電力市場是否能夠?qū)崿F(xiàn)其目標(biāo)，市場這只無形的手是否能夠發(fā)揮更好的作用，很大程度上取決于市場的具體的設(shè)計。電力市場的設(shè)計需要考慮電力系統(tǒng)的一些物理的、技術(shù)的特點(diǎn)和約束，但其本質(zhì)上仍然是一個經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的問題，設(shè)計中需要更多從經(jīng)濟(jì)的角度考慮?？紤]市場中市場主體之間的博弈，考慮市場的動態(tài)性等因素，電力市場會有很多“反直覺”的問題，也就是說，市場的結(jié)果和直觀的判斷常常是反的。美國國家工程院院士，IEEE Fellow，電力市場資深設(shè)計專家Shmuel S. Oren教授2018年7月20日在廣州交易中心交流，也特別提到了這個問題。本文對這個問題進(jìn)行簡單的討論，以避免在我國電力市場設(shè)計中出現(xiàn)反直覺、不利于市場目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的因素。

一、反直覺問題概述

簡單的說，反直覺就是某種過程的實(shí)際結(jié)果與直覺的預(yù)測不一樣。電力市場設(shè)計中，反直覺就是：對市場設(shè)計中的某個環(huán)節(jié)，其實(shí)際的效果與預(yù)期的不一致，甚至是相反的。

反直覺的原因，主要是由于市場的動態(tài)性、系統(tǒng)性和長期性。動態(tài)性主要是考慮到，市場主體的策略、行為是會隨著市場規(guī)則的變化而變化的，如果將其行為看為靜態(tài)的，固定不變的，預(yù)期的結(jié)果和實(shí)際的結(jié)果就會有很大的差別。

而系統(tǒng)性主要是考慮到電力市場是一個包括多個產(chǎn)品、多個市場、多個主體的復(fù)雜系統(tǒng)，其目標(biāo)也包括效率、 公平、環(huán)保等多個方面。某個市場設(shè)計方案、措施可能對市場的某個方面是好的，但對其他方面的壞的影響可能更大，總體就產(chǎn)生了壞的影響。

長期性主要考慮短期效果和長期效果之間的矛盾。電力市場的最終目標(biāo)是長期的效果。某種設(shè)計或某個政策在短期內(nèi)是有利的，在長期可能反而起到相反的結(jié)果。

二、反直覺問題舉例

這里用大家熟悉的幾個例子進(jìn)一步說明電力市場中的反直覺問題。

1、市場結(jié)算方式的問題

我們知道，在集中的競價市場中，市場結(jié)算有多種方式(參考本公眾號之前的文章：我國電力市場直接交易競價模式的經(jīng)濟(jì)學(xué)原理分析 (四 競價規(guī)則分析))，比較典型的就是按報價結(jié)算和按統(tǒng)一邊際價格結(jié)算兩種方式。

按報價結(jié)算(PAB，Pay as Bid)：所有中標(biāo)的市場主體按照其申報的價格結(jié)算。

統(tǒng)一邊際價格結(jié)算(MCP，Marginal Clearing Price)：所有中標(biāo)的市場主體按照統(tǒng)一的邊際成本價格結(jié)算。邊際成本是指增加單位負(fù)荷增加的成本。

圖1 PAB與MCP機(jī)制的對比

如圖1 的例子，是某個市場的報價及出清曲線。橫坐標(biāo)是出力水平，單位為MW，縱坐標(biāo)為價格，單位為(￥/MWh)。圖中橙色的線條是發(fā)電側(cè)的報價，藍(lán)色的垂直的線條是系統(tǒng)的需求曲線(沒有價格彈性，是固定的負(fù)荷)。綠色的虛線是系統(tǒng)的統(tǒng)一邊際出清價格MCP。

1）直觀的結(jié)果

從圖中可以看到，如果對發(fā)電出力按報價進(jìn)行結(jié)算，相對按統(tǒng)一邊際價格結(jié)算的方法，總購電成本要更低。

PAB結(jié)算：總購電成本=100*2+200*1+400*1=800元。

MCP結(jié)算：總購電成本=400*4=1600元。

如果用戶的價格按平均購電成本，則PAB下，電價為200￥/MWh，MCP方式下電價為400￥/MWh。

【直觀結(jié)果】顯然，如果市場的目標(biāo)是盡量降低電價，從直覺上，應(yīng)該選擇PAB方式，這種方式下電價大大下降，能夠把市場的紅利盡量多的給消費(fèi)者。

2）實(shí)際的結(jié)果

實(shí)際市場中，會出現(xiàn)這個結(jié)果嗎?增加消費(fèi)者福利的目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)嗎?

