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我国电力市场直接交易竞价模式的经济学原理分析(五 广东2016年规则分析 )

走进电力市场 2018-12-07 15:39:57

 

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广东省的直接交易有多个第一:第一次引入集中竞价模式、第一次引入售电公司、采用创新的价差返还机制等。广东省2016年的电力直接交易规则引起了业界诸多的争论,有赞同的,也有质疑的,今天的文章对其进行深入分析。《南方能源观察》公众号在2017121日开始连载剖析广东市场的发展过程,这里就不再详细介绍。本文主要结合一般的市场理论对其一些特殊的做法进行分析。

 

1、广东直接交易集中市场设计的背景

 

广东省2016年的直接交易集中竞价,是一种基于报价的集中市场出清机制,交易对象是月度的电量,不考虑网络约束的影响。电力本身的特点包括需要实时平衡、需要复杂的电网及机组约束等,由于交易的对象是月度电量,而且不考虑约束,因此这种情况下的电力交易与一般商品的交易没有太大区别,可以采用一般商品的交易方式进行。

 

广东是国家批复的首批售电市场试点省份之一,需要尽快开展市场化的交易。虽然前面讲到对电量交易、在无约束情况下,电力交易与一般商品本质上没有太大区别,但实际在市场设计时还受到很多特殊的约束。

 

首先看市场的目标及约束:

1)需要根据中央要求尽快推进电力体制改革的进程;

2)需要培育市场主体,特别是售电主体,在社会上形成市场的氛围;

3)保证电价下降(虽然理论上降价不是电力市场的直接目标,但确实是大多地方政府的重要目标);

4)需要避免因竞争过于激烈导致发电企业的运营问题。

 

 

再来看看广东2016年交电力交易设计时在电力系统供需及电价、改革等方面的现状

1)独立的输配电价尚未核定;

2)用户侧电价的交叉补贴严重;

3)发电严重过剩;

4)发电侧少数集团占比较大的份额。

 

在这种情况下,能设计一个可以平稳运行并活跃的市场,确实是非常不容易的事情。相关的机构、人员、专家在之前的节能发电调度、直接交易试点等经验的基础上,经过研究、讨论,确定了广东省的售电公司参与的月度直接交易规则,取得了很好的成效,实现了降低电价、推进电力体制改革、培养市场主体等多方面的目标。

 

2、交易机制的核心要点

 

这里对广东2016年电力直接交易规则的特点进行总结和分析。

 

1)申报购售价差而不是绝对价格


 这个方式可以说是我国电力市场的一个创新。按经济学原理最优的报价方式是发电侧和用户侧均申报绝对价格。但是,一方面,当时广东省的输配电价尚未核定;另一方面,即使核定出了独立的输配电价格,由于广东不同类型、不同地区之间电力用户之间存在广泛的交叉补贴,独立输配电价后会引起很多利益分配方面的问题。为了尽快推进市场,广东创新地提出了通过申报价差来竞争的方式,即发电侧和用户侧申报在政府核定的上网电价或目录电价基础上的变化值(价差),根据价差的排序确定出清结果。这种方式会造成一定的社会福利损失,但是一种可行的解决方案。

 

比如,两个电厂AB的边际成本分别是每度电0.2元和0.3元,由于某种原因,其上网电价分别是0.5元和0.4元,则按照经济调度原则以及按绝对价格报价情况下,都是A优先发电;但如果是按价差报价,结果反而是B优先发电。对用户侧会有同样的问题,价差模式下无法实现资源的最优配置。

 

价差模式是在我国没有独立输配电价、未解决交叉补贴问题的情况下的一种过渡的竞价方法,具有现实的意义,但是会造成经济效率的损失。在有条件的情况下,应尽快过渡到独立输配电价下的绝对价格申报模式。

 

价差模式下,当供大于求时,市场倾向于降价,发电侧和需求侧申报的价格一般都是负的价格;当供不应求时,市场倾向于涨价,发电侧和需求侧的报价可能都是正的价格。

 

