（电力系统及其自动化专业论文）电力市场中市场力的分析.pdf

a b s t r a c t e l e c t r i c i t ym a r k e t sw i l lp l a ya l li m p o r t a n tr o l ei nd e t e r m i n i n ge l e c t r i c i t yp r i c ea n d g u i d i n gp o w e rs u p p l ya n dd e m a n di n t h ep r o c e s so fw o r l d w i d ee l e c t r i c p o w e r i n d u s t r yr e f o r m h o w e v e r , t h ep r a c t i c a le l e c t r i c i t ym a r k e ti sc l o s e l ya k i nt oo l i g o p o l y b e c a u s eo fc h a r a c t e r i s t i c so fp o w e ri n d u s t r ya n dl i m i t e dn u m b e ro fg e n e r a t i o n c o m p a n i e s ( g e n c o s ) t h eg e n c o sc a l lr a i s em a r k e tp r i c et og a i nl a r g e rp r o f i tb y e x e r t i n gm a r k e tp o w e r t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h ea n a l y s i so fi s s u e so fm a r k e t p o w e ri ne l e c t r i c i t ym a r k e t s f i r s t l y , d i f f e r e n td e f i n i t i o n so f m a r k e tp o w e ri ne l e c t r i c i t ym a r k e t sa r ei n t r o d u c e d t h ec l a s s i f i c a t i o n ，i n f l u e n c i n gf a c t o r s ，e v a l u a t i o ni n d i c e sa n dm e t h o d st om i t i g a t e m a r k e tp o w e ra r ea l s op r o p o s e d s e c o n d l y , t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y z e st h ec h a n g eo fm a r k e tp o w e ra f t e rv e r t i c a l i n t e g r a t i o nb e t w e e nag e n c oa n dt h eo n l yg n dc o m p a n yb yl e m e ri n d e x c o u m o t m o d e la n ds t a c k e l b e r gm o d e la r eu s e dt os i m u l a t eg e n c o s s t r a t e g i cb e h a v i o ri n w h o l e s a l ee l e c t r i c i t ym a r k e tw h i l e 鲥dc o m p a n yo ri s o ( i n d e p e n d e n ts y s t e m o p e r a t o r ) o p e r a t e ss y s t e m t h ei m p a c to fg e n c o s c o s t ，c o s ta n dp r o f i tm a r g i no fg r i d c o m p a n ya n dl e v e lo fd e m a n d0 1 1m a r k e tp o w e ra r ea l s od i s c u s s e d i e e e3 0 - b u st e s t s y s t e me m p l o y e da sa ne x a m p l e ，t h er e s u l t ss h o wt h a tm a r k e tp o w e ri sm i t i g a t e da f t e r v e r t i c a li n t e g r a t i o nw h e ni s or u l e s ，b u tu n c e r t a i nw h e n 鲥dc o m p a n ym n st h e m a r k e t f i n a l l y , a f t e