的全面运营 转变。 1 3 电力市场模式研究的迫切性 从经济学角度看，随着经济、技术的发展，传统垄断电力工业凸现出很多不 利于产业发展的问题：垄断企业缺乏活力，技术创新动力不足，自身发展能力差， 不注重企业经济效益；电价偏高，服务质量差；电力建设投资不足；容易滋生腐 败等。从我国来看，1 9 9 6 年我国电力工业的资金利税率为7 3 3 ，与1 9 8 5 年 相比下降5 4 5 8 。而1 9 8 5 1 9 9 6 年间，售电价格从0 0 8 元上涨到0 3 3 元， 天津大学硕士学位论文第一章绪论 上涨3 1 3 ，大大高于同期我国工业品出厂价格上涨2 4 2 ，零售物价上涨1 9 5 的上涨幅度。与指数较高的工业品相比，电价多上涨的幅度为3 0 。1 9 9 1 年， 美国加州公共电力公司平均电价为9 1 0 5 c e n t s ( w h o ) ，比新增发电成本高出 3 0 , - , 5 0 。垄断企业产品价格偏高的问题，日益受到社会各界的关注。在西方， 由于2 0 世纪7 0 年代中期至8 0 年代初期出现石油危机，开始出现很多独立发 电企业( 政府特别鼓励新能源发电和联合循环电站) ；在我国，8 0 年代社会经济 发展迅速，电力工业一度成为瓶颈产业，政府开始进行了电力工业投资主体多元 化的改革，鼓励地方办电，吸收民营和海外资金，同样需要打破垄断，引入竞争， 发挥市场在资源配置中的基础作用。 从电力工业本身发展来看，电网规模不断扩大，输电容量提高，区域电网和 国家电网之间的网际互联逐步实现，为电力产品的市场化甚至全球化提供了必要 的条件。在改制之前，垄断电力公司之间已经开始出现电力交易，这些交易以现 货或合约的形式发生，主要用以应对调峰和不时之需，在一定程度上平衡电力公 司之间或区域之间的容量与需求差别。这些交易客观上需要一个集中的电力市场 进行规范和促进。 从信息技术发展来看，计算机技术、网络通信、信息处理技术以及自动控制、 电子计量等高新技术的飞速发展和广泛应用对电力工业的发展产生了深刻的影 响，为电力工业市场化改革提供高效、可靠的技术支持平台提供了技术条件，促 使电力行业希望利用新的信息化手段设计、规范电力市场。 1 4 本文主要工作 本文结合我国电力市场化进程实际情况，在总结国外成熟电力市场运营模式 基础上，深入探讨了在我国“厂网分离，竞价上网”初步形成的现阶段，如何逐 步循序渐进的建设竞争、高效、开放的区域电力市场。并对电力市场运营机构的 基础工具一一电力市场技术支持系统的建设进行了讨论和实例分析。所作工作如 下： 1 本文首先从管理与经济学角度，通过对历史资料、数据的整理研究对电 力市场的几种典型运营模式、交易机制做了深入剖析，力图阐明电力市场发展的 一般规律，为区域电力市场运营模式找到能被大多数人认同的理论依据。 2 在理论分析的基础上，论文分析了国外比较成功的电力市场运营状况， 着重分析它们的改革发展趋势，市场结构、交易机制和经验得失。通过借鉴国外 电力市场经验，论文指出电力市场发展的关键是批发电力市场的建设，力图从市 场结构实践层面为区域电力市场建设找出关键环节。 天津大学硕士学位论文第一章绪论 3 论文从目前国内区域电力市场单一买方的实际出发，根据批发市场模式 “多家买方”的标准，对构建区域电力市场模式提出了多种改革的可能趋势，并 分析了各种改革可能产生的利益和代价，主张市场改革应以区域电力经济效益为 目标，要打破现有的省间壁垒，实现资源在区域内的统一合理配置。 4 论文以华北区域电力市场为例，详细分析了华北区域电力市场省间电能 交易模式和交易规则，并对该电力市场存在问题进行分析，建议“近期实行区域 内统一发布的分区节点电价机制，进行电量交易以弱化省间电力交换的壁垒；远 期实行输配分离”的改进方案。并结合华北电力系统实际算例，分析了分区节点 电价机制的可行性。 5 最后论文还结合华北区域电力市场建设的实际状况，介绍了电力市场技 术支持系统的设计，对交易子系统的功能，模块结构，算法逻辑做了探讨。并结 合实际运作模式介绍了电力市场技术支持系统的建设情况。 