（区域经济学专业论文）发电商在电力市场中的报价策略研究.pdf

摘要 摘要 在解除管制、引入竞争的电力市场环境下，竟标是发电厂商参与市场竞 争的主要手段。发电厂商必须制定适宜的竞标策略，以确保生产成本的顺利 回收，并获得利润，维持企业的正常运作和良好发展。 本文首先介绍了电力市场改革的背景、电力市场的交易方式，简单介绍 了我国的电力工业改革历程以及华东区域电力市场建设的基本情况。 接着，本文研究了在可以参与多个市场的交易活动情况下，发电厂商的 竞标策略问题。在发电市场结构设计基础上，论文第4 章基于一级密封拍卖原 理，分别从单部分拍卖与多部分拍卖两方面构建电力竟价模型，对发电企业 的策略性竟价行为进行了分析。基于单部分拍卖的电力竞价分析结果表明： 在不具有市场力的前提下，均衡结果为“囚徒困境”，而在具有绝对市场力 的市场中，则表现为“智猪博弈”，：但不管是那种市场结构，在重复竞价中， 均表现为“高的市场清除价”而基于多部分拍卖原理构建的电力竞价模型给 出的均衡结果是一个混合n a s h 均衡，分析表明：在具有市场力的发电市场上， 均衡结果为类似“智猪博弈”，即低成本发电企业选择“合谋”策略的概率 大于高成本发电企业，而对“非合谋”策略则正好相反：在不具有市场力的发 电市场结构下，均衡结果类似“斗鸡博弈”或“囚徒困境”。 关键词：发电商，电力市场，报价，策略 a b s 仃a c t i na l le l e c t r i c i t ym a r k e t , b i d d i n gi sam a i nm e a l l sb yw h i c hp o w e rs u p p l i e rc a l l s e l ld e e t r i ce n e r g y p o w e rs u p p l i e rm u s tb i dp r o p e r l yi no r d e rt or e c l a i m p r o d u c t i o nc o s t sa n de a r np r o f i t s w h i l ei ti sa l s on e c e s s a r yf o rm 盯k e tr e g u l a t o r s t oi n v e s t i g a t et h ep o w e rs u p p l i e r sb i d d i n gb e h a v i o rs oa st oi d e n f i f yp o s s i b l e m 缸k e tp o w e ra b u s e 。 t h et h e s i sf i r s ti n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n do f t h er e f o r mo f p o w e ri n d u s t r y ，t h e t r a d i n gm e t h o d si ne l e c t r i c i t ym a r k e t , t h ec o u l o f p o w e rm d l l s t r yr e f o r mi n c h i n aa n dt h ec o n s t r c t i o no f t h ee l e c t r i e ym a r k e t o f e a s tc b _ i n 乱 p o w e rs u p p l i e r sb i d d i n gs t r a t e g yi nm u l t i p l em a r k e t si ss t u d i e d o nt h eb a s eo f f o r e g o i n gg e n e r a t i o nm a r k e ts t r u c t u r e , t h ed i s s e r t a t i o na n a l y z e st h es t r a t e g i c m a r k e tb e h a v i o ro f g e n e r a t i o nc o m p a n i e sb a s e d0 1 1f i r s t - p r i c es e a l e d - b i da u c t i o n t h e o r yi nc h a p t e r 4 t h ea u t h o rs e t su pp o w e rb i d d i n gm o d e lf r o mt w od i f f e r e n t v i e w p o i n t ss u c ha ss i n g l eu n i ta n dm u l t i - u n i t , a n dt h ec o n c l u s i o ni l l u s t r a t e s ：u n d e r s i n 目eu n i tb i d d i n gm o d e lc o n d i t i o 邶，t h ee x l u i l i b r i t t mi s r ，f i s o n e rd i l e m m a i f m a r k e tp o w