（产业经济学专业论文）计及容量成本的发电侧激励性竞价机制设计.pdf

， 华北电力人学硕十学位论 摘要 电力市场化改革过程中竞价机制设计是一个亟待解决的重要问题，现行的统一 市场出清竞价机制和按报价支付竞价机制在实施过程中由于信息的不对称，存在着 较为严重的虚报高价和容量成本补偿不足现象。有介于此，本文运用机制设计理论 设计了一套激励性竟价机制。在该机制下，发电商获得的支付包括两部分：成本补 偿项和信息补偿项，其中的信息补偿项还考虑了对发电商容量成本的补偿，使发电 商得到容量补偿的同时，引导他们披露自己真实的成本信息。理论推导和蒙特卡洛 模拟仿真结果证实，在本文竞价机制下，发电商按真实成本报价是其最优报价策略， 且均得到了适当的容量补偿。 关键词：激励，机制设计，容量成本，竟价机制 a b s t r a c t d u r i n gt h ee l e c t r i c i t ym a r k e tr e f o r mp r o c e s s ，b i d d i n gm e c h a n i s md e s i g n i sa n i m p o r t a n t i s s u et ob e s o l v e d u r g e n t l y , b u t c u r r e n tm a r k e tc l e a n i n g p r i c eb i d d i n g m e c h a n i s ma n dp a y - a s b i db i d d i n gm e c h a n i s mp r e s e n ts e r i o u sp h e n o m e n o no fm a k i n g f a l s er e p o r to fh i g hp r i c eb e c a u s eo fi n f o r m a t i o na s y m m e t r ya n dl a c k i n gc a p a c i t yc o s t c o m p e n s a t i n gi n t h e i m p l e m e n t a t i o np r o c e s s t h e r e f o r e ，i no r d e r t or e s o l v et h e s e p r o b l e m s ，t h i sp a p e rd e s i g n e dan e wi n c e n t i v eb i d d i n gm e c h a n i s mw i t ht h et h e o r yo f m e c h a n i s md e s i g n i n g i nt h i sm e c h a n i s m ，p o w e rc o m p a n yo b t a i nt h ep a y m e n t sw h i c h i n c l u d e st w op a r t s ：t h ec o s tc o m p e n s a t i n gi t e ma n dt h ei n f o r m a t i o nc o m p e n s a t i n gi t e m ， a l s ot h el a s ti t e mi n c l u d e sc a p a c i t yc o s tc o m p e n s a t i n g s ot h i sm e c h a n i s mm o d e lc a n g u i d et h e mt od i s c l o s eo w nr e a l c o s ti n f o r m a t i o nw h i l eg e te n o u g hc a p a c i t yc o s t c o m p e n s a t i n g t h e o r e t i c a ld e r i v a t i o na n dm o n t ec a r l os i m u l a t i o nr e s u l t sc o n f i r mt h a t ，t o t h ep o w e rc o m p a n y , p r e s e n t i n gi t sr e a lc o s ti si t sm o s ts u p e r i o rs t r a t e g ya n dt h e yc a ng e t i t sc a p a c i t yc o s tc o m p e n s a t i n gi nt h i sm e c h a n i s m d i n gz i x i a n ( i n d u s t r i a le c o n o m i c ) d i r e c t e db yp r o f y a nq i n g y o u k e yw o r d s ：i n c e n t i v e ，m e c h a n i s md e s i g n ，c a p a c i t yc o s t ，b i d d i n gm e c h a n i s m 华北电力人学硕十学位论文 中文摘要 英文摘要 目录 ， 第一章引言1 1 1 研究背景及意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 竞价机制的早期研究2 1 2 2m c p 与p a b 的分析比较2 1 2 3 基于拍卖理论的新竞价机制3 1 2 4 激励相容的竞价机制4 1 3 主要研究内容及框架5 1 3 1 主要研究内容5 1 3 2 研究框架6 第二章国内外电力竞价机制及相关理论介绍7 2 1 两种电力竞价机制的比较分析7 2 1 1 统一市场出清( m c p ) 竞价机制概述7 2 1 2 按报价支付( p a b ) 竞价机制概述8 2 1 3 两种电力竞价机制缺陷的分析9 2 2 机制设计理论1 3 2 2 1 机制设计理论概述1 3 2 2 2 电力市场环境下机制设计理论的研究框架1 4 第三章发电侧激励性竞价机制设计1 5 3 1 发电成本函数的确定1 5 3 2 发电侧竞价机制上网运行的可行性约束1 7 3 3 激励相容的发电侧竞价机制1 8 3 4 考虑个人理性约束的发电侧竞价机制1 9 3 4 1 容量成本的含义及意义2 0 3 4 2 容量成本的补偿方式2 1 3 4 3 考虑容量成本的个人理性约束2 2 3 5 新竞价机制特性的分析2 5 华北电力人学硕士学位论文 第四章发电侧激励性竞价机制仿真模拟2 8 4 1 发电商期望上网电量的求解2 8 4 1 1 蒙特卡洛模拟概述2 8 4 1 2 求解期望上网电量的模拟仿真过程3 0 4 2 发电商期望利润的求解与分析3 4 第五章结论与展望3 9 5 1 本文主要结论3 9 5 2 进一步的展望3 9 参考文献4 1 致谢4 5 附录4 6 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 8 华北电力人学硕七学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章引言 2 0 世纪9 0 年代以来，世界各国掀起了电力体制改革的浪潮。其基本思想是对 垂直一体化经营的电力系统，不同程度地放松或解除管制、引入竞争、提高效率， 而以发电厂竞价上网和输电网开放使用为特征的电力市场改革，正在成为改革与发 展的主流。顺应世界电力工业发展的潮流，我国于1 9 9 8 年开始“厂网分开，竞价 上网”试点，制定了分阶段建设具有中国特色的电力市场体系的改革与发展战略。 2 0 0 2 年3 月国务院颁布的电力体制改革方案中提出要“打破垄断，引入竞争， 提高效率，降低成本 ，“实施厂网分开，重组发电和电网企业；实行竞价上网，建 立电力市场运行规则和政府监管体系，初步建立竞争、开放的区域电力市场，实行 新的电价机制 。电力“十一五一规划中也提到要巩固电力体制改革的成果，继续 稳步推进电力体制改革。经过这些年的发展，我国在发电侧基本实现了厂网分开， 在部分省市和区域电网试点了竞价上网，并投入商业化运行。 电力市场交易规则和竞价机制的设计是决定电力市场能否成功的关键，良好的 交易规则和竞价机制能提高市场效率，减小市场势力的影响，优化电力系统运行方 式，减小网络阻塞和提高系统安全稳定性；相反，交易规则和竞价机制的缺陷将降 低市场效率甚至导致严重的电力市场事故。因此在我国电力体制改革全面实施的情 况下，要注重竞价机制的设计。目前投入运行的竞价机制主要有两种：统一市场出 清价( m a r k e tc l e a r i n gp r i c e ，m c p ) 和按报价支付( p a y a s b i d ，p a b ) 机制，但研 究表明，由于电力市场存在信息不对称，两种机制均无法有效地抑制市场力，发电 商都有严重的报高价倾向，同时存在的容量补偿不足，更使得电价飞升。因此，设 计一个可以有效抑制市场力的竞价机制对电力市场的健康发展至关重要。学者们在 这方面做了大量的研究，在众多的竞价机制设计中，机制设计理论由于其自身的特 点：诱导市场参与者显露其真实信息，研究在自由选择、自愿交换、信息不完全以 及决策分散化的条件下，设计一套机制来达到市场的有效竞争和资源的合理配置， 成为近年来竞价机制设计的热点。 在将理论上比较成熟的机制设计理论应用到电力竞价上，国内外的学者都做了 大量的研究。本文主要是在前人研究成果的基础上，放宽了成本函数为线性的约束 条件，更贴近现实中发电商按报价曲线竞价的实际，并考虑到鼓励电力投资，合理 回收容量成本要求，利用机制设计理论设计了一套新的计及容量成本的竞价机制。 华北电力人学硕十学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 竞价机制的早期研究 电力市场竞价机制研究是从“电力经纪人 模型开始的，电力经纪人是买卖双 方的中介机构，他根据买卖双方的报价，按照交易收益最大化的原则撮合电力交易， 并将交易收益按买卖双方平均分配、买卖双方按一定比例分配、按交换功率大小分 配、按对交易收益的贡献比例分配、按边际价格分配等方法进行分配。