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 第二章电力市场模式及特点 电力市场遵循市场经济的基本规律，但电力产业独特的物理、技术特性决 定了其市场规律和动态行为与一般商品市场有很大不同，决定了其独特的市场模 式存在基础。按照市场开放程度的不同，可将电力市场划分为垄断模式、单一买 方模式、批发运营模式和零售运营模式；按照市场交易集中程度的不同，可将电 力市场划分为电力联营模式、双边交易模式和混合模式。上述电力市场运营模式 其内含的电力市场交易机制、定价方法不同，对其相应的市场均有优势和缺陷。 学习掌握电力市场模式分类及其适应条件是我国建设区域电力市场的理论基础。 2 1 电力产业特点 建立电力市场的前提条件是电能可以像商品一样交易。然而与其它普通商品 相比，电能具有明显不同的特性。特性上的差异最终会给电力市场的组织构架与 规则设计带来深远的影响。电能与其它商品最本质的差异在于电能商品总是与物 理电系统紧密相连，而电力系统的送电速度远远高于其它商品市场。 1 电力商品不易储存 大部分产品具有可贮存性，库存可降低厂商实施市场力的能力。然而，电力 产品到目前为止尚不能大规模储存，从而决定了电力生产是一个发电、输电、配 电与用电同时完成的过程，这就要求电力系统时刻保持供需的瞬时平衡，电力的 不易贮存性决定了电力市场实时平衡市场的必要性。 2 电力需求短期刚性哺， 由于电能在许多场合都难以用其他商品替代，故其需求弹性系数很小；同时， 在用户侧，由于政府的干预，售电价一般相对稳定。这两种情况都造成了用电需 求对上网电价的提高并不敏感，发电商之间可利用这一点进行有意的或心照不宣 的勾结( t a c i tc o l l u s i o n ) ，操纵市场。 3 电力供给刚性哺1 一般情况下，发电机组生产能力是有限的。理论上，在发电机组的可调容量 范围内，电力供给可以随价格的变化而变化。但实际上，电力需求是在很大的范 围内变化，机组的技术可调容量不能满足市场需求变化的需要。而且，由于发电 设备的维护费用比一般商品的生产设备高得多，维持冷备用状态代价已很大，维 持热备用的代价则更大，长期不能获得交易合约或辅助服务合约的发电设备必将 提前退役。因此，可用发电容量不会长期地大幅度超过最大用电负荷容量。当备 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 用容量使用完后，供给能力达到极限，供给曲线将成为一条垂直于产量线的直线， 短期内不随价格变化而变化，短期内电力供给呈现较强的刚性。在长期，电力供 需的调整表现出一定的滞后效应，并且极易形成蛛网模型。电力供给的滞后调整 与电力产业的进入壁垒有关。电力工业放松管制后，由于以下因素而存在进入壁 垒： a 发电设施的投资大，风险高，建设周期长； b 发电设备专用性强，难以转产，存在巨大的沉没成本； c 发电机组的日常运行和维护需要高级技术和经验丰富的人才； d 电力生产中仍存在规模经济效应，表现在：大功率高效机组的发电成本 要比一般机组低得多，市场份额的分布也更集中； e 电力系统具有较强的容量约束。 这些天然的行业壁垒加大了新厂商进入的风险，决定了即使从长期发展的角 度看，电力市场中发电商的数目也不可能像一般商品市场那样众多，电力供给刚 性将长期存在，发电市场不可能形成完全竞争的市场结构，而更可能形成寡头垄 断局面，从而为发电厂商实施市场力提供有利条件。 4 存在可用输电容量约束 电力系统自身的物理特性有： a 电力需求时刻变化且不可预测，特别是电能不能储存，而在一个相互联 系的电力网中，电能的供应和需求必须时刻平衡，以保证频率、电压和系统稳定， 避免停电和事故； b 系统中的潮流受基尔霍夫定律和整个网络的阻抗决定，而不是由合同决 定，因而潮流控制更加困难； c 平行潮流或环流的存在导致发电成本与实际成本相偏差，从而难以确定 输电系统的可利用容量，使得电力系统资源的优化配置难以进行； d 网络互相影响，如当地的需求和供应，通过网络影响其它潮流。