e re x i s to ri s ”b o x e dp i g sg a m e ”，n om a t t e rw h i c hm a r k e ts t m e t u m ，t h e r e s u l ti sh i g h e rm a r k e tc l e a r i n gp r i i n re p o a t e d bi d d i n g b u tt h em o d e lr e s u l ti sa m i x e dn a s he q u i l i b r i u mb a s e do nm l l l 吐m l i l w h i c h 蚴t o ”b o x e dp i g sg a m e ”i f m a r k e tp o w e re x i s t , t h a ti sl o w e rc o s tg e n e r a t i o nc o m p a n yp r e f e rt oc h o o s e c o o p e r a t i v es t r a t e g y , a n dh i 曲e rc o s tg e n e r a t i o nc o m p a n yp r e f e rt oc h o o s en o n - c o o p e r a t i v es t r a t e g y , b u tt h ee q u i l i b r i u mi ss e e m l y ”p r i s o n e rd i l e n u n a o r ”c h i c k e ng a m e ”i f t h em a r k e ts t r u c t u r ei si n d i f e r c e k e y w o r d s ：p o w e rs u p p l i e r , e l e c t r i c i t ym a r k e t , p o w e re l e c t r i c i t yb i d d i n g , s t r a t e g y 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论 文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其它机构已经发 表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论 文中作了明确的声明并表示了谢意。 作者签名2 堡五笔蒸目期：型加 论文使用授权声明 本人完全了解复旦大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被套阅和借阅；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。保密的论 文在解密后遵守此规定。 作者签名趟导师签名：纽日期： 矿窄，f 第章引言 第一章引言 1 1 电力产业与电力市场 提起电力产业，一般都会想到电力产业的某些技术经济特征，也正是因 为这些技术经济特征的存在，使电力产业相对于其它产业具有特殊性的地方。 下面对传统意义上电力产业的技术经济特征做简单分析。 电力产业的基本特征，一般从技术与经济两个方面来进行划分，具体来 说，主要体现在以下几个方面： 一般认为，电力产业具有以下技术特征“8 ： 1 网络依赖性：即电力的发、输、配、用等环节都需要电网来连接与支 撑( 按电压等级分为输电网、配电网) ，主要表现在以下两方面：其一是如果没 有电网，则电力消费、交易将不可能：其二是如果电力传输负荷超出电网最大 容量，将出现阻塞，电力无法传送。 2 电力的不可大量贮存性：不可大量贮存性是电力商品的基本技术特 征，目前大量贮存电能还不具备这方面的技术，甚至少量的电力贮存也需要 较大的成本( 如抽水蓄能) ，因此这就需要发、输、配、用等环节几乎同时进 行。 3 电力的高度协调性：正因为电力交易需要通过电网进行，而电力 的不能大量贮存需要保证发、输、配、用同时进行，因此电力交易需要整个 电力系统高度协调，一旦电网出现不平衡，将有可能造成电网崩溃、大面积 停电，导致不可估量的经济或社会损失。 此外，正因为电力系统需要高度协调，因此电力系统要求有自动化程度 很高的支持系统或支持平台。同时，作为传统意义上的垄断产业，电力产业 一直被认为具有以下几方面的经济特征： 1 电力作为一种基本的生产原料和基本的生活必需品，具有普遍的消费 性。 2 规模经济与自然垄断性：传统观点认为电力产业是典型的自然垄断产 业，电力企业具有规模经济性。 3 高沉淀成本：电力产业发、输、配电环节都属于资本密集型产业，因 此进入该产业有很高的资本要求，即资本投入大。 4 电力产业属于政府规制产业：由于电力产业是基础产业，世界各国都 对电力企业的进退行为、定价等进行较严格的规制或监管。 5 电力用户的多样性、电力需求的不确定性；电力用户包括工业用户、 普通居民以及商业、机关等诸多电力用户，由于其对电力的需求不同，导致 电力需求的多样性与电力需求的不确定性。 第一章引言 显然，垄断的电力产业经营管理模式，是与电力产业的上述技术与经济 特征相吻合的。