回答這個問題，需要考慮市場主體在市場中的策略。這里，由于負(fù)荷不參與報價，影響市場結(jié)果的主要因素就是發(fā)電側(cè)的報價。為了分析方便，這里假設(shè)圖1中發(fā)電側(cè)的幾段報價分別代表不同的發(fā)電企業(yè)，也就是說市場中共有4個發(fā)電企業(yè)，其發(fā)電成本(邊際成本)分別為100￥/MWh、200￥/MWh、400￥/MWh和600￥/MWh，其最大發(fā)電容量分別為2MW、1MW、2MW和2MW，系統(tǒng)的負(fù)荷為4MW。

（1）直覺實(shí)現(xiàn)的條件

假設(shè)市場主體在不同的市場機(jī)制中策略都一樣。也就是說，在PAB和MCP兩種出清機(jī)制下，報價一樣，比如報價曲線都為圖1中橙色的線條。那么，PAB下的總購電成本一定比MCP下的低，PAB下用戶的電價就會比MCP下的低。這樣，就是直覺的結(jié)果。

（2）實(shí)際結(jié)果

在這個例子中，預(yù)期的、直覺的結(jié)果能否實(shí)現(xiàn)，主要就取決于直覺分析的假設(shè)條件在實(shí)際中是否成立：市場主體在不同市場機(jī)制下的報價策略相同。

顯然，實(shí)際市場中，這個結(jié)論是不成立的。市場中的一個基本假設(shè)，就是認(rèn)為市場主體會在市場規(guī)則下盡量追求自身利益的最大化。因此，其市場策略會隨著市場規(guī)則的變化而變化。

在MCP機(jī)制下，所有入圍發(fā)電的機(jī)組，無論其成本、報價是多少，最終都按照系統(tǒng)統(tǒng)一的邊際成本價格結(jié)算。這種情況下，如果競爭充分，市場主體的最佳策略是按照自身真實(shí)的邊際成本報價：市場出清價如果高于報價，就可以發(fā)電，同時拿到市場價格與報價之間的差價的額外利潤;如果市場價低于報價，說明市場價格低于其發(fā)電成本，也沒必要發(fā)電。如果報價高于邊際成本，存在本來能盈利但因報價過高無法入圍的風(fēng)險;如果報價低于邊際成本，存在以低于其實(shí)際邊際成本的價格出清而引起虧損的風(fēng)險。簡單的說，在MCP機(jī)制下，在競爭充分的市場中，市場主體的最佳報價策略是按真實(shí)的成本報價。市場的統(tǒng)一出清價，也就是用戶的購電成本，就是系統(tǒng)的邊際成本。在本例中，市場統(tǒng)一出清價MCP為400￥/MWh。

關(guān)鍵是PAB下的結(jié)果。PAB下，市場主體從自身利益最大化的角度，會如何報價呢?其最佳策略會仍然是按照真實(shí)的成本報價嗎?顯然不是。其策略是：預(yù)測系統(tǒng)中最后入圍(報價最高)的機(jī)組的報價，然后報一個類似的價格。比如，本例子中，市場主體如果能夠準(zhǔn)確預(yù)測市場的需求情況，也知道市場中各個發(fā)電機(jī)組的容量和成本情況，考慮到一般市場主體的報價不會低于實(shí)際成本，無論發(fā)電企業(yè)自身的發(fā)電成本是多少，其最佳策略都是報一個略低于400￥/MWh的價格。

在市場運(yùn)行的早期，在市場主體對市場供需、其他市場主體的經(jīng)濟(jì)技術(shù)特性和報價策略不太清晰的情況下，其報價策略會比較保守，低成本的電廠為了保證成交，申報價格會低于預(yù)測的MCP較大幅度，因此PAB下市場的購電成本會減小，用戶的電價會降低。但是，隨著市場的成熟，市場主體對市場信息的了解，所有電廠的報價會都趨同MCP價格，這樣，就達(dá)到了類似MCP出清方法下的結(jié)果。

