（管理科学与工程专业论文）基于产业均衡的容量电价政策研究.pdf

摘要 在传统垂直一体化垄断经营体制下，电力工业生产能力即容量投资一般纳入国家 或地区发展计划，通过政府主管部门或者政府所有并经营的电力企业组织实施和完成。 假设不存在资金约束，传统的垄断经营体制提供了一种能够保证足够的容量投资水平 的机制，这是许多国家的电力工业不同程度地采用垂直一体化垄断经营体制的主要原 因之一。但是，垂直垄断一体化经营体制下的有效供给可能是严重低效率的。因此为 了解决电力生产经营效率的问题，世界上许多国家开始对电力行业进行了市场化的改 革。同时，不同的市场机制被提出来并被应用到实际的电力市场中，两部制电价机制 就是其中之一。而两部制电价机制能否适应相应的市场竞争模式和市场结构，并且能 够保证足够的容量投资水平，便成为目前电力市场理论和实践中的一个重要问题。 本文首先介绍了两部制电价机制的知识背景，并综述了国内外对两部制电价机制 的理论研究和实践。然后通过综述其它相关电力市场机制，并把它们与两部制电价机 制比较，得出了两部制电价机制现行实用性。为了进一步分析两部制电价的长期效果， 本文介绍了一个主要方法一实物期权法，并介绍了相关的数学前提假设，在此基础 上，从需求不确定性的角度出发，以古诺产量竞争为假设，构建了双寡头垄断下的发 电容量短期投资模型、长期博弈均衡模型，长期产业均衡模型。其中将不确定的容量 电价水平参数引入模型，而这也是贯穿所有模型乃至整个本文的关键所在。在本文最 后部分，将双寡头垄断下的情形分别推广到垄断竞争、完全垄断和完全竞争下的情形。 本文利用模型得出结论认为：垄断竞争下的发电企业在长期的容量投资博弈中将 会达到势均力敌，而且在本文所提出的容量电价调整政策下，电力产业将会达到长期 均衡，而如果容量电价保持永远不变，除非它能设置得相当精准，否则会造成长期容 量投资不足或过剩；当竞争模式从完全垄断一垄断竞争一完全竞争变化时，随着市场 中发电企业的数量增加，电力产业均衡能更早实现，而且更有效率；通过改变参数模 拟单一制电价机制的效果表明，单一制电价将导致长期发电容量将严重不足。 关键词：两部制电价；不确定性；寡头竞争；产业均衡 a b s t r a c t ht h et i a d i t i 伽i a li n t e 孕a t e dd e c t f i c i t yo p e n 廿蛐s y s t 锄，t h ec a p a c i t yi n v e s t m e n tw h i c h i sg e n e r a l l yi n d u d c di nn a t i a lo rl o c a ld c v e l 叩m e mp l 孤j si m p l 咖e n t e da d m i n i s t r a t i v d y g i v 既t h e 碍i s n tc a p i t a lc o m 仃a i n t ，仃a d i t i o n a ls y s t e m 啪g i l a m m e ec u 曲p a c i t y i n v e s t n l c n t 1 n h a ti sw h ym 锄yc 0 如仃i e sa d 叩t e dt r a d i 豳n a ls y s t c mt os 咖cc x t e n t s b u tt h e 俐i t i 伽i a ls y s t c mh a sl o we 蚯d c n ts u p p l y bo r d e rt o l v et h ep r 0 _ b l e m ，m 粗yc o u n t i i e si n t h ew o r l ds t a 】dt od e r e g u l a t et h ec l e c 啊d t yi d u s t 哆a tt h e 湖et i m c ，s 锄cm a r k c t m c c h a n i 锄sw e r cp i o p o s e d ，p a d t yp a y m e n t si so n eo ft h 锄w h c t h c rc a p a c i t ) rp a y m 曲t s 啪9 0w c nw i t hm a r k c tc o m p c t i t i o nm o d e l 柚dm a f k c tc 0 嬲t n l c t i i st h ei n l p o n a n ti s s u e i np r c n te l e c t r i c i t ym a r k e “h c o f y 翘dp r a c t i c e f i i s n y ，t h et h e s i si n 仃耐u c e dt h el m o l e d g eo fc a p a d t yp a y m c n