后来出现了 考虑网络约束的“电力经纪人”模型，并提出了网流法、动态规划、线性规划、最 优潮流等优化求解方法。1 1 0 j 二十世纪八十年代，fcs c h w e p p e 等【4 l 将微观经济学边际理论引入电力工业， 开创了以实时电价为核心的电价理论，为电力工业的市场化运营提供了理论基础。 s h e b l e l 5 j 等专家学者提出了基于拍卖竞价方式的电力市场交易模式，建立了规划市 场、双边合同市场、期货市场、现货市场、平衡市场等市场交易结构，并建立了相 应的概念性模型，构建了电力工业的市场化运营的框架。此后，电力市场的研究都 是建立在实时电价理论基础上，以拍卖的方式进行电能竞争的。 1 2 2m c p 与p a b 的分析比较 各国学者运用拍卖理论对目前世界各国电力市场采用的统一市场出清价和按 报价支付竞价机制进行了分析比较。w o l f r a m 6 j 用统一价格多个商品的拍卖模型分析 了英国电力市场的策略性投标行为，提出发电公司会抬高他们的报价以提高非边际 机组的结算价格。c r a m t o n l 7 j 对发电公司在m c p 机制下报价高于其真实成本的原因 进行了分析认为，这并不是由于发电公司之间进行共谋操纵市场引起的，而是发电 公司独立追求自身利润最大化的必然结果。m c p 这一缺陷也成为导致美国加州电力 危机的一大原因，因此危机过后f e r c 要求加州实行p a b 方式，以期待减小发电商 的博弈行为，同时英国和我国上海也实现了从m c p 向p a b 的转变，引起了学术界 对这两种交易方式的争论。v d z q u e z 等人1 8j 的研究发现采用p a b 并不能解决问题， 并提出p a b 机制在高度竞争的市场环境下是无效率的，虽然在短期内能抑制市场 力，但这种竞价机制可能产生相当大的市场壁垒，损害小发电商的利益，成为维持 长期市场力的手段，甚至会促使垄断和集中的形成。郭亚军等i9 j 通过建立不完全信 息静态博弈模型也证明了在p a b 竞价机制下，发电公司不会按照真实成本报价，报 价与真实成本之间有一个提升量，这个提升量的大小取决于发电成本的分布、发电 公司的类型、发电公司的数量及电力需求量。k a h n 和c r a m t o n 等人【l o j 深入地比较 了m c p 与p a b 的优缺点，并指出p a b 会消除非边际投标获得比报价高的结算价格， 2 华北电力人学硕+ 学位论文 这一现象的前提是在市场规则发生变化时，发电商会像以前一样投标。但实际上， 当采用p a b 时，发电商会立刻改变其策略，以他们所预测的市场出清价来投标，从 而得出了与v d z q u e z 相同的结论。r a s s e n t i ，s m i t h 和w i l s o n 1 1 】通过研究经验数据表 明虽然p a b 机制可以减少价格大幅度波动，但这是以更高的平均价格为代价的。 b o w e r 1 2 j 对英国电力实行p a b 机制后价格降低现象进行了比较深入的分析认为，价 格降低是由于英国采取一系列降低市场集中度的措施所产生的，而不是由于新交易 机制的实施。l i u s 等【l3 】在有容量约束的电力市场环境下比较两种竞价机制认为：如 果容量固定且分布均匀，m c p 机制会产生较低的市场价格，并带来较高的消费者剩 余和社会总剩余，如果容量分布不均匀则相反；而当容量变动时，m c p 优于p a b 竞价机制，随着发电公司数量的增加以及大公司市场份额的下降，两种竞价机制的 差距逐渐缩小，都会集中于市场竞争水平。李晓刚等【1 4 】通过分析认为：在m c p 机 制下，发电公司报价时可以通过抬高报价或持留发电容量两种策略性行为而获得超 额利润，但这种机制能为市场提供较为丰富的经济学信号；在p a b 竞价机制下，发 电公司有更为严重的报高价倾向，没有持留发电容量的倾向，该机制不能为市场提 供经济学信号，同时文中还提出了实用当量电价来解决这两种竞价机制的不足。 1 2 3 基于拍卖理论的新竞价机制 针对p a b 和m c p 都不能有效抑制市场力，实现资源的优化配置的问题，很多 学者在拍卖理论框架下重新提出并设计了竞价机制，比较典型的有： 1 迭代竞价机制。w i l s o n 曾经为加州电力市场最初方案的迭代竞价机制【1 5 】设计 了活动规则l l 引。迭代竞价机制允许市场参与者根据以前各轮拍卖过程中显示出来 的价格来改变自己的投标，这种价格发现过程有助于发电商确保可行的发电调度， 给发电商提供了信息以计算收入和成本，允许发电商调整他们的投标以改进其盈利 状况。耿建，王锡凡等【1 9 】对发电市场的迭代竞价机制进行了研究，结果表明在完全 竞争的市场环境下，该机制使发电商的发电资源得到了充分利用，市场处于n a s h 均衡，出清价收敛于传统的系统边际成本附近，发电系统接近于经济运行状态及其 他一些有意义的结论。 2 分段竞价机制。e l m a g h r a b y 2 0 】首次提出了水平拍卖( 分段竞价) 的思想，并 指出相对于垂直拍卖( 分时竞价) ，水平拍卖机制更符合发电厂实际运行的特点， 便于发电厂制定运行策略。