（系统工程专业论文）基于竞价上网的电价理论与竞价策略研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 j _ _ _ _ | j _ _ _ e = j _ _ _ 目_ | _ _ _ _ _ _ _ _ 一i _ _ j - _ _ _ _ - 摘要 f2 0 世纪9 0 年代以来，电力体制改革浪潮席卷西方工业发达国家。随着“厂网分 开、竟价上网”的改革在我国电力行业的逐步试行，与之相适应的竟价模式及电厂 报价策略生成已成为我国电力改革中急需解决的重要问题。殳尸 论文在探讨我国电力市场特点的基础上，首先研究了适应于我国电力工业现状 的竟价模式，对各种模式的特点进行了比较分析。在电力市场中，电厂面临的一个 重要问题是报价问题，论文在综述以往电价理论的基础上，着重分析探讨了综合成 本定价法的不足，证明了边际成本定价法在电力市场中的局限，对边际成本定价下 的社会总福利和寡头垄断定价下的社会总福利进行了比较，并分析了实时电价的构 成和市场意义。在上述分析的基础上，论文以博弈论为分析工具，研究了电厂最优 报价策略，并使用不完全信息静态博弈模型和拍卖模型分别对两类报价策略( 离散型 报价策略和连续报价策略) 进行了求解。( 针对电力市场不完全竞争特点研究了电厂的 市场力问题，论文引入重复博奔理论对电力市场上电厂的市场力问题进行了分析， 研究了电厂在有限次和无限次重复博弈的过程中可能采取的战略，指出在后一种情 况下电厂存在合作的可能性，并且进一步比较了不同战略下合作的可能性大小。 论文对电厂竞价上网报价决策支持系统的开发问题进行了研究，提出了竟价上 网报价决策支持系统的总体框架，并对系统的结构和功能进行了分析和探讨。最后， 对本文所做工作进行了总结并展望了以后研究工作的重点与方向。人，少 f b 关键词：电力市场；边际成本定价；实时电价；投标策略；博弈论；( 莲垂蔓梦7 r 华中科技大学硕士学位论文 口= ；= ；j _ 日j 目ii i i i i | _ 4 目- 自 a b s t r a c t e l e c t r i cp o w e ri n d u s t r i e sa r o u n dt h ew o r l da r e u n d e r g o i n gr e s t r u c t u r i n g a l t h o u g h t h e d e t a i l sm a yb ev a r i o u sf r o mo n em a r k e tt ot h eo t h e r i ti s g e n e r a l l yb e l i e v e dt h a t t h e d e r e g u l a t i o nw i l l b e n e f i tc o n s u m e r s ab a s i ct r e n di nt h i sr e s t r u c t u r i n gp r o c e s si st h e i n t r o d u c t i o no f c o m p e t i t i o na m o n gg e n c r a t i o ns u p p l i e r st h r o u g ht h ec r e a t i o no fe l e c t r i c p o w e r m a r k e t s t r a n s a c t i o nm o d e la n d b i d d i n gs t r a t e g ya r eb e c o m i n gm a j o ri s s u e si nt h e e l e c t r i cp o w e ri n d u s t r i e s b a s e do nt h ef e a t u r e so fc h i n a se l e c t r i cp o w e rm a r k e t ，s e v e r a lk i n d so ft r a n s a c t i o n m o d e l sa r es t u d i e d a f t e rs u m m a r i z i n gt h eb a s i cp r i c i n gt h e o r yo fe l e c t r i cp o w e r , t h i s p a p e rp o i n t so u tt h ed e f e c t so fc o s tp l u sp r i c i n g ，d i s c o n f i r m st h em a r g i n a lc o s tp r i c i n gi n t h ec o m p e t i t i v ee l e c t r i cp o w e rm a r k e t , c o m p a r e st h ew h o l es o c i a l w e l f a r eu n d e rt h e m a r g i n a lc o s tp r i c i n ga n do l i g o p o l yp r i c e ，a n dt h e na n a l y s e st h es i g n i f i c a n c eo ft h es p o t p r i c e i nt h i sp a p e rg a m e t h e o r e t i c a la p p r o a c h e sa r ep r e s e n t e dt ot h ep r o b l e mo fp r i c i n g e l e c t r i c i t y t h ei n c o m p l e t ei n f o r m a t i o ng a m i n gm o d e l a n dt h ea u c t i o nm o d e la r eu s e dt o c o m p u t e t h eo p t i m a lb i d d i n gs t r a t e g i e si nd e r e g u l a t e de l e c t r i cp o w e rm a r k e tr e s p e c t i v e l y t h em a r k e tp o w e ri nt h ec o m p e t i t i v ee l e c t r i cp o w e r m a r k e ti sa l s os t u d i e d t h ep r o b l e mi s a n a l y z e da sg a m e s a n dt h ec o m p e t i t i o na m o n g p a r t i c i p a n t si sm o d e l e d a sc o u r u o tm o d e l t h e ni ti su s e dt oa n a l y z et h eo n es t a g eg a m eo fp a r t i c i p a n t si nd e c i s i o n - m a k i n g a s i nt h e d a y a h e a dm a r k e t ，g e n e r a t i o np l a n t sm u s t s u b m i ts u p p l yo f f e r se v e r y d a y ，a n dt h i sp r o c e s s c a nb em o d e l e di n t or e p e a t e dg a m e sw h e r e t h ee q u i l i b r i u mi sv e r yd i f f e r e n tw i t ht h a ti n t h es t a g eg a m e f r o ma ne x a m p l es t u d y , i tc a nb ef o u n d t h a tt h ep l a n t sh a v ei n c e n t i v e st o a l l yi ns o m ei n s t a n c e 。t h ep r o b a b i l i t y t h a tc o l l u s i o no c c u r sv a r i e sf r o mo n es t r a t e g yt ot h e o t h e rb ya n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gt w os t r a t e g i e sa n dt h ec o r r e s p o n d i n ge q u i l i b r i u m s t h e nt h ef r a m e w o r ka n df u n c t i o no f t h es o f t w a r ea p p l i c a t i o na r ea n a l y z e d s u m m a r i z a t i o n a n dt h er e s e a r c hp r o s p e c ta r eg i v e ni nt h ef i n a lp a r to f t h ep a p e r k e y w o r d ：e l e c t r i cp o w e rm a r k e t ；m a r g i n a lc o s tp r i c i n g ；s p o tp r i c e ；b i d d i n gs t r a t e g y ； g a m e t h e o r y ；r e p e a t e dg a m e s 华中科技大学额士学位论文 1绪论 1 1 研究的背景、目的和意义 改革开放以来，我国国民经济发展迅速，仅靠中央一家投资办电厂已不能满足 国民经济发展的需要。在这种形势下，一系列集资办电和多渠道筹资办电政策的出 台，促进了电力工业的发展和独立发电企业的形成，使我国电力工业的改革迈出了 重要的一步，同时这也是我国电力市场的萌芽。当时实行的是“一厂一价、还本付 息”的电价模式，它能够保证新建电站投产后，通过售电收入按期偿还投资本息。 