中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：美國(guó)的風(fēng)電為什么可以報(bào)出負(fù)的電價(jià)？
作者：王欽 李婉寧 文福拴（作者單位：王欽，美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室；李婉寧，美國(guó)愛荷華州立大學(xué)；文福拴，浙江大學(xué)）
隨著風(fēng)電等新能源進(jìn)入市場(chǎng)，很多風(fēng)電機(jī)組在市場(chǎng)中的報(bào)價(jià)為負(fù)數(shù)。這是怎樣的一種市場(chǎng)行為，背后有什么經(jīng)濟(jì)學(xué)的含義？本文將為您一一解答這些問(wèn)題背后所隱藏的奧秘。
1
一些基本的概念
首先要指出，負(fù)電價(jià)和負(fù)報(bào)價(jià)是電力市場(chǎng)中出現(xiàn)的特殊情況。在尚未成立電力市場(chǎng)的國(guó)家和地區(qū)，比如中國(guó)，是不存在這些現(xiàn)象的。另一方面，電力市場(chǎng)又分為批發(fā)市場(chǎng)和零售市場(chǎng)。負(fù)電價(jià)和負(fù)報(bào)價(jià)的現(xiàn)象，只出現(xiàn)在批發(fā)市場(chǎng)。而按照美國(guó)現(xiàn)有的模式，一般用戶不直接參與批發(fā)市場(chǎng)。即使是在存在零售市場(chǎng)的地區(qū)，用戶與零售商之間簽訂的買電合同也一般是按月來(lái)支付電費(fèi)，均為正值。因此，在現(xiàn)有的美國(guó)電力市場(chǎng)的發(fā)展?fàn)顩r下，終端用戶一般直接感受不到負(fù)電價(jià)所帶來(lái)的影響。只有零售商，它作為用戶和ISO（獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商）之間的代理商，可以利用市場(chǎng)中的負(fù)電價(jià)來(lái)為自己謀取利潤(rùn)。零售商以實(shí)時(shí)價(jià)格（每5分鐘變化一次）從ISO買電，又以每月的固定價(jià)格向用戶賣電。因此，它可以知道市場(chǎng)中負(fù)電價(jià)出現(xiàn)的信息，從而采取適當(dāng)?shù)拇胧├眠@些信息來(lái)盈利。它如果發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)中出現(xiàn)了負(fù)電價(jià)，就可以通知相應(yīng)區(qū)域的用戶增加用電量。這個(gè)過(guò)程不是強(qiáng)制性的，而是通過(guò)一種激勵(lì)性的手段。比如，它可以通知用戶說(shuō)，在該時(shí)段每多用一度電，可以給用戶返還1美元。這些返還的錢，最后會(huì)體現(xiàn)在用戶每月的電費(fèi)帳單上面。
2
“按統(tǒng)一出清價(jià)結(jié)算”和“按報(bào)價(jià)結(jié)算”之爭(zhēng)
要理解負(fù)電價(jià)和負(fù)報(bào)價(jià)的奧秘，就必須要對(duì)電力批發(fā)市場(chǎng)有一定的了解。在美國(guó)電力市場(chǎng)發(fā)展的初期，曾經(jīng)有一段著名的“按統(tǒng)一出清價(jià)結(jié)算” （pay as uniform market clearing price）和“按報(bào)價(jià)結(jié)算”（pay-as-bid）之間的爭(zhēng)論。尤其是2000年加州電力市場(chǎng)危機(jī)之后，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了這樣一種聲音：電力批發(fā)市場(chǎng)應(yīng)該由按統(tǒng)一出清價(jià)結(jié)算的模式轉(zhuǎn)為按報(bào)價(jià)結(jié)算的模式，從而避免可能出現(xiàn)的“電價(jià)激增”（即在某些時(shí)段，批發(fā)電價(jià)激增到一個(gè)非常高的值）現(xiàn)象。最后爭(zhēng)論的結(jié)果，“按統(tǒng)一出清價(jià)結(jié)算”的制度取得勝利，并一直沿用至今。這是怎樣的一段歷史呢？