t s 卸dd c s c r i b e dt h c f e 辩a r c ha _ b o u tt h et h e o r y 柚dp r a c c i c co fc a p a c i 哆p a y m e n t sd o m e s 位柚da b r o a d s e o d n d l y i t d c s c r i b c d 卸d m p 删t h e 坨l a t i v em c c h 孤i s m s ，柚d n c l u d c dt h ep n c i i c a l i t yo f p a d t yp a y m c n t s 1 1 l i r d l y ，i ti n 们d u c n 坞m a i nm c c h a n i s m r c a l0 p t i o 璐龃d “s t e d m er c l a t i v em a t h e m a t i ch o w l e d g c f o i l n h l y i nt h cb a s i so fu n c e n a i nd e m 趾d 柚d 0 3 u m o tg 锄et h ep a p e r0 0 n s t n i d c dt h em o d do fs h o n - mc a p a c i t yi n v 髂细e n t ，l o n g 一咖 g a m cc q u i l i b i i u m 卸d1 0 n g - 姗i n d u s t r yc q u i l i b i i 呦t h em o d e li n c l u d e dt h ep 狮e t e ro f c a p a d t y p r i c c w h i c h i s t h e m o s t 血p o r t 如t i n 山e p a p c r t h e h s t p a no f t h c p a p 盯e x t e n d c d ht h i sp a p e r ，m o d e lc o n d u d 懿t h a t ：m o n o p o l i s t i c m p c t i 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e q u i 胁r u m 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研 究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 、匆身乙舡 日期：卿年厂月p 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签钒黟扣乳 导师签名：岬切 日期：叼年j _ 月矽日 日期：叩年，月日 第1 章绪论 1 1 研究的背景及选题来源 从1 9 9 0 年开始，世界上许多国家电力行业开始了根本性的转变，该行业传统上被 认为是自然垄断，现在正从中央集权规划转变为放松规制和竞争。放松规制的目的是 为了提高经济效率，它包括长期目标和短期目标i q 。短期的目标是保证电力价格和输电 价格能够正确信号，使得现有的发电容量和输电网络能有效率地运行。而长期的目标 是诱导有效率的新发电容量的投资以及推进技术进步。 在一个完全竞争的理想市场，在有足够多的电力可以满足需求的情况下，那么市 场的价格就会等于边际发电机组的发电成本；而在需求超过可用容量的情况下，终端 用电用户所愿意支付的价格决定了市场的价格。所以在高峰需求时产生的高电价可以 弥补峰荷机组的投资成本，而且也可以回收腰荷机组和基荷机组的固定成本协。事实 上，这种情况下的实时价格可以产生最优的电厂组合，并刚好可以回收它们的总成本 嘲。因此，电力市场中，如果它的实时市场运作良好，而且还有一个长期市场用来在 消费者和生产者之间分配风险，那么在理论上，这个电力市场可以产生最优的价格， 使得产生最优的新发电容量的投资，并使得发电容量和输电网络能有效率地运行，换句 话说，一个完全竞争的理想市场能够满足电力市场的长期和短期目标。 然而，事实上，电力市场本身的问题使得实时市场并不能提供正确的信号以达到 长期和短期目标。其中电力市场在需求端存在两个缺陷，这两个缺陷对电力市场的价 格形成有很大的影响。第一，由于缺少测量方法以及及时的价格反馈，限制了需求对 价格的反应。因此，电力需求的短期价格的低弹性会阻止需求方的支付意愿在实时价 格中反映出来。第二，缺乏对特殊消费者供电的实时控制，妨碍了双边和约的实际， 系统运营商不能履行合约，使消费者失去签定长期合约的信心，而长期合约可以稳定 发电企业收入，并刺激投资田。 而在市场的供给端也存在以下四个问题，第一，与市场的规制有关，如果在市场 无法决定价格的情况下，规制者就必须为市场限定一种价格。