rc a t e g o r i e sa n df u n c t i o no fe l e c t r i c i t yb i l a t e r a lc o n t r a c t sb e i n g a d d r e s s e d ，c o u m o tm o d e li sc o r r e c t e dt os i m u l a t eg e n c o s s t r a t e g i e sa c c o u n t i n gf o r f o r w a r dc o n t r a c t si nw h o l e s a l ee l e c t r i c i t ym a r k e t t h ee q u i l i b r i u ms o l u t i o ni sg i v e n w h i l ec o n t r a c tp r i c ei sf i x e do rr e l a t e dt om a r k e tc l e a r i n gp r i c e t h ea n a l y t i c a lr e s u l t s r e v e a lt h a tf o r w a r dc o n t r a c t sc a nr e d u c ee l e c t r i c i t yp r i c ea n de l i m i n a t em a r k e tp o w e r d r a m a t i c a l l y g c n c o sm i g h th a v en oi n c e n t i v e s t oa t t e n df o r w a r dc o n t r a c t s ，s o e f f c c t i v em e a s u r e ss h o u l db ew o r k e do u tt oe n c o u r a g ei t k e yw o r d s ：e l e c t r i c i t ym a r k e t ，m a r k e tp o w e r , v e r t i c a li n t e g r a t i o n ，f o r w a r d c o n t r a c t s ，l e m e ri n d e x ，c o u m o tm o d e l ，s t a c k e l b e r gm o d e l 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，也不包含为获得苤盗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已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者躲耍诛照签字日期川年6 月岫 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨空盘茔有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨奎盘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： 签字日期巾7 年 导师签名孝豕孝叼 签字日期劭夕年月亿日 7 贮日 也再 三 b 弘 叉 汨 第一章绪论 第一章绪论 一百多年前，电能作为一种新兴能源走入了工农业生产和人们的生活，从此 引发了巨大而深刻的科技和社会变革。如今，电能已成为工业、农业等各行各业 不可缺少的动力，并广泛应用到日常生活的各个方面。自从2 0 世纪8 0 年代以来， 智利、英国、美国、澳大利亚等许多国家纷纷进行了电力的市场化改革，希望借 此在电力工业内部打破垄断，引入竞争，降低发电成本，促进电力工业的健康、 快速发展【h l 。 1 1 论文研究的背景 由于电能具有不可存储性，因此电力行业从诞生时开始就是垄断性行业，发 电、输电、配电和用电等环节均由政府统一调控。这在本质上是符合电力传输的 特点的，但同时也造成了电力工业内部效率低下、缺乏活力、社会资源得不到充 分利用等后果。因此，从2 0 世纪8 0 年代开始，电力工业市场化改革的浪潮很快 就席卷了世界上的许多国家，改革的目的是打破垄断，促进竞争，提高效率。以 英国为先导，美国、澳大利亚、新西兰、韩国、日本以及我国都进行了不同模式 的市场化改革，尤其是最早进行改革的英、美等国家，给我国的电力市场建设提 供了宝贵的经验。 1 1 1 世界各国的电力市场改革 迄今为止，世界上已有几十个国家实现了不同模式的电力市场，还有一些国 家正准备进行电力市场改革。虽然各国的市场化道路有所不同，但几乎都是从强 制电力工业的重组开始的。 智利是实行电力市场最早的国家，起步于2 0 世纪7 0 年代末，其改革的主要 推动力不是电力部门本身，而在很大程度上受到经济和政治改革的影响。1 9 8 2 年，智利正式颁布了以自由化为着眼点的新电力法，并开始重组电力工业，建立 起批发竞争的电力市场。到2 0 0 0 年，智利国家电力公司已全部完成私有化。