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南京理工大学硕士论文电力市场下发电商市场力与市场优化研究 摘要 世界范围内的电力改革正在逐步进行，解除管制后的独立发电商可通过有效地竞 争获取更多利润，但由于电力市场结构上天然的缺陷使得发电商可以利用自身所拥有 的市场力牟取超额利润，从而扰乱了市场的正常秩序，违背了电力市场化的初衷。这 样，有关电力市场中发电商的市场力以及市场优化的研究就成为令人关注的课题。论 文主要涉及到以下内容： a ) 首先分析了当前电力市场中市场力形成的主客观原因以及市场力对电力市场 造成的影响；介绍并比较了当前几种市场力的评价指标。 b ) 基于供应函数均衡模型建立了完全信息下电力现货市场下的发电商最优竞价 均衡模型，分析了发电商成本系数、需求弹性系数、发电商数目对发电商竞价策略及 其市场力的影响。 e ) 建立了考虑双边合同市场的发电商最优竞价均衡模型，分析了不同情况下台 同电量对发电商报价策略和市场力大小的影响。 d ) 对分时与分段两种竞价机制进行了比较，说明了分段竞价机制的优越性；提 出一种b r o k e r 交易模式与分段交易机制相结合的交易模式的大体框架，通过比较分 析说明该模式的优越性。 e ) 介绍了期货交易的相关概念，通过算例说明了期货交易的的套期保值以及在规 避电价波动风险方面的作用，分析了基于期货的新型交易模式，指出以期货交易为主， 期货与现货市场相结合是未来电力市场的发展方向。 关键词：电力市场，市场力，博弈论，竞价策略，双边合同，期货，分段竞价 南京理工大学硕士论文电力市场下发电商市场力与市场优化研究 a b s t r a c t p o w e rm a r k e t so v e rt 1 1 ew o r l da r eu n d e r g o i n gr e f o t i ns t e pb vs t e pt oe n h a n c et h e i r c o m p e t i t i v e n e s s i n d e p e n d e n t p o w e rp r o d u c e r s o p p ) c a l l m a x i m i z ep r o f i t sb y s t r a t e g y b a s e db i d d i n g h o w e v e r , i p pc a ng e te x c e s s i v ep r o f i t sb yu s i n gt h em a r k e tp o w e r t h e yo w l 2 i nt h i st h e s i s ，b a s i cr e s e a r c ho nm a r k e tp o w e ra n do p t i m i z a t i o no fp o w e rm a r k e t i sp e r f o r m e d t h ec o n t e n ti sd i v i d e di n t od i f f e r e t a tc a t e g o r i e ss h o w na sf o l l o w ： a 1t h er e a s o nw h yt h em a r k e tp o w e rf o r i l l si nt h ep o w e rm a r k e ta n dt h ee r i e c t st h e m a r k e tp o w e ro nt h ep o w e rm a r k e ta r ea n a l y s e d f u r t h e r m o r e ，c o m p a r i s o na n da n a l y s i so f s e v e r a lm a r k e tp o w e ra s s e s s m e n ti n d i c e sa r eg i v e n ， b ) w i t ht h ea s s u m p t i o no fc o m p l e t ei n f o r m a t i o n ，s o m em o d e l so fg e n e r a t o r s b i d d i n g s t r a t e g y a r e d e v e l o p e du s i n gl i n e a rs u p p l yf u n c t i o ne q u i l i b r i u mm e t h o d f u r t h e r m o r e ， s o m en u n l e r i c a ls i m u l a t i o n sa r eg i v e ni n t h i sp a d e r , w h i c ha r eu s e dt od e m o n s t r a t et h e e r i e c t so fc o s tp a r a m e t e r , d e m a n de l a s t i c i t y , t h en u m b