電力市場資源優(yōu)化配置的特點
運用以上經(jīng)濟理論分析電力市場資源優(yōu)化配置過程和特點，有利于更好地把握電力市場特征，充分運用市場機制優(yōu)化配置電力資源。
電力市場均衡及其資源優(yōu)化配置特點
電力市場均衡的特點主要有：第一，由于電能商品具有公用屬性，其生產(chǎn)、輸配和使用同時完成，電力市場均衡中供求平衡關系主要表現(xiàn)為供給滿足需求。在這種情況下，供應短缺可能會被放大，而供給過剩又容易被忽視。因此，恰好滿足需求的供應能力是基于市場均衡理論的資源優(yōu)化配置的重點和關鍵，也是難點。國外學者大量研究電力市場條件下電網(wǎng)和發(fā)電容量投資機制，就是為了解決這個問題。如果不考慮備用容量，圖1中ΔP2就反映了生產(chǎn)能力的過剩狀態(tài)。第二，市場需求一天內(nèi)變化較大，一年內(nèi)不同季節(jié)變化更大。市場需求的經(jīng)常性較大幅度變化不僅增加了電力系統(tǒng)運行維護的難度，也造成非最大負荷時間生產(chǎn)能力的相對閑置及浪費，圖1中ΔP1反映了相對閑置和浪費的生產(chǎn)能力，陰影面積表示生產(chǎn)能力相對閑置的機會成本或損失。第三，市場均衡價格的敏感性。電能短期內(nèi)呈現(xiàn)需求剛性特征，需求數(shù)量基本上不隨價格變化而變化，需求曲線幾乎垂直于表示產(chǎn)量的水平軸。圖1顯示了負荷需求高峰和低谷時需求曲線和市場均衡點，從圖中可以看出，垂直的需求曲線和臺階式上升的供給曲線交叉產(chǎn)生的均衡價格對需求變化和供給變化都十分敏感和具有不確定性，較小的供給或需求變化都可能引起均衡價格的較大變化。第四，大比例的生產(chǎn)能力備用。為了保證電能供應的高可靠性，電力企業(yè)不僅需要按年最大負荷準備生產(chǎn)能力，還需要準備包括熱備用、冷備用和黑啟動等在內(nèi)的大比例生產(chǎn)能力備用。
圖1 電力市場均衡與供給能力平衡機制
根據(jù)電力市場均衡特點，市場機制優(yōu)化配置資源的特點主要有：第一，要通過市場體系和價格機制設計在防止生產(chǎn)能力不足的前提下盡可能地控制生產(chǎn)能力過剩水平，即減少上圖中的ΔP2。電力工業(yè)的行業(yè)屬性和資本密集的特點使生產(chǎn)能力不足或者過剩的成本都很大，市場體系和價格機制需要精巧設計，通過市場機制合理引導企業(yè)進入或退出，才能獲得這種緊平衡，有時形象地稱為“刀尖上的平衡”。第二，通過市場價格機制調(diào)整需求，盡可能縮小高峰負荷與低谷負荷的大小差異，即縮小ΔP1，在滿足需求的前提下，相對減少生產(chǎn)能力，通過節(jié)約資源產(chǎn)生優(yōu)化配置效益。第三，通過市場范圍和市場體系設計實現(xiàn)備用生產(chǎn)能力的共享等，在滿足生產(chǎn)需要的前提下，提高備用生產(chǎn)能力的利用率，節(jié)約備用資源，產(chǎn)生新的資源配置效益。
電力市場最優(yōu)生產(chǎn)及其資源優(yōu)化配置特點