这也是电力产业长期以来被认为是自然垄断产业、并保持垄 断经营的理由之所在。 1 2 电力产业改革与电力市场 1 。2 1 电力产业改革 一直以来，世晃各国都对电力产业进行较严格的管制，并实行发、输、 配一体化垄断经营( 其中相当一部分国家还实行国家垄断经营，我国就属于这 一种管理模式) 。显然，这种一体化垄断经营的电力管理模式是建立在传统电 力产业传统技术与经济特性基础上的。但自上世纪8 0 年代以来特别是进入 9 0 年代，传统上垄断的电力工业管理体制己经面临着严重的挑战。 其一，电力产业的低效要求电力产业进行体制改革：电力产业长期以来 实行国有化和垄断经营，给各国经济的发展带来的弊端日益突显出来，主要 是效率低下、服务意识淡薄、服务水平和质量普遍不高：电价不断提高，甚至 出现电力紧张的局面，在一定程度上影响了国家经济增长和人们生活水平： 此外电力工业的国家所有，增加了国家财政负担。因而，以引入竞争为手段、 提高服务质量和效率为目的之改革压力日益增大。 其二，电力技术的发展使得发、输、配电等环节相分离成为可能：电力 工业的控制技术、信息技术等已经取得实质性突破，制约发、输、配、售环 节分离的技术“瓶颈”基本解决，为电力工业的市场化改革创造了物质技术 基础，也为电力产业“厂网分开”、“输配分开”提供了技术支持。 其三，人们对电力产业“规模经济”“自然垄断”等经济特性的重新认 识，为电力产业市场化改革提供了经济理论上支撑：传统上的经济理论认为电 力产业是的高沉淀成本和规模经济特性，决定着电力产业是典型的自然垄断 产业，因此垄断经营是“天经地义”的：但近年来的研究表明，电力产业的发 电和配电环节不具有自然垄断属性( 在后文做详细论述) ，仅输电网络具有自 然垄断性，因此比较统一的观点是在发、配电环节引入竞争，是电力产业改 革的方向。 其四，在宏观方面，经济自由化与私有化浪潮在全球进一步发展：私有 化逐步再次成为各国政府的主流经济政策，特别是随着苏联和东欧社会主义 阵营的瓦解，推行私有化政策己经成为多数国家的政治意愿。如英国1 9 8 9 年通过的电力法，开始推行电力工业私有化改革。 这种挑战结果表现为要求对电力产业国家一体化垄断经营体制进行“打 破垄断”的改革，并逐步引入“市场”的手段，试图建立以市场机制为主导 的“电力市场”。其结果是：自上世纪8 0 年代以来，以“打破垄断、引入竞争” 第一章引言 为中心的电力产业改革在世界各国正逐步展开，并在一些国家( 如英国、澳大 利亚) 取得了很大的成绩，为促进这些国家和地区的环境、经济、能源的协调 发展以及资源的合理配置起到了很大的作用。这些电力产业改革成功的经验， 在很大程度内激励着其它国家电力产业的改革。 简单地说，这种改革就是电力产业的市场化改革，即改变原有那种垄断 经营模式，通过建立电力市场来配置有限的电力资源。也就是说，以“打破 垄断”为中心的电力产业改革，实际上就是电力产业市场化改革的过程。 1 2 2 电力市场 “电力市场”一词最早由美国麻省理工学院f c s c h w e p p e s 教授于1 9 7 9 年在1 2 0 0 0 年的电力一文中提出“”，而真正的电力市场是2 0 世纪8 0 9 0 年代首先在西北欧、南美等地出现的一种以促进电力企业间的公平竞争为基 础的新型电力运营方式，与传统的经营模式相比具有降低电力生产成本，提 高生产效率等优点。 一般来说，电力市场是指电力的买卖双方相互作用、以决定其成交电价 与电量的场所或平台。具体来说，电力市场就是在电力技术条件许可下，采 用经济手段本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中的发、输、配、 用等环节组织协调的管理机制和执行系统的总和“”。 从电力市场的定义来看，电力市场首先是一种管理机制，与传统的以行 政命令为主的电力管理模式不同，这种管理机制主要采用市场手段配置电力 资源：同时，电力市场还包括一系列与管理机制相配套的执行系统，如电力交 易场所、计量系统、通讯系统等等。 纯粹从电力市场的定义来看，电力市场与一般商品市场没有什么本质区 别，都是通过“市场”来合理配置资源：但由于电能这一商品具有一般商品所 不具备的技术经济特征，因此电力市场与一般商品市场相比，带有自身特点： 一、电力市场首先是一个市场的概念，理应具有“市场”的基本特征， 即以价格为中心，以市场为手段对电力资源进行合理配置：也就是说，电力市 场应该具有竞争性、开放性。 二、电力市场的交易对象是特殊的商品一电能，具有特定的技术经济 特征，因此，电力市场注定与一般的商品市场是有差异的：其一，电力产业的 网络依赖性与高度协调性，就决定着电力市场是网络性与协调性高度统一的 市场：其二，电力产业作为基础产业，因此政府对电力市场进行规制是必要的， 但这种规制是对电力市场的规制，与传统对电力产业的严格管制是不同的： 其三，电力产业的规模经济性、自然垄断性等传统经济特性的弱化，就为电 力产业结构从完全垄断转向寡头垄断提供了理论上的支撑嘲。 第一章引言 1 2 3 电力市场与发电市场 按电能从生产到最终用户消费的先后过程，电力产业被分为发、输、配、 用电等4 个环节，从目前国内外电力产业改革的实践来看，其改革多是从发 电环节开始的，首先形成电力“竞价上网”机制，并逐步将这种竞争机制引 入配、用电环节( 即使在成熟的电力市场下，输电环节也是垄断经营) 。