從電力市場(chǎng)成立之初，就必須要有下面的市場(chǎng)參與者：１）授權(quán)計(jì)劃實(shí)體(Qualifiedschedulingentities,QSEs)。它代表發(fā)電商和負(fù)荷服務(wù)實(shí)體(Load serving entity, LSE) 向ISO提交買電和賣電報(bào)價(jià)。負(fù)荷服務(wù)實(shí)體包括競(jìng)爭(zhēng)性的零售商和非競(jìng)爭(zhēng)性的可向用戶供電的公用事業(yè)單位。２）輸配電服務(wù)供應(yīng)商(Transmission/distribution service providers, TSPs)。它為系統(tǒng)提供輸電和配電服務(wù)。３）獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(Independent System Operator， ISO), 它是非盈利性的獨(dú)立機(jī)構(gòu)，是電力調(diào)度和電力批發(fā)市場(chǎng)交易的場(chǎng)所。
在批發(fā)市場(chǎng)中，日前市場(chǎng)交易的過(guò)程是這樣的：首先，發(fā)電商向授權(quán)計(jì)劃實(shí)體提交賣電報(bào)價(jià)(offer)，負(fù)荷服務(wù)實(shí)體基于第二天的負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)向授權(quán)計(jì)劃實(shí)體提交買電報(bào)價(jià)(bid)。然后，授權(quán)計(jì)劃實(shí)體把這些電力供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)的報(bào)價(jià)上報(bào)給獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商。最后，獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商平衡電力的供需得到市場(chǎng)出清價(jià)（Market clearing price, MCP）。實(shí)時(shí)市場(chǎng)的交易過(guò)程與此類似，除了負(fù)荷服務(wù)實(shí)體不再提交買電報(bào)價(jià)。取而代之的，是實(shí)時(shí)的負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。因此，日前市場(chǎng)的電力需求是一個(gè)下降的階梯狀曲線，而實(shí)時(shí)市場(chǎng)的電力需求是一個(gè)垂直的直線。圖１中電力需求曲線和電力供應(yīng)曲線的交點(diǎn)，即是市場(chǎng)的統(tǒng)一出清價(jià)。
圖１. 日前市場(chǎng)的電力供應(yīng)和需求曲線
值得注意的是，在圖１的背后我們做了兩個(gè)基本假設(shè)：第一，系統(tǒng)的傳輸線的容量是無(wú)窮大，即系統(tǒng)不存在阻塞。任何發(fā)電機(jī)所發(fā)的電力都可以無(wú)障礙地輸送到系統(tǒng)中的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)。第二，系統(tǒng)不存在輸電損耗。假如這兩點(diǎn)成立的話，獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商做市場(chǎng)出清的過(guò)程就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。它只要對(duì)發(fā)電機(jī)組的供應(yīng)和負(fù)荷服務(wù)實(shí)體的需求按由小到大做排序，就可以得到圖１的階梯狀供應(yīng)－需求曲線圖，取其交點(diǎn)就可得到市場(chǎng)的統(tǒng)一出清價(jià)MCP。而實(shí)際上，電力系統(tǒng)既存在阻塞，又存在損耗，因此實(shí)際批發(fā)市場(chǎng)的價(jià)格不是一個(gè)統(tǒng)一的價(jià)格，而是在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都不一樣。這就是所謂的“節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)(Locational marginal pricing, LMP)”。這也是電力市場(chǎng)區(qū)別其他金融拍賣市場(chǎng)的重要地方。
