深度文章｜电力市场设计的目标、约束、环境及关键内容

1.4 终极目标与路径类目标

电力市场改革中，有时候会有一些其他的目标，如降低电价、提高可再生能源消纳、放开发用电计划等[4-5]。这些目标是在一定的政治、经济、技术条件下实现效率、公平、环保等目标的途径，但常被政策文件定义为改革的目标。本文将它们称为路径类目标，并将效率、公平、环保等目标称为终极目标。

终极目标是不变的目标，即改革的“初心”，路径类目标是指为了实现终极目标而制定的一些具体的实现的方式。可以将路径类目标看为一种短期的、暂时的目标，而终极目标是一些长期的、不变的目标。路径类目标在一定的政治、经济、技术条件下，其与终极目标是一致的，但当这些相关条件发生变化时，两者可以不一致。当两者不一致时，必须结合相关政治、经济、技术条件的变化对路径类目标及时进行调整。这里以我国的几个路径类目标“可再生能源比例”、“降低电价”、“放开发用电计划”为例进行分析和讨论。

1）可再生能源比例

为促进可再生能源的发展，实现节能减排、绿色环保的目标，我国制定了“可再生能源全额消纳”的政策[16]，并对可再生能源的弃电进行考核。可再生能源消纳这个政策实际上是为了“提高可再生能源发电比例”这个路径目标以及“环保”这个终极目标。在可再生能源比例较低的时候，这两个目标可能是一致的，因为系统有大量、充足的、低成本的调节能力保证间歇性、波动性可再生能源的消纳。但随着可再生能源比例的增加，如果调节能力没有大的改善，导致调节能力不足，调节成本大大增加，则从系统整体看，在一定情况下，增加可再生能源的比例可能反而会增加整体的排放。这时候，就需要对可再生能源消纳的政策进行调整。欧洲关于可再生能源优先发展的一些政策已经被证明在很多情况下增加而不是降低了电力系统整体的碳排放[17]，表明了一些路径类目标和终极目标的不一致。

2）降低电价

降低电价是电力市场中非常有争议的一个目标。大多数专家、学者认为降低电价不应该是电力市场改革的目标，但在实际改革中，降低电价又是很多地方政府、甚至是中央政府的直接的目标。

实际上，从长远看，电力市场的目标是资源的优化配置，本质上就是要在满足相关约束的情况下尽量减小资源的消耗，降低成本。从这个角度考虑，降低电价是改革过程中的一个合理目标，但不能作为改革的终极目标。在完善的市场中，价格应该由供需形成，不宜受到过多干涉。但在改革初期，为了市场的平稳启动，政府部门可以对电力市场价格做一些限制。另外，出于一些社会、政策性原因，可能也需要在某些特殊时段对价格进行干涉。

在电力市场设计中，要对不同原因的价格干涉进行区分，对临时性的价格措施，需要定期、及时评估其效果，并根据环境的变化进行调整。

3）放开发电计划

在我国很多有关电力体制改革的相关文件中，有“放开发(用)电计划”的相关表述[18]。放开发用电计划是扩大市场竞争的一种方式（或者说路径），在一定时期可以起到促进资源优化配置的作用。但是，发用电计划的放开涉及到利益的重新分配，这将会造成公平方面的一些问题。比如，一些发电企业的搁浅成本问题，一些特殊类型发电机组在市场环境下如何参与市场的问题。

放开发用电计划的“初心”是促进竞争，促进资源的优化配置。实际上，在一些公平、政策性问题未解决的情况下，可以采用其他的方法实现该目标。首先是明确当前各类发电企业的权利（电量和电价），并以政府授权差价合约等形式保障[35]；其次，全面放开发电权转让。在开展现货市场的地区，权利中的电量和电价需要细分到每个时段，现货市场允许全电量竞争。这样，根据科斯定理，在交易成本低的情况下，无论最初的发用电计划如何分配，都可以实现资源的最优配置，这就是兼顾了改革公平和效率的目标。