经 过电力改革，智利电力系统的总体发电能力大幅度增强，电力投资效益显著提高， 并且保持了较低的电价。 英国【4 】是实行电力市场最具代表性的国家之一，其改革过程一波三折，为其 第一章绪论 他国家提供了宝贵的经验。1 9 8 9 年，电力法正式公布，决定在英格兰和威尔 士将发电、输电和配电各环节进行分离，原有的中央发电局( c e g b ) 被分成3 个发电公司和1 个国家电网公司( n g c ) ，这是英国电力工业的第一次改革。经 过近1 0 年的实践，英国电力市场取得了较大的成功，但也存在着市场集中程度 过高等问题。因此，2 0 0 1 年3 月，英国实行了新的电力市场模式n e t a ( n e w e l e c t r i c i t yt r a d i n ga r r a n g e m e n t ) ，标志着第二次电力市场改革的开始。新模式给 市场参与者更大的市场机会，并更加注重远期合约交易，使电力交易更加活跃和 透明。2 0 0 4 年7 月，英国女王正式批准了“能源法，掀开了第三次改革的序幕。 2 0 0 5 年4 月1 日，一个覆盖英格兰、苏格兰和威尔士三个地区的新电力机制 b e t t a ( b r i t i s he l e c t r i c i t yt r a d i n ga n dt r a n s m i s s i o na r r a n g e m e n t ) 正式在英国实 施【5 1 。对于这次改革的效果，还要在未来的几年之内进行观察。 美国的电力市场改革开始于1 9 9 2 年美国国会通过的能源政策法案，该法案 规定所有的电力公司必须提供输电服务，联邦能源管制委员会( f e r c ) 可以强 迫电力公司转运独立发电商p p ( i n d e p e n d e n tp o w e rp r o d u c e r ) 的电力。在1 9 9 6 年和1 9 9 9 年，f e r c 分别出台了8 8 8 、8 8 9 号法令和2 0 0 0 号法令，进一步完善 了电力市场的规则和制度。目前，美国已经形成的有组织的区域电力市场包括新 英格兰i s o ( i n d e p e n d e n ts y s t e mo p e r a t o r ：独立系统调度员) 、纽约i s o 、加州 i s o 、德州e r c o t 以及p j m ( p e n n s y l v a n i a 、n e wj e r s e y 、m a r y l a n d 三个州的互 联电力系统独立调度公司的简称) 。其中，p j m 电力市场是北美地区最大的互联 电力系统，被认为是联营市场成功的典型 6 1 。 除此以外，北欧电力市场、澳大利亚电力市场也都有其自身的特点并取得了 较好的成效，这为我国的电力市场化改革提供了宝贵的经验。 1 1 2 我国的电力市场改革 我国的电力工业共经历了三次重大改革，每一次改革都为电力的发展开辟了 新的空间。第一次是1 9 8 5 年国家实行集资办电、多渠道筹资办电的政策，形成 了发电领域的投资主体多元化局面。第二次是1 9 9 7 年国家开始在电力行业实行 政企分开，明确了企业经营的责任和权利，为电力体制改革创造了体制条件。尤 其是从1 9 9 8 年开始，国家电力公司提出了“实行厂网分开，建立发电侧电力市 场的实施方案框架 ，并将山东、浙江、上海和东北三省列为厂网分开、竟价上 网的试点单位，这标志着我国电力工业市场化改革序幕的拉开。第三次是2 0 0 2 年，国务院出台了电力体制改革方案，明确了电力市场化改革的总体方向， 提出构建政府监管下的政企分开、公平竞争、开放有序、健康发展的电力市场体 系。至此，我国的电力工业正式走上了市场化改革的道路。 2 第一章绪论 2 0 0 2 年底，国家电力公司进行了发电资产的重组，原资产被重组为大唐、 华能、华电、国电和中电投五大发电集团和四大辅业集团，这标志着我国的电力 工业改革进入实质性阶段。重组的五大发电集团资产规模相当，地域分布较为合 理，为今后区域电力市场的建立奠定了基础。2 0 0 4 年1 月，东北区域电力市场 进入模拟运行状态，同年1 2 月进行了两轮年度竞价，但由于电煤价格未定等原 因，曾停滞了一段时间。2 0 0 5 年5 月，东北区域电力市场试运行全面启动，并 开始按照年度和月度竞价结果调电，这表明我国的电力市场化改革又向前迈出了 实质性的一大步。 为了使电力市场能够正常、有序的运行，电力监管必不可少。为此，我国于 2 0 0 3 年组建了国家电力监管委员会( 电监会) ，其职责集中在对完善的电力市场 的培育和市场监管上。而2 0 0 5 年电力监管条例的颁布实施更为电力企业的 公平竞争提供了重要的法律保障。 我国的电力市场建设才刚刚起步，如何能够探索出一条具有中国特色的市场 化改革道路，如何形成科学的电价机制和电力投资管理体制，如何从监管的角度 限制发电公司的市场行为仍是摆在所有电力工作者面前的艰巨任务。 1 1 3 加州电力危机n 1 美国加州是电力行业改革重组的先驱，早在1 9 9 6 年就通过了关于电力行业 改革和引进电力零售竞争的1 8 9 0 号法案。1 9 9 8 年3 月3 1 日，以促进电力行业 市场竞争、提高经济效益为目标的加州电力改革系统诞生了。