迄今 为止，我国电力产业的改革，无论是“集资办电”、模拟电力市场、电力市场 试点，还是目前正在进行的“厂网分开，竞价上网”改革也主要是针对发电 产业进行的，即对发电侧进行市场化改革，而输、配、用电环节仍旧由电网 公司( 原国家电力公司) 统一管理。 目前，在有关电力市场改革的研究中，一般将相对于整个发电产业而言 比较独立的发电环节称为发电产业，与之相对应，在市场化条件下则称为发 电市场( 也称为发电侧电力市场) 。发电市场一般包括发电设备市场与电力交 易市场，在本文中主要指电力交易市场。因此，简单地说，发电市场就是指 市场参与人，采用经济手段本着公平竞争、自愿互利的原则，以决定其成交 电价与电量的场所或平台。 发电市场的参与主体主要包括电力买卖双方以及电力交易机构等三方 面。电力的卖方一般是指发电企业，而电力的买方在电力市场发展的不同时 期表现为不同的主体：一般来说，在电力市场初期，电力买方为电网公司，在 我国上海等电力市场试点地区就曾经采用这种形式：而随着电力市场改革的 深入，电力买方逐步转变为电力最终消费者( 大用户) 或电力批发商，即电力 直购：此时电网公司脱离了实际的电力交易，只提供电力输送的物理平台。此 外，发电产业作为电力产业的重要组成部分，政府的规制同样非常重要。 很显然，发电市场的建立是以“厂网分开”为前提的。所谓发电产业的 市场化改革直接表现为发电企业发出的电能上网方式的转变：在电力市场改 革以前，发电企业是电网公司( 国家电力公司) 的下属企业，其发出的电能， 由电网公司统一调配，不存在价格结算( 只有内部结算) 闯题：而在电力市场环 境下，发电企业与电网公司不再有隶属关系，电力上网通过竞价( 即在电力系 统安全许可下，报价低的电力优先上网) 来确定。因此发电市场的建立，能在 一定程度内保证发电资源的合理配置。 1 2 4 电力市场的交易方式 市场环境下，电力的交易方式有以下几种： 1 ) 双边合同交易大的用户( 或电力批发商) 向一个或若千发电商以合同 方式购电，典型的双边合同交易是长期的，买卖双方签订未来一个时期内电 量和电价承诺的电力购销合同，这种交易不随市场条件的变化而变化，一般 4 第一章引言 不能再进行交易。这类合同为实物合同或物理合同( p h y s i c a lc o n t r a c t ) 2 ) 期货交易期货交易与双边合同交易相似，但是期货交易的双方都被 允许在支付了一定的保证金或违约金后，与其他市场成员再度交易，或退出 期货交易、转入现货交易。期货交易通过套期保值回避市场风险或获利，一 般以期货合同的形式实现，这种合同不是物理合同，是一种金融性合同 ( f i n a n c i a lc o n t r a c t ) 3 ) 现货交易现货交易是通过电力调度交易中心，确定次日的电力交易计 划和发电计划，然后由调度机构执行。现货交易为实物交易，一般通过拍卖 竞价的方式实现。 4 ) 实时交易是上述电力交易形式的补充实时交易主要是解决市场的不 确定因素所造成的合同交易、现货交易与实时负荷需求间不平衡问题，确保 电力供需的平衡。 5 ) 辅助服务交易辅助服务交易是电力市场交易的一种重要形式，为保障 整个电力系统的安全、可靠地运行，除电能外，还必须提供相应的辅助服务， 如备用、调频、调压、无功、黑启动等辅助服务。辅助服务交易，就是通过 市场竞争的方式，确定这些辅助服务项目的交易量和交易价格。 1 2 5 电力市场的结算方式 电力市场的结算是市场各参与者之间利益如何分配的问题，结算方式决 定了这种利益的分配，主要有以下儿种方式： 1 ) 统一出清价( u n i f o r mp r i c e ) 结算方式统一出清价方式多用于现货交 易，通过拍卖竞价的方式形成市场统一的出清价。所有中标的发电容量都按 此价格结算。 2 ) 按报价结算( p a l lp a ya sb i d s ) 方式按报价结算的方式一般用于实时 市场负荷不平衡量的交易以及辅助服务交易，中标的发电商按各自所报的价 格进行结算。 3 ) 协商价格结算方式协商价格结算方式多用于双边合同交易，买卖双方 通过协商，确定电力交易的价格，履行合同时按买卖双方协商的价格结算。 1 2 6 电力市场交易的结构 电力市场中存在不同的交易形式，一般设立几个不同的市场完成不同的 交易和市场功能。图卜1 给出了一个典型的市场交易结构，按交易时间分为： 规划市场、远期市场、现货市场、实时市场。 第一章引言 图1 - 1 电力市场交易结构 规划市场( p l a n n i n gm a r k e t ) ：规划市场是为满足发电、输电、配电系统 的长远规划，防范市场投资风险而建立。交易形式以长、中、短期双边合同 为主，合同周期一般为几年、十几年、甚至几十年。 远期市场( f u t u r e l a r k e t ) ：远期市场的主要功能是稳定市场价格、回 避市场风险。交易形式以远期双边合同、期货合同为主，合同周期为几个月 到几年。 现货市场( f o r w a r dm a r k e t ) ：现货市场的主要功能是确定未来的发电计 划，满足电能和辅助服务的需求。交易形式以拍卖竟价和短期双边合同为主。 交易周期一般是几个小时到几天。