深度文章｜电力市场设计的目标、约束、环境及关键内容

2）路径类目标与改革初心的不一致。在改革的过程中，经常会有一些中间性的目标，如提高可再生能源消纳[4]、加快放开发用电计划[5]等，这些实际是一定的经济、技术条件下实现经济、环保等目标的一种方式，本文中称之为路径类目标。路径类目标在相关的政治、经济、技术环境发生变化时，可能会与最初的目标不一致，从而对市场产生反面的影响，但目前缺乏这方面的系统的分析。

3）市场设计缺乏整体性的考虑。电力市场是一个有机的、复杂的体系，一方面，不同环节的设计必须统筹考虑，如输电管制方式与能量市场机制、电能量交易机制与辅助服务交易机制等；另一方面，市场机制需要综合考虑长期效率与短期效率的协调、生产者福利与消费者福利的协调、不同地区福利的协调等。我国本轮电力市场改革中，对电力市场设计的一些具体的问题上已经展开了一些研究和讨论，如能量市场出清机制[6]（统一出清、撮合出清、价格返还机制的选择）、跨省跨区交易机制[7]、集中和分散机制的比较[8]、输配电定价机制[9]、增量配网改革[10]、分布式电力市场[11]等，但对市场的整体设计、顶层设计缺乏系统性的研究。

电力市场机制设计是一个系统的理论，国际上这方面已经有比较多的研究。文献[11]和文献[12]分别对欧洲平衡市场和美国容量市场的设计目标、原则、标准和应用条件进行了深入的讨论。关于整个电力市场机制设计体系，一些经典文献在早期进行了详细的讨论[1][13-14]，包括市场环境、市场体系、市场设计目标、市场监管等。另外，国际上已经形成了一些典型的电力市场体系，包括以美国PJM为代表的集中式市场体系，以及以英国和欧洲电力市场为代表的分散式市场体系。以上文献对我国电力市场设计提供了丰富的设计理论和实践经验，但是一方面，大多数文献基于某一个或一类（如欧洲或美国）市场，缺乏更大范围的系统性的分析比较；另一方面，近年来随着可再生能源、智能电网等的发展，出现了一些新的情况，需要对一些市场设计方法进行重新审视；最后，我国电力市场有一些特殊的问题，如一些特殊的目标和约束等，需要在市场设计时特别考虑。

主要章节安排如下。第1节首先对电力市场改革的目标和约束进行了系统的分析，将其从不同的角度分类、分析，包括效率和公平、长期和短期、目标和约束、终极目标和路径目标等。第2节对影响市场设计的关键因素——市场环境进行分析，包括市场结构、技术环境、政治经济环境。第3节对电力市场设计的不同环节，包括产品的设计、交易体系的设计、交易机制的设计、监管的设计等的具体内容、需要重点考虑的因素和设计方法进行了分析讨论。第4节总结了电力市场目标、市场环境和市场交易体系、监管体系之间的关系，并针对每一个环节给出了具体的建议。第5节总结了本文所做的工作。

1电力体制改革的目标

1.1 效率——社会福利最大化

可以认为所有经济制度的最根本的目标都是效率。同样，电力市场改革的最根本的目标就是提高电力系统资源的配置效率，更加具体地讲，就是在有限的资源条件和技术、经济等约束情况下，最大程度上满足电力用户的需求。下面对与效率相关的几个概念进行进一步的分析。

1）社会总福利

经济学中也用社会福利等来表达效率的概念。效率最大化也就是社会福利最大化。

社会福利是市场中所有市场主体的福利之和，包括生产者福利和消费者。电力市场中，生产者包括发电企业、输电企业、配电企业、售电企业等，消费者是各种类型的电力用户，社会福利最大化就是让所有这些主体的福利之和最大。

2）社会福利的计算

对每个市场主体来说，福利等于其在市场中的收益减去成本，也就是“剩余”。因此，评估效率或社会总福利的方法是：分析市场引起的所有的效益及所有的成本，其差值就是社会总福利。

电力市场中，由于大多数用户是没有价格弹性的，需求必须满足，因此社会福利最大化可简化为生产者福利最大化，或者是生产成本最小。

电力市场的成本，除了发电、输电等成本，还包括市场研究、技术支持系统研发等成本。

3）长期效率和短期效率

经济学中的长期和短期的区别主要在于是否所有资源可以调整。长期要求所有资源可调，只要有一种资源不可调就是短期。市场追求的应该是长期效率，即考虑所有资源可变情况下的社会福利最大，即对所有资源的配置都进行了优化。但在实际的市场中，常常有一些社会、经济等原因，在一些阶段，仅考虑部分资源的优化，即短期的最优。

