广东电力市场改革探索: 拍卖理论及电力市场集中竞价交易

引言

价格是市场的灵魂。电力商品及电价理论是电力市场的核心理论。由于电力商品物理上的无差异性(所有电厂的电一旦上网，就无法分开)，以及复杂物理网络(电力系统)的存在，成为世界上最复杂的商品，因此电力商品的定义及电价理论并不是那么显而易见的事。国外实时电价的概念和理论最早是由美国麻省理工学院(MIT)的F.C.  Schweppe等在八十年代初提出的，1988年出版的Spot Pricing of  Electricity成为电价理论的经典文献，从理论上证明了实时电价对资源优化配置的有效性[1]。电价理论的研究应分为两个部分，即电能成本分析(即什么是合理电价)及电力市场中的电价形成机制。电能成本分析对于电力资源优化配置和电力市场宏观控制有重要意义，但电价最终要通过市场机制形成。从理想市场运行来看，电力市场的出清电价应与电力系统中的电能边际生产成本(以及电力用户的电能边际效用)相等。对于双边协商交易，电价是交易双方的私有信息，而对于集中竞价交易，电价一般是公开的。集中竞价的过程也就是市场电价形成的过程，集中竞价的出清规则看似不起眼的“细节”，实际直接决定了电价如何形成，是关乎市场全局的重要问题。因此，本文对电力市场集中竞价相关的供需均衡理论、拍卖理论进行介绍，并结合广东电力市场月度集中竞价交易进行探讨。

来源：电力经济与电力市场   作者：陈皓勇  李珠克

(一) 基于供需均衡理论的理想市场价格形成

在文献[2]中，作者对市场供给、需求与市场均衡的相关概念进行了介绍，并对市场价格形成机制进行了讨论，这里进一步介绍相关的消费者剩余(consumer  surplus)、生产者剩余(producer surplus)与社会福利(social welfare)的概念[3]。

在经济上，通常用消费者剩余测度消费者从竞争市场获得的总净效益，用生产者剩余测度生产者获得的总净效益。二者之和就是市场产生的社会效益(社会福利)。显然，市场产生的社会效益愈大，则市场效率愈高。以下我们介绍消费者剩余和生产者剩余的概念。

在完全竞争市场上，消费者和生产者按现行市场价格买卖商品。但是对于某些消费者来说，商品价值超过市场价格;如若必须，他们愿意支付更高的价格。消费者剩余是消费者获得的超过购买商品支付的总效益或总价值。

例如，假设市场价格为每单位5美元，如图1所示。某些消费者可能对该商品评价很高，愿意支付更高的价格。例如消费者A愿意为此物品支付10美元。但是，由于市场价格仅为5美元，他享受到5美元净效益;消费者B愿意支付7美元，因而享有2美元净效益。最后，消费者C对该商品的评价恰好等于市场价格5美元，消费者C的净效益为0。

图1 消费者和生产者剩余

就消费者总体来看，消费者剩余等于需求曲线与市场价格之间的面积(图1中深色阴影区域)。由于消费者剩余测度消费者总的净效益，通过计算消费者剩余变化可以测度政府干预给消费者带来的损益。

生产者剩余是对生产者的类似测度。某些生产者以正好等于市场价格的成本生产若干单位产品。但是，另一些生产者的成本可能低于市场价格，即使市场价格下跌，他们仍愿意继续生产和销售。因此，生产者从销售这些产品中享受到的效益也是一种剩余。就单位产品来看，这个剩余是生产者接受的市场价格与边际生产成本之间的差额。

从市场整体来看，生产者剩余是位于供给曲线上方直至市场价格的区域，等于图1中供给曲线与市场价格之间的浅色阴影的面积，这是低成本生产者按市价出售产品获得的效益。

消费者和生产者剩余之和为总社会福利，可用来测度竞争市场的效率。

图1即表示理想市场的统一出清价形成机制，供需曲线交点对应的价格(5美元)即为市场价格，市场中所有商品都按这个价格进行结算。可以看出，形成的统一出清价对总社会福利进行一刀切式(价格等于5美元的水平线)的划分，价格等于5美元的水平线的上方福利归消费者，下方的福利归生产者。虽然国外电力市场的集中竞价交易基本都采用这种出清机制，但需要说明的是，这并非唯一选择。

(二) 非理想市场价格形成的拍卖理论

上述基于供需均衡理论的理想市场价格形成过程可以解释市场机制的一般原理，却不适用于不完全竞争/不完全信息市场的竞价规则设计，特别是没有考虑市场主体的博弈策略，依此设计的电力市场竞价规则可能导致意想不到的结果。

电力市场中，电能产品实际上都是通过拍卖机制完成的。人类的拍卖和投标(auctions and  bidding)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Vickrey在1961年发表的划时代的文章[4]。早期有影响的工作除Vickrey外[4,5]，是由  Griesmer等[6]、Wilson[7,8]和Ortega Reichert等[9]完成的。其中Wilson也是在电力市场研究方面颇有影响的学者。

