电力市场设计｜再论电力市场改革的目标及实现的方式

2、产品交易方式：交易时间、地点

现货市场中，包括能量和辅助服务在内的各种产品何时开始交易，何时截止，可以在哪里进行交易（如是否允许分散的双边交易），都是市场设计需要考虑的内容。市场体系的不同设计主要会影响交易的成本和流动性，提高市场效率需要尽量降低交易成本、提高流动性。

中长期市场和期货期权市场的作用包括降低市场主体的风险、利于长期投资和融资等。交易方式包括场内交易和场外交易。如果缺乏合适的中长期市场及期货期权市场，可能造成市场主体风险成本的增加，不利于市场长期的效率。

3、产品的交易规则：报价、出清和结算机制

现货市场和中长期市场、期货期权市场中都由一些集中交易的环节。集中交易市场中，需要对报价、出清、定价（结算）机制进行设计。

定价又包括两个方面：市场出清的初始价格和市场盈余、亏损的二次分配。

（三）环保、安全与质量目标的实现方式

前面分析过，社会总福利可用表达为总效用和总成本之差。

社会总福利=社会总效用-社会总成本

=用电总效用-（发电成本+输配电成本+交易成本+环保成本+安全成本+电能质量成本）

可以看到，环保、安全、质量等目标可以认为是效率目标的一方面，只不过由于外部性、价值/成本不确定等原因，有时候未能或未能全部反映在效率的目标函数中，而是对这些目标单独进行处理。实际市场中有不同的处理方法。以下是四种典型的处理方式。

1）初始形式

max (社会总福利)= max(用电总效用-发电成本-输配电成本-交易成本-环保成本-安全成本-电能质量成本)

2）多目标形式

目标1：max(社会总福利1)=max1(用电总效用-发电成本-输配电成本-交易成本)；

目标2：max(环保水平)

目标3：max(安全水平)

目标4：max(电能质量)

3）固定约束形式

Max(社会总福利1)=Max1(用电总效用-发电成本-输配电成本-交易成本)

s.t. 排放<排放限值

安全>最低安全水平

电能质量>最低电能质量

4）弹性约束（罚函数）形式

Max(社会总福利1)=Max(用电总效用-发电成本-输配电成本-交易成本-环保惩罚-不安全惩罚-电能质量低惩罚)

环保惩罚=排放惩罚因子* max(0, (排放-排放限制))

不安全惩罚=安全惩罚因子* max(0, (安全水平-安全标准))

电能质量惩罚=电能质量惩罚因子* max(0, (电能质量-电能质量标准))

第一种方式是原始的问题形式，将环保、安全、电能质量都表达为一种可计算的、总效率的一部分。第二种方式将原问题变为多目标问题，将环保、安全、电能质量等作为一个单独的目标。第三种方式将环保、安全、电能质量等分别作为一种约束，需要给出各自的限制。第四种方式在第三种方式的基础上，将各约束采用罚函数的形式加到总目标中。可以看到，如果将环保惩罚、不安全惩罚、电能质量惩罚看为环保成本、安全成本、电能质量成本，则第四种方式下的公式将与原始问题是一致的。

第四种方式中的惩罚因子的方式，电力市场中不仅仅可以用于处理环保、安全、电能质量等问题，还可以处理其他的各种各样的约束问题。实际上，很多电力市场模型中，对各类约束都设置了惩罚（松弛）因子，可以保证市场可以得到可行解（约束过强可能没有可行解）。

电力市场中常见的线路最大传输功率约束、机组最小出力约束等可以认为是安全约束的一部分；电压约束、频率约束等是电能质量约束的一部分；可再生能源全额消纳约束则可以认为是环保约束的一种变形。

（四）公平目标的实现方式

1、概述

在电力市场中如何考虑各种公平（福利分配）方面的目标，是我国电力市场设计面临的最大的挑战之一。如前所述，效率目标主要应由一次分配考虑，而公平目标应主要由二次分配考虑。电力市场中，特别是在我国电力市场中，有很多公平目标试图通过一次分配实现。

一定的公平的目标在所有市场都是不可避免的，尤其是在我国当前阶段，要解决的一个关键问题就是“不均衡”的问题，本质上就是一种公平问题。关键是，用什么样的方式实现这些公平目标？

2、改革对公平的影响

在前面的分析中提到，改革的最根本的本质是改革前后不同市场主体的责、权、利发生了变化。也就是说，改革本身造成了利益的重新分配。这种利益的重新分配可以分为两种情况。

1）改革前的利益分配不合理（不公平），改革后利益分配更合理（公平）。比如，改革前各类消费者之间承担了大量的交叉补贴，改革后逐渐减小交叉补贴，使消费者承担其应该承担的成本。我国电力领域就存在这个问题。电价长期以来承担了电力之外的很多其他的职能，电价水平不反映用户用电的真实成本（如成本高的居民用户的电价反而低），造成一定的不公平。通过改革，希望电价能更加反映真实的成本，减小用户之间的交叉补贴。