從上面的分析看到，MCP機(jī)制下市場主體需要的信息較少，報價策略也相對比較簡單。PAB下，市場主體為實(shí)現(xiàn)其最大收益報價需要較多的市場信息，包括市場供需情況和其他市場主體的情況，報價策略也會更加復(fù)雜。因此，PAB下，市場的信息成本、交易成本相對MCP下會增加。

【實(shí)際的市場結(jié)果】不考慮交易成本，在短期PAB機(jī)制下的購電成本會低于MCP機(jī)制下，但在長期，考慮市場主體市場策略的調(diào)整，PAB機(jī)制下的購電成本與MCP機(jī)制下的趨同。從交易成本的角度，PAB機(jī)制下的信息成本、報價策略成本等會更高?？偟膩碚f，從長期看，PAB下的總成本可能反而高于MCP機(jī)制下的成本，增加用戶的負(fù)擔(dān)，出現(xiàn)反直覺的現(xiàn)象。

3）啟示

我國在本輪電力市場改革中，各地創(chuàng)新了很多種市場的出清機(jī)制。包括廣東的價差返還機(jī)制，云南的比例返回機(jī)制，新疆的低低匹配方式等。采用這些方式的目標(biāo)有多個方面，但其中一個方面的目標(biāo)都是降低電價。在實(shí)踐中，很多市場都發(fā)現(xiàn)結(jié)果與預(yù)期的、直觀的不一樣。目前，集中市場中主流的出清方式仍然是MCP機(jī)制。

當(dāng)然，上面的分析的假設(shè)條件是市場競爭充分。在市場競爭不充分的情況，結(jié)果可能又有不同。但是我們可以得到的啟示是，考慮市場主體的動態(tài)(根據(jù)市場規(guī)則的調(diào)整而調(diào)整其市場策略)，考慮市場的長期、動態(tài)的均衡，市場的結(jié)果可能與我們直觀的考慮不一樣。

2、可再生能源政策的問題

我們這里要舉的另外一個例子是可再生能源政策的問題。世界各國都出臺了多種多樣的支持可再生能源發(fā)展的政策。根本目標(biāo)，是應(yīng)對環(huán)境變化，減少電力生產(chǎn)中產(chǎn)生的對環(huán)境不利的影響。實(shí)際的效果是否實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)?或者說，實(shí)際的結(jié)果與直覺的結(jié)果是否一樣?很多國家的經(jīng)驗(yàn)表明，答案經(jīng)常是否定的。也就是說，很多支持可再生能源發(fā)展的政策，反而增加了排放，惡化了環(huán)境，出現(xiàn)了與預(yù)期目標(biāo)相反的結(jié)果。這也是很多國家對可再生能源政策進(jìn)行調(diào)整的原因。

本文不是專門討論可再生能源政策，僅舉一個簡單的例子說明在可再生能源政策領(lǐng)域中的反直覺問題。

1）可再生能源電價補(bǔ)貼政策

可再生能源電價補(bǔ)貼政策是各國最常用的一項政策。通過給予可再生能源固定的比較高的價格或者固定的電價補(bǔ)貼支持其發(fā)展，從而達(dá)到可再生能源發(fā)電比例增加，傳統(tǒng)化石能源發(fā)電比例減少，排放減小的結(jié)果。

這個直覺的結(jié)果的邏輯是：給可再生能源補(bǔ)貼→可再生能源發(fā)電比例增加→化石能源發(fā)電比例減少→排放減少。

2）直覺結(jié)果實(shí)現(xiàn)的條件

直覺結(jié)果實(shí)現(xiàn)的條件是，可再生能源發(fā)電比例增加、化石能源發(fā)電比例減少可以減小排放。具體來說，假設(shè)