由于该项政策出台，打破了单一电价模式和独家投资、垄断经营的电力工业格局， 使中国电力工业由计划经济体制向社会主义市场经济体制迈出了坚实的一步。从2 0 世纪8 0 年代到9 0 年代，“还本付息”电价模式起到了吸引各种资金建设新电站的作 用，对独立电厂的发展，解决缺电局面起了较大的推动作用。但是，随着我国电力 工业的发展，这种电价模式也暴嚣出了较大的弊端，主要表现为不利于优选电源项 目和优化电源结构和不利于电网的经济调度和商业化运营，产生不公平竞争，阻碍 电力工业的市场化i ”。 从2 0 世纪9 0 年代起，以英国为首，国际上许多国家进行了电力工业管理体制 的改革，其目标都是开放电力市场，引入竞争机制，降低发电成本，合理利用资源， 并最终使用户获利。从1 9 9 8 年开始，我国也确定在电力行业实行“厂网分开、竞价 上网”的改革，并确定山东、上海、浙江及东北的辽宁、吉林、黑龙江6 个电网为 首批“厂网分开”的试点单位。通过各试点单位的市场化运作，以期在发电侧引入 市场机制，竟价上网，并积累经验，逐步向完善的电力市场靠近。 由于“还本付息”电价模式的种种弊端，在“网厂分开，竟价上网”的新形式 下，在具有竞争机制的电力市场中，它必将被淘汰。取而代之的将是顺应改革潮流 的竞价模式以及由此产生的报价策略。 在电力市场形成以后，发电企业在“网厂分开，竞价上网”的新形势下，都面 临着激烈的全方位的竞争。一方面需要加强自身管理，提高设备利用率，增强市场 竞争能力；另一方面，必须对电力市场有深入的研究，制定合理的报价策略，才能 华中科技大学硕士学位论文 在激烈的市场竞争中站稳脚跟。因此，电价理论以及报价策略的研究以及电厂报价 辅助决策支持系统的开发将成为电力企业经营管理工作中的重点。 本课题来源于华中科技大学控制科学与工程系和湖南省湘潭电厂合作研究项目 “成本分析与竟价上网决策支持系统开发”。本项目旨在对电厂经营状况详细分析的 基础上，提出合理的报价策略，并设计开发出相应的决策支持系统。 1 2 文献综述 。 1 2 1电价理论 在过去十年里，传统的垂直垄断的电力生产结构正在许多国家通过解除垄断， 走向电力生产市场化结构，以引入竞争机制达到节省资源、提高效率、降低价格、 改善服务和取得更大的社会效益的目的。经济学家和电力系统专家将微观经济学理 论以及最优化方法引入电力市场，对电价理论，电力市场的设计、运行、监管以及 市场环境下的系统运行和规划等问题进行了深入研究，取得了一系列成果。 合理的电价设计，应该考虑两个方面：一是在供应侧能反映生产成本；二是在 需求侧能反映用电特性。在这两方面都有文献做了一些研究。文献【2 】讨论了两种发 电成本曲线，即一次曲线和二次曲线，并分别讨论了这两种成本曲线对应的单价曲 线和成本微增曲线。针对单价曲线的各种可能形状，指出了处理的方法，这对选择 竞价算法和设计交易软件具有重要意义。文献【3 】基于实时成本理论，以实时成本为 基础，介绍了一种适合于电厂报价的成本报价模型。该模型立足于电厂的发电成本， 根据目前中国电力市场的特点，通过让机组在高峰、平时和低谷时段分别完成不同 的利润来制定报价策略，提高了电厂竞价的成功率。现行的定价方式虽然考虑了不 同的供电时段具有不同的发电成本，并因此制定了时间电价和季节电价。但这种定 价方式只反映供应侧成本，没有考虑用户的用电特性和供电不足时用户的缺电成本。 文献【4 】对分级电价进行了研究，分级电价考虑了用户的用电特性和缺点成本，通过 弹性化的电价方案来达到负荷管理的目的。我国电力短缺，资金匮乏，因此这方面 的研究具有重大意义。该文阐述了分级电价的概念及其意义，探讨了分级电价与缺 点成本的关系，并介绍了分级电价的制订方法。 随着经济学理论在电力市场中的运用，电价的制定在发展过程中逐步出现了以 2 华中科技大学硕士学位论文 下几种类型1 5 】： 1 ) 综合成本定价法。以两部制电价为例，某一电压等级用户的基础电价： 电力电价 哪一兰乎 电量电价 p w 扩昔 其中，c p , d 综合供电电力成本，元k w ； c 。d 综合供电电量成本，元( k w h ) ； 疡负荷的最大容量，k w ； 负荷的用电量，k w h 。 在很长一段时期内电价主要基于财务核算而确定。一般是在历史成本( 或平均成 本1 上增加一定的附加量，附加量的大小通常取决于政府，这种定价方法称为综合成 本定价法，这种方法显然是不适应于电力市场的要求的。 2 ) 长期边际成本定价法。长期边际成本定价适用于负荷需求不断增加，正处于 成长期的电力系统的电价制定。结合电网的发展规划，可以得到较长时期内电价变 化的预测。其优点是易于实施，对电网软、硬件要求不高。电价在一段时期内呈现 出稳定的变化趋势，这对于一些用户是期望的。不足之处也是明显的，由于考察的 是系统长期的变化趋势，电价对短期内的负荷管理功能有所不足。依据长期边际成 本理论计算电价的方法为： 一一等札a - 鲁 3 ) 实时电价。实时电价是短期边际成本电价的代表。短期边际成本定价是在不 考虑系统新增固定投资的前提下，依据现有资源运行优化后所产生的边际成本而制 定的电价。 实时电价的数学表示如下： 一等 同时应满足以下约束：电量平衡约束、发电功率约束、线路功率约束。 