1、為什么需要研究基于價(jià)值公平分配的電力市場(chǎng)機(jī)制？
在中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》指導(dǎo)下，中國各省因地制宜，積極開展電力體制改革試點(diǎn)方案，推進(jìn)電力交易市場(chǎng)化進(jìn)程。目前，中國電力市場(chǎng)的交易和結(jié)算希望沿用國外電力市場(chǎng)基于集中競(jìng)價(jià)的邊際價(jià)格機(jī)制。然而，理論與實(shí)踐均證明，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不完全的環(huán)境下，邊際價(jià)格機(jī)制難以抑制邊際機(jī)組虛報(bào)高價(jià)的沖動(dòng)：如果邊際機(jī)組按照真實(shí)成本報(bào)價(jià)，則邊際機(jī)組的凈收益始終為零；如果邊際機(jī)組能夠根據(jù)歷史上供求關(guān)系緊張的市場(chǎng)數(shù)據(jù)，試探虛報(bào)高價(jià)，則可能抬高邊際電價(jià)，提升自身收益的同時(shí)帶動(dòng)所有發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)者剩余上漲。在市場(chǎng)環(huán)境下，資源優(yōu)化配置的最佳狀態(tài)是所有市場(chǎng)成員申報(bào)真實(shí)的邊際成本，背離真實(shí)成本的報(bào)價(jià)方式將損失市場(chǎng)效率。為解決邊際價(jià)格的弊端，迫切需要研究滿足激勵(lì)相容原理、促進(jìn)市場(chǎng)成員真實(shí)報(bào)價(jià)的電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。
激勵(lì)相容是指市場(chǎng)成員理性實(shí)現(xiàn)個(gè)體利益最大化的策略，與機(jī)制設(shè)計(jì)所期望的策略一致，即市場(chǎng)成員真實(shí)表現(xiàn)是其最優(yōu)策略。激勵(lì)相容原理，本質(zhì)上要求市場(chǎng)成員按照自身的價(jià)值獲得收益，實(shí)現(xiàn)個(gè)體與集體利益最大化目標(biāo)的一致性。在中國電力市場(chǎng)建設(shè)中，如果能按市場(chǎng)成員的價(jià)值，公平分配利益，將有效促進(jìn)市場(chǎng)成員真實(shí)報(bào)價(jià)，解決電力市場(chǎng)信息不對(duì)稱的難題，進(jìn)一步推進(jìn)電力體制改革的發(fā)展。為此，本文辨識(shí)市場(chǎng)成員的價(jià)值，并研究基于價(jià)值公平分配的電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。
2、如何辨識(shí)發(fā)電機(jī)組的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)價(jià)值公平分配？
本文借鑒Vickrey-Clarke-Groves（VCG）理論，在電力現(xiàn)貨市場(chǎng)中，定義一臺(tái)發(fā)電機(jī)組的價(jià)值為該發(fā)電機(jī)組參與市場(chǎng)前后，其他機(jī)組總發(fā)電成本的變化。而價(jià)值公平分配機(jī)制按照發(fā)電機(jī)組的價(jià)值進(jìn)行支付。價(jià)值公平分配機(jī)制的經(jīng)濟(jì)學(xué)意義在于，利用市場(chǎng)成員間的替代效益定義其價(jià)值，并按照該價(jià)值結(jié)算，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)體與集體利益最大化的一致性。
3、相比邊際價(jià)格機(jī)制，價(jià)值公平分配機(jī)制如何實(shí)現(xiàn)促進(jìn)發(fā)電機(jī)組真實(shí)報(bào)價(jià)？
首先，本文通過圖 1來解釋發(fā)電機(jī)組在邊際價(jià)格機(jī)制下有虛報(bào)高價(jià)的沖動(dòng)。