随后e l m a g h r a b y 和o r e n 2 1j 对上述结论进行了更深入的 研究，提出了水平拍卖的实现方法。我国学者王锡凡等人【2 2 j 也独立提出了“分段竞 价 的电力市场竞价机制，其基本思想类似于e l m a g h r a b y 提出的水平拍卖，系统介 绍了分段竟价的概念、运营模式、规则等，并通过比较分段竞价与分时竞价的特点， 说明分段竟价机制不仅符合电力运行的特点，便于竞价运行，而且具有更高的市场 3 华北电力大学硕士学位论文 效率。 3 当量电价法。上海大学言茂松【2 3 】教授及其学生共同提出了发电竞价上网的当 ，量电价法，而且同时考虑了电量边际电价和容量效益电价，通过两次排序确定电价， 他们认为在实用当量电价法下，发电公司既没有报高价的倾向，也没有持留发电容 量的倾向，而且该机制能为市场提供丰富的经济学信号。l i 等【2 4 】通过分析认为当量 电价有自动抑制市场力的内在功能。 4 混合拍卖机制。段刚等1 2 5 l 提出了一种能抑制物理持留和经济持留的系统边际 价格与报价价格混合的拍卖机制，即在电价超过高价市场启动价格后，根据发电公 司是否拥有系统价格权以及报价是否不利于缓解电力供需矛盾，执行系统边际价格 或报价价格两种电价之一，从而限制市场力，抑制电价飞升。 1 2 4 激励相容的竞价机制 与上面的新机制同时产生的还有将激励相容特性引入到拍卖理论中设计的电 力竞价机制，它使得发电商倾向于按真实边际成本报价，有效的抑制了市场力，保 证电价的稳定，其目前的研究主要有两个方向：一是运用v i c k e r y 拍卖机制来设计 电力市场竞价机制；二是运用机制设计理论和信息经济学的相关理论来设计电力市 场竞价机制。 v i c k e r y 拍卖是一种激励相容的拍卖机制，n a t a l i a 等【2 6 l 指出满足激励相容特性 的v i c k e r y 拍卖机制更具潜在优势，在电力市场竞价机制设计中具有重要的应用价 值。w i l s o n 等人运用v i c k e r y 拍卖机制对发电备用容量市场进行了竞价机制设计【2 7 1 。 h o b b s 等人基于v i c k e r y 机制研究了激励一致的多部分电力拍卖，该机制需要一定 数量的激励费用，以促使投标者显示出其真实成本，拍卖者的收支是不平衡的【2 引。 运用v i c k e r y 拍卖机制所设计的电力市场竞价机制普遍存在着一个比较严重的问题， 即对拍卖者而言可能出现入不敷出，产生赤字，这种机制还存在一个问题就是没有 反映市场清除价格。 针对v i c k e r y 拍卖存在的问题，机制设计理论能合理地引导参与者显示真实信 息，在实现参与者个人利润最大化的同时达到管理者的目的，因此它非常适合于电 力市场中有关真实信息披露的激励性机制研究，并有着重要的潜在应用价值，目前 将机制设计理论应用于电力市场竞价机制设计是一种新趋势。s i l v a 等【2 9 】人首先将机 制设计理论应用于电力市场，他所设计的竞价机制对于各发电公司的支付费用分为 两个部分：一部分是基于发电公司申报的边际成本的成本补偿：另一部分是基于发 电公司信息优势的信息补偿，但这种竞价机制无法保证所有发电公司固定投资成本 的回收。所以张少华，方勇等1 3 0 1 1 3 1 l 在s i l v a 等人的基础上研究了能引导理性发电公 司披露其真实成本，实现电力经济调度的竞价机制设计，他们所设计的竞价机制对 4 华北电力人学硕十学位论文 发电公司的支付具有经济学信号，并能实现发电公司固定容量成本的合理回收，导 出充足的发电容量，该机制还特别考虑了调峰机组的风险回避特性。蒋东荣等【3 2 】 在s i l v a 的基础上考虑了合约交易对竞价机制的影响。但他们的研究都存在一个共 同的问题，那就是均假定发电公司的成本函数是线性的，从而得出边际成本为常数 的推论，但根据大多数学者的研究，发电成本应该是二次函数的形式。针对这一缺 陷，马歆等1 3 3 l 在成本函数为二次的假设下讨论了报价函数中两个变量分别变化时的 激励性竞价机制的支付函数。邹小燕，任玉珑【3 4 】在二次函数的假设下考虑了合约市 场对现货市场竞价上网机制的影响。付艳1 3 5 l 对我国现行统一价格竞价机制发电商的 策略性行为进行了分析，设计了激励性竞价机制，并对这种机制在我国的应用提出 了构想。杨光等【3 6 j 按线性报价函数( 二次成本函数) 在以前研究的基础上计及阻塞 管理设计了一套竞价机制。s o m b o o nn u c h p r a y o o n ，m i r o s l a vm b e g o v i c 和a r t i t a y a c h a i c h a n a l 3 r l 对s i l v a 机制进行了进一步研究，采用了交流潮流模型和节点电价，并 考虑了信息租金在发电商和负荷使用方之间的分配。此外，谢俊，陈星莺等【3 8 l 【3 9 】 将激励性竞价机制从发电侧单边竞争引入到输配分开市场，在双边竞争的情况下设 计了新的激励机制。