网络中 一部分的故障可能导致整个网络崩溃。为了满足一个新的电力需求，可能涉及到 调整远方的发电机出力等。 电力与其他商品不同，其流通环节一旦阻塞，实际的可用发电容量立刻受到 限制。一般的商品交易只要买卖双方认可就能完成。而在电力市场中，任何一笔 交易的加入或改变，都会影响电网的潮流分布和动态阻塞情况。输电约束在一定 程度或范围上限制了某些大用电户选择发电公司的灵活性。在输电容量不充裕的 电网中，某些地区存在功率输入阻塞，阻塞使得区域外的远方廉价电能不能够输 送进来，从而直接减小实际的可用发电容量。 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 2 2 电力市场成员 电力市场的组成部分也应该包括买卖双方和交易机构，和其它商品不同，电 力商品的生产和消费具有实时性、网络化的特点，输电网服务的运营机制是电力 市场的关键内容。电力市场主要包括如下参与方陋1 ： 垂直一体化公用事业( v e r t i c a l l yi n t e g r a t e du t i l i t y ) 拥有电厂以及输、配 电网络。在传统的监管体制下，此类公司会垄断某一给定地理范围内的电力供应。 随着电力市场的建立，它的发电与网络业务可能会分离。 发电公司( g e n e r a t i n gc o m p a n y ，g e n c o ) ：生产和出售电能。他们也可 能向系统运营商出售辅助服务，如自动发电控制、电压控制与备用，目的是为了 保证电力供应质量与安全。一个发电公司可能只拥有一个电厂，也可能拥有一组 不同技术类型的电厂。发电公司有时会与垂直一体化公用事业并存，此时又被称 为独立发电商( i n d e p e n d e n tp o w e rp r o d u c e r ， i p p ) 。 配电公司( d i s t r i b u t i o nc o m p a n y ，d i s c o ) ：拥有并负责运营配电网络。 在传统体制下，他们垄断了跟其网络连接的所有用户的电能销售。但在完全市场 化的环境里，电能销售业务会与配电网络运营、维护及建设等业务分离开来。电 力零售商可以在电能销售业务上开展竞争，而此类零售商中的某一个也许就是区 域配电公司的下属子公司。 零售商( r e t a i l e r ) ：可以在批发市场上购买电能，然后向那些不愿或不允 许参与批发市场的用户进行转售。零售商不需要拥有任何发电、输电与配电资产。 零售商的所有用户不一定非得全部连接在同一个配电公司的网络上。 市场运营商( m a r k e to p e r a t o r ，m o ) - 或电能交易中心( p o w e re x c h a n g e ， p x ) 负责匹配电能购买者与销售者所提交的电能投标和报价，此过程一般需要 通过计算机系统才能完成。市场运营商还需要负责结算中标的投标与报价，这意 味着它会按照电能流动方向在购买者与销售者之间进行转移支付。独立系统运营 商( i s o ) 通常负责管理最终市场( m a r k e to f l a s tr e s o r t ) ，也就是平衡负荷与发 电的实时市场。至于在实时运行之前一段时间存在的市场，如日前市场，一般可 以交由独立的盈利性市场运营商管理。 独立系统运营商( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ，i s o ) ：的主要职责是保 证电力系统安全。之所以说是“独立的 ，原因是竞争性环境下的系统运营不能 偏向某些市场成员，或者不利于另外一些市场成员。i s o 通常仅拥有监视与控制 电力系统所必需的计算与通讯设施，但它往往兼有系统运营与最终市场运营职 能。 输电公司( t r a n s m i s s i o nc o m p a n y ，t r a n s c o ) 拥有诸如线路、电缆、变 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 压器和无功补偿设备等输电资产。