2)限定市场份额

 

在每次市场交易前,由相关政府公布该次交易的最大成交量。这是一种人为控制市场交易量的方式。尤其在当前的供需模式下,发电侧有强烈的欲望增加发电利用小时数,用户侧也有强烈的愿望通过市场交易降低电力成本。在规定的市场交易量下,供给和需求可能尚没有交点,需要定义一种结算机制,或者说社会剩余的分配方式。在这种情况下,发电侧和用电侧似乎成了两个独立的市场,不同的发电之间竞争,不同的售电公司之间竞争。

 

3)市场电量不进行容量扣除

 

广东省2017年以前的电力直接交易采取的是“先市场、后计划”的方式,即首先给定市场份额进行竞争,然后对剩余的电量按计划方式(节能发电调度)进行分配,即计划兜底的方式。在进行计划电量分配时,不考虑发电企业通过市场方式获得的电量,也即不进行容量扣除。我国除了广东外的其他省份基本上都采取了某种容量扣除机制。在扣除机制下,发电企业虽然在直接交易中获得了电量,但在进行计划电量分配时需要扣除一定的发电容量,考虑到直接交易电量的电价比计划电量低,这种机制在一定程度上影响了发电企业参与市场的积极性,市场更像一种政府主导的降价行为。

 

广东省由于不进行容量扣除,发电企业只要通过直接交易获得了电量,其发电利用小时数一定会增加,因此发电企业参与的积极性大大增加。

 

4)偏差处理机制

 

由于政府对市场电量进行了限制,用户在市场中购买到的电量很难与实际用电量匹配。广东省16年的直接交易规则中,对用户实际用电量与市场电量的偏差不进行惩罚,而是采用以核定的目录电价结算的方式。这种方式下,用户(售电公司)参与市场没有任何风险:市场中竞争得到电量,电价可以下降;如果没有竞争成功,仍然可以按照目录价结算,也没有损失。在市场中,售电公司和用户可以采用激进的报价策略,不会有太大风险。

 

5)价差返还机制


广东省2016年直接交易规则最特别的一点就是其独特的价差返还机制,是广东省电力市场交易模式方面的创新。在本系列文章 “四 竞价规则分析”中,给出了这种模式的公式。简单的说,就是首先计算成交电量的总社会福利(需求侧申报价差与发电侧申报价差之差对电量的积分),其次将这个总福利在需求和供给侧按一定的比例分配,最后分别将分配给需求侧和供给侧的福利按一定的规则分配给不同的市场成员。其中,在将社会福利分配给不同的市场成员(发电企业,或者售电公司和用户)时,采用的是按照价差电费绝对值的比例的方式。下一节对这个问题进行更深一步的讨论。

 

3价差返还机制深入分析

 

1)价差返还分配公式

为了方便分析,这里重新给出这种价差返还机制的公式。令RƩ为总的价差电费,分配给供给侧和需求侧的价差电费分别是RsƩRdƩ,发电侧市场成员i和需求侧市场成员j分配得到的价差电费分别是RsiRdi,则有

供给侧总剩余:Rsi = ksƩ RƩ

需求侧总剩余:Rdi =kdƩ·RƩ

供给者i分配比例:

ksi=|PsiQsi | /Ʃi |PsiQsi |

供给者i分配剩余:Rsi= ksi Rsi

供给者i分配价差:

               PsiΔ= Rsi/ Qsi

                    = ksƩ RƩ |Psi| /Ʃi |PsiQsi |

类似,需求侧j分配价差:

                    PdiΔ= Rdi/ Qdi

                                = kdƩ RƩ |Pdi| /Ʃi |PdiQdi |

 

2)不同供需关系下的价差返还分配讨论

 

价差返还机制实际上在20154月广东经信委、国家能源局南方监管局发布的《电力大用户与发电企业集中竞争交易实施细则》(粤经信法规[2015]155号)已经有所规定:

 