管制者总是趋向于把价 格定得很低，这将明显的降低预期利润和投资者的信心。即使市场中没有指定价格， 当价格上升到一个很高的水平时，管制者的干涉仍然会带来风险。第二个问题是投资 者对风险的厌恶。对峰荷电厂的投资风险特别高。除非有一个流动的长期市场，在那 里投资者可以有效的控制风险，否则对潜在容量的投资有可能被无限期延迟。第三个 问题是，电力系统中大的发电企业对潜在的市场势力的应用，在位企业可以通过设置 足够高的门槛，从而导致投资不足，并且在位企业还可以有意减少发电量，这两者都 可以提高市场价格，使得发电企业获得超额垄断利润i q 。第四个问题是，发电资产的回 收期长以及能为其提供适当利率的长期资金的有限，在一定程度上阻碍了新发电容量 的投资唧。 总之，正是电力市场的以上一些问题以及电力市场所特有的下列两个特征：电力 不能储存以及供需同步性，使我们不能简单地从其它行业类推来得出结论恫，而需要设 计电力行业特有的市场机制以适应不同的市场结构和竞争模式n 。因此，两部制电价作 为其中一种市场电价机制便应用而生了。由于它给投资商提供了回收固定成本的费用， 缩短了投资商回收固定成本的周期，所以刺激了投资，在一定程度上解决了单一制电 价下的发电容量投资不足的问题。 而我国政府2 0 0 2 年4 月出台的电力体制改革方案和2 0 0 3 年7 月出台的电 价改革方案，进一步加快了电力工业市场化改革的进程嘲，2 0 0 4 年国家发改委会商国 家电监会决定在东北区域电力市场实施两部制上网电价改革试点，采用两部制上网电 价全电量竞争模式研。因此两部制电价诱导长期发电容量的效果便成为我国两部制电 价试点工作中的重点问题。 本文的选题来源于导师主持，作者参与的国家自然科学基金项目“电力市场条件 下电力工业投资均衡机制及相关政策研究”和湖南省教育厅重点科研项目“放松规制 后电力工业投资均衡机制研究”。 1 2 文献综述 1 2 1 两部制电价的背景知识综述 两部制电价由电量电价和容量电价组成，其中电量电价是指发电企业的实际发电 并出售的电量的价格，而容量电价是指不管发电企业有没有发电都可以根据其可用发 电容量的数量获取报酬的一种价格。设计容量电价的意图是给发电企业提供用来回收 部分固定成本的报酬，以刺激发电投资，稳定电力市场。 根据容量电价调整周期的长短，国外文献通常将两部制电价。分为两类：动态两部 制电价p y n 锄i cc 叩a d t ) ，p a y m 明t ) 和固定两部制电价( 融e dc 叩a d t yp a y m e n t s ) “”4 。英 国在1 9 9 0 到2 0 0 0 年实旌的是动态两部制电价o ，其中容量电价每半小时变化一次，它是 基于失负荷概率和失负荷值的嗍，它的基本计算式如下： c 叩a c i t yp a y m e n t = l d l p ( v o u ，m 缸【s m 只b i d 硼c c 】) 式中，l o i j p 表示失负荷概率，v o u 表示平均失负荷值，s m p 系统边际价格( 这个 价格是电力库价格的基本价格) 。由于英格兰和威尔士电力库是一个整体系统，所以对 于系统操作者来说，他知道每个小时系统的备用容量数量，因此它可以计算出失负荷 概率从而计算出容量电价。 。在大部分的外国文献中，两部制电价机制被称为“o 咿a d t y p a y m 咖”。 o 英国于2 0 年1 0 月份采取。n e 疆”，放弃了基于失负荷概率的动态容量报酬方法 2 固定两部制电价中的容量电价在相对较长的一段时间内保持不变，任何一台可用 的机组都可以获得容量报酬，而不管它发电与否。设计固定两部制电价主要有两个目 标：一是稳定发电企业的收入，特别是峰荷机组的收入，二是通过刺激投资和激励机 组可用率使市场容量充裕度达到较高水平1 1 4 l 。由于发电企业能得到相对固定容量报酬， 所以不再需要价格钉收入来回收固定成本，因此，固定容量电价机制往往与价格上限 政策捆绑使用。如果电力市场能良好运转，也就是说，没有市场势力，以及容量电价 水平设置得适当，那么就不需要价格上限政策。这种方法已经在阿根廷 、智利、哥伦 比亚、秘鲁、西班牙等国家实行1 4 l 。并且在不同国家不同时期的容量电价水平也不一样， 西班牙1 9 9 8 年的容量电价水平为7 0 ，也就是说由固定成本引起的每年财务费用的 7 0 可以从容量报酬中得到回收【坍。 1 2 2 国外研究现状 对于动态两部制电价，国外文献中的对它的批评观点已压倒性地超过了对它的赞 同观点，而且事实证明这种机制也是一种不成功的机制：英国在采取动态两部制电价 的1 0 年间( 1 9 9 0 一2 0 0 0 ) ，市场备用容量大幅度下降，市场电价不但没有出现预期的下降， 反而出现了增加。也正是因为这个原因，英国才在2 0 0 0 年舍弃了动态两部制电价机制， 采取了“电力市场交易法案”( n e t a ) 。 