电力经济学基础-4

1、华北电力大学 电力市场研究所（四）市场成员行为分析王雁凌共邮箱：,密码dljjxjc第四章市场成员行为分析及市场监管电力市场成员行为及风险分析电力市场成员行为及风险分析 电力市场成员行为及风险分析电力市场成员行为及风险分析 1.1 用户行为分析1.2 发电商行为分析1.1 用户行为分析用户行为分析1.1.1 需求弹性1.1.2 用户的需求1.1.3 电能零售商1.1.1需求弹性我们定义了需求的价格弹性（price elasticity of demand），它等于需求相对变化与价格相对变化二者之间的比率。 ddqqdqdq1.1.1需求弹性对应于给定的价格变化百分比值

2、，如果需求变化百分比大于它，我们称此商品的需求是有弹性（elastic）的。相反， 如果需求的相对变化值小于价格的相对变化值，则我们称此商品的需求缺乏弹性（inelastic）。另外，如果弹性值等于-1，那么需求是单位弹性（unit elastic） 1.1.2用户的需求长期来看，用户购买新的器械、机器或其它设备会改变负荷消费模式。短期来看，随着短期价格的上涨，电力需求确实会下降，但是下降的幅度非常小。1.1.2用户的需求失负荷价值（VOLL），量度用户赋予电能商品以多大的价值。它表示的是用户为了避免突然停电愿意为每MWh电能支付的平均价格。英格兰和威尔士（E&W）的VOLL值等于27

3、68镑/MWh。1.1.2用户的需求一般可对各类用户受停电影响造成的经济损失进行分类调查, 建立了表示综合用户停电损失和停电持续时间关系的综合用户停电损失函数。1.1.2用户的需求最低值最高值平均值2001年1月0.00168.4921.582001年2月10.0058.8418.962001年3月8.0096.9920.00 E&W电力库的电能价格如下表电力库的电能价格如下表 （单位：（单位：/MWh） n 竞争性市场价格会在一定范围波动，很难准确预测电力需求价格曲线形状。1.1.2用户的需求电力用户需求弹性低主要是因为受到以下两种经济与社会因素的影响首先，电能成本仅在大多数工业产品

4、的生产成本中占到很小一部分，也只占大多数家庭用户生活成本的很小比例。 在一个世纪前刚刚出现商业发电时，电力商品就被打上了“使用方便，容易获取”的标记。 省份省份广东广东广西广西云南云南贵州贵州海南海南人均电费支出人均电费支出351351190190139139167167165165人均消费支出人均消费支出9636963657635763602360234948494855025502电费支出占消费支出比例电费支出占消费支出比例3.65%3.65%3.30%3.30%2.32%2.32%3.39%3.39%3.00%3.00%1.1.2用户的需求高耗能行业特殊性产品类别产品类别用电单耗用电单耗

5、（千瓦时（千瓦时/ /吨）吨）目前价格目前价格 （元（元/ /吨）吨）水泥水泥110110120120280-340280-340电解铝电解铝13323133231950019500电解铜电解铜90090064500-6500064500-65000电解锡电解锡60286028145000-150000145000-150000电解铅电解铅1180118024500-2500024500-25000电解锌电解锌385038502850028500黄磷（净磷）黄磷（净磷）1350013500145001450010300-1060010300-10600电石电石3300330027002700硅

6、铁硅铁(75(75) )10000100005400-56005400-5600高碳锰铁（高碳锰铁（7.07.0）380038007200-74007200-7400硅锰（硅锰（65176517号）号）500050007200-73007200-7300螺纹钢螺纹钢3003003800-40003800-4000高线高线6006003800-39003800-3900热轧板热轧板1201204080-42504080-42501.1.2用户的需求高耗能行业特殊性o 对工业行业的电价承受能力可以采取两个指标作为参考，一是电费支出占生产成本的比例，另一个是行业的利润率水平，由此可以将工业行业划分为