然而从2 0 0 0 年6 月开始，由于燃料成本上涨、天气炎热等原因，加州的批发电价持续上涨，而两 大电力公司由于零售电价受到管制至2 0 0 1 年春已积累了近2 0 0 亿美元的债务， 无力从现货市场上买电供给用户。虽然加州州政府采取了一些有力的补救措施， 但仍避免不了轮流停电的局面。2 0 0 1 年6 月中旬，由于燃料价格的回落以及f e r c 新颁布的法令和加州政府更严格的市场监控措施，电力批发市场的价格才下降到 正常水平。 这次电力危机有如下几个特征： 电力批发市场实时价格极高，把整个能源成本提高到历史水平的1 0 倍。 州内电力紧缺和随之而来的轮番停电。 导致加州内最大的公用电力公司太平洋天然气与电力公司的破 产，以及电力交易所和其他许多小型发电商由于收不回电费而破产。 加州电力危机是世界电力市场化改革进程中的一次挫折，也是一次宝贵的经 验教训，其原因是多方面的，如电力需求预测严重偏低，发、输电设施建设滞后 造成严重的供需矛盾；电力市场设计不合理，没有利用好用户的用电需求弹性， 3 第一章绪论 缺少长期购电合同；电力监管机构监管不力，未能及时对出现的问题做出必要的 反应。除此之外，加州电力危机的一个主要诱因就是市场中的发电厂商有意识地 行使市场力以牟取暴利。在此之后，国内外的许多学者都把注意力集中到电力市 场中市场力问题的研究上。 1 2 国内外研究现状 随着美国加州电力危机的出现，电力市场中发电公司行使市场力的问题得到 了许多学者的关注，因为这关系到电力市场的稳定以及消费者是否能从改革中受 益，并最终决定了市场化改革的成败。许多文献都从不同方面阐述了市场力的成 因、度量方法、影响因素和抑制措施。 市场力，经济学中也称为市场势力，是指单个企业或少数企业对某一产业的 价格和生产决策的控制程度【1 2 1 。在完全竞争市场中，由于所有的市场参与者都是 价格的接受者，因此没有市场力的存在；而在完全垄断或寡头垄断的市场中，由 于生产者的数目有限，企业可能会拥有较强的市场势力。 市场力有许多种分类方法【1 3 1 4 】，按照市场的组织结构，可分为垂直市场力和 水平市场力；按照厂商拥有市场力的时间，可分为长期市场力和短期市场力；按 照厂商市场行为的主动性，可分为防御性市场力和进攻性市场力；从市场参与者 的角度，也可分为卖方市场力和买方市场力。 市场力最直接的危害是导致市场价格攀升，从而使市场竞争的公平性降低， 市场效率降低，部分参与竞争的厂商和消费者的利益受损，社会福利降低，严重 时可能导致市场瘫痪。因此，对市场中市场力的监测与规制便成为市场监管者必 须面对的一个问题。 1 2 1 电力市场中的市场力 电力市场改革的目标之一就是打破传统的发电、输电和配电一体化的局面， 在电力工业中引入竞争，开放输电网络，保证输电系统使用的公平性。然而，电 力工业由于建设周期长、需要的资金量大，进入的资金壁垒、技术壁垒都非常高， 而且具有典型的规模经济性，因此无论在其他国家的电力市场还是在我国的某一 区域电力市场，电力主要都是由仅有的几家大型发电企业提供，这样，电力批发 市场实质上是一个近似于寡头垄断的市场。在这一市场中，发电厂商为实现企业 利润的最大化，必然想运用其卖方市场力，采用策略性投标来增加利润。所以， 电力市场中的市场力问题不可避免，而进行市场力的研究可以识别和限制市场 力，促进高效、公正、公平的市场运营，并为市场监管部门制定政策提供理论依 4 第一章绪论 据，因而具有很大的现实意义。 电力市场中影响市场力的因素有很多，从宏观的角度来说，市场的组织形式、 定价原则、市场运行的规则和政策等都会对发电厂商的市场力行为有影响。而市 场成员的数量、市场纵向一体化的程度、输电容量限制以及合同电量的多少，也 会影响厂商的市场力行为。 目前对电力市场中市场力的研究主要有三种研究方澍坫】： 1 ) 利用市场力指标分析市场力 一般来说，评估市场结构和发电商的市场份额是最直接的评估市场力的方 法，在经济学和实际应用的过程中，最常用的指标有两个，集中度指标( c r ： c o n c e n t r a t i o nr a t i o ) 和h i l l ( h e r f i n d a l l h i r s c h m a ni n d e x ) 指标。c r 指标通常采 用市场份额最大的4 个或8 个厂商的市场份额之和，而h h i 指标则是市场中所 有厂商市场份额的平方和。 h h i 指标简单实用，是实际应用最广的市场力指标，但并没有反映出市场参 与者的策略行为和市场需求状况。为此，文献 1 6 1 在h h i 指标的基础上提出了考 虑未调度机组市场份额的动态h f i i 指标( d y n a m i ch i d ，d i - i ) ，由于考虑了负 荷变化对市场集中度的影响，因此更为贴近市场实际。文献 1 7 】计及输电阻塞的 影响，提出了另一种动态i - i h 指标，即先计算由于输电容量约束所造成的各局 部市场的h h i ，在此基础上求出以各局部市场份额加权的系统h h i ( s y s t e m h i l l ) 。