e ro fp o w e rg e n e r a t o r so nb i d d i n g s t r a t e g ya n do nt h em a r k e tp o w e ri n d e x c ) t h em o d e lo fg e n e r a t o r s c o m p e t i t i v eb i d d i n gs t r a t e g i e si sd e v e l o p e di nc o n s i d e r i n g t h ee x i s t e n c eo fe l e c l r i c i t yf o r w a r dc o n t r a e tm a r k e t s f u r t h e r m o r e ，s o m en u m e r i c a l s i m u l a t i o n sa n da n a l y s i so nm a r k e tp o w e ra r e 百v e n d ) t h ea d v a n t a g e so ft h eb l o c k i n gb i d d i n gm o d e la r ep r e s e n t e db yc o m p a r e dw i t ht h e s p o t t i n gb i d d i n gm o d e l an e wb i d d i n gm o d e li sb a s e do i lt h ec o m b i n a t i o no ft h eb r o k e r t r a d em o d e la n dt h eb l o c k i n gb i d d i n gm o d e l e ) n 硷c o n c e 口ta n de f f c c t so ff u t u r e sa r ei n t r o d u c e d ，ai l e we l e c t r i c i t yt r a d e m e c h a n i s ma n di t sf o r m u l aa r ep r e s e n t e db a s e do nf u t u r e sc o d t r a c t s ， k e y w o r d ：p o w e rm a r k e t ，m a r k e tp o w e r , g a m et h e o r y , b i d d i n gs t r a t e g y , c o n t r a c tm a r k e t ， e l e c t r i c i t yf u t u r e s ，b l o c k i n gb i d d i n g 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：二穆 矽f 年6 月弼日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的全部或部分内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的全部或部分内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：妒f 年易月舶 南京理工大学硕士论文电力市场下发电商市场力与市场优化研究 1 绪论 1 。1 发展中的电力市场 当前，全世界范围内的电力工业正从传统的管理体制，向着电力市场方向迈进。 但是由于世界范围内的电力市场化改革还处于发展之中，各国的电力市场化改革方式 千差万别，所以对于电力市场的理解也是多种多样的。究其共性，可将电力市场定义 为：相对于传统的垄断性电力工业，在实现结构重组并引入竞争机制之后，采用法律、 经济等手段，本着公正、公平、公开、互惠互利的原则，对电力系统中的各环节和成 员组织协调运行的管理机制和执行系统的总称【1 ，2 l 。 智利是最早开始实行电力工业市场化改革的国家，起步于2 0 世纪7 0 年代末。英 国则要稍迟一点，但是英国电力工业市场化改革的影响是巨大的，其电力联营体 ( p 0 0 1 ) 模式自1 9 9 0 年以来实行至今，作为一种先进的市场模型，不仅使英国电力 工业改革取得了巨大的成功，同时也为世界各国的电力工业市场化提供了宝贵的借鉴 经验。美国电力工业改革则是实行发电逐步市场化。1 9 8 4 年，缅甸州首次采用发电 侧竞争招标，此后多个州采用招标方式；1 9 9 4 年，墨西哥州开始转供试点，各发电 公司开展竞争；为促进经济功率交换，佛罗里达州建立了电力经纪人系统，电力经纪 人系统功能类似电力库的功能，各发电公司每小时报价，由电力经纪人系统在全局最 优的基础上进行贸易匹配，电力经纪人系统给参与者带来了很大的利益，提高了电力 公司整体运行效率；1 9 9 8 年，加州实行自愿电力库模式，实行双边交易或电力库市 场竞价，8 5 的电力是在电力交易中心成交。