7、三大类别：n 1、对电价调整最不敏感的行业；n 2、对电价调整较为敏感的行业；n 3、对电价调整极为敏感的行业。1.1.2用户的需求高耗能行业特殊性产品利润率电费成本比例最不敏感最不敏感：医药、烟草、食品、通讯设备、专业设备制造。最敏感最敏感：有色金属、黑色金属加工、非金属矿物制造、化学原料制造。较为敏感较为敏感（B）：塑料金属制品、纺织、电气设备、交通设备制造、服装加工。较为敏感较为敏感（A）：黑色金属、有色金属、非金属矿采选业、石油天然气、煤炭开采。1.1.2用户的需求 -低需求价格弹性及其影响除了在电价突然上升时降低电力需求之外，电力用户还可以推迟用电时间，以等待电价的降低。但这可能会增

8、加成本。 由此可知，大多数小居民用户与商业用户不会对小时或半小时电能价格变化做出积极响应。 在未来可见的一段时间内，用户可能还会按照统一价格购买电能。统一价格会隔断用户与每日发生的电能价格波动之间的联系，所以它们不会对提高短期需求弹性起到任何作用。 如果电力需求弹性非常低，电力市场运营可能会受到非常坏的影响。尤其是在不完全竞争市场上，我们会发现它可以增加电能生产者滥用市场力的能力。1.1.2用户的需求 -低需求价格弹性及其影响1.1.3电能零售商积极参加市场交易对小用户可能得不偿失。所以他们往往更倾向于支付统一价格，也就是每kWh电能的价格都一样，每年最多调整几次。零售商面临的问题是，他们必须

9、按照变动的价格在批发市场上购电，然后再以固定价格向小用户零售。电力零售价表示例：美国加州PG&E居民分时电价1.1.3电能零售商各电能零售商出售给客户的电能数量以表计读数为准，如果某一时段所有客户消费量的总和超过他的合同购买量，那么零售商必须按照该时段的现货价格在电能市场上购得相同数量的补充电能。类似地，如果合同购买量超过客户的实际消费量，则视零售商已经通过现货市场上出售了这一差量。 1.1.3电能零售商为了减少现货市场价格波动所带来的风险，零售商需要尽可能准确地预测出自身客户的电力需求量。零售商采用灵活的销售策略 1.1.3电能零售商零售商的价格策略提供用户多种形式的电价选择权选择权

10、分时（分季节）电价和非分时（分季节）电价用户可依据不同中断能力选择执行不同的可中断电价不同多部制电价的选择（如单一制、两部制）不同的结算方式的选择马里兰州内Delmarva Power & Light电力零售公司的居民电价季节性季节性电价电价分时电价分时电价其中，晚上供电类型要求晚上用电时间超过一定的规定标准。24小时类型只需安装一个计量表即可。晚上供电类型、家庭生意类型的计量表需要有两个指针，分别指示白天和晚上的用电值。 英国爱尔兰电力公司（ESB）向居民电价有5种类型：城市24小时类型；城市晚上供电类型；农村24小时类型；农村晚上供电类型和家庭生意类型。每种类型电价分两部分收费，U

11、nit charges和Standing charges。例如：城市24小时类型的Unit charges和Standing charges电价表如下：向用户提供两种结算方式向用户提供两种结算方式可选择可选择晚上储能装置单晚上储能装置单独计费独计费，且电价，且电价较低。较低。Unit chargesStanding charges1.2 发电商行为发电商行为1.2.1概述1.2.2完全竞争1.2.1概述机组 在该时段内获得的利润等于它的电能销售收入与电能生产成本之差，它的利润最大化决策可以表示如下：iiiiPCP maxmax:市场价格:iP 发电出力():iC P发电成本1.2.1概述存在最

12、优解的必要条件是：边际收益恰好等于边际成本 0iiiiiiidPPdCdPPddPdiiMCMR 1.2.2完全竞争如果市场是完全竞争的（或者机组的可用出力远小于市场的容量规模），市场价格不受Pi变化的影响。此时，机组的边际收益等于：上式揭示了这样一种事实，若发电商是价格接受者，那么他出售每MWh电能所能实现的收益就是市场价格。 iiidPPdMR1.2.2完全竞争如果边际成本是关于电能生产量的单调递增函数，发电机组可以选择增加出力，直到边际生产成本恰好等于市场价格为止：但只有当边际成本大于平均生产成本时，按边际成本出售电能才会盈利。 iiidPPdC1.2.2完全竞争例1：燃煤机组的最小稳定