理论上实时电价是随着系统运行状况的变化而不断更新的，电价更新的周期越 3 华中科技大学硕士学位论文 短，越有利于电价各项控制功能的实现，也就越有利于系统经济效益的取得。然而， 实时电价的实现对系统的软、硬件都有很高的要求，信息的采集、传输和处理的费 用随电价更新周期的缩短而迅速增加。效益与支出两者权衡的结果，目前实时电价 更新周期一般为3 0 r a i n 。 4 ) 峰谷电价( 分时电价) 。峰谷电价可以认为是考虑了实时电价执行困难后的 一种简化形式，它按系统运行状况一般将系统的运行分为峰、腰、谷3 个时段。在 每个时段按平均边际成本收取电费。此电价的更新周期可以较长，例如一个季度或 一年。峰谷电价对许多软、硬件设备落后、缺乏管理经验的电力市场而言是首选方 案，待日后条件成熟后再逐步过渡到实时电价f 6 】。 从制定电价的基本依据看，可以将电价分为基于成本的电价和基于市场供需的 电价两大类。在一个充分竞争的市场中，产品的价格在成本f 包括税金及合理收益) 附近波动，但这并不是说价格是由成本产生的，在市场环境中供需情况决定了价格。 电价的竟价机制从市场观点看，决定价格的因素不但有成本，更多的还要考虑供需 情况。以上介绍的电价中，第一种属于成本加利润定价方法，后三种都属于边际成 本定价。纯粹的成本加利润方法不利于企业的竞争，不利于降低成本。同时，在电 力市场中采用边际成本定价在也存在问题，这点将在第二章中详细证明。 1 2 2 投标策略 在“网厂分开，竞价上网”的形势下，发电竞价算法对电厂的生存发展有重要 的影响。目前国内电力系统专家在这方面做了些工作。文献【7 1 1 】提出了一系列竞 价算法：排队法、等报价法、动态规划法、网络流规划法和线性规划法。它们分别 适应于不同类型的报价蓝线，并适合解决不同类型的约束条件。排队法可用来解决 机组组合问题和功率分配问题，其优点是简单快速，但仅适用于常数( 或多段常数) 型报价曲线，处理时间约束问题和电网安全约束问题较困难。动态规划法可以用来解 决发电竞价中的机组组合与功率分配问题。在机组组合模型中可以考虑时段间启动 费用和启停约束，在功率分配模型中可以处理报价曲线的下降特性。用该方法解决 机组组合问题的困难是状态量过多，技术关键是在不丢失最优解的前提下尽量减少 状态数。线性规划竞价算法的主要优点是：快速、可靠；能有效地处理网络安全约 束问题：可以直接解决与时间有关的约束：能无障碍地使用报价的下降特性。其缺 4 华申科技大学硕士学位论文 点是处理网损比较麻烦：逐次线性化会造成计算精度的损失。 文献 t 2 1 分析了英国电力市场的定价方法，指出其不适合发展中国家，针对这个 问题发展了电能价值当量分析方法并用于发展中国家电力市场中的次日上网电价预 测。文献f 1 3 】在此基础上引入随机生产模拟，提出了随机型电能价值当量分析方法。 从大的方面讲，目前构造最优的投标策略的途径有3 种【1 4 l ：第1 种是估计下一 个交易时段的市场清除价；第2 种是估计其他发电公司的投标行为；第3 种是基于 博弈论( g a m et h e o r y ) 的。此外，市场仿真或经验分析也可用于考察策略性的投标行为， 但这种方法无法得到系统的投标策略。 第1 种方法在原理上相当简单。如果能较准确地估计出市场清除价且该价格高 于成本价，发电公司只需要标一个略为便宜的价格即可。然而，预测市场清除价是 一个相当困难的任务，这需要对负荷需求、其他发电公司的投标行为以及输电拥挤 状况有一个比较全面的了解。由于很多电力市场刚建立不久，历史数据尚不充分， 且市场结构和管理规则尚未稳定下来，仍处于调整之中，要对市场价格做比较准确 的预报相当困难。这种方法完全成立的前提是：电力市场是完美竞争的，即任何一 个发电公司的投标不会影响市场清除价。由于电力市场更接近于寡头垄断市场，这 个假设很难成立。文献f 1 5 ，1 6 】对这种方法进行了改进，引入了随机变量表示市场清 除价。文献【1 5 】首先建立电力市场仿真模型并用一个随机变量表示市场清除价，然后 构造一个尽量小而好的竞标策略子集s ，并保证s 在概率意义上含有“足够好”的解， 然后通过对s 中的每一个元素的精确计算得到其中最好的竟标策略。文献【1 6 】基于相 同的思路对小型电力供应商( 其竞标策略对电力市场实时价格的影响可以忽略不计) 如何选择竞标策略的问题进行了研究。 到目前为止，大多数研究工作采用了估计其他发电公司的投标行为的方法，一般 采用概率方法或模糊集方法进行估计。 第3 种方法应用了博弈论中的一些方法。在电力市场中，电力市场的参与者可 以博弈论为工具研究各种策略以便获取自身最大利益。同时，博弈论在制定市场规 则、输电电价的优化决策和输电成本的分摊以及区域间功率交换和转运电量及电价 的优化决策方面也可以发挥作用。目前搏弈论在电力市场中的应用研究已成为一个 热点【1 7 】。下面将详细论述博弈论在购售电决策中的应用。 5 华中科技大学硕士学位论文 1 2 3 基于博弈论的投标策略 博弈论在投标策略中的应用大体上可分为2 类。第1 类是基于矩阵博弈模型， 首先将候选的投标策略表示为离散量以迎合这种模型的特征。当投标策略为几个 离散点时，可以构造各个发电公司采用不同的策略组合时的收益矩阵( p a y o f f m a t r i x ) ， 进而找到一个平衡的投标策略组合，该平衡点对应于最优的投标策略( 1 8 1 。