位于美国东北部，p j m 电力市场服务区 跨宾夕法尼亚、马里兰、新泽西、特立华、费吉尼亚洲、西费吉尼亚洲、俄亥俄洲、 哥伦比亚特区，市场交易自愿参与，包括提前一天现货电能交易、实时电能交易、输 电权交易、容量信用交易以及调频交易等多种交易。各州改革的基本模式是开放电网 使用权，逐步开放用户选择权，但改革进程不同。与此同时，世界上其他一些国家， 如：澳大利亚、挪威、阿根廷等都开始了以建立电力市场为目的的电力工业改革。 我国从1 9 9 8 年开始，确立了“厂网分开、竞价上网”的改革方针，标志着中国 正式走上了电力市场化改革的道路。中国电力市场首先在山东、上海、浙江以及东北 的辽宁、吉林、黑龙江6 个省电网进行试点，2 0 0 0 年1 月，山东、上海、浙江发电 侧电力市场正式投入商业化运行。2 0 0 1 年8 月，广东省正式将省电网公司与省发电 公司分开，在电力市场改革上迈出了可喜的一步。2 0 0 4 年1 月1 5 日，东北区域电力 市场模拟运行正式启动，这标志着我国区域电力市场改革迈出了实质性的一步。但是， 硕士论文 到目前为止，我国电力市场发展尚处于初始阶段，不管是在进行电力市场( 或模拟电 力市场) 试点的省市、还是其他地区，其电力体制、管理模式和竞争机制都不很完善， 仍然存在很大的弊端，有许多内部因素和外部条件尚不具备，还需要进一步完善。 1 2 电力市场的目标 引入竞争，健全电价机制，优化资源配置，促进电力工业可持续发展，是电力市 场化改革的总体目标。电力市场改革作为一次制度创新，打破了原有的利益格局，因 此各利益集团都有自己期望的改革目标。为了减小改革的阻力，并实现帕雷托改进， 政府不得不考虑到各方的利益，尽管有些利益是相互冲突和矛盾的。这些目标包括： 消费者希望降低电价，提高服务质量和安全稳定供电； 电力公司希望获得发展和采用新技术； 政府希望实旌全国性的能源政策和电力工业的可持续发展； 投资者希望获得公平的回报； 环境保护组织希望减少电力行业对环境的污染。 电力市场化改革必须使上述具体目标相互平衡，根据经济的发展阶段和电力的发 展水平，不同时期电力市场的目标应该有所侧重。 发展中电力市场的特点是：在电价方面交叉补贴现象较为普遍；用户对电价上调 的承受能力有限；电力设施和发电容量还不够富裕。因此改革的首要目标是吸引电力 投资，建设充裕的发电容量和完善的输配电网络，提高系统的安全可靠性。而降低电 价、提高效率以及为客户提供更多的选择则成为改革的次要目标。 成熟的电力市场的特点是：电价水平一般反映了成本和投资回报率，用户对电价 有较高的承受能力，电力需求增长有限，电力投资需求不旺。因此改革的首要目标是 降低电价，提高效率，为客户提供更多选择和更高的安全可靠性。而吸引电力投资则 成为改革的次要目标。 1 3 电力市场的本质、原则和善本特征 市场的本质是竞争。电力走向市场，就是要将电力工业纳入到市场经济的框架中， 通过竞争来达到资源的优化配置。电力工业纵向“解捆”( t m b t m d l i n g ) ，实行“厂网 分离，竞价上网，输配分开，竞争售电”，集中体现了电力市场竞争的本质特征。 竞争的前提是公平，公平是市场机制的基本原则。在一个充满竞争的电力市场中， 参与者之间都是平等的，所以电力市场最基本的原则是公平。对于发电厂，平等的环 境能够促进竞争，激励各发电厂降低成本，提高效率；对于消费者，按真实供电成本 收费，尽量减少用户间补贴是保证用户间平等的根本。电力市场的成功运行，需要公 2 南京理工大学硕士论文 电力市场下发电商市场力与市场优化研究 平、公正、公开的环境。 开放性、竞争性、网络性和协调性是电力市场的基本特征。与传统的垄断电力系 统相比，电力市场具有开放性和竞争性。与普通的商品市场相比，电力市场具有网络 性和协调性。 1 4 电力市场的交易模式 目前世界各国电力市场交易模式大致分为两个基本类型：电力联营体模式伊o w e r p 0 0 1 ) 和双边交易模式( b i l a t e r a lt r a d e sm o d e l ) 。从这两种基本模式可以派生出p 十b 模 式( 即联营和双边交易模式的有机结合) 、多边交易模式。 1 4 1 电力联营体( p 0 0 1 ) 模式 p o w e r p o o l 又称为电力库或电力联营体，是世界各国广泛采用的电力市场交易模 式，p o w e r p o o l 的基本组织结构如图1 1 所示。 图1 1p o w e rp o o l 的基本结构 发电公司和用户是p o w e rp o o l 的基本成员，发电公司向p o o l 提交报价曲线，报 价曲线的形状通常如图1 2 所示。采用这种递增的分段折线形式报价的p o w e rp o o l 有e n g l a n d & w a l e s p o w e rp o o l ，n e p o o l ，加州电力市场，新西兰p o o l ，澳大利亚国家 电力市场等。用户也可以向p o o l 提交对应的需求侧报价，当用户不参加报价时，p o w e r p o o l 通过负荷预测确定购电量。报价在市场出清前是保密信息，即通常所谓“暗标拍 卖”。如图i 3 所示，p o w e rp o o l 汇总所有发电公司的报价由低到高排序得到市场总 供应曲线，汇总所有用户的需求报价由高到低排序得到市场总需求曲线，供应与需求 的均衡点就确定了最终的p o o l 成交价格，一般称为市场出清价格( m a r k e tc l e a r i n g p r i c e ，m c p ) 。