按照最優(yōu)生產(chǎn)理論，電力市場中發(fā)電企業(yè)資源優(yōu)化配置主要表現(xiàn)在兩個層面，第一，不同企業(yè)、不同電源甚至不同機組之間不同發(fā)電成本的發(fā)電替代。如圖2所示，把坐標中的生產(chǎn)要素分別對應換成不同企業(yè)或不同電源或不同機組，綜合考慮環(huán)境、資源成本和收益等因素，將其成本或收益折算成為成本后作為發(fā)電成本，形成等成本線，把市場需求作為等產(chǎn)量線，按照成本最小目標確定的企業(yè)、電源或機組組合，就是資源最優(yōu)配置的生產(chǎn)組合。第二，發(fā)電企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)要素替代。發(fā)電企業(yè)之間的競爭壓力轉(zhuǎn)化為企業(yè)內(nèi)部的經(jīng)營壓力，迫使企業(yè)進行內(nèi)部生產(chǎn)要素的替代，通過資本（技術）對勞動的替代，實現(xiàn)大容量機組對小容量機組或先進發(fā)電技術對傳統(tǒng)發(fā)電技術的替代等，實現(xiàn)發(fā)電環(huán)節(jié)資源優(yōu)化配置和最優(yōu)生產(chǎn)。與發(fā)電企業(yè)不同，電網(wǎng)企業(yè)作為自然壟斷環(huán)節(jié)，其資源優(yōu)化配置過程不通過市場競爭完成，而通過政府管制完成；不過，電網(wǎng)企業(yè)資源優(yōu)化配置的基本方式也是資源替代。
按照最優(yōu)生產(chǎn)理論，電力市場資源優(yōu)化配置的特點有：第一，生產(chǎn)要素替代是電力系統(tǒng)經(jīng)典的資源優(yōu)化配置方式。生產(chǎn)替代容易理解和操作，許多電力市場從生產(chǎn)替代開始，市場目標函數(shù)為系統(tǒng)發(fā)電成本最小化，實際上也就是不同發(fā)電成本的發(fā)電企業(yè)之間的電量替代。第二，替代形式多。在企業(yè)或機組層面上，大小機組替代是最簡單的“成本”替代，可再生能源優(yōu)先發(fā)電對其它能源包括火電的替代可稱為“綠色”替代，不同系統(tǒng)共享部分備用的替代可稱為“共享”替代。第三，市場機制對政府管制的替代。理論上，最優(yōu)生產(chǎn)也可以在政府管制條件下實現(xiàn)，電力體制改革前以等微增煤耗率相等為原則的電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度也可以實現(xiàn)最優(yōu)生產(chǎn)，但是，這種方式的有效性事實證明不如市場機制的有效性，這是二十世紀80年代以來世界范圍內(nèi)電力市場改革的根本原因。
電力市場最優(yōu)消費及其資源優(yōu)化配置的特點
與電力市場最優(yōu)生產(chǎn)不同，電力市場最優(yōu)消費有三個特點：第一，由于電能的公用性，滿足電力消費需求一般作為電力系統(tǒng)運行的前提條件，這樣，電力消費者主動參與市場不夠，不同消費者之間的邊際消費效率不相等，消費者福利最大化目標不能得到充分保證?？梢苑譃閮煞N情況，一種是在電力供應得到保障的情況下由于缺乏消費者參與而沒有形成最優(yōu)消費，另一種是在電力供給相對緊張時，不考慮消費者效用“有序用電”或拉閘限電所造成的需求側(cè)福利損失。第二，需要通過消費者自我選擇參與實現(xiàn)。最優(yōu)消費理論在消費者效用確定的前提下尋找最小消費支出的消費產(chǎn)品組合，理論應用的條件是能夠準確計量和比較不同消費產(chǎn)品組合的效用。實際上，由于消費者效用的主觀性太強，而且屬于絕對的消費者私人信息，不同消費產(chǎn)品組合的效用很難獲得客觀計量和比較，因此，最優(yōu)消費理論應用中經(jīng)常轉(zhuǎn)換成相應的對偶問題，即在相同消費支出的情況下，通過機制設計如菜單等，引導消費者把偏好或效用信息顯示出來，在激勵相容中自己實現(xiàn)效用最大化。第三，如同電動機只能使用銘牌規(guī)定的電壓等級的電能一樣，用戶電力消費的產(chǎn)品往往具有單一性，難以通過不同效用的產(chǎn)品的替代，形成最優(yōu)消費組合。