13、出力是100MW（即保证它能够连续生产的最低发电数量），最大出力极限是500MW。基于该电厂的实际量测数据，我们可以得出机组的输入输出曲线为： ($/h) 0026. 066.1014321111PPPC1.2.2完全竞争若是市场上的电能销售价格为12$/MWh，由此可以计算出该机组的发电出力满足：或者 MW 120052. 066.101111PdPPdC7 .2571P1.2.2完全竞争发电极限如果 则那么该机组肯定会按照最大出力进行发电。 如果显然，机组此时的发电会面临亏损，所以它的唯一选择只能是停机不发电。 max|iPiiidPPdC min|iPiiidPPdC1.2.2完全竞争例

14、如如果市场价格大于或等于下面的值，那么该机组将会按照最大发电出力安排生产： 另一方面，要是市场价格低于下式给定的值，那么机组将会亏损： 26.135000052. 066.10|500111MWdPPdC 18.111000052. 066.10|100111MWdPPdC1.2.2完全竞争空载成本（No-load Cost）在安排机组的生产运营时，生产者还必须计及一些准固定成本（Quasi-fixed Cost）因素，此类成本只有在机组运行时才会发生，但与机组的实际出力无关。机组会保持与电网连接但却不提供任何出力，空载成本反映的就是维持机组空载运行所需要的燃料费用。空载成本实际上仅仅是发电成

15、本曲线的一个常数项。 1.2.2完全竞争例2：例1中机组的二次成本曲线可以用下面给出的三段线性成本曲线来近似表示 该机组的调度应当随着电能市场的价格波动而变化 2501001 P 0 .7857.11111PPC4002501 P 0 .11735.12111PPC5004001 P 0 .37700.13111PPC：（$/h）：（$/h）（$/h）1.2.2完全竞争1.2.2完全竞争随着电能价格的升高，机组的利润会以分段线性方式上涨。但因为存在空载成本，只有当价格大于11.882$/MWh时机组才会真正盈利。 1.2.2完全竞争1.2.2完全竞争发电计划虽然发电机组在各个时段的出力计划都是

16、最优的，但由于机组可能具有很大的启动成本，同时还需要遵守一些限制性约束，它往往不能实现利润最大化。因此以1天、1周或者更长的时间为周期来优化生产计划，会显得更加合理一些。 为了能够实现优化，需要进行电价预测 1.2.2完全竞争启动成本将机组从停机状态启动至可以进行发电生产的状态，该过程所需要花费的费用即为启动成本。它是空载成本之外的另一种准固定成本。 为了最大化火电机组的利润，我们应当针对一个段比较长的时间来优化机组的启停安排。这也就意味着为了避免启动成本，机组会选择在有些时段维持亏损运营，而不是简单地在降价时停机，然后在涨价时再开机。 1.2.2完全竞争例3：分析燃煤机组在一段长达几个小时的

17、时间内如何进行计划安排。我们假设电能的销售价格是按小时计算， 市场价格如图所示。1.2.2完全竞争假设机组在小时1段启动，它的启动成本是$600。下表汇总了机组此时的成本与损益： 1.2.2完全竞争动态约束 火电机组的启动或停止，甚至是稍微大一些的出力增减，都有可能给原动机带来非常大的机械负担。如果负担过大的话，设备可能就会受到损害，缩短使用寿命。 为了减少频繁启动与关停对机组造成的损害，我们通常需要规定火电机组启动后，它应当保持并网发电的最短时间。同时，我们一般也会规定火电机组关停后，它至少应当休息的时间长度。此类约束确保汽轮机能有足够的时间让温升慢慢消退。 1.2.2完全竞争环境约束 如果