 当所有成交发电企业的申报价差电费总额绝对值大于电力大用户申报价差电费绝对值时,差额部分按各发电企业申报价差电费比例返回发电企业,最终确定发电企业结算价格;电力大用户成交价格为该用户的申报价格。 

 

 当所有成交发电企业的申报价差电费总额绝对值小于用户申报价差电费绝对值时,差额部分按各大用户申报价差电费比例返回电力大用户;发电企业成交价格为其申报价格。

 

这里提到了在上篇文章未讨论的一个问题:不同供需情况下的价格结算。第一种情况下,发电企业申报的价差总额绝对值大于用户申报的价差电费绝对值,这是在供大于求情况下的结果:发电企业希望降价多发电,发电企业愿意降的比用户希望降的多才可以成交。第二种情况是供不应求的情况:供电紧张,电不够用,用户希望多交电费(涨价)来保证用电,因此发电侧和用户侧报的都是正的价差,当用户愿意承担的涨价值比发电愿意接受的涨价值高时,才可以成交。

 

按照这个文件的规定:在供大于求下,价差电费全部分配给供给侧(ksƩ=1),需求侧按报价成交(kdƩ=0);供不应求下,价差电费全部分配给需求侧(kdƩ=1),供给侧按报价成交(ksƩ=0)。当然,根据上述公式,也可以定义其他的分配方式。


2016年的交易规则对以上条款进行了调整,主要是设定了返还系数,3-5月份返还75%给发电侧,6月及以后返还50%给发电侧,即ksƩ分别取0.75和0.5。

 

3)不同供需关系、分配比下的价差返还分配图

 

这里给出不同供需关系、分配系数下的价差返还分配图。图中蓝色实线D表示需求侧(售电公司或用户)的报价,红色实线S表示供给侧(发电企业)的报价,蓝色虚线表示需求侧出清价(结算价),红色虚线表示供给侧出清价。

 

 供大于求,价差全部分配给供给侧

 

这是2015年的规则下的供大于求情况。这种情况下价差为负,ksƩ=1,kdƩ=0。主要的考虑应该是:供大于求,降价主要是由发电企业让利造成的,因此剩余全部分配给发电企业。广东早期的集中竞价采用这种机制。从图中看到,发电企业分配到的价差与其报价的降价幅度成正比:申报降价越多,分的也越多。这种机制鼓励发电企业报低价:一方面容易中标,另一方面中标后又可以分到比较多的价差返还,最终电价不会太低。


② 供应求,全部分配给需求侧

 

这是2015年的规则下的供大于求情况。这种情况下价差为正,即发电侧和需求侧都希望涨价,kdƩ=1,ksƩ=0。主要的考虑应该是:供不应求,涨价主要是由需求侧提高电价造成的,因此剩余全部分配给用户。由于今年广东一直处于供大于求的情况,这种情况尚未出现过。从图中看到,这种机制下,鼓励需求侧报高价:报价越高,越容易买到电,而且会分到比较多的价差返还,最终购电价也不会太高。

 

 

③ 供大于求,按一定比例分配给供给侧和需求侧

 

这是2016年规则下的供大于求情况。这种情况下申报价差为负,ksƩ>0,kdƩ>0, ksƩ+kdƩ=1。2016年广东省的集中竞价交易中,3-5月份的kdƩ=0.25,ksƩ=0.75,6月份后,调整为kdƩ=ksƩ=0.5。


注意在情况2015年的规则中,kdƩ=0。当kdƩ>0,尤其是比较大,比如0.5时,对需求侧报价存在一个两难的选择:一方面,申报降价越少越容易入围买到市场电;另一方面,申报降价越多分配到的价差电费越多,收益越大。


注意到,在情况供不应求下,价差全部分配给需求侧也没有问题,因为从1)买到电与2)得到尽量多的价差返还两个角度的报价策略是一致的:报高价。但在供不应求下,这两个目标是相反的。如果想得到较大的效益,需要尽量准确的预测边际电价,申报一个降价比边际电价稍少一点的价格,能得到比较高的单位收益。由于这种竞价策略相对比较复杂,一般的电力用户难以掌握,从而从一定程度上支持了售电公司的发展。另外一方面,如果将所有的需求侧的市场成员看为一体的,其目标是尽量多的降价,申报降价多的成员对整体降电价有利,这种机制从需求侧成员内部来讲是一种“激励相容”的机制:对降价的贡献越大,奖励越多。