圖1 邊際價(jià)格機(jī)制下發(fā)電機(jī)組有意愿虛報(bào)高價(jià)
在電力系統(tǒng)無阻塞的條件下，發(fā)電機(jī)組按照?qǐng)?bào)價(jià)由低到高依次出清，最后一臺(tái)出清的發(fā)電機(jī)組即邊際機(jī)組，邊際機(jī)組的報(bào)價(jià)即市場(chǎng)出清的邊際價(jià)格?？梢姡绻呺H機(jī)組真實(shí)報(bào)價(jià)，則其凈收益為零。因此，邊際價(jià)格機(jī)制對(duì)邊際機(jī)組的支付補(bǔ)償不充分，本質(zhì)上沒有辨識(shí)邊際機(jī)組創(chuàng)造的價(jià)值，并按照價(jià)值進(jìn)行效益分配。如果邊際機(jī)組適當(dāng)虛報(bào)高價(jià)，則將抬高邊際價(jià)格，帶動(dòng)所有機(jī)組的生產(chǎn)者剩余提升，導(dǎo)致市場(chǎng)效率損失。
在價(jià)值公平分配機(jī)制下，本文通過圖2來解釋激勵(lì)相容的原理。
圖2 價(jià)值公平分配機(jī)制下發(fā)電機(jī)組激勵(lì)相容
在電力系統(tǒng)無阻塞且邊際機(jī)組容量充裕的條件下，每一臺(tái)發(fā)電機(jī)組的價(jià)值是由其他發(fā)電機(jī)組的報(bào)價(jià)決定的。對(duì)于非邊際機(jī)組，移除該機(jī)組后，由邊際機(jī)組填補(bǔ)，則非邊際機(jī)組的結(jié)算價(jià)格為邊際機(jī)組的報(bào)價(jià)；而對(duì)于邊際機(jī)組，移除該機(jī)組后，由下一臺(tái)未中標(biāo)機(jī)組填補(bǔ)，則邊際機(jī)組的結(jié)算價(jià)格為下一臺(tái)未中標(biāo)機(jī)組的報(bào)價(jià)。因此，如果邊際機(jī)組虛報(bào)高價(jià)，不影響自身結(jié)算價(jià)格，反而會(huì)提高其他機(jī)組的結(jié)算價(jià)格；如果邊際機(jī)組惡意報(bào)低，則可能被其他機(jī)組替代成為邊際機(jī)組，導(dǎo)致自身效益虧損。上述“損己利人”的分析解釋了價(jià)值公平分配機(jī)制實(shí)現(xiàn)激勵(lì)相容的機(jī)理。
4、價(jià)值公平分配機(jī)制存在什么缺陷和弊端？
由Hurwicz的不可能定理可知，不存在一種激勵(lì)機(jī)制同時(shí)滿足占優(yōu)策略激勵(lì)相容、個(gè)體理性、社會(huì)福利最大化以及收支平衡。本文理論證明價(jià)值公平分配機(jī)制滿足激勵(lì)相容、個(gè)體理性和社會(huì)福利最大化，然而不滿足收支平衡，換句話說，價(jià)值公平分配機(jī)制引起節(jié)點(diǎn)電價(jià)高于節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)。價(jià)值公平分配機(jī)制產(chǎn)生的資金虧損源于對(duì)邊際機(jī)組的額外支付，因此收支不平衡的經(jīng)濟(jì)學(xué)含義是通過一定經(jīng)濟(jì)激勵(lì)促進(jìn)邊際機(jī)組真實(shí)報(bào)價(jià)。
為了解決價(jià)值公平分配機(jī)制引起的資金虧損，本文提出通過降低發(fā)電側(cè)收益達(dá)到收支平衡的一般策略，即在價(jià)值公平分配機(jī)制支付的基礎(chǔ)上增加一項(xiàng)扣減費(fèi)用，本文提出扣減費(fèi)用需要滿足的性質(zhì)。
此外，在實(shí)際市場(chǎng)中，還可以通過提高銷售電價(jià)的方式處理收支不平衡，該處理策略已在作者的其他論文中著重研究。
5、如何將價(jià)值公平分配機(jī)制應(yīng)用于電力現(xiàn)貨市場(chǎng)？
圖3對(duì)比邊際價(jià)格機(jī)制和價(jià)值公平分配機(jī)制的實(shí)施流程。
圖3 邊際價(jià)格與價(jià)值公平分配機(jī)制實(shí)施流程
由此可知，價(jià)值公平分配機(jī)制并未改變傳統(tǒng)市場(chǎng)基于報(bào)價(jià)的交易模式，僅通過改變價(jià)值分配和利益結(jié)算的方式，滿足激勵(lì)相容原理。因此，價(jià)值公平分配機(jī)制有效延續(xù)現(xiàn)有市場(chǎng)交易模式，具有可操作性和實(shí)用價(jià)值。