对动态两部制电价的批判主要基于以下三个观点： 第一，用于计算容量电价的失负荷值( v o l l ) 通常是人为主观设定的，没有市场基 础n - ，这样所得到的需求水平与实际的需求水平相差甚远，虽然有学者提出采用需求侧 竞标的方法来得到失负荷曲线，从而对失负荷值进行修正n 订，但这种方法使得交易成 本大幅上升。 第二，用于计算容量电价的失负荷概率( l o l p ) 通常采用的是一些简单的概率模型， 比如泊松来到( p o i s o na r r i v a l s ) 、正态分布( n o r m a ld i s t r i b u t i o n ) ，并没有考虑到 对发电企业发电或者投资的激励因素和抑制因素一“，因此也就不能模拟出实际的概率 分布。另外在大部分都是水电的系统中( 比如巴西电力市场) ，失负荷概率的设定更加 复杂，因为雨季的失负荷概率很小，这就会对火电商造成不成比例的低报酬w 。 第三，动态容量报酬并没有促进竞争，因为它有一个人为产生的租金，这导致了 市场势力的增加。文献 2 1 利用一个简单古诺模型证明，动态容量报酬会使得消费者 剩余，生产者利润以及社会净福利方面都变得更糟，而且还说明了由于有人为的高租 金，动态容量报酬只会使发电市场的垄断情况更加恶化。文献 2 2 也利用英国的实例 说明，大的发电企业可以操纵失负荷概率，从而获取更高的租金，而在其它的国家， 动态容量报酬导致了大量的无效的峰荷机组的建设，但并没有激励在容量短缺时提高 发电容量的可用率。 。阿根廷在2 0 年向容量义务机制( c a 嗍o b u 辨l i o 蚰) 方向改革 3 国外对于固定两部制电价的效果也是褒贬不一。其支持的观点主要基于以下几点： 第一，固定两部制电价能降低投资临界值，刺激投资。文献 2 利用北欧电力市场 历史数据拟合出价格一需求曲线，并利用实物期权方法对单一电价、动态两部制电价、 固定两部制电价的效率进行比较，得出结论认为：固定两部制电价是最具有成本效率 的机制，因为更低的容量报酬就能刺激投资，期望利润的投资临界值也较低。 第二，固定两部制电价能稳定电力市场，降低电力工业长期的周期性震荡。文献 2 3 通过对电力市场中相关因素进电脑模拟，结果表明：如果仅仅依靠电量电价( 即采 用单一制电价) 系统会高度不稳定，采用动态容量电价也达不到稳定性的目的，而采用 固定容量报酬则可以将一个本身不稳定的系统转变成一个稳定的系统，而且增加容量 报酬可以产生更大的稳定性。文献 2 4 阐述了当有固定容量电价对备用容量进行直接 支付时，就不需要价格钉收入对备用容量提供报酬，因此将固定两部制电价政策与价 格上限政策捆绑使用可以降低价格的波动性而不会影响平均价格以及储备容量。 对应地，批判固定两部制电价的文献主要有以下几个观点： 第一，固定两部制电价对稳定电力市场的效果并不明显。特别是在一个非隔绝的 电力市场中，如果相邻电力市场的电价较高或者容许有价格钉收入，那么就会导致内 部发电容量的大量输出，造成发电容量的严重不足，除非有规制措施禁止这种容量输 出的行为，欧盟国家就采取了这种措施，他们在内部容量短缺时有权利禁止内部容量 输出w 。文献 2 6 认为由于提供发电企业容量报酬的这部分资金最终是通过提高销售 电价从消费者手中筹集的，因此上升的电价将降低消费者需求，从而降低发电容量的 均衡水平，另一方面容量报酬将使得发电企业提高发电容量的均衡水平，这两种反向 效果加起来并不会增加社会总福利，甚至还达不到次优水平。 第二，设置一个合理容量电价水平比较困难。文献 2 7 认为，总体原则上，一台 发电机组所获得的固定报酬应该能够弥补它不能从电量收入中所回收的一部分固定成 本，而且系统中总的容量报酬应该根据各机组对系统稳定性的贡献进行分配。然而在 实际中定义这样一个标准是很困难的，因为不知道未来的价格也就不可能准确预测固 定成本中需要从容量报酬中回收的比例。文献 4 认为，固定两部制电价并不能使得对 发电容量的未来需求变得更清晰，而且它只是提高了一般发电容量的获利水平，并没 有使得峰荷容量的投资变得更吸引人。因此对于发电容量的需求它并不能提供一个清 晰而准确的信号，使得容量报酬的作用变得并不明显，这样要决定一个合理的容量报 酬的水平将是非常困难的。 1 2 3 国内研究现状 、国内文献对于两部制电价的研究少之又少，特别是关于两部制电价对电力工业的 长期影响的研究几乎没有。文献 2 8 根据我国电力市场的自身特点和国家发改委制定 的两部制电价实施方案，描绘出两部制电价和电力市场的因果关系，在此基础上构建 4 了电力市场价格系统动力学模型，模拟结果表明，发改委颁布的两部制电价方案能保 证适度的容量投资，不会出现动态两部制电价下的电价和容量投资的周期性波动；同 时通过修改模型结构，模拟了不考虑电力市场供需变动的固定容量电价对电力容量投 资的影响，结果显示，完全固定容量电价。容易引起投资过热。