他们按照i s o 发出的指令运行输电设备。有些 电力公司会同时拥有发电厂与输电公司，输电公司可能只是他们的下属子公司。 独立输电公司( i n d e p e n d e n tt r a n s m i s s i o nc o m p a n y ， i t c ) 不允许拥有发电厂， 它具有类似于独立系统运营商的职能。 监管组织( r e g u l a t o r ) ：是负责确保电力市场公正有效运营的政府机构。 它能决定或批准电力市场规则，调查可能出现的市场力滥用情况。监管组织还可 能会负责设定垄断电力企业所提供服务与产品的价格。 小用户( s m a l lc o n s u m e r ) - 可以向零售商购买电能。为了连接到电力网 络，它们通常需要向区域配电公司租赁相关设备。小用户参与电力市场的形式非 常简单，在大多数情况下，他们只能从许多零售商当中挑选一个进行电力零售交 易。 大用户( l a r g ec o n s u m e r ) ：与小用户不同，他们往往会直接通过市场购 电，积极参与批发电力市场竞争。有一些大用户还能够对负荷进行控制，这使其 成为一种有用资源，i s o 可以调用它进行系统控制。少数规模极大的用户有时候 会直接与输电系统连接。 由于在各地区或国家，市场发展的速度、乃至方向都不太一样，上述实体可 能不会在每个市场中都存在。有些时候，一个企业或机构可能还具有一种以上的 上述职能。 2 3 按市场开放程度划分 综合世界各国电力市场运营模式的发展历程，可以归纳出如下四种市场模n 1 式，它们记录了电力行业从监管垄断到完全竞争的发展历程。 2 3 1 模式一：垄断模式 第一种模式，如图2 1 所示，对应于传统的垄断公用事业。子模式( a ) 与 发、输、配电一体化的公用事业相对应。在子模式( b ) 中，公用事业垄断了发 电与输电，并向地区性的垄断配电公司销售电能。垄断模式并不排斥不同地区的 公用事业之间的双边电能交易，但是此类交易仅发生在批发层面，图2 一l 也说明 了这一点。在子模式( a ) 中，公用事业是完全垂直一体的；在子模式( b ) 中， 配电业务由一个或多个独立公司经营。 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 b 图2 1电力市场垄断模式 这是一百多年来世界各国普遍采用的模式。这种模式按地域建立起垄断性的 集发电、输电、配电和售电为一体的资产体系和垂直管理体系。这种模式通常由 一家“电力公司 垄断一个或数个地域的电力的生产、输送、分配和销售，然后 通过公共电价体系，用一个包括所有服务成本的集总式电价销售给用户。这种垄 断模式在电力工业的发展过程中曾经发挥了非常重要的作用，它促进了大型发电 厂和大电网的建设，使电力工业得到了迅猛发展。但是，随着电力供电范围的扩 大，电力工业的规模经济性逐渐饱和，这种垄断模式的投资效率低、经济效率低 和运营效益低等弊端的逐渐暴露。这种模式体现出的传统的、自上而下的、垂直 一体的管理观念受到了极大的挑战。在电力系统中引进竞争，已被大多数的国家 所接受，摒弃这种模式成为历史的必然。 2 3 2 模式- - ：购买代理( 单一买方) 图2 2 ( a ) 显示了在电力行业引入竞争的最初发展方向。一体化公用事业不 再垄断系统中的全部发电容量，独立发电商可以直接与电力网络连接，并向作为 购买代理的公用事业出售电能。图2 2 ( b ) 显示了这一模式可能的演化方向，即 公用事业不再拥有任何发电，全部电能都必须向独立发电商购买。配电与零售业 务同样也会分离，为了满足自身用户的电力消费需求，配电公司需要向购买代理 实体购买电能。购买代理实体给出的电力价格必须受到监管，原因是它对配电公 司有销售垄断力，对独立发电商有购买垄断力。显然，该模式所对应的价格发现 方式与自由市场不同。但是它也有自己的优点：即无需引入类似于后面介绍的电 力市场复杂运营模式，它就可以在发电商之间实现一定程度的竞争。 