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电力市场资源优化配置的机理、特点与形式(二)

作者:叶泽 来源:中国电力企业管理 发布时间:2020-09-09 浏览:
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电力市场资源优化配置的特点

运用以上经济理论分析电力市场资源优化配置过程和特点,有利于更好地把握电力市场特征,充分运用市场机制优化配置电力资源。

电力市场均衡及其资源优化配置特点

电力市场均衡的特点主要有:第一,由于电能商品具有公用属性,其生产、输配和使用同时完成,电力市场均衡中供求平衡关系主要表现为供给满足需求。在这种情况下,供应短缺可能会被放大,而供给过剩又容易被忽视。因此,恰好满足需求的供应能力是基于市场均衡理论的资源优化配置的重点和关键,也是难点。国外学者大量研究电力市场条件下电网和发电容量投资机制,就是为了解决这个问题。如果不考虑备用容量,图1中ΔP2就反映了生产能力的过剩状态。第二,市场需求一天内变化较大,一年内不同季节变化更大。市场需求的经常性较大幅度变化不仅增加了电力系统运行维护的难度,也造成非最大负荷时间生产能力的相对闲置及浪费,图1中ΔP1反映了相对闲置和浪费的生产能力,阴影面积表示生产能力相对闲置的机会成本或损失。第三,市场均衡价格的敏感性。电能短期内呈现需求刚性特征,需求数量基本上不随价格变化而变化,需求曲线几乎垂直于表示产量的水平轴。图1显示了负荷需求高峰和低谷时需求曲线和市场均衡点,从图中可以看出,垂直的需求曲线和台阶式上升的供给曲线交叉产生的均衡价格对需求变化和供给变化都十分敏感和具有不确定性,较小的供给或需求变化都可能引起均衡价格的较大变化。第四,大比例的生产能力备用。为了保证电能供应的高可靠性,电力企业不仅需要按年最大负荷准备生产能力,还需要准备包括热备用、冷备用和黑启动等在内的大比例生产能力备用。

图1 电力市场均衡与供给能力平衡机制

根据电力市场均衡特点,市场机制优化配置资源的特点主要有:第一,要通过市场体系和价格机制设计在防止生产能力不足的前提下尽可能地控制生产能力过剩水平,即减少上图中的ΔP2。电力工业的行业属性和资本密集的特点使生产能力不足或者过剩的成本都很大,市场体系和价格机制需要精巧设计,通过市场机制合理引导企业进入或退出,才能获得这种紧平衡,有时形象地称为“刀尖上的平衡”。第二,通过市场价格机制调整需求,尽可能缩小高峰负荷与低谷负荷的大小差异,即缩小ΔP1,在满足需求的前提下,相对减少生产能力,通过节约资源产生优化配置效益。第三,通过市场范围和市场体系设计实现备用生产能力的共享等,在满足生产需要的前提下,提高备用生产能力的利用率,节约备用资源,产生新的资源配置效益。

电力市场最优生产及其资源优化配置特点

按照最优生产理论,电力市场中发电企业资源优化配置主要表现在两个层面,第一,不同企业、不同电源甚至不同机组之间不同发电成本的发电替代。如图2所示,把坐标中的生产要素分别对应换成不同企业或不同电源或不同机组,综合考虑环境、资源成本和收益等因素,将其成本或收益折算成为成本后作为发电成本,形成等成本线,把市场需求作为等产量线,按照成本最小目标确定的企业、电源或机组组合,就是资源最优配置的生产组合。第二,发电企业内部的生产要素替代。发电企业之间的竞争压力转化为企业内部的经营压力,迫使企业进行内部生产要素的替代,通过资本(技术)对劳动的替代,实现大容量机组对小容量机组或先进发电技术对传统发电技术的替代等,实现发电环节资源优化配置和最优生产。与发电企业不同,电网企业作为自然垄断环节,其资源优化配置过程不通过市场竞争完成,而通过政府管制完成;不过,电网企业资源优化配置的基本方式也是资源替代。

按照最优生产理论,电力市场资源优化配置的特点有:第一,生产要素替代是电力系统经典的资源优化配置方式。生产替代容易理解和操作,许多电力市场从生产替代开始,市场目标函数为系统发电成本最小化,实际上也就是不同发电成本的发电企业之间的电量替代。第二,替代形式多。在企业或机组层面上,大小机组替代是最简单的“成本”替代,可再生能源优先发电对其它能源包括火电的替代可称为“绿色”替代,不同系统共享部分备用的替代可称为“共享”替代。第三,市场机制对政府管制的替代。理论上,最优生产也可以在政府管制条件下实现,电力体制改革前以等微增煤耗率相等为原则的电网经济调度也可以实现最优生产,但是,这种方式的有效性事实证明不如市场机制的有效性,这是二十世纪80年代以来世界范围内电力市场改革的根本原因。