2）改革前的利益分配合理（公平），改革后的利益分配不合理（不公平）。比如，改革前各类发电企业按照政府核定的上网电价结算，改革后按市场形成的价格结算。政府核定的上网电价中，考虑了各种外部性及一些社会责任（地区经济发展、国家产业政策等），而市场形成的电价中，一般不包括这些因素。因此，改革后要特别设计一些其他的机制如额外的补贴来解决这种问题。

实际上，本身什么是公平就没有一个绝对的标准。比如电价，所有用户采用相同的电价即“同网同质同价”公平，还是让电价反映其真实的成本、对不同用户采用不同的电价公平？这取决于如何看待电这种产品。如果将电看为由政府提供的一种公共品，对所有用户的电价就应该是一样的，类似国防，所有用户有公平的获得电力服务的权利；如果将电看为一种由市场自由提供的商品，则用户的电价应该反映其用户的成本的效益，由市场形成。电力市场改革本身是要还原电的商品属性，因此改革的大的趋势是电价更加反映其真实的成本和效益；但由于电力行业的重要性、对人民生活及社会经济的广泛影响，无论怎么改革，电总是还会多多少少有一些公共品的属性，这就会影响到市场的一些设计。

比如，欧洲采用区域电价机制而不是节点电价机制，很大程度上就是在欧洲很多国家长久以来将电认为是国家提供的一种公共品，一个国家（地区）内的民众的电价应该相同。

3、一次分配中影响公平的因素

我国电力市场改革中，经常自觉不自觉的会希望通过一次分配的一些机制来实现一些公平的目标，即直接干涉交易的准入、报价、出清和结算。通过一次分配可能可以实现部分的公平目标，但经常会带来较大的效率方面的损失。

市场交易包括自由双边的交易和在受管制的机构中进行的集中交易。这里主要对集中交易市场中的一些影响公平、效益的因素进行分析。

集中交易市场中，几个核心的环节是报价、出清和结算。这里，出清指确定谁中标、谁中标多少；结算指中标后的获得/支付的价格。我国电力市场中，各地根据自己的一些特殊的目标，设计了一些不同的交易机制。这里对一些典型的机制进行分析。

1）优先发电/优先用电

这是在我国广泛存在的一项政策，各省市场规则中都有关于优先发电/优先用电方面的一些规定。这里，优先发电/用电泛指对一些电厂/用户不考虑其报价或不用其报价，优先进行出清的机制。这种优先发电/用电机制在一些情况下可能会造成效率的损失。

图1给出了优先用电政策对社会福利影响的分析。市场中有5个生产者，4个消费者，每个市场主体申报一段报价。上图是原始的报价及出清结果。看到，L1和L2的需求得到满足，L3和L4未购到电。G1、G2全部中标，G3一部分中标，G4、G5未中标。社会总福利是用户报价、电厂报价以及价格轴围起来的面积，图中看到有11.5个格子的面积。下图是进行优先用电以后的出清结果。实际政策执行时有多种方式可以实现这种优先用电，比如1）全部用户和电厂报价完毕后，将L3、L4的报价无论其价格高低，放到需求曲线的最左边，以便可以优先出清；组织两个市场，第一次仅允许L3、L4参加，第二次允许其他用户参加。可以看到，优先用电情况下，出清量增加了，原来不能发电、不能用电的市场主体都得以发电、用电。但可以看到，社会总福利实际是减少了:G1、G2、L3、L4形成的交易的社会总福利的面积为3.5个格子，G3、G4、G5和L1、L2形成的交易的社会总福利的面积为5.25个格子，加起来总共8.75个格子，大大小于没有优先用电情况下的总福利：11.5个格子。

图1 优先用电政策的影响

虽然优先政策后社会总福利减小了，但某些市场主体的福利可能增加了。如果市场按同一边际价出清（原始供需下电价为60$/MWh，优先用电下两个子市场的电价分别为35$/MWh和75$/MWh），则G1、G2和L1、L2的福利受损，G3、G4、G5和L3、L4的福利增加。我们可以看到，G1和G2代表发电成本低的电厂，L1和L2代表用电效益高的用户。也就是说，这种政策的结果实际上可能是损害了社会中效率高、先进的企业，保护了效率低、落后的企业。但其好处是不同市场主体之间社会福利分配的差异减小了。