18、限制的是特定污染物在大气内的排放速率，这也就限制了机组的最大出力水平；如果限制的是污染物在一年内的总排放量，此时电厂面临的是一种复杂的总量约束。 虽然水力发电厂不会排放污染物，也比火力发电厂更灵活，但是它们的用水可能会受到一些约束。 1.2.2完全竞争其它经济机会的影响除了电能之外，发电机还能提供其它服务，如备用、负荷跟踪、调频服务与电压控制等。这些不同的服务，通常被称为辅助服务或系统服务，是电能销售之外的另一个收入源。 1.2.2完全竞争基于购买决策的生产安排 假设某一发电公司签订了一笔双边合同，需要在某一小时内向给定负荷L供电。我们首先假定该发电公司会利用它的一组数量等于N的电厂来履行合同

19、规定的负荷供应任务。很明显，它会以成本最小的方式进行电能生产。也就是等耗量微增率准则： NNdPdCdPdCdPdC.2211LPNii11.2.2完全竞争拉格朗日乘子的值就等于各机组新增单位MWh产量的成本。所以该拉格朗日乘子常常也称为电能的影子价格。 我们假定该发电公司可以参加现货电能市场。如果市场价格低于上面计算出的电能生产量所对应的影子价格，那么它应当选择向市场购买电能，并将自身机组的生产量调低，从而使得： NNdPdCdPdCdPdC.22111.2.2完全竞争 假设某一小系统的负荷是300MW，它有两台火电机组与一座小型径流式水电厂，那么如何使供电成本最小化呢？水力发电厂的出力恒定

20、等于40MW，火力发电厂的成本函数如下式所示：机组A： $/h机组B： $/h203.08.116BBBPPC204.07.120AAAPPC1.2.2完全竞争最优问题的拉格朗日函数可以写成如下的形式：其中 表示需要由火电机组提供的260MW负荷。BABBAAPPLPCPClL1.2.2完全竞争008.07.1AAPPl006. 08 . 1BBPPl0BAPPLl2.1 各国电力市场中的市场力问题2.2 电力市场中的市场力定义及原因分析2.3 市场力分析模型2.1各国电力市场中的市场力问题各国电力市场中的市场力问题2.1.1英国英格兰和威尔士电力市场（英国英格兰和威尔士电力市场（E/W）的市

21、场）的市场 力问题力问题2.1.2美国加州电力市场的市场力问题美国加州电力市场的市场力问题2.1.3美国新英格兰电力市场（美国新英格兰电力市场（NEPOOL）的市）的市 场力问题场力问题2.1.4东北区域电力市场的市场力问题2.1.1英国英格兰和威尔士电力市场英国英格兰和威尔士电力市场 （E/W）的市场力问题）的市场力问题Wolfram于1998年和1999年分别分析了英国最大的两家发电商NP（National Power）和PG（PowerGen）的策略报价行为；利用同期的发电燃料价格和发电热耗测算了发电的系统边际成本，并将它和市场竞争形成的系统边际电价进行比较以确定价格-成本差异。通过比较

22、实际调用的发电机组的成本曲线和实际支付给发电厂商的系统边际价格（SMP）曲线，测算出市场价格的扭曲程度。结果表明结果表明1992-1994 年间系统边际电价比系统边际成本年间系统边际电价比系统边际成本高出高出19%-25%。2.1.1英国英格兰和威尔士电力市场英国英格兰和威尔士电力市场 （E/W）的市场力问题）的市场力问题另有分析表明NP（National Power）和PG（PowerGen）有通过少报可调容量来抬高容量电价的行为。它们在非非用电高峰月份用电高峰月份申报的不可调容量比平常月份的数字要高1倍以上，两家发电公司各种类型的发电机组的可用率明显低于国际同类机组的可用率水平。为什么？为