文献 2 9 利用实物期权 方法建立了发电投资决策框架，并分析了单一制电价，两部制电价，容量义务( c a p a c i t y o b l i g a t i o n ) 三种不同的机制对发电投资决策和电力市场容量充裕度的影响。但是对于 两部制电价仅仅得出了容量电价越高，投资阀值越低，刺激容量投资的结论。不过该 文献还认为，容量电价设置得过高或过低都会导致错误的投资信号，诱导出过多或过 少的发电投资。因此在两部制电价中如何确定容量电价水平是一个值得研究的问题。 1 3 论文框架和创新点 1 3 1 论文框架 发电投资的巨大成本，投资的高不确定性以及高不可逆性，决定了电力投资需要 更加审慎的决策。那么这种投资高风险又如何在作为管制者的政府和市场投资者之间 达到合理的分配，使得发电投资容量在长期内在一个可以接受的范围内，因此研究在 不确定条件下高风险在管制者和投资者之间的合理分配便成了本文的出发点。通过综 述比较几种市场机制，得出两部制电价的现行实用性。而后利用实物期权方法，研究 两部制电价下双寡头的短期容量投资，得出短期的投资临界值，在此基础上过渡到长 期博弈，得出长期博弈均衡，并提出了可以诱导长期产业均衡的容量电价调整政策。 1 3 2 研究方法 ( 1 ) 实物期权方法。以需求不确定性为基础，在考虑竞争对手投资行为的前提 下，计算出企业发电投资项目的期权价值和投资临界值。 ( 2 ) 定性分析与定量分析相结合。通过建立指标体系，并针对不同的竞争模式给 不同的影响因素分配权重，从而对不同电力市场机制进行评分比较。 ( 3 ) 古诺博弈。发电企业在竞争对手投资容量的基础上决定自己的投资容量，由 此推出长期的博弈均衡，并过渡到长期产业均衡。 1 3 3 本文创新点 ( 1 ) 综述创新：系统全面地阐述了世界各个电力市场所应用的或者已经提出来的 电力市场机制，并建立了一套指标体系，进行了综合比较。 ( 2 ) 方法创新：在需求不确定性条件下，综合利用实物期权方法和长期古诺博弈 对两部制电价的长期均衡进行研究。 ( 3 ) 结论创新：提出了可以诱导两部制电价下电力产业长期均衡的容量电价调整 政策。 o 这里的“完全固定”是指容量电价永远不变，而不是保持一段时间不变 5 第2 章相关市场机制的评价与选择 2 1 容量投资的市场机制 在传统垂直一体化垄断经营体制下，电力工业生产能力即容量投资一般纳入国家 或地区发展计划，通过政府主管部门或者政府所有并经营的电力企业组织实施和完 成。假设不存在资金约束，传统的垄断经营体制提供了一种能够保证足够的容量投资 水平的机制，这是过去很多国家的电力工业采用垂直一体化垄断经营体制的主要原因 之一，也是现在许多国家仍然保持这种传统体制的主要理由。但是，垂直垄断一体化 经营体制下的有效供给可能是严重低效率的。作为对传统体制的革命性变革，电力市 场提出了解决电力企业经营效率问题的途径。不过，电力市场化改革和电力市场运行 的经验表明，电力市场在提高效率的同时，出人意料地陷入了容量投资不足的困境中。 如何设计或者选择一种市场机制或制度，适应相应的市场竞争模式和市场结构，并且 能够保证足够容量投资水平，成为目前电力市场理论和政策安排中的一个重要问题。 2 1 1 市场机制的特征及应用 电力商品的特殊属性和电力商品生产经营过程中的技术经济特征使电力市场明显 不同于一般商品市场。因此需要设计不同的市场机制来适应不同的电力市场，本章综 述了包括两部制电价机制在内的八种市场机制，如下表所示： 表2 1 容量投资市场机制及其特征 市场机制特征应用情况 单一制电价 电量价格为市场中唯一价格， 挪威，美国加州，斯 饵n e f g y 一伽l y )类似一般商品市场 堪的纳维亚，瑞典 固定容量报酬( 两部制)对可用的容量每小时支付固定西班牙，阿根廷，哥 ( 融e dc a p a c i t yp a y m e n t s ) 的报酬伦比亚，智利 动态容量报酬( 两部制)容量报酬基于每半小时的市场英格兰和威尔士电 p y n 锄i cc 印a d t yp a y m e n t s ) 情况变化而变化力库 战略备用容量系统操作者购买或新建一定数欧洲电力市场 ( s 仃a t e 百c s c r v c ，量容量，在供给紧张时才投入 m o t h b a l lr e s e e 1 使用 热备用容量定价系统操作者在市场中签订一定欧洲电力市场 陬m t i l l gr c s e 九，髂p r i c i n g ) 的容量作为热备用容量 容量义务规制者规定供电企业在某一时 p j m ，n y p p ， ( c 4 p a c i t yr e q u i r e m e n t ) 间必须达的可用容量水平 n e p 0 0 l 6 可靠性合同系统操作者从发电商处购买的未被应用 限e l 讪i l i t yc o n 仃a c t s )看涨期权+ 发电商未能满足履 行义务的罚金 容量预订消费者购买在高峰需求时使用未被应用 ( c a p a d t y 鲫b s c r i p t i o n s )一定数量容量的权利 世界各国电力市场运行的经验和相继发生的电力危机表明，没有一种市场机制是普 遍适用的。