国外电力市场大多是提前一日确定次日的 交易计划和发电计划，因此，很多情况下现货市场又称为旧前市场” ( d a y a h e a d i a r k e t ) 1 2 7 电力市场交易模式 对电力市场中的交易调度的研究可分为三类：电力库模式、双边模式、 混合模式中的交易调度。 1 2 7 1 电力库模式( p o w e r p 0 0 1 ) 如何根据报价制订出既公平合理，又能满足系统安全约束的购电计划是 电力库( p o 胃e r p 0 0 1 ) 模式的核心问题。在传统的电力工业体制下，电力系统 的安全经济运行是通过优化机组组合和最优潮流来实现：首先求解优化机组 组合问题，此时一般不考虑输电线路传输容量约束和电压约束等网络安全约 束，在确定了机组组合后，再在开机机组之间用最优潮流算法实现功率的经 济分配。如果不分成两个问题，不分为两个阶段来处理，同时考虑所有约束 条件所建立的数学模型是一个大规模非线性混合整数优化问题，求解非常困 难。 6 第一章引言 1 2 7 2 双边模式中的交品调度( b i l a t e r a l ) p o w e r p o o l 模式中的交易调度的主要任务是制定购电计划，而b i l a t e r a l 模式中的交易调度的主要任务则是阻塞管理。双边交易在电力系统的节点与 节点之间增加了额外的( 相对于传统调度模式) 调度约束，例如，须保持卖方 节点和买方节点之间的供需平衡。一种是用交易矩阵来描述市场成员之间双 边交易的拓扑关系，并以交易矩阵为工具，给出了多种针对双边交易的调度 模型。交易矩阵还被用于双边交易市场的运行和规划，以及双边交易市场的 m o n t ec a r l o 模拟。另外一种是提出了基于报价的b i l a t e r a l 交易调度模型， 市场成员向系统调度员提交“不愿削减合同量报价”，系统调度员根据这些报 价进行阻塞管理。 1 2 7 3 混合模式中的交易调度 有三种p o o l 和b i l a t e r a l 混合模式的交易调度方法：p o o l 交易优先， b i l a t e r a l 交易优先，p o o l 与b i l a t e r a l 交易平等调度。前两种方式都是易 于理解的，在第三种调度方式下，参与p o o l 与b i l a t e r a l 的所有市场成员都 必须对阻塞线路的使用权进行竞价，系统调度员根据报价实现阻塞线路的最 优利用，所采用的调度算法与最优潮流类似。加州电力市场的阻塞管理采用 了p o o l 与b i l a t e r a l 交易平等调度的方式，所有使用阻塞线路的交易必须支 付基于边际成本的阻塞费，这一调度方式的优点是可以为市场成员提供公平 使用输电网络的机会，并为市场提供透明的边际阻塞价格使阻塞线路得到最 优利用。 1 2 8 小结 综上所述，简单地说，发电市场实际上就是指发电企业电力竞价上网的 市场，是电力市场的重要组成部分。在我国由于电力市场改革起步比较晚， 电力产业的市场化改革主要涉及发电产业，因此在某一程度上来说，目前我 国的电力市场实际上就是发电市场：但国外成熟的电力市场条件下，电力市场 除发电市场外还有配电市场等其它组成部分。 7 第三章电力市场的经济学相关理论 第二章电力市场的经济学相关理论 电力市场是一个新型的、有显著自身特点的市场，它是进行电力交易的 市场，是一种特殊的商品市场。在传统的的统一管理体制下，电力系统作为 一个整体，其运行以电力系统的物理特性作为约束，以电力企业的总效益最 优作为目标，由于采取集中管理、统一结算的方式，系统中个体即发电商的 利益在制定运行计划时原则上是不被单独考虑的，而是在利益分配中考虑。 与传统垂直统一管理体制不同，电力市场化改革后，发电商成为发电侧的利 益主体，各发电商为了追求自身利益，必将以利润最大化作为目标，这时电 力系统的运行要受到物理的约束，还要受到个体经济行为的影响。这些特征， 对我们提出了新的研究课题：这样的市场，既遵从一般商品的规律，又受到 电力系统实时运行的各种约束，其经济特性是重要的部分。本章主要对本文 所需的经济学理论，主要是微观经济学的相关理论作一简单介绍，包括现代 微观经济学中最重要的理论基础：供需原理、成本与收益，以及与本文研究 重点相关的理论：市场以及博弈论。 2 1 市场理论 2 1 1 商品特性和经济学定位 电力作为一种商品有其独特物理特性，首先电力产品是一种不可储存的 商品，电力需求和电力供给实现短时间交换，电力需求导致电力负荷特性， 需负荷直接决定电力供给：其次电力作为商品具有统一性，品种单一，用户广 阔，是一种社会必需品；第三电力商品具有容量特征，电力设备同时存在，通 过专门设备生产、运输、计量，有电力商品，就必须有电力设备。没有电力 商品，也需要必要的备用容量，备用容量也必须有合理的报酬。具有以下经 济学特征： ( 1 ) 电力商品具有自然垄断性，同时又具有竞争性。输送环节如果作为一 个销售主体具有自然垄断性质。厂网分开和输配分开的情况下，发电和零售 环节可以形成多个发电商和多个零售商，存在形成竞争基本条件。 ( 2 ) 电力商品是一种混合物品。产品特征上具有排他性和消费上的竞争 性，对提高其他企业的生产效率和整个社会的服务水平具有重要作用，从这 种意义上讲电力商品是属于既具有公共品性质又具有私人物品性质的一种混 合物品： ( 3 ) 具有基础产业投资特征。