23、什么？2.1.1英国英格兰和威尔士电力市场英国英格兰和威尔士电力市场 （E/W）的市场力问题）的市场力问题2.1.2美国加州电力市场的市场力问题美国加州电力市场建立初期，市场操纵问题十分严重，根据加州能源委员会、加州ISO和其他资料来源提供的数据，分析结果表明1998 年612 月间系统边际电价比系统边际成本平均高出29%，在高峰时段甚至高出 75%，到1999年夏季，发电商凭借市场操纵力额外获利达8亿美元。加州的电力危机发生在2000年6月，表现为市场现货价格出奇的高。总电能费用高达历史水平的10倍；发电价格不断上升(由1998年和1999年两年平均值33美元/MWh，增长为2000年12月

24、的317美元/MWh，电力批发费用从1999年的70亿美元增长到2000年的270亿美元)；加州最大的市政电力公司，太平洋天然气电力公司（PG&E）因支付不起交易电力的费用和许多小发电商的购电费而破产，从而触发了电力危机。2.1.2美国加州电力市场的市场力问题加州ISO通过对加州电力市场28个月的分析表明市场中存在严重的市场力行为，发现大约一半的市场出清价格发现大约一半的市场出清价格高于系统边际成本的情形与市场力的行使有关。高于系统边际成本的情形与市场力的行使有关。2.1.2美国加州电力市场的市场力问题 美国NEPOOL中发电公司策略性的利用机组特性使得市场缺乏竞争，能量市场至少有$1

25、0/MWh的价格提升是由策略性的持留行为造成的。2.1.3美国新英格兰电力市场（NEPOOL）的市场力问题 美国新英格兰电力市场价格与边际成本比较图2.1.3美国新英格兰电力市场（NEPOOL）的市场力问题市场出清价远高于竞争水平。在1999年7月，当小时负荷超过18000MW时，出现了很高的市场价格，有时甚至超过200$/MWh（边际成本的10倍）。在小时负荷为16000MW的时候还有很多时段的价格达到了边际成本的2到3倍。2.1.3美国新英格兰电力市场（NEPOOL）的市场力问题新英格兰电力系统（NEPOOL）的负荷相对集中于几个输入受限的区域，这种物理特性使得许多机组不得不约束上（con

26、strained-on），这使得这些机组有条件特别是在负荷高峰的时候行使局部市场力。2.1.3美国新英格兰电力市场（NEPOOL）的市场力问题七个断面：黑龙江东部黑龙江中部黑龙江西部黑龙江中部黑龙江省吉林省吉林北部吉林南部吉林省辽宁省辽宁中部辽宁西部南部辽宁省华北电网 2.1.4东北区域电力市场试运行期间的市场力问题七个断面中以黑龙江东部黑龙江中部、黑龙江省吉林省、吉林省辽宁省断面阻塞情况较为严重。2.1.4东北区域电力市场试运行期间的市场力问题2.2电力市场中的市场力定义及原因分析电力市场中的市场力定义及原因分析2.2.1市场力的定义2.2.2市场力分类2.2.3市场力产生的原因2.2.4市

27、场力在电力市场中的表现形式2.2.5市场力分析方法2.2.6市场力抑制措施2.2.7市场力指标2.2.1 市场力的定义 市场力是从英文“Market Power”翻译而来，在多种文献中也被译为市场势力、市场权力、市场支配力等。 经济学定义：市场力是使价格偏离竞争水平并从中获利从中获利的能力。监管者定义：对卖方而言，市场力是将获益价格维持在竞争水平之上，并持续相当长时间持续相当长时间的能力。 2.2.2市场力的分类从市场力的存在方式角度，市场力可分为垂直市场力和水平市场力。垂直市场力是指企业参与多项相关领域的经济活动，利用其在部分领域的主导地位来提高相关领域的价格，从而增加企业利润。水平市场力指

28、的则是在电力工业市场化改革后，由于机制、市场条件等等原因而使市场交易中的某个成员利用某种特殊的条件、优势获得相对于同类竞争者的超额利润的行为。煤电联营煤电联营利用阻塞优利用阻塞优势报高价势报高价2.2.2市场力的分类从市场力的行使对象角度，市场力还可以分为卖方市场力和买方市场力。卖方市场力一般是指各电力生产厂商利用市场结构特性，借助于自身优势或利用策略性竞争行为及联盟协作等方式控制或左右市场出清价格，使其高于电力产品生产的边际成本，以保持单个厂商或联盟组织的市场垄断地位，而获取超额利润的能力。买方市场力是指在需求侧行使的市场力，目的是降低市场价格。买方市场力的行使者可以是单一购买下的ISO。为