文献 1 8 】应用h h i 和d h h i 指标对我国浙江省电力市场的市场集中度进 行了研究，分析结果表明浙江省电力市场由于受市场占有率、网络传输限制等因 素的影响，其市场份额主要集中在三个发电商中，是一个高度集中的市场。文献 【1 9 】提出了无功市场力的概念，并利用电压灵敏度改进了h h i 中市场份额的计算 公式，给出了评价无功市场市场力的h h i 指标。 电力市场是不同于普通商品的市场，因此以经济学理论为基础提出适用于电 力市场的市场力指标也成为一个较为热点的研究方向。文献 2 0 研究市场电价的 变化，基于厂商所面对的需求曲线，提出了反映机组市场力的市场电价可控区的 概念，并进而从电价的角度提出了新的市场力指标一市场价格可控指数( m p c 指数) ，在此基础上，针对发电商行使市场力的实际情况，提出了市场力行使指 数( m p e 指数) 。算例表明该指标综合性强，能较全面地涵盖影响市场力的诸多 因素。文献【2 1 】基于市场结构特性和福利经济学原理设计出一种评估电力市场中 卖方市场力的新指标社会福利无谓损失率( s m ) ，并据此设计出判断市 场力大小的判定标准，使该指标更具实用性。 迄今为止，已有十余种评估市场力大小的指标，这些指标分别从不同的角度 对电力市场中的市场力进行评判，每种指标都有其优点和缺点，所有这些指标构 5 第一章绪论 成了电力市场分层评价指标体系 2 2 , 2 3 】。 2 ) 利用博弈均衡理论分析市场力 博弈论【2 4 2 5 1 ，英文名称为g a m et h e o r y ，也被译作对策论或对策运筹论，是 研究决策主体的行为发生直接相互作用时候的决策以及这种决策的均衡问题的 理论。一般认为，博弈论开始于1 9 4 4 年冯诺伊曼( v o nn e u m a n n ) 和摩根斯 坦( m o r g e n s t e m ) 合作的博弈论和经济行为一书，到了2 0 世纪7 0 年代以后， 才真正成为主流经济学的一部分。经过几十年的发展，该理论已经从传统的合作 博弈理论发展到非合作博弈理论，从对称信息博弈论发展到非对称信息博弈论， 如应用很广的委托代理理论。 应用博奔理论对电力市场中的市场力进行分析，主要是模拟发电公司在电力 批发市场上的策略行为和相互影响，最直接的方法是建立市场模型。目前，常用 的市场模型主要有古诺( c o u m o t ) 模型和供应函数均衡( s f e ) 模型。 c o u r n o t 模型旱在1 8 3 8 年就已经提出，在该模型中，企业在假定竞争对手的 产量不变的条件下决定自己的产量以实现利润最大化，市场价格由企业的产量策 略和需求曲线共同决定。文献【2 6 】、【2 7 】系统介绍了应用于电力市场的三种以产 量竞争的策略模型，c o u m o t 模型、s t a c k e l b e r g 模型( 领导者一跟随者模型) 和 f o r c h h e i m e r 模型( 领导者价格接受者模型) ，并分析了生产成本、电力需求弹 性、领导者数量和发电容量限制对市场力的影响。文献 2 8 】、f 2 9 将不完全信息 的情况引入c o u r n o t 模型的分析之中，并给出了市场均衡结果。 许多学者在c o u r n o t 模型中引入各种约束条件以满足电力系统的实际运行特 点，使c o u m o t 模型能够更加精确的模拟电力市场 3 0 - - 3 5 1 。文献【3 3 】在电力联营体 ( p 0 0 1 ) 、双边交易模式下，给出了考虑输电阻塞定价的c o u m o t 均衡模型。在该 模型中，线路潮流约束以直流( d c ) 潮流近似模拟，并最终形成一个混合线性 互补问题。文献【3 4 1 以一个简单的三节点系统为例，分析了线路阻塞的影响，并 画出了发电公司在不同阻塞情况下的反应曲线。而文献 3 5 】在s t a c k e l b e r g 模型中 综合考虑了发电机出力限值约束、线路潮流约束和系统静稳定约束，并利用库恩 一图克( 1 沁) 条件进行求解。 c o u m o t 模型由于计算简单、实际意义明确，因此是应用最为广泛的模型， 但该模型本身有很多局限，如发电公司只决定发电量以实现利润最大化，这与实 际市场中发电公司的分段报价相去甚远；市场的均衡电价仅由发电公司的策略和 需求决定，没有体现出策略博弈的报价过程，更无法体现出报价策略的动态调整。 供应函数均衡模型把价格和产量均作为变量，因此与实际电力市场中的报价 曲线相符合，是近年来市场模型研究的热点。文献【3 6 】做了s f e 模型研究的奠基 性工作；以此为基础，文献 3 7 】将s i z e 模型引入到电力市场的分析中。文献 3 8 】 6 第一章绪论 采用对称发电商的假设，应用s f e 模型描述发电公司的策略行为并求出了市场 均衡解。 由于模型求解的复杂性，线性供应函数( l s f ) 模型得到了更为广泛的应用。 在l s f 模型中，每个发电公司向市场运营机构报出一条线性的供给曲线，决策 变量为曲线的截距或斜率。文献【3 9 】建立了一个考虑输电网络约束的区域双边电 力市场l s f 模型，并分析了传输线路发生不同阻塞情形时，有套利和无套利两 种情况下的均衡结果，采用的求解方法为非线性互补( n c p ) 方法。