虽然这些学者的研究考虑到了成本函数的二次性质，但是还没 有在此基础上结合容量成本补偿进行过讨论，而容量补偿对于有效引导发电投资和 整个电力工业的长久发展有着重要的作用，本文正是基于这种考虑，试图在这方面 得出一些有益的结论。 1 3 主要研究内容及框架 1 3 1 主要研究内容 本文针对现有竞价机制p a b 和m c p 不能有效引导发电商披露真实成本的缺陷， 在传统以拍卖理论为框架研究竞价机制的基础上，引入机制设计理论设计了一种新 的机制。该机制使用了更贴近于现实的二次成本函数形式；计及容量成本补偿，能 够给予非边际发电商足够的容量补偿，正确引导发电投资；同时具有激励相容的特 性，能够引导发电商披露其真实成本信息，有利于抑制发电商利用市场力操纵市场 的行为。具体内容如下： 第一章介绍了国内外电力市场竞价机制的研究情况 主要论述了电力竞价机制产生的背景及意义，并对国内外学者在竞价机制的产 生、现有竞价机制的对比分析、基于拍卖理论竟价机制的研究成果，以及引入机制 设计理论后近些年来竞价机制设计新进展等方面的理论成果进行了综述。这是本文 研究工作的起点与基础。 第二章分析了现行竞价机制存在的问题，介绍了机制设计理论的基本框架 5 华北电力大学硕士学位论文 目前世界各国普遍采用的竞价方式主要有两种：m c p 和p a b ，这部分首先介绍 了他们的内涵，分析了其优缺点，指出了这两种竞价方式存在的问题：不能引导发 电商披露其真实成本信息和容量成本补偿不足。由此引出需要引进机制设计理论来 解决这些缺陷，进而系统介绍了机制设计理论的框架和内容。 第三章发电侧激励性竞价机制设计 这一章是本文的核心部分，主要是从五个方面展开：一、发电成本函数的分析， 采用了更能反映真实成本信息的二次函数形式，对下文变量的设置进行了说明，界 定了私人信息和公共信息的范围。二、对于经济调度模型的选取，包括其目标函数 和约束条件的选择。三、激励相容约束，根据激励相容约束的要求求得了信息补偿 项的形式。四、个人理性约束，将获得足够的容量补偿作为其个人理性约束条件， 进一步对信息补偿项中的未知参数进行了求解，并最终得到了支付函数和利润函数 的表达式。五、通过理论推导验证了本文设计机制的有效性。 第四章仿真模拟 根据第三章得出的结论，本章利用蒙特卡洛模拟的原理，通过设计m a t l a b 求解 程序得到期望上网电量值，并进一步求得期望利润值，通过算例验证了本文设计竞 价机制的有效性。 第五章结论与展望 总结了本文的主要结论，并展望了下一步研究的方向。 1 3 2 研究框架 本文研究的主要框架如下图所示。 图1 - 1 研究框架 6 华北电力人学硕十学位论文 第二章国内外电力竞价机制及相关理论介绍 2 1 两种电力竞价机制的比较分析 发电侧竞价机制是一种单边竞价机制，它的基本规则是首先由市场交易调度中 心公布次日各个时段的需求预测，而后发电商以机组为单位，按边际运行成本报价。 报价包括：( 1 ) 竞标曲线：机组的电量电价出力曲线，表示该机组在某一电价水平 上愿意提供的出力。竞标曲线也就是机组在现货交易市场中的供给曲线，按照交易 中心的要求，通常为连续线性、分段线性或分段水平的价格功率曲线。( 2 ) 运行特 征：包括最大、最小出力，升、降负荷速率，最小持续开、停机时间，机组当前状 态，机组冷、热启动持续时间等。强调申报价格要随着电量的上升是非降的，当所 有发电机组的申报单全部提交后，市场交易调度中心考虑网损修正和安全约束后， 针对每小时的机组申报单，按其报价由低到高的优先级顺序按一定的竞价机制确定 电价并分配电量，竞价机制不同最后得到的结算电价也不同。目前世界各国采用的 竟价机制主要有两种：统一市场出清( m a r k e tc l e a n i n gp r i c e ，简称m c p ) 和按报价 支付( p a ya sb i d ，简称p a b ) 。 2 1 1 统一市场出清( m c p ) 竞价机制概述 m c p 方法，即发电厂商向电力交易中心提交次日某一交易时段的最大可用容量 和相应的发电报价，交易中心按发电厂商的报价从低到高将所报容量进行排序，直 到与该时段预测负荷平衡，确定该交易时段发电机组的加载顺序，最后加载的机组 为该交易时段的边际机组，其报价即为系统的边际电价，其他所有被加载的发电机 组均按此电价结算，如图2 1 所示。市场操作员并不做机组优化组合，发电公司在 构造投标策略时需要考虑所有的费用以及机组运行约束，并将这些因素隐含在电能 标价中，因为这种投标结构不能保证恢复启停费用等能量成本，也不能保证发电机 组运行的可靠性，所以当列入调度计划的发电机组受到运行约束时，需要一种机制 来修改调度计划。目前j 下模拟运行的华东电力市场和东北电力市场分别在月度竞价 交易、待开放的同l j 竞价交易中采用m c p 机制。 m c p 机制的优点1 4 0 l ：( 1 ) 有丰富的微观经济学理论基础，可提供有效的市场经 济信号，有利于实现资源的优化配置。