電力市場最優(yōu)消費在優(yōu)化資源配置方面主要有三個特點：第一，主要發(fā)生在供應短缺或潛在短缺條件下。由于電能是必需品，一般情況下消費者必然會選擇使用，不存在替代問題。但是，在供應不足時，就需要對有限的資源在不同效用消費者之間進行最優(yōu)分配或資源替代，以獲得最大的消費者總體效用。國外輸電金融權就是對可能短缺的輸電能力在不同效用的使用者之間進行最優(yōu)配置的制度設計。第二，消費時間替代。電力市場中一種有意義的消費替代是消費者“削峰填谷”式消費所產(chǎn)生替代或資源優(yōu)化配置過程。當峰谷價差足夠大時，消費者會把部分用電量從尖峰電價時段轉(zhuǎn)移到低谷電價時段，產(chǎn)生用電量在不同時間節(jié)點之間的替代。這種替代對生產(chǎn)者和消費者產(chǎn)生的效益非常明顯，是電力市場中消費者資源配置的重要內(nèi)容。第三，電能對其它能源的替代。這不是電力市場中消費者資源優(yōu)化配置的必然內(nèi)容，但是，電力市場改革與國家產(chǎn)業(yè)政策等結(jié)合，確實產(chǎn)生了電能對石油（電動汽車），電能對煤炭和天然氣（取暖等）的替代。
電力金融衍生工具市場及其資源優(yōu)化配置特點
第一，由于金融衍生工具的使用，相比于一般商品市場，電力市場與金融市場融合程度高，如電力市場按交易合同是否物理執(zhí)行分為物理市場和金融市場，電力市場模式也主要依據(jù)這個標準分為分散式市場和集中式市場。其次，電力市場有較多的金融交易品種和專門從事投機交易的市場主體，電力金融交易規(guī)模可以數(shù)倍于物理交易規(guī)模。第二，電力市場金融衍生工具的使用與電力市場成交價格的變化和預期程度緊密相關。電力市場成交數(shù)量大，交易頻繁，如果價格變化大且可預期程度差，就必須使用金融衍生工具。第三，電力金融市場可以完全脫離物理市場交易，交易主體是做市商和投機者，充分使用金融杠桿，通過多次重復交易使金融資產(chǎn)價格接近實際市場成交價格。
利用金融衍生工具優(yōu)化配置資源的特點：第一，通過金融合同物理執(zhí)行的選擇權實現(xiàn)不同發(fā)電企業(yè)之間的電量替代。如圖3所示，在全電量差價合同的現(xiàn)貨市場中，高成本發(fā)電企業(yè)在預測市場成交價格低于可變成本的情況下會放棄發(fā)電合同的物理執(zhí)行，在不需要與低成本發(fā)電企業(yè)協(xié)商的情況下，通過市場機制由低成本發(fā)電企業(yè)替代完成其發(fā)電合同，兩個企業(yè)的成本差異就是替代發(fā)電的效益。第二，電力金融市場的價格信號可以引導電力合理投資。電力項目投資大，回收周期長，市場價格信號能否引導產(chǎn)生適度投資，是電力市場改革是否成功的關鍵?，F(xiàn)貨市場價格波動大，難以作為投資信號；中長期市場價格有意義，但對未來預期不充分，還因為差價合同機制等有一定的妥協(xié)性。電力期貨期權市場參與主體多，通過重復交易，充分反映了未來預期，成交價格及其變化趨勢能夠為投資者提供有價值的價格信號。
我國電力市場資源優(yōu)化配置具體形式及相關建議
基于市場均衡理論的電力市場資源優(yōu)化配置分析及其相關建議