对于发电公司，报价低于m c p 的电能成交，所有成交的电能，不论 点 曼 绪论 硕士论文 其报价如何，p o w e rp o o l 一律按m c p 购买。 萋 s 班 蠡 垂 1 r v 堙 $ 容量( , l ! r n )容量( m w 图1 2 发电公司的报价曲线图1 3p o w e rp o o l 成交价的确定 1 4 2 双边交易模式 双边交易模式般不单独存在，而是与p o o l 模式共存，且双边交易市场占的份 额较大。双边交易也称非管制型电力联营体( p 0 0 1 ) ，其实是p + b 模式。与p o o l 模式 相比，双边交易模式下的竞争更充分。 p o o l 外：双边合同市场和期货市场； p o o l 内：小时市场、日前市场和平衡市场。 双边交易模式同p o o l 模式的重要区别在于，输电系统被分成一个负责“市场” 的部分和一个负责“安全运行”部分。在市场部分，有多个独立的能量市场，包括由 p o w e re x c h a n g e ( p x ) 主持的p o o l 市场、由计划协调员s c h e d u l i n gc o o r d i n a t o r ( s c ) 主 持的双边市场。在“安全运行”部分，i s o 负责调度运行职能，保证系统的安全可靠 运行，i s o 还负责辅助服务市场的运行，并制定输电电价和辅助服务价格。 尽管在现有的电力市场中，联营体( p 0 0 1 ) 模式是普遍采用的，但在美国，通过它 进行的交易量仅占总交易量的1 0 左右，双边合同占有很高的份额。这主要是由于联 营体市场的电价波动大，特别是在负荷高峰或是系统出现紧急状况时，这是用户所不 希望看到的。此外，建立一些长期合同还有利于发电公司的长远规划和投资。所以， 很多发电公司和用户选择签订双边合同。加州电力市场是这种模型的典型代表，另外 挪威和新西兰的电力市场也可以归入此类。 1 4 3 多边交易模式 多边交易是由经纪人安排的两方以上达成的合同交易。有些情况下，为了降低交 易风险，发电公司和配电公司或大用户会选择通过经纪人签订合同，而不是直接自己 找买主( 卖主) 。多边交易可以看作是双边交易和p o o l 的组合。 在多边市场上，发电公司和配电公司必须通过签订合同交易，两方以上的交易由 南京理工大学硕士论文电力市场下发电商市场力与市场优化研究 电力经纪人安排。在这个市场模型中没有p o o l 和p x 的概念，由一个计划协调员( c s c ) 负责能量市场的管理。i s o 的功能仅限于维护运行和监测系统安全，i s o 不干涉能量 市场的结算，只有在系统安全受到威胁时，能量市场才会受到i s o 的调度影响。实质 上，多边市场上的经济性和安全性是分开决策的，发电公司和配电公司或大用户按照 经济性原则制定供需计划，i s o 负责系统的安全决策，传统的集中调度功能被设计到 信息结构之中。 多边市场的特点是竞争更加自由、充分，能为市场参与者带来新的商机。例如， s c 作为中介可以将用户集中起来便于更好的交易和管理，市场投机商会转手倒卖供 电合同，经纪人将会进入市场为买卖双方安排交易。这些中间商在市场中会促进竞争， 具有积极的意义。有些公司在这种环境中还可以扮演不止个角色，例如发电公司也 可以是经纪人或是投机商。多边交易作为双边交易的高级形式，从理论上讲是比较完 美，但只适用于充分竞争的市场环境。 1 5 国内外相关研究现状 自从电力工业市场化以来，对于电力市场的理论研究工作就从各个方面展开了， 本节将对与论文相关的国内外研究现状进行一个简单的介绍，主要包括：1 ) 发电商竞 价策略的研究；2 ) 双边合同市场对现货市场的影响的研究；3 ) 电力市场中市场力的研 究。 1 5 ，1 电力市场中发电商竟价策略的研究 发电商竟价策略问题近年来一直是电力市场研究中的一个热点。竞价策略是指发 电商利用电力市场的不完善或利用自身所拥有的市场力不按边际成本报价而增加自 身利益的报价行为。这方面的研究综合起来大致分为以下三类 3 , 4 1 。 第一类是通过估计下一交易时段的市场出清价来确定发电商竞价策略的方法 5 - 1 1 1 。关键问题是市场出清价的预测。 第二类是基于最优化的竞价策略方法 1 2 2 2 1 。这种方法是直接按照电力市场的结 构和交易模式构造模型，亦即在考虑系统的各种约束条件下，以市场买电费用最小， 自身获利最大为双重目标进行优化求解【】2 1 ”。 第三类是基于博弈论 2 3 2 6 3 的方法 2 7 - 3 9 。博弈理论是由于被认为能够较好的反映 市场竞争的本质而被引入到电力市场的研究中来的f 2 7 # “。 1 5 2 双边合同市场及其对现货市场影响机制的研究 在电力市场环境下，远期合同和期货交易作为一种重要的交易方式和风险回避手 段，对于电力市场的健康运营有着重要的作用。许多研究集中在电力远期合同的风险 硕士论文 建模上”。 另外还有一些研究是关于电力合同市场的存在对于现货市场中发电商竞价策略 的影响 4 7 - 4 9 。