然而，实 际上投标策略是连续量，在这种情况下理论上还不清楚电力市场是否存在这样一个 平衡点。这种方法的另一个缺点是假定了所有发电公司的可选择的投标策略为公共 信息，这肯定是不现实的。这种方法可以用来大致分析发电公司的投标行为，但不 适于用来发展系统的投标策略。博弈论方法的第2 类是基于寡头博弈模型( o l i g o p o l y g a m e ) ，主要包括c o u m o t 模型、s t a c k e l b e r g 模型和供给函数模型( s u p p l yf u n c t i o n m o d e l ) 。尽管从原理上讲，这些模型的平衡点对应于发电公司的最优投标策略，但这 些模型更适于分析电力市场中潜在的市场力，而不是构造投标策略。这是由于在应 用这些模型时做了很多简化假设，这样得到的平衡点对构造投标策略可能没有什么 意义。此外，这种方法面临的一个共同问题是对成本信息的处理，有些文献假设所 有发电机的成本信息是公共信息( 通常假设为一个线性函数或二次曲线) ，而在电力市 场环境下，生产成本信息无疑是发电公司重要的内部信息，不可能公布于众。 电力市场报价策略的制定和多种因素密切相关，以博弈论作为主要分析工具时， 重点需要研究如下问题m i ： 首先，购售电决策和电力市场的模式有很大关系。例如是联营体( p 0 0 1 ) 形式还 是双边合同形式的交易。前者由联营体收集各参与者的投标( 价格，电量) ，然后按 统一原则评价。投标可以是一次性的，也可以是一次评完后各参与者还可以根据结 果修正投标的多次评价过程。在这种形式下，若干发电公司就可以结成联合体去投 标，也就是协作博弈( c o o p e r a t i v e g a m e ) 。也可以不合作而各自决策，则称为多参与者 非协作博弈佃- p e r s o nn o n c o o p e r a t i v eg a m e ) 。 双边合同则购电和售电双方可以在“讨价还价”后签约。而且双边合同有各种 不同形式，如现货、期货和期权合同，以及可以有风险回避的功能如差价合约等。 在这种形式下，常出现t w o - p l a y e r 的局面，买卖双方必须进行“针锋相对”的非协作 6 华中科技大学硕士学位论文 博弈。 其次，市场的规则及电价原则也对博弈有重大影响。如采用统一的市场进货价 还是现货价，市场电价是否有上下限等。市场参与者本身的特点也对博弈决策有极 大影响。如售电参与者是火电厂、水电厂、热电厂，进口电厂( 还贷要求高) 等，又 如购电参与者是中间商、供电公司等都会影响博弈。 另外，购售的商品性质也影响博弈对策的方法，如是期货市场、一天前发电市 场还是实时平衡( 增量) 市场等。甚至电力系统的运行工况如峰值负荷、谷值负荷，系 统中有无设备停运而造成的瓶颈，乃至特殊的气候及事件都可对博弈造成影响。如 午夜的电价一般就很低。又如在2 0 0 0 年夏季，美国加州电力市场适逢低水位，酷热 以及高原油价，电价最高达1 0 0 0 美元( m w h ) ，超出历史最高水平近一半。 许多文献对上述博弈在购售电决策中的应用及各种因素的影响做了研究。文献 【1 9 】用非协作博弈及c o u r n o tm o d e l 对电力市场投标问题进行了研究。文献【2 0 】用非协 作博弈将供电公司( u t i l i t y ) 及热电共生发电商( c o g e n e r a t o r ) 作为2 个参与者，来研究两 者间的购、售电策略，以使各自获利最大。文献 2 1 1 则用协作博弈研究了联营体( p 0 0 1 ) 形式下的电力市场中的电力交易策略。由于各供电公司日负荷曲线特性不同，可以相 互间进行能量交换，以实现最大获利，并在一定时间段后进行统一分配结算。文献 2 2 】 讨论了拥有发电机的供电公司应如何优化向系统中各口p ( 独立发电公司) 购电的计划， 并同时采用了n a s h 均衡点及s t a c k e l b e r g 策略2 种方法，两者结果相同。文献【2 3 】研究 了部分解除垄断的电力市场中供电公司、p p 和大用户间怎样运用t w o 1 e v e l 博弈策 略及通过协商( n e g o t i a t i o n ) 来优化各自的电力交易计划。文献【2 4 ，2 5 】提出了把协作博 弈方法和人工智能技术相结合，为电力市场交易谈判服务，为发电公司智能化谈判提 供支持系统。 应用博弈论进行决策也存在一定的困难，主要是n a s h 均衡点求解的困难性：竞 争各方互相保密，从而由于对手策略信息未知造成的决策困难；分析计算中的假定 及简化影响决策结果的可靠性等。为了弥补单纯使用博弈论进行电力市场中投标和 决策的缺点，各种人工智能的方法，如人工神经网络、模糊理论、遗传算法及专家 系统等都被研究应用于电力市场决策中。这些方法可以相互结合，以便结合人的经 验和智慧进行市场决策。 7 华中科技大学项士学位论文 1 3 全文安排 本文在对电力市场的构成和特点综述的基础上，结合电厂决策支持系统的开发 项目实例，研究了电力市场竞价模式，探讨了电价的制定原则和报价策略的制定， 并对电厂竞价上网报价决策支持系统的开发问题进行了研究。