在這里我們先不考慮節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)，只考慮統(tǒng)一的市場(chǎng)出清價(jià)。細(xì)心的讀者一定會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題：市場(chǎng)出清價(jià)是被選擇的所有發(fā)電商中報(bào)價(jià)最高的那一個(gè)（報(bào)價(jià)更高的機(jī)組，即圖1交點(diǎn)以上部分，沒有被市場(chǎng)選中），其他被選中的機(jī)組的報(bào)價(jià)都要低于市場(chǎng)出清價(jià)（即圖1交點(diǎn)以下部分）。那么用這個(gè)統(tǒng)一的市場(chǎng)出清價(jià)去支付所有發(fā)電機(jī)組的費(fèi)用，這是否合理呢？付給發(fā)電商的錢比他們自身的報(bào)價(jià)還要高，這樣會(huì)不會(huì)給廣大電力用戶
帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)？
伴隨著這個(gè)問(wèn)題的思考，便出現(xiàn)了有些人提出的“按報(bào)價(jià)結(jié)算”制度。即市場(chǎng)出清依然按照?qǐng)D１中所示的方法，但是結(jié)算（即給發(fā)電機(jī)組支付費(fèi)用）時(shí)卻是按機(jī)組的實(shí)際報(bào)價(jià)來(lái)支付。發(fā)電機(jī)組報(bào)的是多少錢，市場(chǎng)就支付給它多少錢。這樣看起來(lái)似乎更合理。
支持者認(rèn)為，由于支付給發(fā)電機(jī)組的錢最終是由用戶來(lái)分擔(dān)的，按報(bào)價(jià)結(jié)算制度能夠減少用戶的總支出。這從圖１可以明顯的看出來(lái)。如果按照現(xiàn)行的制度，需要按較高的統(tǒng)一出清價(jià)來(lái)向所有發(fā)電機(jī)組進(jìn)行支付。而如果采用按報(bào)價(jià)結(jié)算制度，只需要對(duì)最后一臺(tái)機(jī)組按統(tǒng)一出清價(jià)支付，對(duì)其它機(jī)組則采用（比統(tǒng)一出清價(jià)更低的）自身報(bào)價(jià)來(lái)支付。這樣看來(lái)，的確會(huì)降低用戶的費(fèi)用。但是，實(shí)際上，在“按報(bào)價(jià)結(jié)算”機(jī)制下，由于發(fā)電商獲得的收益取決于自己的報(bào)價(jià)，那他就會(huì)對(duì)市場(chǎng)最高的成交價(jià)格進(jìn)行預(yù)測(cè)，繼而報(bào)出這個(gè)價(jià)格。這樣既保證了自己被選中，同時(shí)又得到了最好的回報(bào)。這樣下來(lái)，發(fā)電商們的報(bào)價(jià)普遍就會(huì)高于自己的邊際成本，從而導(dǎo)致整體提高了成交的價(jià)格。
而當(dāng)市場(chǎng)是按照統(tǒng)一出清價(jià)進(jìn)行結(jié)算的時(shí)候，對(duì)于最終成交價(jià)格沒有決定性作用的發(fā)電商沒有動(dòng)力去報(bào)出比自己的邊際價(jià)格更高的報(bào)價(jià)。設(shè)想如果他們報(bào)出更高的報(bào)價(jià)，他們就會(huì)減少自己被選中的機(jī)會(huì)。而報(bào)出比自己的邊際價(jià)格更低的報(bào)價(jià)，則有可能會(huì)導(dǎo)致虧損。所以，發(fā)電商的報(bào)價(jià)很大程度上會(huì)反應(yīng)出他們的真實(shí)邊際（機(jī)會(huì)）成本。
還有一個(gè)重要原因，當(dāng)按統(tǒng)一出清價(jià)進(jìn)行結(jié)算的時(shí)候，所有機(jī)組得到的收益都大于或等于它們的報(bào)價(jià)。這兩者帶來(lái)的“收益差”，可以在一定程度上彌補(bǔ)機(jī)組的固定運(yùn)行成本、折舊成本等，使得機(jī)組的報(bào)價(jià)可以“專注”于其邊際運(yùn)行成本。而采用按報(bào)價(jià)結(jié)算的制度時(shí)，機(jī)組為了盈利，報(bào)價(jià)的時(shí)候往往在邊際運(yùn)行成本之上還要考慮固定運(yùn)行成本、機(jī)組折舊成本、人工成本等等。經(jīng)濟(jì)學(xué)認(rèn)為，當(dāng)市場(chǎng)參與者的報(bào)價(jià)趨向于其邊際成本時(shí)，市場(chǎng)運(yùn)行是最有效率的。因此，電力市場(chǎng)采用統(tǒng)一出清價(jià)結(jié)算會(huì)使得市場(chǎng)效率運(yùn)行最高。