文献 4 7 基于寡头竞争的线性供应函数均衡方法【4 8 】，研究了考虑双向 差价合同( t w o ，w a y c o n t r a c t sf o rd i f f e r e n c e s ) 交易的发电商报价策略问题，但未深入 研究合同市场对于电力市场的影响机制，且假设发电商边际成本函数是零截距的。文 献 4 9 j 在上述模型的基础上，基于更加符合实际的非零截距的发电商边际成本函数， 采用线性供应函数均衡方法，建立了一个电力现货市场和差价合同市场分开竞争的两 阶段均衡模型。理论分析和算例结果表明，电力市场中远期合同交易有助于减少发电 商利用市场力来操纵市场的行为，从而有利于形成高效的市场均衡电价。 1 5 3 电力市场中市场力的研究 电力市场中市场力的研究 5 0 5 7 1 是电力市场领域的又一个研究热点，主要研究集 中在市场力的成因、表现形式、衡量指标、影响机制以及如何去抑制市场力等问题上。 造成市场力的主要原因在于电力市场的寡头垄断特性，它最常见和直接的结果是偏离 市场边际成本的高电价。 对于电力市场的态度，学术界中还有分歧，虽然绝大多数认为市场力的存在不利 于市场的健康发展，但也有不同意见i 5 8 - 6 2 1 。如b o r e n s t e i n 在文 5 8 中就指出“适度的” 市场力的存在并非坏事，它有助于发电商回收固定成本。文 5 9 ，6 0 详细分析了电力 市场中市场力的成因、表现方式和造成后果等诸多问题，并且介绍了几种衡量电力市 场中市场力的指标。文中也指出现有的这些市场力指标还不足以真正反映市场的集权 度，存在比较大的缺陷。此外，文 6 1 也通过一个寡头博弈模型，说明了目前使用的 市场力指标在分析市场力上的缺陷。文 6 2 通过一个考虑了合同市场的c o u m o t 模型， 研究了不同合同份额对于市场现货价格和市场力的影响，得出了双边合同市场的存在 有助于减少市场力的结论 1 6 本文所做的工作 论文的主要研究工作主要有三方面的内容，一是现货市场中发电商竞价策略及其 市场力的分析研究；二是合同市场存对电力市场的影响；三是电力市场交易模式优化 研究。具体工作如下： 1 ) 从经济学的角度分析说明了电力市场的寡头垄断特性，简单分析比较了三种寡 头博弈模型：b e r t r a n d 模型、c o u r n o t 模型和s f e 模型，指出后两种模型适用于电力 市场均衡建模，但同时指出这些模型更加适合分析电力市场中潜在的市场力，而不是 构造报价策略。 2 ) 分析了当前电力市场中市场力形成的主客观原因以及市场力对电力市场造成 6 南京理工大学硕士论文电力市场下发电商市场力与市场优化研究 的影响；介绍并分析了当前几种市场力的评价指标，指出l e m e r 指标是对真实市场力 的最直接和有效的测度，其评估方法最贴近市场力的本意。 3 ) 基于供应函数均衡模型建立了完全信息下电力现货市场的发电商竞价策略模 型，结合算例分析了发电商成本系数、需求弹性系数、发电商数目对发电商竟价策略 及其市场力的影响，说明增大需求弹性以及增加电力市场中发电商的数目可以有效地 降低市场力。 4 ) 通过研究远期合同对发电商报价策略的影响，分析了不同情况下台同电量对发 电商报价策略和市场力变化，说明合同市场的存在有利于降低发电商的市场力，促使 发电商降低报价，从而起到到稳定市场的作用。 5 ) 首先对分时与分段两种竞价机制进行了比较，说明了分段竞价机制的优越性； 其次分析了发电商策略性报价对b r o k e r 交易模式与p o o l 交易模式的影响；最后提出 一种b r o k e r 交易模式与分段交易机制相结合的交易模式的大体框架，通过比较分析 说明该模式不仅市场效率高而且能起到抑制发电商滥用市场力的作用。 6 ) 介绍了期货交易的相关概念，通过算例详细说明了期货交易的套期保值以及在 规避电价波动风险方面的作用，分析了基于期货的新型电力交易模式，指出以期货交 易为主，期货与现货市场相结合是未来电力市场的发展方向。 2 市场力及相关经济学知识简介硕士论文 2 市场力及相关经济学知识简介 2 1 电力市场一寡头垄断市场 经济学中把市场分为垄断( m o n o p o l y ) 、寡头( o l i g o p o l y ) 、垄断竞争( m o n o p o l i s t i c c o m p e t i t i o n ) 和完全竞争( p e r f e c tc o m p e t i t i o n ) 四种类型哺”，不同的市场类型必然 会对市场中的价格形成机制，企业的生产经营策略产生决定性的影响。 现今的电力工业市场化改革目的旨在根据市场供需情况来配置电力资源，决定电 力价格。所以，在电力市场中，可以把电看作是一种商品。而电力工业自身的特殊性 决定了这种实际的p o o l 市场只能是一种寡头垄断市场。究其原因，有以下几点：1 ) 由于电力工业具有的规模经济，过多的发电厂只会导致资源的浪费和效率的下降；2 ) 建设发电厂的投资很大，建设周期也比较长，在一定程度上成为了市场进入的壁垒； 3 ) 输电安全约束和输电损耗限制了发电商和用户之间的自由选择；4 ) 发电商的报价可 能会影响最终的市场出清价，但一般，一个发电商是无法控制电价的；5 ) 每个发电商 在市场中的行为都会影响到市场中其他成员的收益；6 ) 电这种商品替代品有限，发电 公司出售的电力基本上无花色品种的差异，唯一的特例是有的水电厂推出的所谓“绿 色环保电力”将其产品与其他电力区别开来。 