同样是考虑 输电阻塞，文献 4 0 】将模型转化为有均衡约束的数学规划( m p e c ) 问题，并利 用惩罚内点法求解。基于l s f 模型，文献 4 1 1 提出了一种计及输电系统约束的计 算发电商l e m e r 指标的新方法，该方法只需要各市场参与者的报价曲线和均衡 时的电价、功率信息，计算简便、精确。 在模型中考虑远期合同交易是对s f e 模型的一种扩展，文献 4 2 】对比了 c o u r n o t 竞争和l s f 竞争模式下发电商的策略性远期合同交易，指出两种情况下 的策略性远期合同有显著的区别。文献 4 3 】以文献 4 4 1 q 提出的方法为基础，针 对多个具有非零截距线性边际成本的非对称发电商，给出了考虑远期合同交易的 发电市场分段l s f 均衡模型。分析表明远期合同的存在使分段均衡l s f 的求解 复杂化。除此以外，推测s f e 模型【4 5 4 6 考虑了市场上信息的不完全性，更符合 实际电力市场的特点。 s f e 模型比c o u m o t 模型更贴近电力市场中发电公司报价的实际情况，因此 更为精确合理。但该方法也存在着一定的问题，如要求竞争策略连续和所有信息 公开，市场可能存在多个均衡解，要求成本曲线平滑、连续等，这些都制约了该 模型在电力市场中的应用。如何能够使模型的求解更加简便并考虑发电公司间的 动态影响，是今后需要进一步研究的问题。 3 ) 利用试验仿真法分析市场力 试验仿真法 4 7 , 4 8 是在市场参与者的生产成本已知的前提下，通过模拟市场参 与者在市场中的可能行为来研究其市场策略并发现市场结构中的各种因素与市 场力的关系。 试验仿真法主要有两类：实际人员代表市场参与者进行的市场模拟试验； 设计智能化学习算法进行无人参与的市场仿真试验。 文献 4 9 】在分析市场拍卖机制的基础上，分别雇佣康奈尔大学的本科生和专 家作为试验样本，对市场中有二、四和六个竞争者的情况进行了仿真研究，并对 存在网络约束时的i e e e6 机3 0 节点系统进行仿真，结果表明当市场中有两个参 与者时市场力较强；当存在网络约束时，不仅有功市场力较强，还可能存在无功 市场力。文献 5 0 】利用仿真软件研究了澳大利亚电力市场中市场力的情况，分析 7 第一章绪论 表明尽管发电容量较充裕，但发电厂商仍有可能实施市场力，尤其是在峰荷时段。 试验仿真法不但可以雇用实际人员进行市场模拟，而且可以利用计算机进行 仿真研究，使得该方法比较形象直观，对市场力的研究也更为直接。但雇用对象 的水平参差不齐以及难以精确描述市场参与者如何应用过去的市场信息决定其 竞价策略的过程，使该方法有一定的局限性。 电力市场中的发电公司是否拥有市场力以及行使市场力的程度，对电力市场 的稳定性、市场效率、消费者福利乃至我国电力工业的市场化改革都具有重要影 响，因此研究电力市场中的市场力问题具有重要的现实意义。 1 2 2 电力市场中的纵向一体化 兼并是现代市场经济中常见的现象，按照具体情况的不同，可分为三种类型 1 5 l 】： 横向兼并g 竞争对手在同一市场上的兼并。 纵向兼并：两个有潜在的或实际的买卖关系的企业间的兼并。 混合兼并：不在同一个市场上，并且彼此间没有买卖关系的企业间的兼 并。 以美国为例，从1 9 世纪8 0 年代开始，已经发生了四次主要的兼并浪潮，这 些兼并主要发生在美国的钢铁业、制造业、食品业、烟草业以及造纸业中。从 2 0 世纪9 0 年代初开始，兼并案例的数量逐年上升，可称之为第五次兼并浪潮。 这次兼并浪潮与以往有所不同，发生在一些反常的行业之中，如电力、通信、银 行和金融服务。 本文所述的纵向一体化( v e r t i c a li n t e g r a t i o n ) ，即指上述的纵向兼并( v e r t i c a l m e r g e r ) 5 2 - 5 4 ，或称为垂直兼并，在电力市场中，主要是指发电公司与电网公司 或配电公司的一体化行为。对于纵向一体化的影响，许多学者众说纷纭，有文献 指出纵向一体化可以降低交易成本、消除连续垄断，具有技术经济性；也有文献 说纵向一体化是反竞争的，可带来拒斥、价格压榨等后果。 由于纵向一体化是近年来电力市场化改革进程中出现的新趋势，因此关于纵 向一体化的文章并不多见 5 5 - - 5 9 。 文献【5 7 】以英格兰和威尔士的电力工业为例，讨论了发电公司和供电公司纵 向兼并的影响，指出在电力工业结构不变的情况下，纵向兼并会对消费者有很小 的益处，但可能限制新公司进入供电市场。而在完全竞争的情况下，纵向兼并对 消费者的影响是中性的。 文献 5 8 详细分析了纵向一体化的历史和经济动机，阐述了现阶段电力市场 8 第一章绪论 化改革存在的问题及风险分摊机制，指出电力市场的两个极端，完全的垂直垄断 和完全的市场化均不是最好的，并提出了市场化改革的“第三条路径自由 化的电力市场和有一定一体化程度的纵向一体化公司并存。 文献 5 9 1 以p j m 电力市场为例，论述了p j m 电力市场的竞争性，并计及启动 成本等各种生产约束，用两种方法分析了纵向一体化对于发电公司实施市场力的 动机和社会福利的影响。结论表明纵向一体化公司抬高电价的动机取决于其在市 场上的购电量与售电量的比例，只有净售电的一体化公司才有动机持留容量在竞 争性水平以下从而抬高电价。 