市場種類。目前我國電力市場以省級市場為主體，跨省跨區(qū)交易作為邊界條件納入省級市場。省級市場中分為市場交易和計劃交易兩個部分，不同省市場交易電量比例有較大的差異。對于現(xiàn)貨市場改革試點省份，市場交易又分為中長期交易和現(xiàn)貨交易兩個部分。中長期交易中按交易周期可以分為年度交易、季度交易、月度交易和周交易，還可以按交易方式分為協(xié)商交易、集中撮合交易和掛牌交易等?，F(xiàn)貨市場分為日前市場、小時市場和實時市場?？紤]到現(xiàn)貨市場僅在少數(shù)省份試點，年度集中撮合競價交易可以認為是目前基于市場均衡理論優(yōu)化配置資源的典型形式。
年度集中撮合競價交易市場優(yōu)化資源配置效果分析。目前年度集中撮合競價交易參與交易主體有限，電量規(guī)模有限，一般采用價差報價，不同省成交價格水平低于標桿電價或銷售電價的程度差異較大，成交價格與平均成本或邊際成本的關聯(lián)程度缺乏足夠依據(jù)?？傮w上看，根據(jù)目前的交易規(guī)則，低成本發(fā)電機組優(yōu)先中標并承擔基本負荷，對高成本發(fā)電機組的發(fā)電量有替代作用，具有優(yōu)化資源配置的效果。但是，這種效果沒有得到應有的重視，實際交易規(guī)則中，有該交易品種電量規(guī)模的限制甚至發(fā)電企業(yè)投標電量的限制，通過這兩重限制，電量替代的作用降低；更重要的是，政府、企業(yè)和相關利益主體主要關注成交的價差水平，現(xiàn)有交易機構的年度交易報告中都沒有分析這種效益。
相關建議。目前我國電力市場即使在省級市場范圍內(nèi)也沒有成為一個統(tǒng)一市場，而是一個有許多限制的共同市場。多種交易限制和多重交易價格不僅限制了低成本機組對高成本機組的電量替代，也模糊了真實的供求平衡狀態(tài)和價格水平。因此，建議以省內(nèi)統(tǒng)一市場為目標，全面放開發(fā)用電計劃，開放市場交易主體，整合非現(xiàn)貨市場交易的其它交易品種，讓中長期市場盡可能充分地反映目前生產(chǎn)能力相對過剩的市場均衡狀態(tài)，讓市場成交價格以市場競爭的方式降低，同時引導投資和電力消費，用市場機制而不是用行政手段使市場均衡維持在真實的狀態(tài)，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置目標，達到降低電價與國民經(jīng)濟發(fā)展及用電增長的雙贏效果。
基于最優(yōu)生產(chǎn)理論的電力市場資源優(yōu)化配置分析及其建議
市場種類。目前基于最優(yōu)生產(chǎn)理論的電力市場主要有：以消納新能源為主要目標的跨省跨區(qū)交易，省內(nèi)發(fā)電企業(yè)與大用戶直接交易，省內(nèi)發(fā)電權交易，中長期發(fā)電合同交易，現(xiàn)貨市場中差價合同所產(chǎn)生的物理合同替代交易，發(fā)電企業(yè)競爭的掛牌交易等。在這些市場中，省內(nèi)發(fā)電權交易和現(xiàn)貨市場中由于差價合同產(chǎn)生的物理合同替代具有代表性。但是，結(jié)合我國電力資源配置實際狀況，以消新能源為主要目的跨省跨區(qū)交易在資源優(yōu)化配置上更加重要。
跨省跨區(qū)交易的資源優(yōu)化配置效果分析。目前我國跨省跨區(qū)電力交易由省級電網(wǎng)企業(yè)委托代理完成，實質(zhì)上是省外發(fā)電企業(yè)與省內(nèi)發(fā)電企業(yè)之間的電量替代。替代的機理有基于國家可再生能源法的“綠色”替代，也有低成本電量對高成本電量的“成本”替代。目前有關“綠色”替代的資源配置效果，國家有關部門用減少的棄風棄光電量或棄風率棄光率指標變化做了說明，但是，有關的統(tǒng)計分析還不細致，沒有完全說明跨省跨區(qū)交易在資源、環(huán)境和成本上的優(yōu)化配置效果。更加重要的是，目前對跨省跨區(qū)交易的功能主要停留在新能源消納和余缺調(diào)劑上，沒有在“共享”備用，把省外電源納入本省電源一起優(yōu)化電網(wǎng)運行方式等方面設計和實施有針對性的電力市場改革，“共享”的資源配置效益潛力還有待挖掘。