6、價(jià)值公平分配機(jī)制在算例系統(tǒng)中效果如何？
本文測(cè)試價(jià)值公平分配機(jī)制在IEEE 30和118節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的有效性。為驗(yàn)證本文機(jī)制滿足激勵(lì)相容，假設(shè)發(fā)電機(jī)組在一定比例范圍內(nèi)申報(bào)成本。圖4為在IEEE 30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組申報(bào)不同成本下的凈利潤(rùn)水平。
圖4 發(fā)電機(jī)組申報(bào)不同成本下的凈利潤(rùn)水平
對(duì)于一臺(tái)邊際機(jī)組，如果該機(jī)組虛報(bào)高價(jià)，一方面可能被下一臺(tái)未中標(biāo)機(jī)組替代成而無法中標(biāo)；另一方面，由于邊際機(jī)組結(jié)算價(jià)格由下一臺(tái)未中標(biāo)機(jī)組確定，虛報(bào)高價(jià)不改變自身結(jié)算價(jià)格，反而提升了對(duì)其他中標(biāo)機(jī)組的價(jià)值分配。因此，虛報(bào)高價(jià)將“損己利人”，邊際機(jī)組沒有意愿虛報(bào)高價(jià)。此外，邊際機(jī)組也沒有意愿惡意報(bào)低，雖然機(jī)組能夠中標(biāo)更多電量，但可能被其他機(jī)組替代成為邊際機(jī)組，造成利益虧損。
由圖4結(jié)果可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)組G1-G6真實(shí)報(bào)價(jià)時(shí)，發(fā)電機(jī)組獲得最大凈利潤(rùn)，分別為47.24, 72.37, 32.74, 13.86, 7.11和7.11美元。對(duì)發(fā)電機(jī)組的一次成本和二次成本進(jìn)行參數(shù)掃描，并按照最大凈利潤(rùn)折算成圖 4中的百分比，可以發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組虛報(bào)高價(jià)或惡意報(bào)低都將使凈收益降低。例如，如果G1申報(bào)高于真實(shí)二次成本的30%，則凈收益將降低4.1%；如果G1申報(bào)低于真實(shí)二次成本的30%，則凈收益將降低11.5%。
綜上所述，本文所提價(jià)值公平分配機(jī)制滿足激勵(lì)相容，能夠有效促進(jìn)發(fā)電機(jī)組真實(shí)報(bào)價(jià)。然而，這畢竟是一種新的電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，期待同行們的批評(píng)和爭(zhēng)論，共同推進(jìn)我國電力市場(chǎng)的理論研究！
原文發(fā)表在《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》2019年第43卷第2期，正文部分包含作者針對(duì)審稿意見的答復(fù)和討論，歡迎品讀！
引文信息
王劍曉, 鐘海旺, 夏清, 等. 基于價(jià)值公平分配的電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制設(shè)計(jì) [J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2019, 43(2): 7-17. DOI: 10.7500/ AEPS20180410009.
WANG Jianxiao, ZHONG Haiwang, XIA Qing, et al. Competitive Mechanism Design in Electricity Market Based on Fair Benefit Allocation [J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(2): 7-17. DOI: 10.7500/ AEPS20180410009.