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 流掣孕彳 售lii 部电能流动士 a 图2 2电力市场购买代理模式， 独立 发电商 型型型 b ( a ) 一体化形式：( b ) 分散形式 在这种模式下，发电厂产权多元化，允许在垄断经营的电网企业之外存在独 立的发电企业，由其独立承担建设和运行的风险。市场机制初步引人到发电领域， 创造了发电平等竞争的环境。但在这模式的电力市场中，输、配电和售电系统仍 为垄断经营，拥有输配电网的电网公司是市场中唯一的电能购买者和销售者，称 为单一买方；单一买方有选择发电商的权利，但发电商和用户并无选择交易对象 的权利。英国电力改革初期的p o o l 模式及我国厂网分开之前开展的内部模拟电 力市场均属于这种单一买方模式。 这种模式没有复杂的生产结构，在对电能成本影响最大的发电领域引人了竞 争机制，有助于提高发电环节的投资效益和运行效益，无疑有益于降低总的电能 成本。但是，这种模式存在一些弊端： 1 单一买方负责整个电能的买卖管理，又要负责整个电网的安全运行，因 此它成为整个电力工业的运行中枢，能否确保在“公平、公正、公开”的原则下， 正确处理各方之间的利益关系，成为这种运营模式能否健康运作的首要前提； 2 在这种模式下，发电厂的投标结果决定了单一买方的购电电价，在电力 紧缺的情况下，可能引起发电上网电价攀升，在销售电价非联动的情况下，会导 致单一买方承担很大的市场风险； 3 在销售电价联动的情况下，用户既没有选择发电商的权力，也没有选择 在不同电价水平下决定自身需求的权力，在发电上网电价攀升的情况下，可能不 堪电费之重负； 4 由于发电厂商和用户都没有选择权，不能通过竞争和发、用电之间自由 的优化组合来实现资源的最有效利用，可能会造成单一购买者购电成本过高，或 发电厂商之间的恶性竞争。 应该认识到，单一买方模式是一种较为初级的模式，很不完善，从国际上电 竖蒜、 型 天津大学硕士学位论文 第二章电力市场模式及特点 力市场的发展来看，只是在一些国家电力市场改革的初期采用( 如英国第一次电 力市场化改革的模式、澳大利亚电力市场模式和美国加州2 0 0 2 年以前的电力市 场模式；目前英国电力市场已逐步跨越这种初级模式，进人较完善的批发竞争市 场模式一n e p a 模式；而北欧电力市场和美国p j m 电力市场，就跨越了这种初 级市场模式，直接进人批发竞争市场模式；并且北欧电力市场最早发展为零售运 营模式的电力市场。 2 3 3 模式三：批发竞争 如图2 3 所示，在批发竞争模式中，不存在负责电能供应的集中性机构。取 而代之的作法是：配电公司直接向发电公司购买电能，以满足用户的电力消费需 求。该类电能交易一般发生在批发电力市场中，除配电公司外，规模极大的用户 往往也会被允许直接在批发市场上购买电能。在批发电能交易层面，需要以集中 办法解决的唯一问题是现货市场的运营及输电网络的运行。而在零售交易层面， 每个配电公司不仅需要运营所在地区的配电网络，同时还会代表网络覆盖范围内 的用户购买电能，所以系统仍然需要保持集中运营。 图2 3电力市场批发竞争模式 批发竞争模式的特征是允许配电公司( 及大用户) 与发电商同时参与电力市场 的竞争，但它们参与电力市场竞争的方式有电力库或双边交易两种： 1 发电商和配电公司( 及大用户) 通过且必须通过向市场交易中心申报买卖 电量和电价来参与电力市场的竞争，市场交易中心根据供需平衡确定买卖电量和 电价；发电商和配电公司( 及大用户) 不能直接进行双边电力实物交易；这是一种 集中竞争的市场。 2 允许发电商和配电公司( 及大用户) 直接进行交易，发电商的上网电量仅一 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 部分经由交易中心购买和出售，由市场交易中心根据供需平衡确定买卖电量和电 价；另一部分被允许通过供购双方之间的直接双边电力实物交易，由买卖双方自 愿商定交易电量和电价，如北欧电力市场和英国新的电力市场( n e c a ) 。