相關建議。分析省內(nèi)發(fā)電權交易以來我國電力市場中發(fā)電側(cè)通過各種替代所產(chǎn)生的資源優(yōu)化配置方式和效果，結(jié)合我國電力市場改革的實際，我國電力市場最優(yōu)生產(chǎn)要在完善過去“成本替代”、“綠色”替代的基礎上，適應跨省跨區(qū)交易的發(fā)展，增加包括電網(wǎng)運行方式優(yōu)化在內(nèi)的“共享”替代的內(nèi)容?！俺杀咎娲蓖晟埔獜恼嬲砰_發(fā)用電計劃電量開始，如圖1所示，如果排在優(yōu)先生產(chǎn)位置的低成本機組的發(fā)電量在生產(chǎn)能力范圍內(nèi)因為考慮公平因素受到限制，那么低成本機組對高成本機組的替代就不充分，資源配置效益就沒有實現(xiàn)最大化?！熬G色替代”在目前可再生能源發(fā)電成本具有可競爭能力的條件下，要充分運用市場機制，還原可再生能源發(fā)電的市場屬性，也在一定程度上減緩補貼政策造成的資源配置扭曲損失。如果能夠有效利用省外電能替代省內(nèi)尖峰負荷，優(yōu)化本省電網(wǎng)運行方式，“共享”替代可以直接降低本省發(fā)電和輸配電容量；如果通過跨省跨區(qū)交易“共享”備用或互為備用，就可以在保證安全可靠運行前提下減少省內(nèi)發(fā)電和電網(wǎng)備用容量。
基于最優(yōu)消費理論的電力市場資源優(yōu)化配置分析及相關建議
市場種類。目前我國以最優(yōu)消費理論為基礎的電力市場相對較少；有些市場即使有用戶參與，其偏好或效用也沒有充分地顯示出來。年度雙邊協(xié)商交易，集中撮合競價交易，發(fā)電企業(yè)與大用戶直接交易市場，用戶參與的掛牌交易，用戶參與報價的現(xiàn)貨市場都屬于這類交易。甚至包括峰谷分時電價，在原理上強調(diào)用市場價格信號引導消費，與現(xiàn)貨市場相比只是交易的時間節(jié)點更少，也可納入這類交易；可中斷電價也屬于這種類型，在運用價格信號引導消費者用電方面體現(xiàn)了市場機制的實質(zhì)。在以最優(yōu)消費理論為基礎的交易品種中，相對成熟的是發(fā)電企業(yè)與大用戶直接交易。
直接交易的資源優(yōu)化配置效果分析。發(fā)電企業(yè)與大用戶包括代理用戶的售電公司直接交易的交易電量規(guī)模大，參與市場主體多；由于直接交易體現(xiàn)了用戶選擇權，改革意義和社會影響大。從最優(yōu)消費理論的角度，直接交易應該通過價格機制，引導不同用電效用的用戶之間的用電電量和用電方式替代，包括用電時段的調(diào)整。但是，由于目前我國參與直接交易的用戶需要政府相關部門批準，市場主體有限制，而且交易規(guī)則如報價規(guī)則也有限制，因此，用戶之間的替代效果十分有限。當然，用戶最優(yōu)消費在供給緊張時更能發(fā)揮作用，目前我國電力供應總體上呈現(xiàn)過剩狀態(tài)，也在一定程度上限制了用戶的參與，直接交易市場更多的是發(fā)電側(cè)單邊競爭市場。