以上这些原因限制了电力生产者的数目，造成了某些地区只有几个发电公司在提 供电力，他们在一定程度上可以影响电价，而且该地区内任意一个发电商的行为都会 影响到市场中其他成员的收益，所以电力市场是一种寡头垄断市场。 2 2 电力市场中的市场力 2 2 1 市场力简介 市场力1 6 4 是指某一产品或服务的提供者能够持续地操纵市场的价格，使之高于 完全竞争情况下的市场价格的能力。完全竞争市场是最有效率的市场，是电力市场的 理想化形式。如果电力市场是一个理想的、完全竞争的市场，发电公司的最优投标策 略是将电力价格设定在边际成本。如果一个发电公司没有以边际成本作为投标策略， 而试图通过利用市场结构的不完美来增加利润，这种行为就是策略性的报价。如果发 电公司可以通过策略性报价而非降低成本来成功地增加利润，则称发电公司具有市场 力。由于电力系统本身的特性决定了电力市场不可能是一个完全竞争市场，这样发电 公司可咀通过策略性的投标，具有在一定程度上操纵市场的能力，即市场力。 南京理工大学硕士论文 电力市场下发电商市场力与市场优化研究 2 2 2 发电商市场力的成因】 当前电力生产仍然具有某种程度的自然垄断特性，表现为随着电力供应量的增加 平均成本、乃至边际成本趋于下降。电力的交易模式大多属于单一买家模式，即某一 市场中只有一家电网公司收购该市场所有发电商的电力。实际竞价交易机制更多采用 统一清算价格结算的方式。这样电力供需平衡由实际的电力需求和不同发电商的电力 供应决定，各个发电商的收益所得则由市场需求、自身报价策略和其他厂商的报价策 略决定。交易机理见图2 1 。 p p i m ：i ：终 ； ：j 鏊 i j - o 、l j d 3 o 弋 ：勰a c 。： i、d ；1 。d 2 q ，。q 。 q q i ，一q 。 q 图2 1 电力市场中的供需平衡及市场力形成 2 2 2 1 主观原因 ( 1 ) 企业追求利润最大化的理性经济人行为要求 电力生产被剥离电网独立经营后，作为理性经济人的发电商，必然以利润最大化 为追求目标。由于当前电力生产还处于寡头垄断地位，因此厂商有限量生产、抬高价 格的动机和可能，如图2 1 中e 点。如逞产品需求增加，则限量的结果是进一步造成 供应紧缺、市场供不应求的态势，这就为进一步抬高售价，拉大价格与厂商产品边际 成本之间的差额提供了可能。如图2 1 中的a 点所示。 ( 2 ) 电力生产类型及其生产性能 某些电源由于具有供电调节的天然优势而在电力供需紧张以及基荷机组或系统 出现故障时具有行使市场力的动机。如水电调峰以及占市场份额较大、技术先进且成 本较低的某些大机组在供电紧张及维持电网运输安全时容易行使市场力，控制产出并 操纵辅助服务市场及能量高峰市场的出清价格，使其有上涨的趋势，如图2 1 中的b 点，甚至更高的价格c 点。 2 2 2 2 客观原因 ( 1 ) 电力供需的瞬时平衡要求 2 市场力及相关经济学知识简介硕士论文 当前电力生产及传输的技术水平还难以做到电力产品的有效储存，因此必然要求 电力产品的供应与需求瞬间平衡。电力产品通过网络实现供需瞬间平衡的物理特性， 使电力生产和消费的协调性及同时性成为必然。因此任一处于网络节点的供应商都有 可能利用这一行业约束行使市场力，影响产品的供应量和供应价格，提高自己的利益 所得。 ( 2 ) 电力生产可靠性及安全性的要求 现有电网运行技术还难以实现电力的无约束传输，各级输电约束是电力系统可 靠、安全运行的前提，因此各电力供应商不能完全从自身利益最大化的角度出发安排 生产，而是必须听从调度的安排，落实必要时机组的检修、关停、扩容及增负荷等任 务，因此一些能够严重影响系统可靠性及安全性的机组或供应商就有依靠其容量优势 或地理优势行使市场力的可能，而那些能够成为“m u s t r u n ”的机组将获得拥有并行 使市场力的先天优势。 ( 3 ) 电力生产的自然垄断特性 电力生产仍然具备的自然垄断特性使发电市场具有天然的进入壁垒。进入壁垒使 电力生产形成寡头垄断的市场结构以维持生产的规模经济。每一个寡头垄断者都具有 行使市场力的动机，以利润最大化为目标形成高于边际成本、乃至平均成本的价格获 取超额利润。又因电力垄断者面临的是价格弹性缺乏乃至刚性的需求曲线，因此其缩 减很少或不缩减产量就可以实现较大幅度抬高价格，获取经济利润的目的，如图2 1 中由b 点到c 点的情形。因此由此形成的市场力的作用和影响更大。 ( 4 ) 电力商品的需求弹性缺乏 当前电力能源消费的必需性及电力能源替代品的相对短缺使电力产品的需求对 其价格的敏感性降低；又加上用户侧电力市场还未完全放开，因此电力需求对价格的 响应程度进一步减弱，结果表现为短期内电力产品的价格需求缺乏弹性，如图2 1 中的需求曲线d 所示。这就给卖方行使市场力，达至抬高价格、获取超额利润的目的 创造了有利条件。