从20世纪70年代末期开始拍卖问题的理论研究全面开展起来，其中关键性的工作是由Milgrom和Weber，Riley，Maskin和Samuelson，Myerson，Wilson，Klemperer  等人完成的，而拍卖问题的实验研究也进一步开展起来，其中的代表人物除Smith外，还有Coppinger,  Cox和Kagel等。从早期到1980年代末期对于拍卖理论的研究状况的介绍可以参考Engelbrecht-Wiggans[10]、McAfee和McMillan[11]、Maskin和Riley[12]等人的综述性论文。

从狭义上来看，拍卖问题是有一定适用范围及特殊规则的市场交易类型;而从广义上理解，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，广泛涉及到博弈理论、信息经济学及机制设计理论等众多新兴领域，特别是在微观经济学的深化与发展方面具有重要意义。

1、标准拍卖类型

拍卖理论中研究的拍卖机制有四种基本类型，即上升出价拍卖(ascending-bid auction，或称为英国式拍卖 English  auction)、下降出价拍卖(descending-bid auction，或称为荷兰式拍卖)、第一价格暗标拍卖(first-price  sealed-bidauction)、第二价格暗标拍卖(second-price sealed-bid auction，或称Vickrey  拍卖)[4,5]。

在上升出价拍卖中，拍卖商品的价格连续上升，直到只剩下一个投标者，该投标者以此最终价格赢得竞标。在经济学中研究的上升出价拍卖的最常用的模型中，价格连续上升而投标者逐渐退出竞标。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。

下降出价拍卖恰好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。

在第一价格暗标拍卖中，每个投标者独立地提交单一的出价，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。竞标获胜者以其投标价购得商品，因此价格是最高的或“第一”价格投标。

在第二价格暗标拍卖中，每个投标者同样独立地提交单一的出价，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，或“第二价格”。这种拍卖机制有时以Vickrey命名为Vickrey拍卖。

在四种标准拍卖的基础上，又有多种变型的拍卖机制，如：拍卖者设置一个最低价格(reserve  price)，当投标者出价过低时，拍卖者会废弃所有投标[13];投标者只被允许在有限的时间内提交投标‍[14]。

2、复杂拍卖类型

对于标准拍卖类型，各国学者已进行了相当深入的研究。但现实经济生活中的拍卖过程是非常复杂的。相对于以上单个商品的拍卖问题，有多个商品的拍卖问题(multiunit  auctions);相对于单一拍卖者的问题，有多个拍卖者的拍卖问题，在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(double  autions)。

在标准拍卖类型中，研究的待售商品为单个不可分商品，Vickrey首先研究了多个商品的拍卖问题‍[4]。对于多个商品的拍卖问题的研究主要集中于每个投标者最多只需要一个商品的情况。Maskin和Riley将Myerson对于最优拍卖设计的分析[15]推广到投标者有随机独立的下降需求曲线的多个同质商品的拍卖情况[16]。

多个商品拍卖类型又分为多个商品同时拍卖类型(Simultaneous  Auctions)[4,17,18,19]、多个商品顺序拍卖类型(Sequential  Auctions)[16,20,21,22]和暗标拍卖类型[4]。对于多个商品顺序拍卖问题，对于每个投标者最多只需要一个商品的特殊情况，已进行了大量研究。实际上，在这种情况下，假如商品是同质的，在其它通常的假设条件下，无论商品是顺序拍卖还是同时拍卖，收益等价定理(Revenue  EquivalenceTheorem)是适用的[16,20,21]。因此非常复杂的多个商品拍卖问题就可用收益等价定理来求解。Milgrom 和 Weber  研究了在更一般的假设条件下范围更广的顺序拍卖类型[22]。

在标准拍卖类型中，单个拍卖者控制交易机制，但是很多投标者参与竞标。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[19]。  Chatterjee和Samuelson开创性地提出了k-双边拍卖模型，在这个模型中，单一的投标者和单一的拍卖者分别提出出价b和要价s，如果出价高于要价则交易以kb+(1-k)s(0≤k≤1)达成‍[23]。Wilsons将Chatterjee和Samuelson的结论推广到多个投标者和多个拍卖者的情况，每个代理(agent)最多只能买卖一个不可分商品，在出价和要价给出后，可行交易的最大数目在最低和最高的可行市场出清价之间k分比例的价格处达到[24]。Wilsons证明双边拍卖是有效的。

(三) 电力市场的集中竞价机制

目前各国现货(日前、日内、实时)电力市场集中竞价普遍采用统一边际价格出清方式，但各国学者也对其他竞价机制进行了研究。

1、统一价格和按报价支付的竞价机制

目前世界各国电力市场采用的竞价机制多为统一价格竞价机制。各国学者运用拍卖理论对该竞价机制进行了大量的分析。美国加州出现电力市场危机以后，联邦能源管制委员会(FERC)要求有关机构研究统一价格竞价机制的替代方案，特别是按报价支付的竞价机制(pay-as-bid或PAB)，期待能减小发电商的博弈行为。各国学者对于统一价格竞价机制和按报价支付的竞价机制进行了分析比较。

统一价格竞价机制即各发电公司申报各自的报价曲线，而交易中心按相同的边际价格统一出清和结算的方式。所谓PAB，即各发电公司申报各自的报价曲线，而交易中心按满足负荷需求所需要的发电商各自的报价分别结算的方式。