全文共分六章，除第1 章绪论着重论述我国当前电力体制的特点和改革方向并对电厂报价策略研究现状进 行综述外，其余各章内容如下： 第2 章：电力市场特征分析。分析了电力市场结构，在此基础上研究了适应于 我国现状的竞价模式以及电价理论： 第3 章：电厂竞价策略研究。指出边际成本定价法在电力市场中的局限性，引 入不完全信息静态博弈对电厂报价策略进行了分析； 第4 章：电力市场中的市场力分析。引入重复博弈理论分析了电厂在报价过程 中可能形成合作，并比较了不同情况下合作的可能性大小； 第5 章：竞价系统设计与开发。介绍了系统的总体目标、结构设计以及系统功 能模块； 第6 章：总结与展望。对全文进行了总结，并分析了当前电力市场研究中有待 解决的一些问题，对竟价策略研究的发展趋势做了展望。 8 华中科技大学硕士学位论文 2 电力市场特征分析 由传统的垄断经营型电力工业结构向“网厂分开，竞价上网”的电力市场过渡， 首先需要选择一种合理、平稳的竞价模式。竟价模式的选择不但要适应电力工业结 构自身特点，也必须符合我国电力企业的经营现状，这样才能保证电力改革健康、 平稳的进行。在这一章中我们将首先分析电力市场的结构，在此基础上研究适合我 国电力工业的竞价模式，并分析相应的电价理论。 2 1电力市场的结构 2 1 1电力企业自然垄断及产生的问题 电力企业所形成的产业市场并不是竞争性市场，而是垄断性市场，就是人们常 称的自然垄断产业。电力企业成为自然垄断产业的最主要原因是资源稀缺性和进入 障碍，如禁止或限制竞争的政策法规，也有技术和经济的限制或理由。 从技术和经济两个方面来看，可以归纳为以下几点主要原因：首先，电力企业 在提供产品和服务时必须构建巨大的网络系统，需要大量投入包括用于生产、传输、 配送在内的各种设备和构筑物，形成大量的沉淀成本。如果是多家小电厂从事电力 生产经营活动的话，总成本必然会上升，并且会造成大量的资源浪费。其次，电力 企业总是力图扩张规模以获取经济效益。从技术上讲，系统规模越大，生产运行就 越可靠。从经济上讲，增大用电需求可以有效地降低单位产品的固定成本，减少固 定资产的沉淀比率，获取较高的利润。再次，电力企业的经营战略通常是纵向一体 化，这样能够起到降低交易成本或消除市场外部性的作用。同时，也可以有效地控 制上游产品的“转卖”问题，维持其垄断地位，保障其获取超额利润的能力。最后， 根据资产专用性假说的研究预测，纵向一体化更可能发生在要求作出人力资本专门 投资的产品，或是要求作出设备和设施专门投资的产品之中。电力企业的客观特性， 说明它是需要专用性资产的产业，具有纵向一体化发展的前提和基础，极易造成垄断。 显然，电力企业成为自然垄断产业，有其自身的客观规律性。但是，由于其具 有潜在的竞争者所不具备的优势，随之也产生了市场效率和管理效率低下等一系列 9 华申科技大学额士学位论文 问题。具体表现为以下几个方面【2 6 】： 1 ) 电力企业在价格制定时，不是市场价格的接受者，而是价格的搜寻者；其垄 断价格高于边际成本。在需求价格弹性较小的情况下，它一般不会增加供给量，而 会限产增价，这也致使价格高于竞争市场的价格水平。另外，在其经营运作过程中， 还会经常出现乱收费、乱加价等现象，增加消费者负担；或是将所有消费者不加区 别地捆绑在一起收取电费。这样，不仅使社会资源的利用( 其中包括国家划拨给电力 企业的资源) 缺乏效率，而且严重影响市场效率。 2 ) 沃特森于1 9 8 8 年的研究成果表明，即使在规模不经济的场合，自然垄断也能 够成立。电力企业的规模不经济主要表现在：一方面，生产经营规模的扩大并没有 使成本得到有效降低。起码从消费者的角度看，电力企业的发展每年都在加快，而 电价却只升不降；这与电力企业不注重成本控制不无关系。另一方面，缺乏有效的 产权制度为前提保证，无法运用交易费用理论来确定合理的生产经营规模。因为， 产权( 所有权1 在市场的交易前及交易过程中没能从法律上界定清楚，使得市场交易费 用极大，如果仍按交易费用与企业管理成本的比较来确定企业规模，必然导致规模 的过度扩张。 3 1 电力企业在没有竞争且产权不清的情况下，容易造成市场激励机制失效，且 内部激励机制无法形成的局面。最终导致企业缺乏提高管理绩效及进行创新的动力。 针对电力企业自然垄断的客观规律性和其所固有的不足，我们必须在承认其合 理性的基础上，寻求科学的解决途径。应该清醒地认识到，只有通过改革和政府管 制，才能保证其市场和企业的健康发展。因此，合理的竞价模式对电力改革起着重 要作用。 2 2 竟价模式研究 2 2 1电力市场中的几种贸易匹配形式 在电力工业的发、输、配、供电各部门中，输电与配电具有自然垄断性。因为 电力是公共服务部门，具有服务的义务，配电与输电部门可以形成规模经济的效益。 故现在各国都在发电和供电部门解除管制，引入竞争，但配电和输电不引入竞争并 不代表该部门必须沿用老的管理体制。同样，可以通过一些方法激励输电与配电部 华中科技大学硕士学位论文 l j 目_ _ | = j _ _ = l 目_ - l _ j _ _ l - _ - _ i _ _ - - _ - _ - - _ - - l i - - _ i _ - l - - _ - 自_ _ _ _ _ - - _ _ - 门的活力，达到经济运转的目的。