如果将投资分为竞争性项目投资、基础性 项目投资和社会公益性投资，电力具有基础产业投资特点。自然垄断性存在 规模经济效应和成本递减规律，保护垄断又会导致效率低下，成为电力建设 和经营中相互独立和相互依存的矛盾。 2 1 2 电力市场和经济学理论探索 电力市场就是进行电力及相关服务交易的一群买者和卖者，这些相关服 务包括输电服务、运行调度服务，及一系列其他的辅助服务如自动发电控制 ( a g c ) ，无功电压控制，等等。严格地说，在经济学意义上，垄断也是市场形 态的一种，因此，广义的电力市场自从有了电力工业就已经存在。现在研究 的电力市场，特指打破垄断后，在发电企业之间和售电企业存在市场竞争的 电力市场。 经济学是电力市场研究的理论基础。经济学本身是一门社会科学，但是， 在现代经济学中，数学得到了广泛的应用，使得经济学具有了浓厚的自然科 8 第三章电力市场的经济学相关理论 学色彩。研究电力市场，需要用经济学家的眼光来重新审视电力工业中的方 方面面。例如，电厂不再仅仅是由一系列物理设备构成的”发电机节点”， 同时也是一个追求利润最大化的生产厂商：系统制订的发电计划同时也是一 个个具有法律效力的经济合同。电力工业的市场化使得经济学前所未有的在 电力系统中得到应用，经济学中的基本概念和名词如边际成本，需求弹性， 社会福利最大化，消费者剩余等等应用电力市场的研究。经济学研究常用的 数学工具如数学规划，搏弈论( 即对策论g a m et h e o r y ) 等等也迅速成为电力 市场研究的数学工具等等。 2 1 3 垄断和政府管制理论 在西方经济学中，“将市场分为完全竞争市场和不完全竞争市场，不完 全竞争市场又分为垄断市场，寡头垄断市场和垄断竞争市场。根据反垄断认 为完全竞争市场资源的配置效率最高，其次是垄断竞争市场、寡头垄断市场， 效率最低的是垄断市场。在完全竞争市场中，所有产品的价格都非常接近于 平均生产成本( 边际成本= 边际收益) ，垄断企业的定价却在企业利润最大化 上，就导致消费者福利的损失。”在政府价格管制和企业为国有企业的情况 下，在名义利润很低的情况下，通过成本混淆，导致成本虚增，电力行业就 是明显的例子。垄断带来的消费者福利损失，并不完全转化垄断者的新增收 入，产生社会福利净损失。同时垄断企业可以通过提高价格转移成本，导致 其缺乏改进技术，提高管理水平的动力，形成垄断行业创新不足，产品落后， 形成垄断企业的动态损失，因此，垄断造成消费者和社会福利的损失浪费社 会资源、不公平交易、行业寻租和资源配鼍信号的扭曲。因此，公平竞争能 够有效发挥市场机制的作用，没有竞争，市场信号就会失真，资源配置就会 呆滞，行业发展缓慢。在电力行业根据不同时期特点，实行竞争是提高资源 配置效率的根本途径。因此在电力行业上网环节和零售环节形成竞争，最后 将零售市场和上网市场对接，形成零售用户委托配电商和发电商进行交易电 力商品市场是完全竞争体现，在理论上是可行的。通过市场信息及时反映真 实信息，引导生产行为和消费行为，达到资源的优化配制。 微观经济学认为，“管制是政府对那些具有自然垄断性质的企业进行管 理的手段，其目的是在某种价格和合同下提供的服务可能是以垄断为基础或 仅存在有限竞争时，利用一些规则，来促进垄断产业扩大产量，降低价格， 从而达到资源配置效率的提高，保证买方的利益不会由于卖方垄断导致利益 损害。例如，在电力工业改革的网厂分离阶段，输、配、售没有进行分离而 是高度垄断的，因此，需要对输、逐步分离，配等各环即进行严格的政府管 制。如果将配电的网络业务和市场业务售电也由过去的高度垄断逐步引入竞 争，相应地政府管制也随着竞争的引入而逐步缩减范围，直至最终取消而被 市场机制所取代。输电和配电公司在获得垄断专营权的同时，应承担相应的 责任和义务，接受政府的严格管制。政府的管制应采取特殊立法的方式将其 法制化、制度化，使制度框架成为理性预期的可靠基础。 2 2 拍卖理论 发电企业竞价简单地说发电企业通过竞争实现电力上网( 卖出去) 的过 程，很显然是具有一定策略性。目前分析这种策略性报价的理论工具主要是 拍卖理论及其它一些博弈论方法。目前电力竟价的实践，主要有单一报价( 一 次报一个电价、一个电量) 与多部分报价( 一次报多个电价及相对应的电量) ， 因此本章分别从这两方面建立模型，分析均衡的市场报价策略。 9 第三章电力市场的经济学相关理论 2 2 1 拍卖理论述评及在电力竞价中应用分析 拍卖理论作为现代经济学中十分重要和引人瞩目的理论，获得了广泛 而深刻的发展。人类的拍卖和投标行为可追溯到远古时代，但对拍卖问题的 经济学研究始于2 0 世纪，一般认为从博弈论的角度研究拍卖问题始于诺贝尔 经济学奖获得者v i c k r e y 在1 9 6 1 年发表的划时代文章。早期有影响的工作除 v i c k r e y 外，是由g r i e s m e r ，w i l s o n 和o r t e g ar e i c h e r t 等人完成的，而以 s m i t h 为代表的实验经济学家对拍卖问题进行了一些实验研究。从广义上 来看，拍卖理论反映的是市场经济价格均衡机制及资源配置的内在过程和本 质机理。有关拍卖制度与行为的研究，涉及到博弈论、信息经济学及机制设 计理论等众多领域，特别是在微观经济学深化与发展方面具有重要意义。 