如何在市场竞争的框架内选择或设计一种有利于容量投资的市场机制，存 在不同的认识和争议。一种意见认为，在放松规制的早期，应该使用容量义务或容量 报酬机制；长期来看，使用容量预订机制会更有效率l l 习。然而，这种分析并没有包括 战略备用容量，热备用容量定价和可靠性合同。另一种意见认为，由规制机构决定或 消费者直接控制容量水平比应用经济激励更能稳定容量投资i t q 。 2 1 2 容量投资市场机制的分类 电力市场容量投资机制实际上需要考虑价格和数量两个因素，而且不同因素的市 场化程度是变化的。图2 1 根据发电容量的数量和价格的市场竞争程度( 或者规制程 度) 将表2 1 中八种市场机制划分为以下五种模式。 0 图2 1 容量投资市场机制的分类 ( 1 ) 完全市场模式：市场中所有容量的数量和价格完全由市场决定。单一电量和 容量预订属于这种模式。 ( 2 ) 规制价格、市场数量模式；市场中所有容量的价格由规制机构决定，而数量 由市场供求决定。固定容量报酬和动态容量报酬属于这种模式。 ( 3 ) 规制数量、市场价格模式：市场中所有容量的数量由规制机构决定，而价格 7 由市场供求决定。容量义务和可靠性合同属于这种模式。 ( 4 ) 半规制数量、半规制价格模式：市场中一部分容量( 比如备用容量) 的数量和 价格由规制决定。战略备用容量和热备用容量定价属于这种模式。 ( 5 ) 完全规制模式：市场中所有容量的数量和价格都由规制机构决定。传统垂直 一体化垄断经营体制下的容量投资机制就是这种做法。 总的来说，容量数量和容量价格的市场化决定程度越高，市场竞争的效率也越高； 同时，可能出现的容量投资失衡问题也越大。电力市场容量投资机制的类型分析也进 一步说明了电力市场竞争程度的有限性。 2 2 容量投资市场机制的评价 在上述市场机制中，一些机制有较高的短期经济效率，但无法激励容量的长期投 资；相反，另一些机制对容量投资能提供足够多的激励，但其效率较低。因此，建立 相应的指标体系，综合考虑经济效率和容量投资两个方面，针对不同的市场模式提出 最优的市场机制建议，是目前电力市场制度需要解决的重要现实问题。 2 2 1 评价指标设计 市场机制的短期经济效率主要体现在以下三方面： ( 1 ) 抑制市场势力。一种市场机制能否有效地抑制市场势力主要从两个指标来 判断。一是在短期内特别是在容量短缺期间，。应该能够激励发电商最大化其发电量， 而不是通过保留发电容量删t l i l l o l d i n gg e n e n t i c a p a c i t y ) 来提高市场价格；二是机制 本身不应存在可能被人为操纵的漏洞，比如发电商出售实际上并不存在的容量，或者 是对容量拍卖进行操纵。 ( 2 ) 供给效率。提高经济效率是市场机制的一个重要目的。在供给侧，经济效 率可以用可用发电容量与峰荷需求的比例来表示，判别比例的合理性有两个指标：第 一，由于市场不确定性以及信息不完备性，规制程序往往存在一定程度的误差，因此， 市场机制设计中由市场决定的参数越多，决定的程度越大，那么效率就越高；第二， 市场机制对市场竞争程度的影响，市场机制如果能够降低进入门槛，增加透明度，就 能够增加市场竞争程度。 ( 3 ) 需求价格弹性。有两种方法可以增加需求的价格弹性：种是需求侧管理， 对某一组特定的消费者，提供给他们经济激励以交换定时中断他们电力供给的权力； 另一种就是采用实时定价，让所有消费者考虑他们的高峰需求时间的消费，这可以表 现出完全的价格弹性，但是，这个办法需要有实时测量仪器。消费者将峰荷时间耗电 量转移到非峰荷时间耗电量的程度可以用来评估市场机制的需求价格弹性。 市场机制对容量投资或者供给义务的作用主要体现在以下两个方面： 8 ( 1 ) 对新增发电容量投资的激励。电力行业投资是高风险的，投资者如果不能获 取相应的风险报酬，则会推迟投资或者是放弃投资。因此，判断一种机制能否有效激 励投资，主要是看其能否有效地减少投资风险。减少风险主要有两种途径：第一是使 得容量需求对投资者或者供给方来说是确定的，使投资者能更简单地做出投资评估和 决策；第二是稳定发电商的收入，使收入多样化，并有稳定的价格。 ( 2 ) 抑制区域性短缺。一个开放的市场往往要与它周边的市场在容量数量和价格 上进行竞争，所以，周边市场的电力短缺往往会影响到内部的电力供给，这体现在两 个方面：第一，相邻市场的电力输入一定程度上代替了内部的容量投资，在出现区域 性短缺的时候，电力输入变得非常稀缺，而内部的发电容量又往往不足，使得内部市 场非常不稳定；第二，若外部市场价格比内部市场价格高，可能会有大量的容量输出， 造成内部市场不必要的容量短缺。