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图1 从电力中长期交易到现货交易的时序路线规划图
2.第二、三年:继续开展年度长协交易,完善月度集中竞价交易,开展合同电量转让交易,初步建立电力电量平衡机制。在电量平衡机制中,按机组煤耗或预挂牌报价调度,并包括事后的偏差电量考核与结算;电力平衡机制主要探索调峰服务市场化的途径。
3.第三、四年:完善月度集中竞价市场与平衡机制建设,初步建立日前现货市场。月度竞价市场采用峰谷平3个电量段进行竞价。日前交易将交易日(次日)分为峰谷平3个竞价时段(与分时电表的时段设置一致,各地可能有所不同),通过集中竞价得到次日的峰谷平3时段电价。
4.第五年及以后:完善月度交易与日前现货市场建设,建立实时市场与辅助服务市场。基于分段竞价(或水平拍卖)理论精细化月度集中竞价交易,日前现货市场采用24时段进行竞价,建立15分钟实时市场,初期辅助服务市场主要包括调频和备用。
电力市场改革的核心是“改人”,从年度/月度交易开始,逐渐向日前/日内/实时交易过渡。在这个过程中逐渐培育市场主体,培养市场意识,建设技术支持系统(包括计量系统),完善电力市场相关的信用体系、监管体系、金融市场和法律法规,循序渐进地有步骤推进改革,应该是我国电力市场发展的一条可行路径。此外,电力中长期交易是我国电力市场中非常重要的组成部分,与现货交易作用不同,中长期交易发现中长期电能价值,现货交易发现短期电能价值,不可相互替代,而应在市场运行实践中逐渐完善并与现货交易很好地相协调。由于在我国火电厂燃料计划都是按年度、季度和月度安排的,月度电能交易是我国电力市场一个不可缺少的交易环节。
电力市场交易机制设计需要基于更先进的拍卖理论、博弈论与设计经济学
如前所述,经典微观经济学的供需均衡理论不适用于不完全竞争/不完全信息市场的竞价机制设计,电力市场交易机制设计需要基于更先进的拍卖理论(Auction Theory)、博弈论与设计经济学。
拍卖理论由诺贝尔经济学奖获得者美国哥伦比亚大学Vickrey教授奠基,其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。拍卖机制包括四种基本类型,即上升出价拍卖(或称为英国式拍卖)、下降出价拍卖(或称为荷兰式拍卖)、第一价格暗标拍卖、第二价格暗标拍卖。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,广东电力市场月度集中竞价实际上属于多个买卖方的多个商品双侧暗标同时拍卖(2小时的暗标报价结束后同时出清)。
从拍卖的出清(结算)方式来讲,主要有统一边际出清方式(Marginal Clearing Price,MCP)、按报价支付的方式(Pay-as-Bid,PAB)及其他各种变形的方式。广东电力市场2017年月度电量集中竞价即为统一边际出清方式。按报价支付即按市场主体各自的报价分别结算的方式。在供需双侧竞价中,由于成交条件为需求方申报价高于供应方申报价,若完全按报价支付,将多余一块市场红利(或社会福利),需要在供需方之间分配。广东电力市场2016年月度电量集中竞价采用了一种独特的价差电费返还出清机制,即为一种社会福利分配方式。笔者在该机制的基础上提出一种适合电力中长期集中竞价的“双侧等效PAB出清机制”。供应方结算价为申报价乘以供应方结算系数α,总供给曲线即向上等比例收缩一段,需求方结算价为申报价乘以需求方结算系数β,即总需求曲线向下等比例延伸一段,而此等比变换所增加的社会福利正好等于供需申报价差所产生的社会福利。在此机制下,供应方和需求方只有尽可能靠近边际价格报价并且保证成交,才能使收益最大,但此时不成交的风险也最大,风险与收益成正比。由于在此竞价机制下,供需主体的报价策略与PAB出清机制相同(即按预测的边际价格),故称为“等效PAB出清机制”。笔者初步的仿真实验表明,此机制下,经过多轮竞价与出清,市场平均结算价差将趋于稳定。
从方法论上讲,电力市场设计应基于现代设计经济学。设计经济学是一门仍在形成中的学科,被称为经济领域的工程学,除了拍卖理论和博弈论外,还将实验经济学(Experimental Economics)和计算经济学(ComputationalEconomics)(经济系统的计算机仿真)方法引入市场设计,并已在美国联邦通信委员会(FCC)的无线频段拍卖等市场设计案例中获得成功应用。本文最后一部分将对实验与计算经济学的基本原理及应用情况进行介绍。
交易规则制订和修改时应从理论上充分分析论证,并做好仿真实验研究
各地在制订和修改交易规则时,最基本的要求是根据本地市场的实际数据做好测算,判断交易规则实施后可能出现的市场态势、电价水平及可能出现的问题。如前所述,严格的理论分析应建立在市场机制的拍卖理论和博弈论模型的基础上,但由于电力市场的复杂性,这种模型难以求得解析解并进行分析,另外一种有效途径是基于实验经济学和计算经济学的仿真实验。电力市场仿真实验的主要方法有基于代理的计算经济学(Agent based Computational Economics,ACE)仿真方法(即多主体的人工智能模拟)和实验经济学方法。本文介绍这两种方法基本概念及应用情况。
1.基于代理的计算经济学仿真
基于代理的计算经济学(ACE)是用计算机模拟的方法来进行经济研究的新技术,使用具有有限理性的和自适应的代理表示各个市场成员,并通过代理在计算机上的交互行为的仿真获得市场运行的特征描述。作为一种特殊的ACE模型,由笔者最早开展研究的协同进化算法(Co-evolutionary Algorithm)是电力市场仿真和稳定性研究的好工具。当前人工智能技术出现了飞跃式发展,在诸如围棋、德州扑克等多个领域已经战胜人类,若能引入电力市场仿真,必能为电力市场的设计、分析与评估提供崭新的手段。
2.实验经济学仿真
近年来实验经济学在电力市场的研究中逐渐得到应用。实验经济学在经济学中借鉴自然科学中的实验方法,用人来代理实际市场中买方、卖方进行决策,已在电力市场设计与分析中取得不错的成果。实验经济学的一个关键方法创新是价值诱导理论(Induced Value Theory)的提出。为达到对被试者行为的控制,实验者可采用适当报酬媒介(reward medium),诱导被试者预设的特征,而使被试者自身的特征(innate acteristics)变得无关紧要。价值诱导的原则可归结为以下3个充分条件:单调性、突显性、优超性。
笔者针对广东2017年月度电量集中竞价规则基于模拟数据进行了多轮竞价模拟实验,根据实验结果分析我们观察到:供需比是影响市场价格走势的关键因素;边际附近的电厂存在形成默契合谋的可能,集体抬高价差。这些实验结论在后续实际市场交易中均得到验证。
本文结合国内外电力市场交易的实践,阐明了电力市场交易机制设计的核心概念、关键问题及方法论。限于篇幅,本文的讨论局限于电力市场交易机制设计的一般原理及方法论,未涉及节点电价、阻塞管理、辅助服务等技术细节。需要强调的是,电力市场是一个“人的系统”,市场交易不可能用行政管理的方式来推动,交易规则制订和修改必须遵循一定的法定程序,实行民主科学决策,应特别反对长官意志和拍脑袋定政策。
原文首发于《电力决策与舆情参考》2017年9月1日第32期
(作者单位系华南理工大学电力经济与电力市场研究所)
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