就目前各国电力工业的状况来看，基本上都是从 管制垄断阶段转变为电力转运( 岫e e i j n g ) 和开放准入( o p e na c c e s s ) 两种形式。相应的每 种形式又可分为两种类型，如电力转运包括单一买者( s i n g l e b u y e o 和第三方准入( t b i r d p a r t ya c p c e s s ) ；开放准入包括电力联营( p o w e r p 0 0 1 ) , 和直接进入( d i r e c ta c c e s s ) f 2 刀。 所谓单一买者，即在电力工业中存在一个组织，其在对发电厂购买电力上具有 排它性，这也暗示该组织具有某些垄断发电市场的意味，因此在购买价格方面将不 会以电价的真正成本为基础，而且还阻碍了其它的购买商进入电力的购买市场。例 如：北爱尔兰担心引入竞争使其电网失电，而中国则缺少引入竞争的先天条件，所 以还都是单一买者。 第三方准入的前提是开放了发电市场和供电市场。在发电部分各电厂是相对独 立的竞争上网，而在供电部分，各发电厂对用户开放，拥有电网的电力公司给进入 的第三方一个可用的电网容量( 电力公司有权优先使用自己所拥有的电网1 。这样第三 方就获得了电网使用容量。涉及到的过网费用的计算可以双方谈判决定。在这种转 运模式下的第三者进入方式只是电力部门部分功能的分离，拥有电网的电力公司还 是遵循垂直一体化管理，而且该电力公司有自己的供电市场并可以垄断经营，所以 这种模型不可避免地带来上网歧视、如何给第三者提供优质服务、信息的传输、费 用的计算等问题。美国就采用了电力转供的模型，所不同的是它采用了相应的政策 限制电网对第三方的歧视。 开放准入型代表着更大程度的竞争。开放准入的模型之一是电力联营或电力库 ( p o w e r p 0 0 1 ) ，它是一种电力商品的实时市场( s p o t m a r k e 0 。在联营体交易模式下，市 场中增加了一个参与者：电力联营中心或电力交易所( p o w e re x c h a n g e ) ，购、售电 交易在电力联营中心进行。市场交易受到联营中心调控。这一模式通过招、投标过 程以实现满足安全约束的最小购电成本经济调度。发电公司向联营中心报出其可以 接受的最低发电价，配电公司( 或大用户) 向联营中心报出其可以接受的最高购电 价，联营中心进行价格高低匹配，找到成交的统一电价。 电力库起到联系发电与供电的作用，在这种市场模型下作为中介作用的“电力 库”负有如下责任：( 1 ) 该联营库必须保证电力系统的正常运行，即可靠性与安全性。 ( 2 ) 在发电厂商间经济合理地调配发电计划，不仅仅按各电厂的报价，而且要根据各 华中科技大学硕士学位论文 i - 自i 目= l = 目_ _ - _ = = i _ _ ；一i i i - l _ _ - - _ - - _ l _ _ l _ _ l _ l j l _ _ - _ _ - _ - - 区域负荷需求的情况。( 3 ) 如何完善自身电网的建设，如服务系统的完善。( 4 ) 如何确 定电价以保证用最小的投入得到最大的效益。( 5 ) 如何使得系统的信息更快地让市场 的参与者获得。( 6 ) 建立一整套相应的法规，保证电力库完成上述要求。 开放准入的另一种模式是直接进入式。它和电力转供第三方进入的模型很相似。 在该模型下，电网普遍开放，要求拥有电网的电力公司平等地对待所有的电网用户。 所有使用电网的用户必须遵循电网的使用规则，按统一的标准交付电网的使用费。 这样一来用户可以直接与发电公司联系建立贸易关系，促进发电厂商提高效率，降 低发电成本。但是关于输电网的投资却存在如何在发电厂与用户之间分配的问题， 即该投资如何回收的问题，也就是过网费如何计算的问题。当然，发电厂商可以与 用户之间建立自己的输电线而不经过电网( 如果该输电线的投资费用小于这笔交易的 过网费用1 。 直接进入式的典型模型是双边合同( b i l a t e r a lm o d e l ) 模式。该模式下，购、售电交 易主要在发电公司和配电公司之间进行，然后向电网公司支付转运费的交易方式。 该模式能够最好地实现用户直接、自由地选择供应商的目的，被认为是体现市场自 由竞争的最好形式。但是由于电能商品和电力市场的特殊性，使这种模式具有明显 的不稳定趋势1 2 。 2 2 2 适应我国电力工业的竞价模式 在目前的状况下，发电市场要引入竞争机制，必须寻求一个既不过多影响新建 电厂还本付息，又能照顾老厂一定利益，同时能够引入适度激励竞争的模式，作为 向电力市场最终目标模式过渡。参照国外电力市场改革的经验，经过多方面探讨， 主要提出了两个竟价模式：两部制竞价模式和差价合约竞价模式。 1 两部制电价 两部制电价，即电费以容量电价和电度电价的方式分开计价。容量电价反映电 厂固定费用，即为市场提供电能所作的各项准备耗费成本；电度电价反映变动费用， 即为实际发电的增量成本。让容量电价在满足市场利用小时要求的情况下相对固定 ( 或一定程度上随市场变化) ，让电度电价随竞价上网变动，反映市场供求规律。 这个模式的主要优点是引入了电度电价的竞价上网，在实现市场适度竞争的同 时，保证了新老电厂的固定成本消耗，新建电厂的基本还贷。