电能竞价是通过拍卖( a u c t i o n ) 方式进行的。拍卖问题从狭义上来讲，是 有一定适用范围及规则的市场交易类型：从广义上讲，拍卖问题反映的是市场 价格均衡机制及资源配置的内在过程和本质机理。1 。拍卖问题的研究是现代 经济学中极为重要和引人瞩目的一个领域，有大量的研究成果，并且在许多 现实经济问题中得到成功的应用。将拍卖理论引入电力市场竞价设计，将为 成功实现电力市场交易提供理论指导和借鉴。 拍卖问题有不同的形式和类别从拍卖过程分，可分为单轮拍卖 ( s i n g l e r o u n da u c t i o n ) 和多轮拍卖( m u l t i - r o u n da u c t i o n ) ：单轮拍卖的方 式是在拍卖过程中，拍卖投标方只有一次投标机会，所有投标方提交投标后， 拍卖方出清。多轮拍卖是在拍卖过程中，投标方可有多次机会改变自己的投 标，对每一轮的投标，拍卖方出清后，重新开始新一轮的竞标，直到满足一 定的条件( 如拍卖时间、拍卖价格) 时，拍卖过程结束。 从经济学研究的角度，通常把拍卖问题分为两个大类：标准拍卖类型和复 杂拍卖类型。标准拍卖类型又分为四种基本类型： ( 1 ) 上升出价拍卖( a s c e n d i n g - b i d a u c t i o n ，或称为英国式拍卖e n g l i s h a u c t i o n ) ： ( 2 ) 下降出价拍卖( d e s c e n d i n g b i da u c t i o n ，或称为荷兰式拍卖d u t c h a u c t i o n ) ： ( 3 ) 第一价格暗标拍卖( f i r s t - p r i c es e a l e d - b i da u o r i o n ) ： ( 4 ) 第二价格暗标拍卖( s e c o n d - p r i c es e a l e d - b i da u c t i o n ) 。或称 v i c k r e y 拍卖。 上升出价拍卖和下降出价拍卖是多轮拍卖的方式，拍卖过程经过多轮竞 价完成。上升出价拍卖的过程中，价格连续上升而投标者逐渐退出竞标，直 到剩f 一个投标者，该投标者以此最终价格赢得竞标。竞标过程中，投标者 可以看到竞争者何时退出，而且投标者一旦退出，就不能重新返回竞标：下降 出价拍卖与上升出价拍卖相反，拍卖者从一个很高的价格开始，连续降低价 格，第一个接受当前价格的投标者在该价格下赢得竞标。第一价格暗标拍卖 和第二价格暗标拍卖一般是单轮的拍卖方式，拍卖过程经过一次竞标确定。 在第一价格暗标拍卖中，每个投标者独立地提交自己的报价，而不能看到别 人的投标价格，商品出售给出价最高的投标者，竟标获胜者以其投标价购得 商品，因此价格是最高的或“第一”价格。在第二价格暗标拍卖中，每个投 标者同样独立地提交自己的出价，不能看到别人的投标价格，商品也出售给 出价最高的投标者，但是竞标获胜者以次高的出价购得商品，即“第二价格”， 这种拍卖机制也称为v i c k r e y 拍卖。在四种标准拍卖的基础上，又有多种变 l o 第三章电力市场的经济学相关理论 型的拍卖机制，如：有的拍卖方式设置了保留价格( r e s e r v ep r i c e ) ，当投标 者出价低于该价格时，拍卖作废，即“流标”；有的拍卖设置了时间限制， 在规定的时间内拍卖结束，而不管价格是否会再继续上升或下降。 复杂拍卖类型又包括多种形式：相对于以上单个商品的拍卖问题，有多个 商品的拍卖问题( m u l t i u n i ta u c t i o n ) 多个商品拍卖类型又分为多个商品同 时拍卖类型( s im u l t a n e o u sa u c t i o n ) 、多个商品顺序拍卖类型( s e q u e n t i a l a u c t i o n ) ；相对于单一拍卖者的问题，有多个拍卖者的拍卖问题，拍卖者之间 也存在竞争，这样多个买方和多个卖方的竞标问题称为双边拍卖( d o u b l e a u c t i o n ) 。在标准拍卖类型中，单个拍卖者控制交易机制，多个投标者参与 竞标。在双边拍卖中拍卖者和投标者的地位是对称的，拍卖者提出要价，而 投标者提出出价，当出价高于要价时，交易是可行的，拍卖者和投标者以要 价和出价之间的某个中间价格达成交易。 拍卖问题从研究模型分，可分为私有价值拍卖( p r i v a t e va l u e au c t i o n s ) 和公共价值拍卖( c o m m o nv a l u ea u c t i o n s ) ：在私有价值模型中，投标者确切 地知道商品对于自己的价值但是不能确知商品对于别人的价值。相对的，在 纯公共价值模型中，待售商品对于每个人的价值是一样的，但是投标者拥有 不同的私有信息来估计商品的真实价值。 在公共价值拍卖模型中，当投标者得知别人的投标后，可能改变他对商 品价值的估计，而在私有价值模型中，别人的选择对投标者没有影响。 就电能市场的拍卖竞价，目前国外的电力市场均采用的是“第一价格暗 标拍卖”的方式。而事实上，电能的拍卖竞价并不是一个简单商品的拍卖： 首先，电能的需求不是一个发电商所能满足的，即电能的拍卖是耍拍卖给多 个投标者。其次，各时段的电能具有不同的生产成本和价格，电能的拍卖不 是一个简单商品的拍卖。