电力市场中，长期主要指电源、电网规模可变的时期，长期效率的目标是包括投资成本和运行成本的总成本最小；短期优化一般指在电源、电网结构确定的情况下的运行成本的最小[15]。

1.2 公平——社会福利的分配

市场追求的不是绝对公平，而是在满足一定公平性原则下的效率最大化。我国十九大指出，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，因此公平也是电力市场设计需要考虑的一个重要目标。

公平的本质是平衡，主要体现在社会总福利在不同市场参与者之间的分配上，包括不同进入时间（新进入和已有）[15]、不同区域、不同环节（发、输、配、售）、不同类型（如火电与水电）的市场参与者之间的分配。改革前后不同市场参与者福利变化过大，常常是制约改革的重要的因素。

电力市场设计中，可以通过以下方式影响社会福利的分配：产权的分配（如优先发电电量、管制的中长期合同），价格的管制（如固定的上网电价和目录电价）等影响社会福利的分配。

1.3 环保、安全等约束类目标

电力市场的建设中，除了效率和公平，还经常会提到其他一些方面的目标，如环保、可靠、安全等。这些目标，本质上可以认为是效率的一个方面，但是由于其非常重要，难以用资金量化评估，有时候将其表述为一个单独的目标。这类目标本质上更像一种约束：碳排放量约束，可靠性约束等。数学优化中，目标和约束是可以转化的：约束可以通过拉格朗日乘子法变为约束的一部分。电力市场中，对待这类目标的处理也有多目标加权、固定约束、弹性约束等不同方法。

1）环保

将环保单独作为一目标，主要是由于发电排放的污染物对社会有坏的影响，治理污染需要一定的成本，但缺乏有效的市场对其合理定价并让排放污染的市场主体承担相关成本。也就是说，排放具有负外部性，而市场无法考虑或无法完全考虑。因此，在市场设计中常常需要将环保作为一个独立的目标。

如果电力生产带来的环境影响被合理定价（如碳税、绿证），那么发电企业会将环境影响的外部性反映在市场交易的报价成本中，使得环保的约束反映在效率目标中，则不需要针对环保进行额外的电力市场设计。但是，当相关市场缺失，或者不完善（价格不完全反映其价值或成本），仍然需要在电力市场设计中将环保作为一个独立的目标。

电力市场设计中，可以通过可再生能源优先发电政策、固定上网补贴、接入费优惠、可再生能源全额消纳等政策反映环保方面的目标。

2）供电安全、可靠性与电能质量

供电安全向来是电力系统运行的首要的约束条件。具体反映在对电压、频率、可靠性等方面的要求上。

电力市场中将安全、可靠单独作为一个目标，主要是两个方面的原因。首先是电力系统的严重的安全事故可能造成人身损害，这类事故是绝对要避免的。其次，是用户侧价格弹性及实时响应能力的缺乏。供电可靠性、供电质量等都可以认为是一种商品质量。在一般的商品市场中，除了影响人身安全、健康方面的问题，一般的商品质量是不需要单独作为一个目标的，因为并不是质量越高越好，而是由消费者综合考虑提高质量带来的效益和增加的购买成本来决定选择什么质量的产品和使用多少。但电力市场中，大多数用户在实时用电时无法了解实时的电价信息，也无法实时对相关信息进行响应，因此需要由政府或相关机构代替消费者制定一定的安全、可靠性及电能质量等方面的约束或目标。

3）能源供给安全等战略目标

电力系统是一个关系国计民生的行业，在电力市场的改革中不可避免的受到一些国家能源战略政策的影响。比如，为了国家长期能源供应的多样性和充足性，签署国际天然气照付不议的合同，建设大型水电站、核电站等。这些合同的签订和相关机组的建设考虑的不仅仅是电力行业方面的问题，可能还涉及到一些民生及一些国家的战略。

在电力市场设计中，要对这类目标造成的一些结果进行辨识，其造成的相关成本、收益要在尽量大的范围分摊，尽量减小对电力市场经济信号的干扰。