29、了降低市场价格，ISO可以通过付给高于市场价格的代价中断负荷或缩减输出；也可以通过需求侧参与报价。2.2.3市场力产生的原因2.2.4市场力在电力市场中的表现形式表现形式包括：电力企业扩大自身的规模 发电商通过持留行为行使市场力 物理持留：使得供给曲线向左移动 经济持留：使得供给曲线向上移动 QP竞争性竞价曲线持留竞价曲线表现形式包括：通过横向合作限制竞争。指有竞争关系的发电企业间通过协议、合作或者共同行为来限制彼此之间的竞争，从而增加对市场的控制力量，即通常所说的卡特尔，也称合谋、串谋、价格联盟。有优势的发电企业通过自身垄断力量来打击、消灭竞争对手或组织新的竞争者的竞争。如掠夺性定价。2.2

30、.4市场力在电力市场中的表现形式2.2.5市场力分析方法用市场力指标来识别已有的市场力 模拟发电商竞价行为的方法 试验仿真分析法 基于博弈、均衡理论的市场力分析法 研究未来的市场力风险 2.2.6市场力抑制措施 增加市场竞争主体，降低市场集中程度 开放需求侧市场，提高需求弹性 通过签订长期合约减少现货市场的需求量 加强市场分析，必要时实施价格管制 加强电网建设，合理布局电源 2.2.7市场力指标HHI（赫芬达尔-赫希曼指数 ）赫氏指数等于市场中每个企业市场份额的平方和，用以反映大企业的集中度及大企业之外的市场结构。HHI低于1000分为非集中行业，1000-1800为中等集中行业，1800以上

31、为高度集中行业。 2.2.7市场力指标美国1992年兼并指南对市场集中度的限制 2.2.7市场力指标例如：某行业市场成员的份额为30%，25%，20%，15%，10%，那么并购前HHI=30*30+25*25+20*20+15*15+10*10=2250，此行业为高度集中行业。此时，如果第三名与第五名合并，那么各个公司份额变为：30%，25%，30%，15%，HHI指数变成2650，增长了400，说明这种兼并很有可能导致市场垄断削弱竞争，这样的兼并得到政府通过的可能性就很小。 2.2.7市场力指标勒纳指数（Lerner index）勒纳指数度量一个厂商所拥有的垄断势力的大小，它等于（P-MC）

32、P，此处P是厂商的价格，MC是边际成本。在供过于求的电力市场，如低谷时段，Lerner 指标小、甚至趋于 0，表明发电商没有实施市场力的动机；在供不应求的市场，即使上网价格增加，发电商也没有能力增发电量，此时， Lerner 指标1，表明发电商有极强的市场力。2.2.7市场力指标市场价格可控指数和市场势力行使指数市场价格可控指数（MPC），分为单个机组的市场价格可控指数 I MPC ,i和整个市场的市场价格可控指数 I MPC；市场势力行使指数（MPE），也分为单个机组的市场势力行使指数 I MPE ,i和整个市场的市场势力行使指数 I MPE。它们可以按下列算式求得2.2.7市场力指标2.2.7市场力指标上式e ,max - e,min为机组i 的市场价格可控范围，其中 e,max为其最大可控价格， e,min为其最小可控价格； e为统一清算价；O i为机组i 的装机容量占市场总装机容量的比例。上述两个指数是厂商根据市场实际的供需情况，通过策略性报价在其发电出力范围约束下求解而得的。指标评价的标准是：MPC 越大，说明厂商行使市场力的能力越大；MPE 越大，说明实际市场力程度越大。2.3.市场力分析模型市场力分析模型2.3.1完全竞争环境下的市场力分析模型2.3.2不完全竞争环境下的市场力分析模型2.3.1完全竞争环境下的市场力