1.5 多目标的处理方法

1）多目标加权

如果市场改革的每个目标都可以度量，并且多个目标之间具有公度性，即不同目标可以转化为同一个度量标准，那么可以采用简单的加权法来实现多目标的需求。

以效率和安全为例。在用户不参与报价的情况下，效率的目标一般通过发电成本、用电效益的形式体现在目标函数中。而对于安全目标，很多市场设计的辅助服务，如备用、调频等辅助服务需求的设定，保证了市场的安全。

短期效率目标和长期效率目标之间具有公度性，但效率与公平、环保、安全等目标之间存在不可公度性，因此多目标加权的方法在很多情况下不适用。

2）固定约束

不可公度的目标之间，可以将一些目标转化为约束。约束可以反映为对参与市场成员的准入、参加交易的要求，也可以反映为市场出清模型的约束条件。

以电能质量目标为例。电能质量指标常常作为一种约束反映在市场出清规则中，如供电可靠性指标，通过市场出清模型中旋转备用、冷备用等的约束实现；电压质量目标，通过市场出清模型中的节点电压约束实现。实现环保目标的一种简单的方法是限制准入，比如要求电厂必须满足一定的碳排放的要求才能入网发电。

3）弹性约束

固定约束在允许的条件下可以转化为弹性约束。当出清模型在给定约束下找不到可行解时，一般允许将相关约束在一定范围内的松弛，即将固定的约束变为“弹性约束”[19-20]。比如，美国、英国等电力市场设计中将电压、备用等约束变为弹性约束，并成为目标的一部分[21-22]。弹性约束的本质是将约束赋予可度量的成本或价值，使其可以直接与原有目标加权。

弹性约束的高级形式是对这种约束设计单独的产品、市场。比如，设计市场化的需求响应机制处理负荷平衡约束；通过建立辅助服务产品、市场解决各种备用约束。

2电力市场环境

电力市场的建设是在一定的技术经济等条件下进行的，电力市场的设计必须考虑相关的环境情况。本文将市场环境分为三个方面：技术、市场、社会。

市场设计与市场环境是相互影响的关系。一方面，市场设计必须结合市场环境进行，对相关市场元素的设计考虑具体地区的市场环境。美国早期电力市场设计中缺乏对市场结构的关注，造成了不必要的高价格飙升，以及一些市场力的问题[23]。另一方面，不同的市场设计会导致不同的市场结果，在长期上会改变相关市场环境。

本节从技术、市场、和社会三个角度对电力市场面临的环境进行分析，并简单讨论对市场设计的影响。

2.1 技术环境

电力市场的技术环境包括发、输、配、用各个环节的技术特性。

发电机组的技术特性包括爬坡能力、启停时间和启停成本、燃料成本等，对电力市场的设计有很大的影响。例如，启停成本等的存在使得系统的发电成本是一个非凸函数，不满足理想市场的条件，定价机制需要对这个问题进行特别考虑[24]。

发电机组的技术特性短期内较难改变，长期可以通过老机组的退役或改造、新机组的建设等改变。新的发电技术的出现及发展会很大程度上改变系统整体的发电技术特性。

用户侧技术特性主要体现在需求侧价格弹性上。传统电力系统中用户的需求弹性非常小，很多市场设计基于这个条件。用户侧实时计量技术和需求侧响应技术的发展可以大大增加用户的需求弹性。

输配电网的技术特性包括输送能力特性和输配成本特性两个大的方面。在电网不发生阻塞的情况下，不同节点的能量市场可看为是一个大的市场，而阻塞的情况下，可以认为电网将能量市场分割成了多个相互关联的子市场。输配电网的技术特性将直接对整体的供给能力、市场力等产生影响。

无论是发电、用户还是电网，其技术特性都对电力市场的设计有很大的影响。一方面，市场设计必须基于一定的技术特性，另一方面，当相关技术特性改变时，就必须对相关市场设计进行调整。对电力市场的各种模式和规则，需要了解其适应的技术条件。