(1)系統(tǒng)的總負(fù)荷需求是一定的

(2)化石能源企業(yè)的單位發(fā)電量的燃料消耗、污染排放是固定的

那么，我們直覺的結(jié)果就是對的。因?yàn)閷稍偕茉雌髽I(yè)的補(bǔ)貼會增加其對化石能源發(fā)電企業(yè)的市場競爭力，從而使其發(fā)電量增多，化石能源企業(yè)發(fā)電量減小。由于化石能源企業(yè)的單位燃料消耗和單位污染物排放是相同的，因此系統(tǒng)總的燃料消耗減少，污染物排放減少，達(dá)到了我們預(yù)期的、直覺的目標(biāo)。

3）實(shí)際的結(jié)果

我們看到，上面分析的直覺結(jié)果實(shí)現(xiàn)的一個重要條件是，“化石能源企業(yè)的單位發(fā)電量的燃料消耗、污染排放是固定的”。實(shí)際中是否這樣的呢?

(1)短期結(jié)果。短期，就是不考慮機(jī)組的更新?lián)Q代的情況，僅考慮短期的運(yùn)行策略。我們知道，電力系統(tǒng)的負(fù)荷是波動的，發(fā)電必須要保持與負(fù)荷的實(shí)時的平衡。而發(fā)電機(jī)組的單位發(fā)電煤耗、單位發(fā)電污染物排放與其機(jī)組的出力水平、波動情況是密切相關(guān)的。如果是比較固定的負(fù)荷，機(jī)組可以在比較高效、低煤耗的水平上平穩(wěn)發(fā)電，系統(tǒng)總煤耗、總排放就會比較低。但是如果負(fù)荷波動很大，機(jī)組出力需要頻繁的調(diào)節(jié)，機(jī)組就會更多運(yùn)行在煤耗高、排放大的出力水平。隨著可再生能源發(fā)電比例的增多，系統(tǒng)的凈負(fù)荷(負(fù)荷與可再生能源出力的疊加)的波動性更大，因此即使化石能源企業(yè)的總發(fā)電量減少，但其總煤耗、總污染排放也可能反而增加。

(2)長期結(jié)果。長期考慮對發(fā)電投資的影響。對可再生能源發(fā)電企業(yè)的補(bǔ)貼，降低了傳統(tǒng)化石能源企業(yè)在市場中的競爭力，因此可能導(dǎo)致傳統(tǒng)化石能源企業(yè)無法(沒有能力，或者沒有激勵)及時更新、換代。這樣，就影響了化石能源發(fā)電領(lǐng)域相關(guān)新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，從而影響系統(tǒng)排放的降低。

(3)綜合結(jié)果。綜合結(jié)果可能是，可再生能源發(fā)電比例增加，但是系統(tǒng)的總的排放并沒有減少，反而增多。歐洲很多國家已經(jīng)觀察到這個現(xiàn)象，并開始對相關(guān)的政策進(jìn)行調(diào)整。

4）啟示

可再生能源政策產(chǎn)生的反直覺的結(jié)果，其根本原因是：在制定相關(guān)政策或進(jìn)行市場設(shè)計的過程中，沒有考慮到系統(tǒng)的整體的情況，僅考慮了對市場某個環(huán)節(jié)的影響。沒有考慮到，政策或者市場機(jī)制可能對市場系統(tǒng)的其他部分產(chǎn)生反面的影響。

3、加州電力危機(jī)

1）加州電力危機(jī)簡介

美國加利福尼亞州是硅谷所在地，是美國創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)的一個核心城市。2000年-2001年之間發(fā)生了嚴(yán)重的電力危機(jī)：電力供不應(yīng)求，大面積停電;批發(fā)市場電價飆升;電力公司破產(chǎn)。危機(jī)的發(fā)生有很多方面的原因，包括客觀上的原因，如天氣寒冷導(dǎo)致供熱需求增加;天氣干燥造成水電出力減少;經(jīng)濟(jì)突然快速發(fā)展造成沒有預(yù)期的電力需求增加等。但是，加州電力市場設(shè)計中的一些問題，也是造成、加劇這個危機(jī)的重要原因。這里僅舉其中的一個例子說明電力市場設(shè)計中的反直覺的問題。

國際范圍內(nèi)，在電力市場改革的初期，都起到了降低電價、提高效率的結(jié)果。因此，很多市場設(shè)計者想當(dāng)然的將電價降低作為一個假設(shè)條件。但是，電力市場中的價格應(yīng)該是反映供需水平的，在供大于求的情況下，市場化會增加競爭從而促進(jìn)降低電價;但是在供不應(yīng)求，電力供給短缺的情況下，市場的自然的結(jié)果就是電價上升，從而激勵新的投資。如果相關(guān)政策、機(jī)制的設(shè)計基于一個不變的市場供需情況，就會出現(xiàn)反直覺的結(jié)果。