如遇短期内需求激增，而电源及电网建设周期又较长，就形成了产 品稀缺的市场供需状态，使其价格弹性迸一步缺乏，如图2 1 中的b ，这就为卖方 市场力的形成打造了更加良好的客观环境。 ( 5 ) 环境变化对电力市场供需的影响 气候突变导致短期气温过高、过冷或企业自各电厂遭遇事故、检修等情况均有可 能造成电力需求在短期内激增，形成产品稀缺的市场态势而为电力供应商行使市场力 创造了条件；如遇干旱、系统故障、燃料价格上涨等因素又会导致电力供应短缺，结 果同样造成产品短缺，使卖方市场力的形成不可避免。 ( 6 ) 市场结构及运行机制设计存在缺陷 市场竞争主体规模划分严重不均、未形成有效的用户侧响应机制、合同电量与竞 o 南京理工大学硕士论文电力市场下发电商市场力与市场优化研究 争电量确定的比例不尽合理等市场结构设计的缺陷均将导致卖方市场力的出现，而那 些划分后规模较大的发电企业更是具备了行使市场力的先天优势。权责界定不明确、 价格形成机制不合理、运行规则存在漏洞、法律法规不健全等一系列市场机制设计上 的缺陷也会导致竞争者利用机制上的疏漏行使市场力，投机获利。此外，监管机制不 健全：规制办法不合理，如价格封顶设计不合理：以及市场运行监督不到位等也会导 致市场力的发生。 2 2 3 发电侧市场力的作用与影响 1 生产效率低下和配置效率低下 对于自然垄断的市场结构，产量减少、价格偏高，使产品的生产成本居高不下， 造成生产效率低下；产生社会福利的无谓损失，如图2 1 中阴影部分所示，如产量继 续缩减、价格继续上涨，则无谓损失更大，造成配置效率低下。 2 降低市场竞争效率 具有市场力的厂商控制了市场的价格，使其他厂商成为价格的跟随者或接受者， 使市场的垄断程度加强，竞争程度减弱，降低了市场的竞争效率，这将有悖于电力体 制改革及市场化运营的初衷。 3 电力产品供应短缺 电力产品卖方市场力的存在使市场供应有时并非真正意义上的不足，而是人为造 成的短缺，如遇市场需求进一步增加，则供应稀缺的现象更为严重，这将阻碍社会经 济的发展。 4 损害电网企业利益 发电侧市场力的存在，使某些电厂通过控制市场清算价格而获得超额利润。这样 在目前单一购买者模式下，增加了电网经营企业的购电成本，损害了购电方利益，有 悖于市场公平交易的原则，不利于市场的健康、持续发展。 5 电力市场中的“马太效应” 卖方市场力的存在加剧了电力销售收入分配中所谓的“马太效应”现象，即让具 有市场控制力的厂商不断增加其财富，而让缺乏市场力的厂商陷入亏损、甚至倒闭。 这说明这一市场力会增加电力收入分配的不均，长此下去，将使市场竞争成为一纸空 文。 此外，卖方市场力的存在还极易造成具有价格控制能力的发电商失去降低成本的 积极性，使其生产效率更为低下；以及厂商为了维持或争取某种控制力而寻租，结果 使市场力造成的社会福利无谓损失进一步扩大。因此，有必要挖掘有效的市场力平抑 办法使市场力的形成及影响降到最小可能。 2 市场力及相关经济学知识简介硕士论文 2 2 4 几种发电商市场力评估指标的简介【6 6 2 2 4 1 基于市场结构的市场力评估指标 市场集中度指数( c r ) 表示某一特定市场中少数几个最大发电企业所占的市场份 额。常用的有赫芬岱尔指数( h i r s c h m a n h e r f i n d a l li n d e x ，h h i ) 和修正的h h i 指数 d h h i 。这些指标的评判原则是：集中度越高说明市场中企业规模差异越大，其中大 企业占有比例高且市场支配能力大，使市场竞争程度趋于降低，市场力趋于增大。 h h i 指数由已有企业占有的市场份额来确定，属于静态指标；对于d h h i ，这里 只介绍b m e k 提出的只计及系统中调度外市场( 竞争市场) 中各电力公司实际未被调 度的容量的h h i ，由于它考虑了负荷变化对市场力的影响，因而较静态h h i 合理。 两个指数的计算公式如下 h h i = 研 ( 2 1 ) j = l” d h h l ( b i a l e k ) = q ； ( 2 2 ) i - | 式( 2 ，1 ) 和( 2 2 ) 中口为市场中第i 个企业的市场份额( 静态容量份额) ；以为市场 中企业的数目：吼为第i 个企业在竞争市场中实际未被调度的容量的比例。 h h i 的取值从0 变化到1 0 0 0 0 ，对应于完全竞争市场和完全垄断市场。各国对该 指标的评判标准不尽相同。如美国1 9 8 2 年规定：h h i 1 0 0 0 ，表示市场正常；1 0 0 0 h h i 一1 8 0 0 ，表示集中度高、市场难以开展有效竞争； h h i 每增加1 0 0 ，说明市场力的作用有明显增强。澳大利亚新南威尔士电力市场认为： 如果市场中最大的4 个企业共同至少占有7 5 的市场份额，则市场不能进行有效竞争。 2 2 4 2 基于市场绩效的市场力评估指标 基于市场绩效的市场力评估指标包括价格增率指数和超额利润率指数，属于基于 市场绩效而设计的类指标。由于是对市场力导致的最终结果的测度，因而是种直 接评估方法。前者是指市场力导致价格升高后偏离厂商边际成本的程度，主要有： l e m e r 指标和成本边际指数( p r i c ec o s tm a r g i ni n d e x ，p c m i ) ，市场价格可控指数 ( m p c ) 和市场力行使( m a r k e tp o w e re x e g i o n ，m p e ) 指数等；后者是指整个行业 的超额利润率大小，主要是指贝恩指数( b ) 。