电力市场最优消费及其资源优化配置的特点

与电力市场最优生产不同,电力市场最优消费有三个特点:第一,由于电能的公用性,满足电力消费需求一般作为电力系统运行的前提条件,这样,电力消费者主动参与市场不够,不同消费者之间的边际消费效率不相等,消费者福利最大化目标不能得到充分保证。可以分为两种情况,一种是在电力供应得到保障的情况下由于缺乏消费者参与而没有形成最优消费,另一种是在电力供给相对紧张时,不考虑消费者效用“有序用电”或拉闸限电所造成的需求侧福利损失。第二,需要通过消费者自我选择参与实现。最优消费理论在消费者效用确定的前提下寻找最小消费支出的消费产品组合,理论应用的条件是能够准确计量和比较不同消费产品组合的效用。实际上,由于消费者效用的主观性太强,而且属于绝对的消费者私人信息,不同消费产品组合的效用很难获得客观计量和比较,因此,最优消费理论应用中经常转换成相应的对偶问题,即在相同消费支出的情况下,通过机制设计如菜单等,引导消费者把偏好或效用信息显示出来,在激励相容中自己实现效用最大化。第三,如同电动机只能使用铭牌规定的电压等级的电能一样,用户电力消费的产品往往具有单一性,难以通过不同效用的产品的替代,形成最优消费组合。

电力市场最优消费在优化资源配置方面主要有三个特点:第一,主要发生在供应短缺或潜在短缺条件下。由于电能是必需品,一般情况下消费者必然会选择使用,不存在替代问题。但是,在供应不足时,就需要对有限的资源在不同效用消费者之间进行最优分配或资源替代,以获得最大的消费者总体效用。国外输电金融权就是对可能短缺的输电能力在不同效用的使用者之间进行最优配置的制度设计。第二,消费时间替代。电力市场中一种有意义的消费替代是消费者“削峰填谷”式消费所产生替代或资源优化配置过程。当峰谷价差足够大时,消费者会把部分用电量从尖峰电价时段转移到低谷电价时段,产生用电量在不同时间节点之间的替代。这种替代对生产者和消费者产生的效益非常明显,是电力市场中消费者资源配置的重要内容。第三,电能对其它能源的替代。这不是电力市场中消费者资源优化配置的必然内容,但是,电力市场改革与国家产业政策等结合,确实产生了电能对石油(电动汽车),电能对煤炭和天然气(取暖等)的替代。

电力金融衍生工具市场及其资源优化配置特点

第一,由于金融衍生工具的使用,相比于一般商品市场,电力市场与金融市场融合程度高,如电力市场按交易合同是否物理执行分为物理市场和金融市场,电力市场模式也主要依据这个标准分为分散式市场和集中式市场。其次,电力市场有较多的金融交易品种和专门从事投机交易的市场主体,电力金融交易规模可以数倍于物理交易规模。第二,电力市场金融衍生工具的使用与电力市场成交价格的变化和预期程度紧密相关。电力市场成交数量大,交易频繁,如果价格变化大且可预期程度差,就必须使用金融衍生工具。第三,电力金融市场可以完全脱离物理市场交易,交易主体是做市商和投机者,充分使用金融杠杆,通过多次重复交易使金融资产价格接近实际市场成交价格。

利用金融衍生工具优化配置资源的特点:第一,通过金融合同物理执行的选择权实现不同发电企业之间的电量替代。如图3所示,在全电量差价合同的现货市场中,高成本发电企业在预测市场成交价格低于可变成本的情况下会放弃发电合同的物理执行,在不需要与低成本发电企业协商的情况下,通过市场机制由低成本发电企业替代完成其发电合同,两个企业的成本差异就是替代发电的效益。第二,电力金融市场的价格信号可以引导电力合理投资。电力项目投资大,回收周期长,市场价格信号能否引导产生适度投资,是电力市场改革是否成功的关键。现货市场价格波动大,难以作为投资信号;中长期市场价格有意义,但对未来预期不充分,还因为差价合同机制等有一定的妥协性。电力期货期权市场参与主体多,通过重复交易,充分反映了未来预期,成交价格及其变化趋势能够为投资者提供有价值的价格信号。