( 2 ) 在m c p 机制下，市场出清价格为所有 成交价格中的最高价格，与机组自身报价的关系很小( 除边际机组外) ，发电商主 要考虑的问题是如何实现成交，因而报低价是比较保险的策略，所以m c p 机制能 7 华北电力人学硕士学位论文 够激励发电商( 除少数具有市场力的发电商外) 报低价，这不仅有利于降低成交价 格，节省购电成本，而且也有利于中小发电商与大发电商之间的平等竞争。 ，m c p 机制的缺点【4 0 j ：( 1 ) 在不完全竞争的电力市场中，具有市场力的发电商可 通过物理持留( 即持留发电容量使高成本的发电机组进入发电序列，从而抬高边际 价格) 和经济持留( 即利用市场力直接抬高发电价格) ，导致系统边际价格偏离正 常竞争价格，从而大大提高系统购电总成本。( 2 ) 与其它产品市场相比，电力市场 竞价是不断反复的，统一市场出清价格和每个发电公司的电量都是很容易得到的公 共信息，而且电力市场中的电力需求的不确定性较大，这些因素使发电公司的默契 合谋更容易发生。另一方面在m c p 竞价机制下，发电公司可以进行监督并惩罚偏 离共谋的行为，这样发电公司偏离共谋策略的动机减弱，更有利于共谋的发生，从 而可能降低市场效率。( 3 ) 在m c p 机制下，市场运行实践和仿真分析都表明：一 方面存在机组报价偏离成本的高价，另一方面又存在机组利润为负( 市场出清价格 低于机组发电成本) 的情况，这种矛盾的结果同时存在，不利于市场的有效管理。 o 1 7 0 1 6 o 1 5 0 1 4 o 1 3 o 1 2 o 1 l 图2 - 1 统一出清电价的能量拍卖市场出清过程 2 1 2 按报价支付( p a b ) 竞价机制概述 曲线 p a b 方法，指发电厂商向电力交易中心提交次日某一交易时段的最大可用容量 和相应的发电报价，交易中心按发电厂商报价从低到高将所报容量进行排序直到与 次日预测负荷平衡，并确定次日该交易时段发电机组的加载顺序，对竞价成功的机 组按其报价进行支付。显然，按p a b 的方式如果机组的报价相同将形成与统一市场 出清电价相同的发电计划，不同的是市场的结算方式。在m c p 机制中，预测负荷 与累计供应曲线的交点对应的电价为边际电价，并按照这个价格购买所有的电能， 8 华北电力人学硕+ 学位论文 总购电费用如图2 - 1 中阴影的部分。而p a b 机制的想法就是不再按照边际电价购买 能量，而是按照其报价支付。这时，在图2 2 的供应曲线情况下，所有的购买费用 就是图2 2 的阴影部分。 7 8 09 1 1 6 0 图2 2 采用p a b 定价的能量拍卖市场出清过程 曲线 p a b 机制的优点是【4 0 j ：( 1 ) 在相同发电报价下，相比m c p 可节省系统购电费 用。( 2 ) p a b 机制下，发电商没有持留容量的动机，( 假定持留容量前后报价不变) 其最优的产量决策是上报最大可用容量，从而可防止发电商在系统容量紧缺时利用 持留容量操纵市场价格。 p a b 机制的缺点是【4 0 l ：( 1 ) 缺乏足够的经济学理论基础，不能体现“同网、同 质、同价 的市场竞争公平性，不能提供有效的引导投资、生产和消费的市场经济 信号。( 2 ) 在p a b 机制下，发电商有报更高价格的倾向，因为在p a b 机制下，发 电商的结算电价完全由自身报价决定，其报价除了要考虑能否成交外，还需考虑自 己的目标利润要求，因而有更直接而强烈的报高价倾向。( 3 ) p a b 机制不利于大小 发电商之间的平等竞争，且对小发电商不利，这是因为市场报价信息一般不公开， 具有较大市场份额的发电商拥有较大的信息优势，具有较小的经营风险；而中小发 电商则由于掌握的信息具有较大的不完全性，始终处于希望获得较高利润和担心竞 价失败的矛盾之中，容易被挤出市场，从而更有利于大发电商长期维持其市场支配 力，这对提高市场效率和市场稳定性不利。 2 1 3 两种电力竞价机制缺陷的分析 下面通过运用拍卖理论，市场力来分析m c p 和p a b 这两种机制存在的两个重 9 h ：宝垮 h 协他 n 仉 仉 仉 仉 n 仉 仉 华北电力人学硕十学位论文 要的缺陷。 ( 一) 不能反映真实成本信息 由于现行电力市场竞价机制是基于拍卖理论建立的，因此首先从拍卖理论的角 度对两种竞价机制进行分析。拍卖是在信息不对称情况下基于公平竞争来分配稀有 物品的方法，可高效地确定基于市场的价格。拍卖理论中主要有四种基本拍卖机制： 上升出价拍卖，或称为英国式拍卖：下降出价拍卖，或称为荷兰式拍卖；第一价格 暗标拍卖；第二价格暗标拍卖，或称v i c k r c y 拍卖。前两种拍卖机制为公开拍卖， 后两种拍卖机制为暗标拍卖。公开拍卖费时费力，而且在参与者相互熟知的情况下 很容易发生默契勾结行为，因而在电力市场中普遍采用暗标拍卖的定价方法。在第 一价格暗标拍卖中，每个投标者独立地提交单一的出价，而不能看到别人的投标价 格，商品出售给出价最高的投标者。竞标获胜者以其投标价购得商品，因此价格是 最高的，或称第一价格投标，而且在拍卖多单位物品时，可能存在多个成交价。在 第二价格暗标拍卖中，每个投标者同样独立地提交单一的出价，不能看到别人的投 标价格，商品也出售给出价最高的投标者。但是，竞标获胜者以次高的出价购得商 品，或称第二价格投标，如果拍卖物品为多单位，则所有单位的成交价均为第二价 格。