相關建議。目前我國許多省份面臨一個棘手問題，一方面在高峰負荷時期電力供應緊張，另一方面發(fā)電機組利用小時太低。解決這個問題的唯一途徑就是用價格信號引導消費，讓高峰負荷電價依據(jù)生產(chǎn)成本甚至用戶的機會成本充分地高，限制和轉(zhuǎn)移一部分高峰負荷；讓低谷電價根據(jù)邊際成本或機會成本合理的低，增加和轉(zhuǎn)移一部分低谷負荷，通過“削峰填谷”，才能解決上面的兩難問題。因此，要加快電力現(xiàn)貨市場建設，在現(xiàn)貨市場暫時還難以發(fā)揮作用的情況下，建議用峰谷、季節(jié)性分時電價政策代替現(xiàn)貨市場，充分利用用戶響應機制，減少圖1中的ΔP1，實現(xiàn)需求側(cè)的資源優(yōu)化配置。有些省通過增加新發(fā)電機組解決缺電問題，幾百萬千瓦機組的年利用小時可能幾十小時，這種資源浪費就是現(xiàn)貨市場或分時電價的資源配置效益。
基于金融衍生工具的電力市場資源優(yōu)化配置分析及相關建議
市場種類。目前我國僅在電力現(xiàn)貨市場建設試點中運用了差價合同。相比于國外電力期貨、期權市場，差價合同和金融輸電權等金融工具的運用，我國電力金融市場還有較大的差距。產(chǎn)生這個問題的根本原因是電力市場改革以來，我國電力供應基本上處在相對過剩的狀態(tài)，市場價格水平低，而且變動幅度較小，對電力金融市場的內(nèi)在需求較小。
差價合同優(yōu)化配置資源分析。目前我國電力現(xiàn)貨市場試點方案中部分省選擇了以差價合同為基礎的全電量現(xiàn)貨市場方案。如圖2所示，這種方案能夠促進全部電量在保證一定收益水平的基礎上，在發(fā)電側(cè)按成本“以小代大”的規(guī)則進行替代，實現(xiàn)最大限度和最有效率的發(fā)電權交易，替代電量與大小機組的成本差異的乘積，就是差價合同所產(chǎn)生的資源配置效益。目前各省現(xiàn)貨市場試點中對差價合同產(chǎn)生的發(fā)電權交易機制重視不夠，方案中沒有特別強調(diào)這種機制及實現(xiàn)規(guī)則，試點總結(jié)中也沒有特別強調(diào)這方面的效果。
相關建議。具有差價合同的全部電量參與現(xiàn)貨市場是否能夠有效地實現(xiàn)電量替代，獲得最大的資源配置效益，與現(xiàn)貨市場交易規(guī)則設計直接相關。比如，目前我國電力現(xiàn)貨市場成交價格都設置了價格上下限，而且上限不高，下限不低，人為地限制了價格波動。其實，電力現(xiàn)貨市場存在的必要性就是價格大幅度波動，只要不是人為操縱的結(jié)果，應該讓價格充分反映瞬間供求平衡狀態(tài)和發(fā)電成本，甚至用戶的機會成本?，F(xiàn)貨市場價格上限應該按邊際用戶的缺電成本確定，價格下限應該按邊際發(fā)電機組的停電成本確定，這樣可以給現(xiàn)貨市場足夠大的價格變化空間，促進不同成本機組的發(fā)電合同替代，實現(xiàn)發(fā)電資源優(yōu)化配置。另外，針對我國電力市場改革的實際需要，有必要開發(fā)和設計適合國情的新的電力金融工具，比如，根據(jù)四川電網(wǎng)和河南電網(wǎng)的豐枯互濟互保的做法，可以把互保設計成一種金融產(chǎn)品，在余缺調(diào)劑、備用共享等方面和更大范圍的主體中使用，更有效地提高資源配置效率。
（本文得到教育部、人文社科重點研究基地重大項目“競爭政策對電力產(chǎn)業(yè)的適用性與難點問題研究”（18JJD790001）資助）
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》（上旬）2020年第7期，作者就職于東北財經(jīng)大學產(chǎn)業(yè)組織與企業(yè)組織研究中心，長沙理工大學電價研究中心。