因此，如果市场机制能够在大量电力输入时保证一 定的内部容量投资，并且使可用的发电容量优先满足内部消费者的需求，那么这种机 制就能够抑制区域性短缺。 2 2 2 评价分析 针对上述的指标，我们对所提到的八种机制进行分析。 ( 1 ) 单一电量。这种机制下，电量价格是市场中唯一投资信号，对投资者来说， 需求不确定性及收入的单一性会降低投资激励，另一方面，在位的发电商有强烈的动 机保留一定的发电容量以提高价格，进一步降低了市场中的容量供给。在与外部市场 存在大量交易时，单一电量机制完全不能抑制区域性短缺。单一电量的实时定价有较 高的需求价格弹性，但由于存在价格上限规制，需求价格弹性受到了限制。单一电量 机制的优势在于，市场决定了几乎全部的参数，使得具有较高的供给效率，同时简单 易行，既适合于传统的垄断经营市场，也适合于目前的电力市场。 ( 2 ) 固定容量报酬。这种机制下需求的不确定性仍然较高，但由于在电量收入中 加入容量报酬，提高了平均获利率，收入稳定性得到一定程度的改善。在与外部市场 有大量交易时，容量报酬仍然无法抑制区域短缺，只能通过较高的获利率吸引一部分 外部容量或留住内部容量。因为不再需要“价格钉”( 州c cs p i k c ) 收入回收成本，实 施价格上限制度可以抑制一定程度的市场势力。但是，投资者可以制造高成本的假象 使规制者提高容量报酬水平。固定容量报酬与单一电量几乎有着相同的需求价格弹性， 不利于促进竞争。但是，容量报酬制度透明、而且容易实行。 ( 3 ) 动态容量报酬。与固定容量报酬的区别是价格波动性更大，投资者的收入更 加不稳定，这也使得这种机制有更高的需求价格弹性。由于容量报酬是基于失负荷值 和失负荷概率以及系统边际价格的，所以，相比固定报酬更不容易被操纵。也正是这 个原因，实施起来更加复杂。 9 ( 4 ) 战略备用容量。如果备用容量的执行价格被设定在失负荷值，其情形将类似 于单一电量市场，唯一的区别是额外备用容量的存在导致断电的概率降低。如果执行 价格较低，则会出现更多的但更平缓的“价格钉”，发电企业收入更稳定，但发电企业 有强烈的动机保留容量，使电价达到执行价格的水平，同时发电企业还可以操纵旧机 组的出售价格，而且较低的执行价格使战略备用容量代替一定的峰荷容量，限制了竞 争，使得需求弹性更低。这种机制的实施成本也较高，因为需要一个中立机构来购买 和运营战略备用容量，这个机构一般是拥有电网的系统操作机构，而这又与系统操作 机构不能同时拥有电网和发电容量的规则相矛盾。 ( 5 ) 热备用容量定价。与战略备用容量大致相同，相比之下其主要优势是有更高 的供给侧效率，而且实施起来更简单：只要系统操者愿意支付的价格高于边际发电机 组的可变成本，市场就是有效率的；只要把热备用容量及其定价看作是系统操作机构 功能的拓展，机制就可以实旌。不同的是，系统操作机构等同于市场中的一般电力用 户对这些备用容量进行支付，但由于发电企业还可以出售并不存在的发电容量，使得 机制容易被操纵；同时，这种机制更无法抵制区域性短缺。 ( 6 ) 容量义务。这种情况下市场中的总发电容量数量是受到控制的，发电企业的 收入等于电价加上供电公司提供的容量报酬。在外部价格比较高时，即使需求是被定 量分配好了的，他们也可以向外部输出电量。发电企业仍有动机保留容量以操纵价格。 由于不再需要“价格钉”来提供新容量投资信号，所以，价格上限制度可以限制这种 行为；同时，发电企业可以提供实际上并不存在的容量在市场中进行博弈。市场机制 激励了需求侧管理，电力企业可以通过可断电合同来满足它们的容量义务。容量义务 机制的实施需要一定程度的规制，因为供给和需求都必须得到监控，而且每个供电公 司的备用容量份额也要事先算出来，并且必须建立一个容量信用的二手市场，包括一 个对这种容量信用进行跟踪核实的系统，以保证它们是确实可用的，最后供电公司是 否服从义务的过程必须得到监管并且需要强制执行。 ( 7 ) 可靠性合同。系统操作机构所需要的期权的数量提供了一个确定的需求信号， 通过出售看涨期权，发电企业将不稳定的“价格钉”收入转换成为稳定的收入。为了 增加可靠性合同的价格，发电企业有可能会保留容量，甚至操纵合同的拍卖。期权的 执行价格类似于价格上限，在一定程度上会降低消费者的的需求价格弹性。利用可断 电合同作为备用容量，对需求侧管理提供了额外的激励。实施可靠性合同需要一个规 制机构从发电企业购得看涨期权，一个跟踪期权交易的系统以及一个用来支付期权和 当期权被执行时返还收入给消费者的机制。 ( 8 ) 容量预订。消费者直接影响着市场的装机容量水平，所以需求对供给方来说 是明确的，由于用户需要签订高峰用电合同，这在很大程度上稳定了发电商的收入。 在与外部市场存在大量电力交易时，高峰用电合同的一定程度上可以抑制区域性短缺。 在市场势力方面，使发电企业也没有理由保留容量来提高电价。