这是一 种适度集中竞争的市场。在批发竞争电力市场模式下，输电网仅对于配电公司和 大用户开放，有偿提供输电服务，并向交易双方或一方收取输电费；但中小用户 没有选择权，即配电网对运营区域内的中小用户仍然实行供电专营。 与单一购买者模式相比，批发竞争模式有利于发电商、配电公司和大用户进 行一定程度的分散决策，输配电公司不必单独承担发电市场价格风险：发电公司 可以根据自己的生产能力和成本，配电公司( 及大用户) 可以根据自己的需求，参 与市场竞争；电价能够正确、及时地反映发电生产成本和市场供需不平衡状况； 有利于提高市场成员参与市场的积极性，提高市场运营效率和效益。特别是当这 一市场允许发电商与配电公司( 及大用户) 直接签订长期电力实物交易合同，或同 时又建立了电力金融交易市场的情况下，发电商、配电商及大用户都有可能规避 市场价格风险；有利于保护电力投资者的利益，引导长期电力投资，保持电价的 相对稳定。是比较适合电力市场稳定运营和发展的模式。 该模式极大地促进了发电公司间的竞争，此时的电能批发价格是供应与需求 相互作用的结果。另一方面，电力零售价格仍然必须受到监管，这是因为小用户 即使感觉到价格不合理，也没有办法选择竞争性的供应商。在批发竞争模型下， 配电公司将会面临电能批发价格突然激增的风险。 2 3 4 模式四：零售竞争 图2 4 描绘了竞争性电力市场的最终形式，即所有的用户均可选择自己的供 应商。因为存在交易费用，只有极大规模的用户才会选择在批发市场上直接购电， 而大多数的中小用户会向零售商购电，再由零售商代表他们在批发市场上购电。 在该模式下，配电公司已不能对其网络覆盖范围内的电能供应业务实施区域性垄 断，为了实现公平竞争，这些公司的网络业务与电力零售业务一般应当分离开来。 电力市场此时仅有的垄断业务是输、配电网络服务的提供与运营。 在这种模式的电力市场中，发电环节、输配电环节和售电环节在财务上、甚 至产权关系上完全独立，出现了电力零售商，这不仅使输电网、也使配电网向发 电商和所有用户开放，所有用户都可以直接选择发电公司供电，也可以选择零售 商供电。输配电公司提供输配电服务，并收取相应的服务费。此时，交易中心实 际上变成了拍卖商或经纪人，他们不再负责确定电价，但负责供需双方的平衡匹 配。上一小节中的“批发”与本小节的“零售”借用了两个一般的商业术语，它 们也是相对而言的，两者之间的区别在于：批发竞争模式仅向大用户开放电网， 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 中、小用户没有选择供电商的权力，还只能由固定的配电商供电；而零售竞争模 式向所有用户开放电网，所有用户都有选择供电商的权力。这里，零售商不一定 必须是配电网络拥有者，它可以是一个供电商，通过向用户提供供电服务获得利 润，当然，配电网络的拥有者也可以作为零售商参与市场竞争。 在零售竞争的电力市场中，各类用户和发电商具有很大的选择权，共同参与 市场的竞争，可以更有效地提高竞争程度，提高资源的优化程度；用户的选择权 更多，市场竞争更为激烈，分散决策程度更高；供需双方都参与市场交易，共同 承担电力供需平衡，与传统的、垄断模式及其他电力市场模式相比，减轻了电网 运行调度的难度。这种模式是一种更为完善的电力市场。 一旦充分竞争的市场建立起来，零售价格将无须监管，不同的电力零售商会 进行零售竞争，小用户可以通过变换零售商选择便宜的电能。从经济学角度看， 零售竞争是最令人满意的市场模式，因为电价完全由市场竞争决定。然而该模型 也不是完美无缺的，零售竞争的实施需要相当多的计量、通讯与数据处理设施， 这是一项巨大的花费。 输、配电网络的成本仍然由它们的全部用户承担，由于这些网络依旧保持垄 断经营，所以它们的投资成本回收需要受到严格的监管。 图2 - 4 电力市场零售竞争模式 2 4 按交易集中的程度划分 按市场交易的集中程度，可将电力市场模式划分为以下三种盯3 ：强制电力库 模式、双边交易模式、混合模式。其中混和模式是比较成熟的市场模式。 