2）加州電力市場過渡階段對電力公司的政策

加州由于電價成本較高，較早響應(yīng)美國能源監(jiān)管委員會FERC的要求進(jìn)行電力市場改革，制定了一系列的市場設(shè)計。為了解決一些歷史問題，設(shè)定了一定的過渡期：1998年-2002年。在過渡期內(nèi)，制定了一些保證相關(guān)主體利益，保證市場平穩(wěn)過渡的政策。

其中的一個過渡政策是：考慮到市場化后電價會逐漸下降，對負(fù)責(zé)對終端用戶供電的電力公司，要求其不能與發(fā)電企業(yè)簽訂長期合同。這樣，全部電力均從集中的現(xiàn)貨市場中購買，從而可以充分享受市場帶來的降價的紅利。

【直覺的結(jié)果】對這個政策，直覺的結(jié)果是：電力公司從現(xiàn)貨市場購買到了相對以前更便宜的電力，從而獲得更多的利潤，用來解決一些沉淀成本的問題。也就是說，禁止電力公司簽訂長期合同的直觀結(jié)果是電力公司利潤增加。

【實(shí)際的結(jié)果】實(shí)際的結(jié)果大家都知道了，由于需求增加，供給減少，批發(fā)市場價格飆升(價格上升還有市場力方面的原因)，電力公司由于缺乏長期合約，購電成本大幅上升，甚至導(dǎo)致了電力公司破產(chǎn)的結(jié)果。

3）啟示

這個例子中出現(xiàn)反直覺結(jié)果的主要原因是：市場設(shè)計或政策制定中，未考慮市場供需情況可能發(fā)生的變化，基于某個特定的供需情況、系統(tǒng)狀況進(jìn)行市場的設(shè)計，當(dāng)市場供需情況或系統(tǒng)狀況發(fā)生變化時，就會出現(xiàn)與早期預(yù)期相反的結(jié)果。

總結(jié)

在進(jìn)行電力市場機(jī)制設(shè)計、電力市場相關(guān)政策的制定過程中，要特別注意“反直覺”的問題。也就是說，市場的實(shí)際結(jié)果經(jīng)常與直覺的結(jié)果是不一致的。為了避免這種反直覺的結(jié)果，在電力市場設(shè)計中需要注意以下幾個方面的問題。

1）考慮電力市場的動態(tài)性。電力市場不是一個靜態(tài)的市場，市場主體的市場策略是會隨著市場規(guī)則、相關(guān)政策的變化而變化的。這是在電力市場設(shè)計中最容易忽略的一個問題。進(jìn)行新的市場設(shè)計、出臺新的政策時，一定要進(jìn)行動態(tài)的評估，分析這些政策對市場主體的影響是什么?他們的市場策略會發(fā)生什么變化?

2）考慮市場的整體性。電力市場由很多個部分組成。某個市場環(huán)節(jié)的機(jī)制的設(shè)計，必須考慮這個機(jī)制會不會對市場的其他的環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響?產(chǎn)生什么樣的影響?可再生能源政策例子中，反直覺結(jié)果的原因之一就是沒有考慮可再生能源比例增加對化石能源企業(yè)出力特性及相關(guān)成本的影響。

3）考慮市場的長期性。電力市場改革的最終目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)長期的資源配置的優(yōu)化。電力市場機(jī)制設(shè)計中，一定要考慮各種機(jī)制、政策的長期影響，考慮市場供需情況等內(nèi)外部環(huán)境變化的影響。

本文舉了三個簡單的例子對電力市場設(shè)計中的“反直覺”問題進(jìn)行討論。實(shí)際電力市場設(shè)計中，還有很多“反直覺”的問題。Shmuel S. OrenO教授在講座中提到，從傳統(tǒng)工程角度、計劃角度進(jìn)行的市場設(shè)計或制定的政策，大多都有反直覺的問題，需要進(jìn)行認(rèn)真、深入的研究和分析。