由于交易价格一般与获胜者的报价无关，因而与第一价格暗标拍卖相比，第二 价格暗标拍卖更能引导竞标者真实信息的披露，即具有激励相容特性【4 1 1 。发电市场 的上网竞价拍卖与标准的拍卖意义相反，因为拍卖人( 市场定价者) 将从竞标者( 发 电商) 那里购入( 而不是卖出) 一定数量的电力。 m c p 中，对于边际发电商，由于其报价就是交易价格，因此边际发电商的竟价 机制类似于第一价格暗标拍卖；对于边际以下的发电商，由于其报价低于交易价格， 因而其竞价机制类似于第二价格暗标拍卖。虽然第二价格拍卖能引导竞标者披露真 实信息，但在密封投标的情况下，由于每个发电商在准备报价时都认为他有可能成 为边际发电商，因而为保证获利，其报价可能都会高于真实成本1 4 2 1 。因此，m c p 拍卖机制存在发电商操纵报价、哄抬电价的可能，现实中也有很多这样的实例，如 美国加州的电价飞升1 4 3 1 ，英国和澳大利亚等国家出现过的发电商操纵报价而导致电 价飞升的经历【4 4 , 4 5 j 。p a b 机制类似于第一价格暗标拍卖，缺乏真实信息披露的激励 相容特性，从而会导致更大的市场风险和低效调度，以及投资基载发电厂的激励机 制丧失【4 6 , 4 7 j ，而且可能会出现比m c p 拍卖机制更高的平均价格1 4 8 l 。 从市场力的角度，我们也可以得到同样的结论。m c p 机制下，大发电商行使市 场力主要是通过对容量的经济持留和物理持留。经济持留是指发电商在容量不变的 前提下，提高报价以获得更高的利润。因为大发电商通常拥有边际以下机组，在 m c p 竞价机制下大发电商可以让其边际机组申报高价，而边际以下机组申报较低的 价格，在这种情况下大发电商不中标的风险很小，通过边际机组的报高价抬高市场 1 0 华北电力人学硕十学位论文 出清价格而使边际以下机组享受高电价带来的超额利润，这些现象在高负荷时更为 严重，甚至在负荷高到一定程度时，大发电商还可以提高边际以下机组的报价，因 为这时基本不存在不中标的可能。此外，拥有市场力的发电商还可以通过物理持留 来实现对利润的追求。物理持留就是让部分机组不参与报价，使得市场供给量减少， 从而抬高市场出清价获得较大收益。 在p a b 机制下，一般也有偏离成本报高价的倾向，而且比m c p 下还要严重， 也就是说它的经济持留更加明显。而对于物理持留，发电厂商如果仅持留容量但不 提高报价将直接导致其利润损失，因而此时其最优产量决策是上报所有发电容量， 不持留。但在市场供应紧张时，发电商可先持留容量再通过报高价获利。因此虽然 从整体来看，其物理持留的倾向要远远小于m c p ，但其仍有缺陷。 综上所述，不论从拍卖理论还是市场力的角度，m c p 和p a b 机制都会使发电 商有报高价的倾向，从而不能引导发电商上报真实成本，引起电价上涨，甚至电力 危机。不能激励发电商上报真实成本是这两种竞价机制的一个重要缺陷，但其还有 另一个重要缺陷，就是不能保证发电商回收容量成本。 ( 二) 容量成本回报不足【4 9 j 无论m c p 还是p a b 竞价机制，其经济学基础是短期边际成本理论，即为保证 市场效率，认为报价仅是电量成本。在m c p 机制下，对于最后加载的边际机组， 由于其上网电价就是其报价，因此其容量成本补偿为零，而实际上边际机组的容量 成本投入不可能为零。对于p a b 机制，所有上网发电商得到的支付都是其报价，因 此同样存在上述发电厂商容量成本回报不足的问题。在电力市场的运营中，投资回 报不足往往会造成新厂商进入的事实性壁垒，抑制发电容量的新投入。由于大中型 燃煤发电机组投资建设周期一般为3 5 年，因而上述由容量投资回报不充分造成的 电力投资不足，轻则造成电力市场的电价上扬，重则出现电力市场的不稳定，甚至 电力危机。这就是国际上多数电力市场在改制之初电力投资不旺，随后又不同程度 地出现容量不足，电价飞升，而不得不采取补救措施的深层原因。我们应充分估计 容量成本回报不充分所形成的事实电力壁垒的严重后果：投资萎缩、容量短缺、电 价上涨、具有市场势力的发电厂商兴风作浪、政府不得不出面干预市场，甚至导致 暂时关闭市场。 为了保证发电厂商容量成本的合理回收，有人提出在保留现有竞价机制的基础 上，对电价的结算采用两部制电价。即对发电机组的容量成本投资由政府出面担保， 按一定的还贷年限确定其容量电价，通常由购电方按年度固定支付，而其发电量和 电量电价取决于发电厂商在电量市场中的竞争结果。但这种机制同样存在问题：第 一，由于电量市场仍然采用的是m c p 和p a b 的定价方法，因而发电厂商同样有可 能利用实际电力市场结构的不完美性，用其具有的市场力操纵电价，尤其是在缺电 1 1 华北电力大学硕士学位论文 的情况下，这种行为更容易发生。第二，在两部制电价下，由于政府出面担保保证 容量投资成本的回收，因而投资者完全没有投资的风险。一旦发生了过投资，则将 由用户来承担高电价的风险。事实上在中国，长期以来在计划经济体制下，实行政 府对电力工业的管制，大型火电厂的建造由中央政府审批的负面影响已经逐步显露 出来，加上缺少成熟的招投标制度，其直接的后果是发电成本难控制，导致电价上 升，增加了社会负担。