纵向一体化是电力工业市场化改革过程中出现的新情况，因此研究市场条件 下企业的一体化行为并分析纵向一体化对市场力的影响，具有重要的指导意义。 1 2 3 电力市场中的合同交易 加州电力危机的原因之一就是市场设计中缺少合同市场，事实上，在一个设 计合理的电力市场中，大部分电能都应该是靠合同进行交易的，如p j m 市场的 合同电量达到7 5 左右，纽约电力市场的合同电量也占到了5 0 ，英国在n e t a 新模式下9 0 以上的电力交易是双边合同和期货交易。 远期合同交易能够为发电商带来长期稳定的需求，也能为用户提供稳定的电 力供应，可以减少电价波动和其它市场波动带来的风险，具有风险管理功能。同 时，电力合同交易可以减少发电商在现货市场上的可操纵电量，抑制发电商市场 力的实施，这在理论和实践中都得到了证呀砜6 1 】。 目前，对电力合同市场的研究主要有两方面，一方面是关于远期或期货合同 的风险建模理论研究，另一方面是关于合同市场的博弈策略及合同市场对现货市 场影响机制的研究。文献【6 2 】在c o u m o t 模型中考虑了远期合约的影响，并计及 了购电商的风险。而文献 6 3 】给出了考虑差价合同交易的l s f 均衡模型。文献 6 4 】 考虑电价波动带来的风险，提出了发电商可选择远期合同的概念，并研究了市场 参与者对合同的选择。这种合同不但能使市场参与者规避电价不确定性带来的风 险，而且保留了在有利情况下获利的机会。文献 6 5 】针对一类灵活电力远期合同， 利用实时电价数据和随机动态规划方法，采用无套利定价原则确定合同价格。 许多文献对合同市场和现货市场进行联合分析 6 6 - 7 0 ，从而分析发电商或购 电商的电能分配策略或远期合同对市场力的影响。文献 6 8 】采用风险效用模型研 究了发电商在双边合同市场、实时电能市场和辅助服务市场中的电能分配策略。 而文献 6 9 贝j j 讨论了购电商在日市场、时市场和实时市场的购电分配策略。文献 7 0 在对称发电商、线性边际成本且合同电量对称的假设下，应用c o u m o t 模型 对合同市场和实时市场进行模拟并分析了远期合同对于市场力的影响，结论表明 9 第一章绪论 远期合同的存在相当于增加了用户的需求弹性，从而对发电商的市场力有抑制作 用。而文献【7 1 】则以韩国电力市场为例，采用l s f 模型分析了在输电约束的条件 下，远期合同对于发电公司实施市场力的影响，揭示了在特定条件下远期合同的 存在可能会降低社会福利。 远期合同市场的存在对于整个电力市场的稳定性和平抑寡头发电公司的市 场力具有重要作用。我国试运行的东北区域电力市场年度合约电量交易额就占到 了总电量的8 0 t 7 2 ，7 3 1 ，因此，研究电力市场中远期合同的作用具有重要的理论 和现实意义。 1 3 本文的主要工作 电力工业的市场化改革是一项复杂而艰巨的任务，尤其是对我国而言，没有 任何成熟的市场化模式可直接照搬。针对电力市场改革过程中出现的诸如发电公 司凭借其市场地位滥用市场力以及市场中纵向一体化的趋势等问题，本文进行了 相关的研究。所作的主要工作为： 系统阐述了电力市场中市场力的概念、成因、分类、影响因素、评估指 标和抑制市场力的各种措施。 依据我国发电侧电力市场的运营实际，在电网公司运营模式和i s o 运营 模式下，分别建立了纵向一体化前后发电公司c o u m o t 博弈和s t a c k e l b e r g 博弈时的市场均衡模型。 以i e e e6 机3 0 节点系统为例，讨论了纵向一体化前后发电公司成本、 电网公司成本和利润率、需求等各种因素对市场力的影响。 介绍了电力市场中双边合同交易的种类和作用。 建立了考虑远期合同交易的市场均衡模型，并分析了当合同电价不同时 合同电量对发电公司的市场力和利润以及电网公司购电成本的影响。 1 0 第二章电力市场中市场力的基本理论 第二章电力市场中市场力的基本理论 国内外电力市场的实践已经表明，电力市场并不是一个竞争性很强的市场， 相反，实际的电力市场类似于一个寡头垄断市场。尤其是在电力市场建设和运营 的初期，发电公司极有可能利用尚未完善的市场机制行使市场力，抬高电价以赚 取高额利润。本章将从经济学的角度出发，结合电力市场的实际情况介绍与市场 力有关的基本理论。 2 1 市场力的基本概念 2 1 1 市场力的定义 作为经济学研究的核心问题之一，市场力有着非常明确的定义，但由于分析 问题的角度不同，应用的环境不同，各种经济理论和市场机构又都有着关于市场 力各自不同的定义。虽然各种定义的表述方式不同，但其实质都是相同的。 市场力也称为市场势力，经济学中对其的定义为：单个企业或少数企业对某 一产业的价格和生产决策的控制程度。还有一种从价格角度给出的定义：市场力 是一种调节可获益的价格使其偏离竞争性价格水平的能力 7 4 1 。