由于l e m e r 指标和p c m i 属于原理相 似、公式稍有变化的同类型指标，因此这里只给出l e r n e r 指标的计算公式。此外， 为了便于比较分析，这里暂不考虑行业整体市场力的评估指标b 。 ( 1 ) l e m e r 指标 l e m e r 指标是用于度量市场清除价格与厂商边际成本偏离程度的指标，计算公式 如下 厶= ( e ，一m g ) 乞 ( 2 ，3 ) 南京理工大学硕士论文电力市场下发电商市场力与市场优化研究 式中是第i 个厂商的l e r n e r 指标；只和m c , 分别是市场统一清除价格和厂商i 的边 际成本( m a r g i n a lc o s t ，m c ) 。 结合电力市场特征给出该指标的取值分析：在供过于求的电力市场，如低谷时段， 价格富有弹性，l e m e r 指标小、甚至趋于0 ，表明发电商没有实旖市场力的动机；在 供不应求的市场，即使上网价格增加，发电商也没有能力增发电量，表现为价格弹性 刚性，此时，l 一一，表明发电商有极强的市场力。 ( 2 ) 市场价格可控指数和市场力行使指数 市场价格可控指数( m p c ) ，分为单个机组的市场价格可控指数。：和整个市场 的市场价格可控指数，。，；市场力行使指数( m p e ) ，也分为单个机组的市场力行使 指数，和整个市场的市场力行使指数。它们可以按t y u 算式求得 f 厶。、，= ( 见，。一成, m i n ) 肛，。 土( 2 4 ) f k r = ( q 0 j ) k 即。瓦t o e 五- - p e , m i n i 。= q 峨p _ ( 2 5 ) 式( 2 4 ) 和( 2 5 ) 中见。一见为机组i 的市场价格可控范围，其中见。为其最 大可控价格，成。为其最小可控价格；见为统清算价；o ：为机组i 的装机容量占 市场总装机容量的比例。 上述两个指数是厂商根据市场实际的供需情况，通过策略性报价在其发电出力范 围约束下求解而得的。求解机理如图2 2 所示。指标评价的标准是：m p c 越大，说 明厂商行使市场力的能力越大；m p e 越大，说明实际市场力程度越大。 控区 q 。，q i ，。 q q i 。q 。，。，。 q 图2 2 市场均衡及机组价格可控区的形成 夸。、岛。分别为厂商f 的最低报价和最高报价；q 、q 。为厂 1 3 2 市场力及相关经济学知识简介硕士论文 商i 的出力上下限；s 为厂商i 的供应函数，s 一。为其他”一1 个厂商的总供应函数，只 为市场的总供应函数：d 为市场总需求曲线，口为厂商i 对应的需求曲线；e 为市场 的供需均衡点，成为均衡价格，即统一出清价格；成。、见。即为厂商i 的最大和 最小可控价格。 2 2 4 3 基于市场供需的市场力评估指标 ( 1 ) 总需求与总供应比值指标a 该指标是基于市场供需对市场力的影响这一思路设计得出的。它借助于分析市场 总需求和可用发电容量之间的比值来检测在何种条件下会引发市场力，并认为这一比 率是市场力存在的关键条件之一，一旦条件符合，厂商就可以利用它在市场中进行策 略性投标，获得超额利润。因为只有供大于求才有可能形成有效的竞争市场，因此二 者的差值越大，市场的竞争程度就越强，这就是需求与供应比值法的基本思路。用指 标表示即为 a = 兢g ( 2 6 ) 式中q 是预测负荷需求量；g 是市场中的可用发电容量。 一般而言，五一1 ，说明市场供应不足，市场行为接近垄断，发电商具有垄断力、 行使市场力的可能性大：五一o ，说明市场供过于求，市场行为接近完全竞争，发电 商成为价格接受者，行使卖方市场力的机会变小。 ( 2 ) 机组必须运行率指标m r r 基于供需原理及五指标只能评估市场整体市场力的局限，文献 6 7 、 6 8 提出了 衡量单个发电商行使市场力的可能性及其大小的指标，即机组必须运行率指标m r r 。 表达式为 l z f 一p j 豫r = e j ( 2 7 ) 式中l ，是区域内的负荷：f 是从区域外可调入的电力；只是区域内总的发电能力； j y 只是区域内除发电商i 之外的其他发电商的总的发电能力。由式( 2 7 ) 可见m r r ， ， 越小，说明厂商i 的供电能力小、市场份额小，因而实施市场力的可能性也小。 ( 3 ) 剩余供应指数r s i 由于h h i 指标未考虑市场的供需情况及其变化对市场力的影响，难以准确测度 市场力。为此c a i s o 的市场分析部给出了剩余供应指数r s i 。r s i 是指对于特定的市 场及其特定时间当需求为d 时，从第i 个厂商角度看，其r s i 定义为 南京理工大学硕士论文电力市场下发电商市场力与市场优化研究 月月一1 最一只只 r s i i = 上= l 一：! 兰生l dd ( 2 8 ) 式中只为第k 个厂商的最大供应量。 从市场总体角度看，r s l 应定义为该市场中最小的r 配，或市场中发电能力最大 的厂商i 的r 融数值。c a s o 认为：当r s i , 处于1 2 0 1 5