我国电力市场资源优化配置具体形式及相关建议

基于市场均衡理论的电力市场资源优化配置分析及其相关建议

市场种类。目前我国电力市场以省级市场为主体,跨省跨区交易作为边界条件纳入省级市场。省级市场中分为市场交易和计划交易两个部分,不同省市场交易电量比例有较大的差异。对于现货市场改革试点省份,市场交易又分为中长期交易和现货交易两个部分。中长期交易中按交易周期可以分为年度交易、季度交易、月度交易和周交易,还可以按交易方式分为协商交易、集中撮合交易和挂牌交易等。现货市场分为日前市场、小时市场和实时市场。考虑到现货市场仅在少数省份试点,年度集中撮合竞价交易可以认为是目前基于市场均衡理论优化配置资源的典型形式。

年度集中撮合竞价交易市场优化资源配置效果分析。目前年度集中撮合竞价交易参与交易主体有限,电量规模有限,一般采用价差报价,不同省成交价格水平低于标杆电价或销售电价的程度差异较大,成交价格与平均成本或边际成本的关联程度缺乏足够依据。总体上看,根据目前的交易规则,低成本发电机组优先中标并承担基本负荷,对高成本发电机组的发电量有替代作用,具有优化资源配置的效果。但是,这种效果没有得到应有的重视,实际交易规则中,有该交易品种电量规模的限制甚至发电企业投标电量的限制,通过这两重限制,电量替代的作用降低;更重要的是,政府、企业和相关利益主体主要关注成交的价差水平,现有交易机构的年度交易报告中都没有分析这种效益。

相关建议。目前我国电力市场即使在省级市场范围内也没有成为一个统一市场,而是一个有许多限制的共同市场。多种交易限制和多重交易价格不仅限制了低成本机组对高成本机组的电量替代,也模糊了真实的供求平衡状态和价格水平。因此,建议以省内统一市场为目标,全面放开发用电计划,开放市场交易主体,整合非现货市场交易的其它交易品种,让中长期市场尽可能充分地反映目前生产能力相对过剩的市场均衡状态,让市场成交价格以市场竞争的方式降低,同时引导投资和电力消费,用市场机制而不是用行政手段使市场均衡维持在真实的状态,实现资源优化配置目标,达到降低电价与国民经济发展及用电增长的双赢效果。

基于最优生产理论的电力市场资源优化配置分析及其建议

市场种类。目前基于最优生产理论的电力市场主要有:以消纳新能源为主要目标的跨省跨区交易,省内发电企业与大用户直接交易,省内发电权交易,中长期发电合同交易,现货市场中差价合同所产生的物理合同替代交易,发电企业竞争的挂牌交易等。在这些市场中,省内发电权交易和现货市场中由于差价合同产生的物理合同替代具有代表性。但是,结合我国电力资源配置实际状况,以消新能源为主要目的跨省跨区交易在资源优化配置上更加重要。

跨省跨区交易的资源优化配置效果分析。目前我国跨省跨区电力交易由省级电网企业委托代理完成,实质上是省外发电企业与省内发电企业之间的电量替代。替代的机理有基于国家可再生能源法的“绿色”替代,也有低成本电量对高成本电量的“成本”替代。目前有关“绿色”替代的资源配置效果,国家有关部门用减少的弃风弃光电量或弃风率弃光率指标变化做了说明,但是,有关的统计分析还不细致,没有完全说明跨省跨区交易在资源、环境和成本上的优化配置效果。更加重要的是,目前对跨省跨区交易的功能主要停留在新能源消纳和余缺调剂上,没有在“共享”备用,把省外电源纳入本省电源一起优化电网运行方式等方面设计和实施有针对性的电力市场改革,“共享”的资源配置效益潜力还有待挖掘。

相关建议。分析省内发电权交易以来我国电力市场中发电侧通过各种替代所产生的资源优化配置方式和效果,结合我国电力市场改革的实际,我国电力市场最优生产要在完善过去“成本替代”、“绿色”替代的基础上,适应跨省跨区交易的发展,增加包括电网运行方式优化在内的“共享”替代的内容。“成本替代”完善要从真正放开发用电计划电量开始,如图1所示,如果排在优先生产位置的低成本机组的发电量在生产能力范围内因为考虑公平因素受到限制,那么低成本机组对高成本机组的替代就不充分,资源配置效益就没有实现最大化。“绿色替代”在目前可再生能源发电成本具有可竞争能力的条件下,要充分运用市场机制,还原可再生能源发电的市场属性,也在一定程度上减缓补贴政策造成的资源配置扭曲损失。如果能够有效利用省外电能替代省内尖峰负荷,优化本省电网运行方式,“共享”替代可以直接降低本省发电和输配电容量;如果通过跨省跨区交易“共享”备用或互为备用,就可以在保证安全可靠运行前提下减少省内发电和电网备用容量。