美国联邦能源管制 委员会( 麟) 针对电力市场中的市场力，在“s t a t eo f t h em a r k e t s2 0 0 0 一中给 出定义如下： m a r k e tp o w e ri sd e f i n e da st h ea b i l i t yt ow i t h h o l dc a p a c i t yo rs e r v i c e s ，t o f o r e c l o s ei n p u tm a r k e t s ，o rt or a i s er i v a lf i r m sc o s t si no r d e rt oi n c r e a s ep r i c e st o c o n s u m e r so nas u s t a i n e db a s i sw i t h o u tr e l a t e di n c r e a s e di nc o s t so rv a l u e 。( f e r c 2 0 0 0 ) f e r c 对市场力的定义为在没有相应的成本和费用增加的情况下，为提高消 费者价格，限制容量或服务以阻止竞争对手进入市场或提高竞争对手成本的能 力。这个定义侧重于行使市场力，而忽略了实现市场力的方法，同时也没有提及 行使市场力的“可获益性”【7 5 】。 无论怎样定义市场力，确定市场力是否存在的两个要素为企业有持留容量或 提升价格的行为以及基于该行为导致了利润的增加。只要满足了这两个条件，不 管如何短暂或微小，仍然存在市场力。 第二章电力市场中市场力的基本理论 2 1 2 市场力的分类 从不同的研究角度，市场力可以分为不同的类型： a ) 垂直市场力和水平市场力 从市场组织结构的角度，市场力可分为垂直市场力和水平市场力。一个 公司拥有和操纵从电力生产到传输的整个过程的设施，就具有垂直市场力。 电力市场改革就是要将发电、输电和配电分开，消除电力工业内部的垂直市 场力。因此，通常所说的市场力是指由于企业在某个市场上占有很大的市场 份额所引起的水平市场力。 b ) 卖方市场力和买方市场力 从市场参与者的角度，市场力可分为卖方市场力和买方市场力。卖方市 场力是指市场中卖方具有的操纵市场价格的能力，通常表现为以高于边际成 本的价格卖出产品。买方市场力是指市场中买方所具有的操纵市场价格的能 力，通常表现为以低于产品边际价值的价格买到产品。在买卖过程中，二者 是相互抵消的。 c ) 长期市场力和短期市场力 从持续时间长短的角度，市场力可分为长期市场力和短期市场力。短期 意味着2 到3 年以内，甚至可以是某几个月、某一天或某一个时段之内，厂 商拥有的影响市场价格的能力。而一旦能够形成进入壁垒，阻止竞争对手进 入市场，则厂商就拥有了长期市场力。长期与短期市场力的区别表明了市场 进入条件对市场力和市场绩效的影响。 d ) 防御性市场力和进攻性市场力 从实施目的的角度，市场力可分为防御性市场力和进攻性市场力。防御 性市场力是指厂商面对其他厂商采取进攻行为时所拥有的抵御这种进攻的 能力，而且这种能力必须是可信的、确实存在的。而进攻性市场力是指厂商 具有的主动扩大市场份额或者获得额外收益的能力。一般来讲，厂商拥有的 防御性市场力超过其进攻性市场力f l 射。 在电力市场中，由于电力资产的拆分，垂直市场力已不存在，因而通常所说 的市场力是指发电公司在电力批发市场上的卖方、水平市场力。 2 1 3 市场力的影响因素 电力市场中影响市场力的因素有很多，市场组织形式、定价原则、市场的规 则和政策等都会对发电公司的市场力行为造成影响。具体来看，影响市场力的因 素有： 第二章电力市场中市场力的基本理论 市场成员的数量参加竞价的发电公司数量越多，发电市场竞争越激 烈，市场的总供给曲线就越平坦，市场中可能的市场力就越小。相反， 如果市场成员的数量很少，则市场集中度较高，市场力就越大。 合同电量当市场中大部分电能是通过中、长期双边合同交易时，发电 公司在现货市场上的可调电量减少，实施市场力的可能性就小。短期合 同对市场力的影响较小。 输电阻塞电能在传输过程中要受到电网的输电容量限制，由于存在输 电阻塞，一个大的电力市场可能被分割成为若干小型电力市场，在这些 市场中发电公司的市场份额变大，有可能实施市场力。 发电容量充裕度从经济学的角度看，某一商品供应商所拥有的潜在市 场力和市场中该商品的稀缺性密切相关。供不应求，价格上涨，供过于 求，价格下降，这是普遍的经济规律。当发电容量较充裕时，市场中竞 争激烈，发电公司不太容易行使市场力；但当负荷较高，功率出现缺额 时，发电公司极有可能趁机实施市场力。 需求弹性用户的用电需求弹性越大，对价格变化就越敏感，这样有助 于削弱发电公司的市场力。但电力的短期需求弹性很小，甚至接近于零， 因此容易助长发电公司的市场力行为。 除了以上因素外，发电公司的联盟、市场成员的报价策略、需求的不确定性 等也都会对市场中的市场力有所影响。 2 2 电力市场中市场力的评估指标 分析电力市场中市场力大小的方法有很多，可以采用各种指标对市场力进行 定量评估，也可以对市场进行试验仿真分析，还可以建立c o u m o t 、s f e 等各种 模型模拟电力市场。在实际的市场监管过程中，最常用的还是计算并评价反映市 场运行状况的各种指标。 2 2 1 基于市场结构的评估指标 这类指标是根据市场参与者的构成情况和市场集中程度评价电力市场可能 的垄断程度，从而评估市场力的大小。主要包括集中度指标c r ( c o n c e n t r a t i o n r a t i o ) 和h h i ( h e r f m d a l l h i r s c h m a ni n d e