容量预订机制的优势 集中地反映在有很高的供给效率和需求价格弹性两个方面；而缺点主要执行成本太高， 因为所有的消费者都需要安装可控制的电子装置和通信设备。 2 2 3 评分 根据上述分析，对八种市场机制的各个指标进行评分，可得结果如下。 表2 2 八种容量投资市场机制的评分 市场机制 萱 固动战 差蓉 容可容指 量 同茬 量标 预 符 报定报态容略 番罂务订号 评价指标 电酬容酬容 量备 量量量用 抑激励最 制 市 大产出 5 3 - 3 33055墨 场 ( d 1 ) 势 力抑制人 ，_ 、 b 1 为操纵 535- 55535邑 、- ， ( d 2 ) 经 供市场参 济 给 效 效 数数量 50o- 3- 3055 邑 益 ( d 3 ) 窒 ，- 、 ，一、 口2 促进竞 4 、一 争 5- 330 3 3 5 5 x 。、一一 ( d 4 ) 需 需求侧 求 管理 5- 5- 500335 也 弹 性5 ) ，- 、 马实时定 、一 价535o0o03 x i 6 ) 容 需求确 量 投 资 定性 - 555oo555 x 投 激 ( 啪 励 资 ，- 、 收入稳瓦 ，、 c 1 4 、一 定性- 50333555 、。， ( d 8 ) 抑适当容 制 区 量投资 - 53 - 300555 x 4 域 ( d 9 ) 短 缺优先内 ，- 、 c 2 部需求 5- 3- 353355 、一， ( d 1 0 ) 注：表中5 、- 3 、0 、3 、5 分别表示指标绩效等级为：很差、差、中等、好、很好 从表中可以直观地看出，容量预订机制不论在效率方面还是容量投资方面都是表 现最好的；其次是可靠性合同机制和容量义务机制；而单一电量机制最差，因为它的 设置类似于一般商品市场，忽略了电力市场的特殊性。 ， 为了对各种机制进行相对准确的比较，可以给各级指标分配权重，得出不同机制 的最终加权平均评分结果。 假设第一级权重4 ，即经济效率和容量投资权重分别为4 ，4 ；第二级权重口；和 c l ，口；为经济效率下的指标权重口。，口：，曰，c 为容量投资下的指标权重c 1 ，c 2 ； 第三级权重q ，即指标置所对应的权重。其中：4 + 4 = 1 ，口，+ 口：+ 口3 = 1 ，g + c ：= i ，d h + 巩= 1 ， f2 1 ，2 ，3 ，4 ，5 。 将各种市场机制的各个指标得分置进行逐级加权平均，得到不同机制的得分q 。 。 3 2 。 q = 4 垦( d 1 二r 2 j - l + z k j ) + 4 g ( d 玉+ 5 z _ + 5 + i k + 6 盖+ 6 ) ( 2 1 ) 口丑 各级权重可以根据电力市场的具体情况而设定。理论上，一种机制的加权平均值 q 越高，表明其在市场竞争效率和供给保证机制两个方面的综合效果越好，在电力市 场制度安排中应该得到优先选择。 2 3 容量投资市场机制的选择 实际电力市场容量投资机制要与相应的市场竞争模式相适应，并且还要考虑到实 施条件和可行性。因此，实际电力市场容量投资机制选择可以按以下三个步骤进行。 ( 1 ) 选择与特定的市场竞争模式相适应的市场机制 电力工业市场化改革其实是市场结构或者市场竞争模式的变化。随着市场竞争程 度的加剧，电力市场将从传统的垄断型向完全市场化的零售竞争模式演变。一般情况 下，考虑制度变迁的路径依赖和相应的技术经济支持系统的适应性1 1 ，电力市场还有买 电型竞争模式和批发型竞争模式两种过渡模式。如表2 3 所示，由于不同的容量投资 市场机制要求相应的技术和交易制度支持，因此，不同的市场机制对应地不同的市场 竞争模式。表2 3 列出了容量投资的市场机制与电力市场竞争模式之间的对应关系。 表2 3 市场机制与竞争模式的对应关系 初蒯 苴一 固定容动态容战略备热备用容量可靠性容量 模交 电量量报酬量报酬用容量容量定义务合同预订 价 垄断型、， 买电型、，、， 批发型、， ，、， 零售型，、， 注：表中“，表示对应机制与竞争模式相适应 ( 2 ) 根据电力市场建设目标对市场机制进行综合评分 虽然电力市场的基本目标是相同的，但是，考虑到不同电力市场的技术经济条件 等原因，不同国家或地区的电力市场建设的具体目标往往存在差异。容量投资的市场 机制评价首先要把这些具体目标落实在评价指标的权重设置和评分结果上例如，在 供给严重不足的电力市场，容量投资一级指标的权重以显然应该大于竞争效率一级指 标的权重4 ：如果电力市场与外部市场没有电力交易，则容量投资一级指标中的三级 指标优先内部需求的权重d 1 0 应该设置为零。权重设置后针对具体电力市场按评价指 标在定性分析的基础上评分，最后计算不同市场机制的综合评分结果q 。理论上，q 最大的市场机制就是所要选择的结果。 ( 3 ) 根据操作难易程度进行综合选择 在一般情况下，通过第二个步骤就可以得出答案。如果不同市场机制的综合评分 结果q 差异不大，在这种情况下，要特别考虑市场机制的可操作性。简单地说，如果 根据综合评分q