第三，两部制电价还将加速国有全资老厂的萎缩，因为它是 在完全不承认国有全资老厂容量价值的前提下，用老厂的劣势( 较高的电量成本) 去和新厂的优势( 较低的电量成本) 竞争。而按照经济学原理，任何竞争后上网的 国有老厂容量，作为有限的容量资源，都存在相应的影子容量成本。在存在新老电 厂的情况下，两部制电价是向新厂高度倾斜的电价体制，是貌似公平，实则极不公 平的电价体制。 两部制电价本质上是政府直接介入市场，审定个别成本和收益，担保部分厂商 的容量成本完全回收，直接干预了市场成员间的利益分配。其结果必将导致容量投 资市场的竞争，损害部分市场成员的利益。其在根本上违背了投资市场自担风险的 原则，将会严重扭曲市场的经济学信号，直接后果将使投资成本居高不下，市场效 率低下，最终损害广大用户的利益。 由于上述传统两部制电价存在诸多问题，有部分学者对其进行了修正，提出了 修改后的两部制电价方法。该方法的主要特点是，( 1 ) 不再按个别机组审批容量成 本，而是不分新老厂按平均容量成本确定统一的补偿量，( 2 ) 容量成本按一定比例 补偿，即不完全补偿容量成本，发电厂商要承担部分投资风险，( 3 ) 电量市场可采 用m c p 或p a b 定价机制。应当说这是一个进步，它部分认识到了传统两部制电价 中的问题，并试图对其进行修正。但其仍然存在如下问题，( 1 ) 容量成本补偿比例 的确定缺乏经济学依据。( 2 ) 容量市场的经济学信号不足。( 3 ) 该方法是一种向老 厂严重倾斜的方法，如没有相应的金融财税调控措施，必将损害市场效率。( 4 ) 其 电量市场采用m c p 或p a b 电价，在市场结构不完善的寡头竞争环境下和缺电情况 下发电厂商滥用市场力导致电价飞升，甚至危及市场安全的情况依旧存在。 由此可见，如果电量市场仍采用m c p 和p a b 竞价机制，只是在电量市场之外 采用其他方式对容量成本予以补偿，其补偿结果并不如人意，同时还产生了许多其 他的问题，因此需要设计一种新的电量市场竞价机制，在竞价时考虑容量成本补偿， 通过市场信号引导投资。本文的激励性竞价机制设计，就是真对现存的竞价机制在 激励发电商上报真实成本和不能补足容量成本方面的缺陷，设计了给予发电商一定 信息补偿，以激励其上报真实成本，并通过经济学的影子容量成本给予其正常的容 量补偿，从而达到保证电价的稳定和满足电力工业发展的适度投资的目标。 1 2 2 2 机制设计理论 2 2 1 机制设计理论概述 华北电力人学硕十学位论文 2 0 0 7 年1 0 月1 5 日瑞典皇家科学院宣布，将2 0 0 7 年诺贝尔经济学奖授予三位 美国经济学家利奥尼德赫尔维茨、埃里克马斯金和罗杰迈尔森，以表彰他们 在创立和发展“机制设计理论 方面所做出的重要贡献。机制设计改变了学者思考 最优政策的方式，并已成为近2 0 年来高级微观经济学的前沿理论。该理论已经广 泛应用于经济、社会、政治和军事等领域。 所谓机制设计理论就是研究对于任意给定的一个社会目标或经济目标，如何能 在自由选择、自愿交换的分散化决策条件下，设计出一个经济机制( 即制定的方式、 法则、政策条令、资源配置等规则) ，从而使得经济活动参与者的个人利益和设计 者的既定目标相一致。机制设计一般来说涉及两个方面的问题，一个是信息成本问 题，它关注制定的机制所需信息运行成本的多少，即是否只需较少的关于消费者、 生产者及其他经济参与者的信息；另一个就是机制的激励问题，即在所制定的机制 下，每个参与者在追求个人目标的同时，是否能在客观上正好达到设计者所需要实 现的目标。 机制设计理论的发展开端于赫尔维茨于1 9 5 9 年发表了论文资源配置中的最 优化与信息效率，文中他把机制定义为一种信息系统，在该机制中参与者向其他 参与者或信息中心传递信息，在这个框架中，市场或类市场的制度能够与一系列备 择制度进行比较。起初，学者们关注的重点是机制的信息和计算成本，而忽略了激 励问题。1 9 7 2 年赫尔维茨在他的论文中正式分析了激励问题，将“激励相容”这一 关键概念引入，之后机制设计理论才获得了广泛的应用。所谓激励相容就是指，如 果某个机制使得真实显示偏好策略成为占优的均衡策略，那么这一机制就是激励相 容的。也就是说，在制度或规则的制定者不能了解所有个体信息的背景下，可以设 计某种激励机制诱导经济人显示真实信息，使经济人在追求个人利益的同时也达到 机制所制定的目标。 2 0 世纪7 0 年代，“显示原理 和“执行理论的出现和发展推动机制设计理论 取得了重大进展。g i b b a r d ( 1 9 7 3 ) 第一个系统阐述了显示原理。m y e r s o n ( 1 9 8 6 ) 在最一般化方面发展了这个原理，并开创性地将之应用于规制( b a r o n a n dm y c r s o n ， 1 9 8 2 ) 和拍卖理论( m y e r s o n ，1 9 8 1 ) 等重要领域。显示原理表明，一种机制的任 何均衡结果都可以通过一种直接机制来实现，尽管所有可行的机制数量多，但在正 常的直接机制的子集中，总可以找到一种最优机制。显示原