事實(shí)上，很多研究表明，在完全充分競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中，“按統(tǒng)一出清價(jià)結(jié)算”和“按報(bào)價(jià)結(jié)算”制度并不會(huì)對(duì)最終的成交價(jià)格產(chǎn)生顯著不同的影響。也就是說(shuō)，不管采用什么樣的結(jié)算模式，只要保證完全充分競(jìng)爭(zhēng)，那這個(gè)最終的成交價(jià)格就是反應(yīng)市場(chǎng)的真實(shí)價(jià)格。然而，在我們還無(wú)法做到完全充分競(jìng)爭(zhēng)的情況下，“按統(tǒng)一出清價(jià)結(jié)算”制度是當(dāng)下比較好的選擇。
3
為什么風(fēng)電要提交負(fù)報(bào)價(jià)
如果理解了現(xiàn)行美國(guó)電力市場(chǎng)都是按統(tǒng)一出清價(jià)進(jìn)行結(jié)算的，那么這個(gè)問(wèn)題不難回答。風(fēng)電機(jī)組提供零報(bào)價(jià)甚至是負(fù)報(bào)價(jià)，并不代表它最后得到的收益是零或者為負(fù)。它所得到的，是按統(tǒng)一出清價(jià)結(jié)算的正收益。相反，它還獲得了額外的一個(gè)好處，那就是因?yàn)樗膱?bào)價(jià)是零或者為負(fù)值，那它的報(bào)價(jià)一定比其他（非風(fēng)電）機(jī)組要低。在圖1中，它一定處在電力供應(yīng)曲線的最下端。這就保證了它一定能夠被市場(chǎng)調(diào)用。真可謂一舉兩得。
難回答的問(wèn)題是，既然風(fēng)電機(jī)組采用負(fù)報(bào)價(jià)會(huì)帶來(lái)這些好處，為什么其他機(jī)組如火電、核電不采用負(fù)報(bào)價(jià)呢？這是由風(fēng)電的物理特性來(lái)決定的。一方面，假如市場(chǎng)中所有的機(jī)組都是負(fù)報(bào)價(jià)，那么最后的統(tǒng)一出清價(jià)肯定是負(fù)的。這樣一來(lái)，所有的機(jī)組都得賠錢。這種情況肯定是不會(huì)出現(xiàn)的。另一方面，風(fēng)電不消耗任何能源，其燃料成本為零。因此，只要它能夠被調(diào)用，它就一定會(huì)盈利。而火電或者是核電機(jī)組，都是有最低運(yùn)行成本的。它們不會(huì)不計(jì)一切代價(jià)來(lái)被調(diào)用。如果最后的市場(chǎng)出清價(jià)低于它們的運(yùn)行成本，它們寧愿選擇不被調(diào)用。
風(fēng)電采用負(fù)報(bào)價(jià)還有一個(gè)額外的好處。由于風(fēng)電出力是難以預(yù)測(cè)的，市場(chǎng)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“棄風(fēng)”的現(xiàn)象。調(diào)度員會(huì)基于系統(tǒng)安全或者傳輸線阻塞的考慮，砍掉一部分風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電能力。如果風(fēng)電的報(bào)價(jià)是負(fù)的，那就意味著調(diào)度員要砍掉相應(yīng)的風(fēng)電出力時(shí)，就必須支付給風(fēng)電機(jī)組相對(duì)應(yīng)的“正”的費(fèi)用。這樣，就給調(diào)度員“棄風(fēng)”作了懲罰，從而在一定程度上減輕了“棄風(fēng)”對(duì)風(fēng)電機(jī)組帶來(lái)的影響。
最后一個(gè)原因，是很多國(guó)家對(duì)風(fēng)電上網(wǎng)有額外的補(bǔ)貼，如澳洲的“綠證”制度。只要風(fēng)電上網(wǎng)了，它就能獲得政府的補(bǔ)貼。因此，它會(huì)不計(jì)代價(jià)地保證能夠被調(diào)用。而提交負(fù)報(bào)價(jià)，則是保證被調(diào)用的最好方式。