 

   


④ 供不应求,按一定比例分配给供给侧和需求侧

 

这种情况下申报价差为正,ksƩ>0,kdƩ>0, ksƩ+kdƩ=1。同样,由于今年广东一直处于供大于求的情况,这种情况尚未出现过。这种情况下,对需求侧的激励与一般的市场模式一样,申报价格越高,一方面越容易出清购得电力,另一方面可以获得较多的价差返还。但对发电侧的激励也存在一个两难选择:报价越低越容易出清,但分得的价差返还少,因此发电企业需要估计边际价格,最优策略是申报一个比边际价格稍微低一点的价格。

 

 

4)不同的价差返还分配分析讨论


在讨论广东16年的价差返还机制之前,再回忆一下统一出清机制下的价差返还机制。统一出清机制下,所有的市场成员都按照统一的市场出清价结算。每个市场成员获得的价差返还电价等于其申报价格与市场统一出清价之差。对于发电侧,是报价越低分到的越多,对需求侧是报价越高分到的越多。这种情况下,会鼓励市场成员按照自己真实的成本(或效益报价)。比如,对用户来说,报价过高导致购电成本高,报价过低存在购不到电的风险,因此最优策略是按照真实的用电效益申报。同样,对发电企业来说,最佳的策略也是按照真实的成本报价。当然,这里是分析的竞争比较充分的情况,在竞争不够充分的情况,市场成员的报价会偏离其真实的成本或效益。

 

对广东的价差返还机制,可以看到,对2015年的规则,其价差返还机制与统一出清模式下是基本一致的,但在2016年的规则下,在供大于求时对需求侧的激励与统一出清下有较大的不同。这种机制有其亮点,有存在一些问题。

 

在我国当前的电力市场改革环境下,这种机制的一个重要的作用是培育了售电市场主体。电力市场改革需要创造一个全社会关心、参与的市场的氛围,需要培育有市场竞争能力的市场主体,而这恰恰是我国市场化改革中特别缺乏的,也是在上一轮的电力市场改革中缺乏的。实际的结果也验证了这个结论,广东的售电公司迅速发展,在社会里也营造了较好的市场的氛围。售电公司的发展,一方面可以作为市场主体推动电力市场的改革,另一方面通过其对用户开展节能等增值服务,可以实现提高能源效率的目的。

 

当然,这种模式也存在一些问题,比如,对需求侧市场成员造成了两难选择问题,报价策略过于复杂,存在一定的“赌博”性质;返还机制计算复杂(需要将多个撮合结果综合计算),不适用于连续交易机制等。

 

实际上,在竞争充分的市场中,统一出清、撮合价差返还出清等不同的出清、结算机制最终的结果可能是差不多的。广东省2016年3~9月的市场看,有逐渐收敛的趋势。这是比较容易可以分析的:在供大于求的情况下,市场是一个买方市场,竞争主要在发电侧;经过几轮市场后,市场成员逐渐了解发电企业可接受的最低的价格,售电公司会尽量报与预测的发电价格相似的价格,因此最终结果与统一出清模式相差不会很大。

 

在进行不同市场机制的对比、分析时,要特别主要考虑不同市场机制下市场成员的策略。不同机制下市场的动态、收敛过程可能不一样,但在竞争比较充分的情况下,多次竞争后的结果可能是一致的

 

本文讨论的主要是不考虑偏差、不考虑网络约束下的简单的市场出清问题。但这只是电力市场设计中的一个环节。电力市场需要考虑电力的实时平衡、需要保证电能质量及电网安全,这都需要相应的市场机制解决,这些也是我国后续的电力市场建设中需要尽快研究、讨论和解决的

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