在基本保证容量电费 华中科技大学顽士学位论文 的情况下，电度电价的竞争主要是增量成本的竞争，这为高效率、低消耗机组在市 场中占有竞争优势，提供了条件。这符合国家的能源政策和鼓励方向，也有利于促 使低效率机组在市场竞争中逐步淘汰。 2 差价合约模式 差价合约模式即以差价合约替代原有的上网协议，建立每天4 8 点变化的实时现 货市场，发电企业通过竞价上网发电，由单一购买者统一收购进行销售，采用每天 按4 8 时段市场价与合约价实时结算。具体做法为：1 1 由市场经营企业与各独立发电 厂签订“差价合约”替代原上网协议。差价合约明确标明经调整后的合约电价和合 约电量。2 ) 实行一天4 8 点报价上网，市场按电厂机组报价从低到高排序，确定每天 每一点的实时市场价。形成每天4 8 点变化的实时现货市场。发电企业上网电量中的 合约电量按合约价结算，超过合约电量部分的上网电量按市场价结算。 考虑到还贷电厂在逐年还贷时应逐年降低还贷电价，每年应对还贷电厂调整合 约电价。采用“差价合约”竞价模式结算后，市场将不保证电厂上网电量的多少， 上网电量的多少决定于发电企业的市场竞争能力。市场将根据上网电量的多少支付 不同费用。 这种模式实现了发电企业的适度竞争，充分考虑了目前各独立发电厂与电网已 经订立的上网协议，明确上网电价，集资电厂需要还本付息的实际情况，使方案容 易为各方接受。并且实现了不同电厂的同一时段的同网同质同价，这为下一步实现 真正的全价竞争打下了一个良好基础。 2 3 电价理论 2 3 1电价的种类 电作为商品在系统发电输配电售电三个环节中的价格，主要可分为发电上网电 价、互供电价和销售电价【2 9 】。 1 上网电价 电力生产企业将生产的电能售给电网经营企业的电价称为上网电价。其计算点 通常在产权分界处或在发电厂的出口。因此，上网电价有时又称为电网经营企业向 电力生产企业的收购电价。上网电价实行同网同质间价。 华中科技大学硕士学位论文 2 互供电价 互供电价是指两个独立的电力系统由于技术或国民经济方面的需要在联网后进 行的电力电量交换产生的互供电量的价格。 3 销售电价 销售电价是电力公司将电能销售给用户的电价。销售电价划分为分类电价和分 时电价两大类。 1 1 分类电价 是指按用户用电的性质以及用电特征划分差别的电价。这种电价制度在我国己 长期施行，只是分类的标准、分类的形式需要进一步进行研究。目前世界各国对电 价分类的方法和标准不尽相同，大致有以下几种： ( 1 ) 按负荷率分类 ( 2 ) 按设备容量和用电量分类 ( 3 ) 按供电电压等级分类 ( 4 ) 按电力的用途分类 ( 5 ) 按用电行业分类 2 1 分时电价 是指一年内按丰水、平水、枯水三个时期，在一日内按高峰、腰荷、低谷等时 段实行差别电价，鼓励用户丰水期与低谷时段多用电，以提高日负荷率，节约能源。 除了上述电价外，在电力市场运营中，还有承诺电价、合约电价、实时电价、 输电费用等。承诺电价是附有可靠性条件的定价。合约电价则为在考虑各方面的优 惠和对双方的限制的基础上签订的电价。实时电价将在下一小节讨论。 2 3 2 实时电价 1 实时电价的构成 实时电价( s p o tp f i c m go fe l e c t r i c i t y ) 理论由f c s c h w e p p e 教授等在8 0 年代初创 立，它具有比较完善的数学原理基础，并具体形成了一整套实用的分析计算公式。 在电力市场条件下，实时电价是着眼于电力的瞬时供需平衡，兼顾电力系统的安全 运行，以电力的长期边际成本( 容量电价) 结合短期边际成本( 边际运行电价) 为定价依 据的一种定价方法。它利用电力市场供需状况对电价的影响，自动反馈调节用户负 华中科技大学硕士学位论文 荷，通过经济利益激励用户配合市场调度员共同实现电力负荷在一定时空的最佳分 布，从而实现电力商品的社会价值最优。 实时电价是在考虑运行和基本投资的情况下，在给定时段( o 5 h 或更短时段) 向用户提供电能的边际成本f 5 j a o c w d p k , t 丽舌 其中，c w , d 为供电系统向所有用户供电的总电量成本，d 为第k 用户在时段 t 的负荷。 实时电价由下列八部分组成，如第k 用户在时段t 的实时电价： 反，2 协+ + 括，+ + 吃，七，- i - 锄 ，+ 孙如+ 式中：n 。一第k 用户在时段t 的实时电价： y f , t - 边际发电燃料成本； y m ，- 边际发电维护成本； y q s ，- 发电质量分量； ， ，一发电收支平衡项； 叩工 ，一边际网损成本； 7 k , k , t - 边际网络维护成本； s 一网络供电质量分量； 。一网络收支平衡项； t 一表示时段。 2 电力市场中实时电价的表现形式 最初的实时电价是严格意义上的“当时发生”的发电和输电费用，即能精确地 反映价格瞬时微小的变化。但这需要有复杂而精密的测量、通讯和管理技术。因此， 从实际出发，人们更看重1 小时或半小时实时电价。 为了更适应广大用户的需要，在电力市场实旖中，实时电价可以有多种表现形 式1 3 0 1 。不同的用户可被安排或自由选择不同的电价形式，这取决于他们的生产规模 华中科技大学硕士学位论文 和对电价的响应能力。 这里提出三种电价的表现形式： 、 1