基于最优消费理论的电力市场资源优化配置分析及相关建议

市场种类。目前我国以最优消费理论为基础的电力市场相对较少;有些市场即使有用户参与,其偏好或效用也没有充分地显示出来。年度双边协商交易,集中撮合竞价交易,发电企业与大用户直接交易市场,用户参与的挂牌交易,用户参与报价的现货市场都属于这类交易。甚至包括峰谷分时电价,在原理上强调用市场价格信号引导消费,与现货市场相比只是交易的时间节点更少,也可纳入这类交易;可中断电价也属于这种类型,在运用价格信号引导消费者用电方面体现了市场机制的实质。在以最优消费理论为基础的交易品种中,相对成熟的是发电企业与大用户直接交易。

直接交易的资源优化配置效果分析。发电企业与大用户包括代理用户的售电公司直接交易的交易电量规模大,参与市场主体多;由于直接交易体现了用户选择权,改革意义和社会影响大。从最优消费理论的角度,直接交易应该通过价格机制,引导不同用电效用的用户之间的用电电量和用电方式替代,包括用电时段的调整。但是,由于目前我国参与直接交易的用户需要政府相关部门批准,市场主体有限制,而且交易规则如报价规则也有限制,因此,用户之间的替代效果十分有限。当然,用户最优消费在供给紧张时更能发挥作用,目前我国电力供应总体上呈现过剩状态,也在一定程度上限制了用户的参与,直接交易市场更多的是发电侧单边竞争市场。

相关建议。目前我国许多省份面临一个棘手问题,一方面在高峰负荷时期电力供应紧张,另一方面发电机组利用小时太低。解决这个问题的唯一途径就是用价格信号引导消费,让高峰负荷电价依据生产成本甚至用户的机会成本充分地高,限制和转移一部分高峰负荷;让低谷电价根据边际成本或机会成本合理的低,增加和转移一部分低谷负荷,通过“削峰填谷”,才能解决上面的两难问题。因此,要加快电力现货市场建设,在现货市场暂时还难以发挥作用的情况下,建议用峰谷、季节性分时电价政策代替现货市场,充分利用用户响应机制,减少图1中的ΔP1,实现需求侧的资源优化配置。有些省通过增加新发电机组解决缺电问题,几百万千瓦机组的年利用小时可能几十小时,这种资源浪费就是现货市场或分时电价的资源配置效益。

基于金融衍生工具的电力市场资源优化配置分析及相关建议

市场种类。目前我国仅在电力现货市场建设试点中运用了差价合同。相比于国外电力期货、期权市场,差价合同和金融输电权等金融工具的运用,我国电力金融市场还有较大的差距。产生这个问题的根本原因是电力市场改革以来,我国电力供应基本上处在相对过剩的状态,市场价格水平低,而且变动幅度较小,对电力金融市场的内在需求较小。

差价合同优化配置资源分析。目前我国电力现货市场试点方案中部分省选择了以差价合同为基础的全电量现货市场方案。如图2所示,这种方案能够促进全部电量在保证一定收益水平的基础上,在发电侧按成本“以小代大”的规则进行替代,实现最大限度和最有效率的发电权交易,替代电量与大小机组的成本差异的乘积,就是差价合同所产生的资源配置效益。目前各省现货市场试点中对差价合同产生的发电权交易机制重视不够,方案中没有特别强调这种机制及实现规则,试点总结中也没有特别强调这方面的效果。

相关建议。具有差价合同的全部电量参与现货市场是否能够有效地实现电量替代,获得最大的资源配置效益,与现货市场交易规则设计直接相关。比如,目前我国电力现货市场成交价格都设置了价格上下限,而且上限不高,下限不低,人为地限制了价格波动。其实,电力现货市场存在的必要性就是价格大幅度波动,只要不是人为操纵的结果,应该让价格充分反映瞬间供求平衡状态和发电成本,甚至用户的机会成本。现货市场价格上限应该按边际用户的缺电成本确定,价格下限应该按边际发电机组的停电成本确定,这样可以给现货市场足够大的价格变化空间,促进不同成本机组的发电合同替代,实现发电资源优化配置。另外,针对我国电力市场改革的实际需要,有必要开发和设计适合国情的新的电力金融工具,比如,根据四川电网和河南电网的丰枯互济互保的做法,可以把互保设计成一种金融产品,在余缺调剂、备用共享等方面和更大范围的主体中使用,更有效地提高资源配置效率。

(本文得到教育部、人文社科重点研究基地重大项目“竞争政策对电力产业的适用性与难点问题研究”(18JJD790001)资助)

本文刊载于《中国电力企业管理》(上旬)2020年第7期,作者就职于东北财经大学产业组织与企业组织研究中心,长沙理工大学电价研究中心。

关键字:电力市场

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