另外，电能的生产和消费要求随时平衡，电能的生 产又是一个复杂的生产过程。因此，电能的拍卖竞价也是拍卖问题的一个新 的研究领域。 2 2 2 经济学对拍卖问题的研究 人类的拍卖和竞标( a u c t i o n sa n db i d d i n g ) 行为从远古时就开始了，但 是对拍卖问题的经济学研究始于上个世纪，一般认为从博弈论的角度研究拍 卖问题始于诺贝尔经济学奖获得者v i c k r e y 在1 9 6 1 年发表的划时代的文章 。1 。对拍卖问题的研究大致可分为拍卖理论的研究和拍卖试验的研究两个方 面。 对拍卖理论的研究，经济学中主要集中在对四种标准拍卖类型的研究。 一个主要的结论是拍卖方式的等价性嘲：下降出价拍卖和第一价格暗标拍卖 是“策略上等价的”( s t r a t e g i c a l l y eq u i v a l e n t ) ，这两种拍卖有时统称为 “第一价格拍卖”( f ir s t p r i c ea u c t i o n ) ：对私有价值拍卖模型( 或公共价 值中仅有两投标者的拍卖) ：上升出价拍卖和第二价格暗标拍卖是“等价的，。 ( e q u i v a l e n t ) ，这两种拍卖有时统称为“第二价格拍卖”( s e c o n d - p r i c e a u c t i o n ) 。一个更为普遍的结论是“收益等价定理”( r e v e n u ee 口u i v a l e n c e t h e o r y ) 1 1 2 9 1 3 0 1 ，即假设给定数目的风险中性的投标者各自都有一个私有 估价信息，这些私有信息独立地从一个共同的、严格递增的、连续分布函数 取得。则对于任何拍卖机制，如果：1 ) 商品总是被估价信息最高的投标者购得， 2 ) 任何有最低的可行估价信息的投标这的期望剩余为零，则这些拍卖机制对 于拍卖者产生相同的期望收益，并且对每个投标者产生相同的以估价信息为 第三章电力市场的经济学相关理论 变量的期望支付函数。这些结论成为拍卖理论和现实经济问题研究的基础。 收益等价定理的要求理想的假设条件，即要求投标者是风险中性的，信息上 互相独立，并且估价信息对称。当松弛这些假设条件后，会有不同的结论。 主要研究的问题有风险规避、信息关联和估价不对称等问题。 对拍卖理论的研究往往是以理想的假设条件为基础的，而现实中的拍卖 问题这些假设条件往往是是不能忽视的。自上世纪8 0 年代以来，对拍卖问题 的实验研究成为实验经济学的重要课题。实验经济学借鉴自然科学实验的方 法，可以考虑很多理论上难以处理的问题，往往可以得到更符合现实拍卖条 件的结论。对拍卖试验的研究土要有以下几种方法： 1 ) “建立试验平台”，确立拍卖规则，采用人工的办法，模拟实际的竟 价； 2 ) “建立试验模型”，通过试验分析方法，每个投标方用一个计算机自 适应代理( a g e n t ) 来模拟，这些“代理”使用一个简单的学习算法来形成自己 的投标策略，反映现实投标者的行为： 3 ) “综合采用试验平台和试验模型”两种方法。 经济学中对拍卖问题的试验研究得到了以下结论：对私有价值拍卖试验， 结果表明第一价格暗标拍卖的价格均高于下降出价拍卖的价格：两种拍卖机 制的市场价格均高于风险中性纳什均衡( r i s kn e u t r a l n a s h e q u i l i b r i u m ，r n n e ) ：第二价格暗标拍卖的平均价格比优势策略价格高，而上 升出价拍卖的市场价格迅速地收敛到纳什均衡价格。多轮的拍卖机制与单轮 拍卖相比，市场价格更接近均衡价格。对公共价格拍卖试验，表明价格往往 高于商品的期望价值，导致投标获胜者获得负的平均利润，即所谓的“赢家 ， 的诅咒”。对双边拍卖的试验表明：双边拍卖具有很强的均衡趋势，双边拍卖 效率很高。 电能拍卖竞价机制的设计，可以充分借鉴经济学拍卖问题的研究成果， 从而为设计出成功的电能拍卖机制提供新的思路。 2 3 博弈论 2 。3 1 经典博弈理论的发展 博弈论，英文名称为g a m et h e o r y ，是研究参与人各方策略相互影响的 条件下，参与人的决策行为以及决策均衡问题的一种理论。有关博弈问题的 研究可以追溯到1 9 世纪经济学中关于对策的研究，如经济学家古诺( c o u r n o t ) 和伯川德( b e r t r a n d ) 对于少数制造商操纵和控制市场问题的研究。冯诺依 曼( y o nn e u m a n n ) 在1 9 2 8 年发表了第一篇求解“零和”问题的具有博弈论里 程碑性质的论文。1 9 4 4 年，由冯诺依曼( v o nn e u m a n n ) 和摩根斯坦 ( m o r g e n s t e r n ) 合作出版了博弈论和经济行为( t h et h e o r yo fg a m e sa n d e c o n o m i cb e h a v i o r ) 一书，提出了标准型、扩展型和合作型博弈模型解的概 念和分析方法，从而莫定了博弈论的理论基础，标志着博弈理论体系的形成。 博弈论更为深远和重大的发展，是在2 0 世纪5 0 年代和6 0 年代。其中最重要 的就是1 9 5 0 年纳什( n a s h ) 提出的纳什均衡( n a s h e q u i l i b r