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 2 4 1 模式一：强制性电力库模式 这种模式也被称为“总市场模式”或“电力联营模式”，是指在一个区域， 只有一个强制市场成员参与的、集中的、竞争的市场，有时也被称为“电力库”。 电力供需各方交易的全部电量及其电价都必须经由现货市场竞争确定，发电商竞 争获取发电的权力，但并不为特定的用户发电；同理，配电商也仅能在电力库， 而不是从特定的发电商那里购电。在电力联营模式下的市场中，电力市场运营、 系统的调度运行及输电网的管理等工作由统一的系统运行者或几个分立的机构 负责。 2 411 电力库的交易形式 在电力行业刚引入市场竞争机制的时候，双边交易曾被视为极大地偏离了电 力系统的物理实际。既然电能在从发电机流向负荷时是混合在一起的，所以有人 认为电能交易也需要通过集中方式进行，并且全部生产者与用户都必须同时参与 才行。正是在这种背景下，一些国家建立了竞争性电力库。混合商品库是一种很 少见的商品交易形式，但是它们与电力大系统的运行很契合一致。目前一些正在 运营的电力库实际上是以电力联营体为建立基础，而此类联营体则是在较早的时 候由垄断公用事业公司联合相邻的服务区所创立的。 供应者与用户的重复相互作用是实现市场均衡的常见方式，但电力库与之不 同，它采用了一种系统性的方法来确定市场均衡。尽管可能存在某些方面的变化， 电力库的基本运营模式大致上可以总结如下哺1 ： 1 发电公司针对交易时段提供发电报价，标明它的供电数量与对应的价格 需求。发电报价按照从低到高的顺序排列，根据这一序列，我们可以得到一条表 示价格与累计数量关系的函数曲线。该曲线就是市场上的供应曲线。 2 采用同样的作法，即要求用户提交包含量价信息的投标，并按照价格从 高到低的顺序进行排列，我们可以得到市场上的需求曲线。由于电力需求弹性极 低，这一步有时会被省略掉，然后直接以负荷预测值作为市场的电能需求。换句 话说，需求曲线此时被假定为一根竖直线，它的横坐标就等于负荷预测值。 3 市场均衡点即为上面所“构造”的供应与需求曲线的交点。所有价格低 于或等于市场出清价的报价都会被接受，发电商需要按照他们的中标报价所对应 的电能数量组织电力生产。同样，所有价格高于或等于市场出清价的投标都会被 接受，用户可以依据他们的中标投标所对应的数量从系统中获取电能。 4 市场出清价代表新增单位m w h 电能的价格，可以被称为是系统边际价 ( s y s t e mm a r g i n a lp r i c e ，即s m p ) 。不管他们提供的报价与投标是多少，发电商 均以s m p 出售他们生产的全部m w h 电能，而用户则需要支付s m p 购买所需的 天津大学硕士学位论文第二章电力市场模式及特点 每m w h 电量。 以图2 5 为例，共有6 台机组参与竞价，这6 台机组可能由不同的发电商或 同一个发电商所有，所有权的集中度反映出发电环节的竞争程度。每台机组发电 的边际成本不同，因此形成阶梯状供给曲线，电力需求具有很强的时间波动性， 大体上可以分为峰期、谷期和平期。 价格 元千瓦时 l i - i l ：3 0 的 价格p ， 7 - 7 ：3 0 蛇 价格p 2 2 - 2 ：3 0 的 价格p i k w l k w 2 图2 5 基于拍卖机制的s m p 价格形成 图中给出了一天中2 2 ：3 0 、7 7 ：3 0 、1 1 1 1 ：3 0 三个时段的需求曲线。在谷 期2 2 ：3 0 ，i s o 启动g l 和g 2 机组，形成的市场出清价格为p l 。在平期7 7 ：3 0 ，启动g 1 g 4 台机组，市场出清价格为p 2 。而到了峰期1 1 1 l ：3 0 ，所有的 6 台机组都将被启动，价格也达到了顶峰p 3 。此即为在电力市场中得到广泛应 用的峰谷定价原则。如果需求进一步升高，供给也无法增加，只会导致价格进一 步的上涨，这时，只有那些对电力估价最高的消费者可以继续进行消费，这在一 定程度上可以抑制需求的上涨。如果这种高价在长期内存在，就会