《电力市场概论》 课件 张利 第1、2章 绪论、微观经济学基础

第一章绪论1.电力工业的发展历史竞争－－垄断－－竞争1882年，纽约珍珠街电站，600kW1887~1893，芝加哥有24家电站1882年，德国慕尼黑国际博览会，57km，1kV直流，密示巴赫水电站－现场1886年，美国开始使用变压器，远距离输电技术发展1891年，德国建立了最早的三相交流输电系统，鲁劳镇－法兰克福，95V－15kV－110V，现代电力系统雏形1898年，SamuelInsull当选NationalElectricLightAssociation主席，游说政府考虑规模效应，特许电力工业垄断经营1907年，纽约州管制委员会成立，行业垄断被认可一、电力工业为什么要引入竞争1920年代起，世界主要工业国家的电力工业走向了垄断经营。发输电技术新的发展状况：电网的规模效益依然明显，发电已具备竞争条件。1980年代末，打破垄断、引入竞争的电力运营体制改革在世界范围兴起。一、电力工业为什么要引入竞争2、为什么要竞争三方面的问题：电力工业的垄断模式会抑制其高效率运营的积极性，会滋生一些不必要的投资；电力工业运营不当所带来的失误、产生的损失不应该由用户来全部承担；电力公司作为公用事业部门与政府联系太密切，往往受到不必要的干预，失去投资的活力。竞争与管制下的垄断最大的不同在于由谁承担风险背景：社会大环境，电力技术现状。垂直一体化集团公司（VerticallyIntegratedUtilities）：发电、输电及配电均由一个电力公司完成。在传统管制方式下，这样的公司会在一定地理区域内对电力商品实施垄断。发电公司(GeneratingCompanies，Gencos)：生产与销售电力商品的公司。也出售如系统频率调节、电压控制及备用等支撑的服务，以使系统能保持电力供应的质量和安全。一个发电公司可以拥有一个发电厂或多个发电厂。独立于垂直一体化部门的发电公司又称为独立的发电运营商，简称IPP。二、相关公司与机构的定义配电公司（DistributionCompanies，Discos）：拥有并运营配电网的公司。在传统情况下，配电公司对直接接入他们网络上的用户拥有垄断权。在全面解除管制环境下，电力商品的销售从配电网的运行、维护及规划中分离出来。零售商（Retailers）：从批发市场上购买电力商品并销售给不愿意或者不被允许在批发市场参与交易的用户。零售商不必拥有发电、输电及配电的资产。一些零售商是发电公司或配电公司的附属公司。一个零售商对应的消费者不一定接入同一家配电公司的网络。电能交易所（PowerExchange，PX）：提供一个电能供求双方交易的场所。独立系统运行机构(IndependentSystemOperator,ISO)：负责维持电力系统的安全性。之所以称为独立的，是因为在一个竞争的环境下，系统必须公平的对待每一市场参与者。ISO一般仅拥有计算机与通信设备，用以实现对电力系统的监控。ISO在承担系统运行的同时也充当实时市场运营机构的角色。输电公司（TransmissionCompanies，Transco）：拥有输变电设备的公司，如输电线路、电缆、变压器及无功补偿设备等。他们依照ISO的指令来管理这些设备。输电公司有时也拥有发电子公司。而独立输电公司（ITC）没有自己的发电厂，此时他们也担任ISO的角色。监管部门（TheRegulator）：一个政府机构，负责保证电力市场运行公平、公正、公开的部门。他们决定市场的运行规则，调查、监督滥用市场力的可疑行为。同时也为垄断部门（输配电网）所提供的产品和服务设定价格。小用户（SmallConsumers）：从当地配电公司租赁与电力系统的连接，从零售商那里购买电力商品。他们参与市场的作用仅限于当有多家零售商时，他们有权进行选择。大用户（LargeConsumers）：与小用户相反，他们在电力市场中扮演积极的角色，可以直接从市场上购买电力商品。部分大用户可以提供控制自身负荷的能力，这是ISO用来控制系统运行的一种资源。有时大用户直接与输电系统相连。

模式一：垄断模式（Monopoly）（a）描述的是发电、输电及配电一体化的电力公司（b）描述的是发电与输电构成一个部门，该部门向当地的垄断

配电部门出售电力。这一模式不排除不同地域的电力公司

之间的双边交易，如图所示，这些交易发生在批发层面上。

三、电力市场的模式

模式二：单一买方模式（Purchasingagency）图（a）是电力工业引入竞争的第一步，电力公司不再拥有全部发电容量，独立发电厂商(IPP)接入电网，并将电力趸售给电力公司。图（b）是这一模式进一步的演变，电力公司的发电业务全部分离出去，不再拥有任何发电容量，他们向IPP购买电力再趸售给配电公司此模式中发电市场只有一个买方，缺乏充分竞争所需的足够多买方，因此这种模式竞争有限，仅仅在发电运营方面引入了竞争，所以缺乏自由市场经济的价格发现机制。在电力需求增长较快的发展中国家，常采用该模式作为吸引民间电力投资的重要途径。模式三：批发（趸售）竞争模式（Wholesalecompetition）在批发交易的层面上，仍然要集中进行的运作是现货交易市场的运营及输电网络的运行。在零售层面上，系统仍将处于集中控制之中，因为每一个配电公司不仅运营本地的配电网，还代表它所辖区域内用户的利益来购买电力。与模式二的不同是，配电公司可直接向发电商购电，大用户也被允许自主购买电力，这些交易均在批发市场中进行。批发市场可以是联营体或者双边交易的形式。

模式四：零售模式（Retailcompetition）在这种模式下，所有用户都可以自由选择电力供应商。由于交易成本的原因，只有大用户才会直接从批发市场上购买电力，中小型用户一般从零售商那里购电，而零售商在批发市场上购电。在这种模式下，配电公司的经营通常与零售活动分开，配电公司不再对其电网覆盖地区的电力供应拥有垄断权。这个模式中，唯一保留垄断作用的就是输电网和配电网。实现这一模式需要大量的复杂工作，如计量、结算、通信与数据传输等。输电与配电的费用需要向参与者收取，因为这些网络仍然是垄断的，所以仍需以管制为基础。

这些模式相互区别的关键点就在于各业务环节中引入竞争的程度以及谁有权选择竞争市场中的发电商。四种模式依次提供了逐渐增多的选择，也逐步缩小了垄断的范围。有争议的问题：在许多国家，电力行业竞争的引入是伴随着电力工业的私有化改革一同进行的。私有化是政府把公有制企业卖给个人投资者，于是这些企业就变为私有的、以营利为目的公司。但是，私有化并不是引入竞争的前提。上述4种模型都没有要求对应特定的所有权形式，公有制企业可以并且在很多情况下正在和私有企业进行竞争。

目标用户希望低电价、高服务质量和安全稳定供电；股东希望得到较高的投资回报；电力公司希望公司获得发展和采用新技术；政府希望实施全国性的能源政策和与经济发展相适应的电力发展方针；环境保护组织希望减少污染；监管者希望能够通过竞争实现资源的最优配置；一个国家或地区电力改革的具体实施方案必然是上述目标相互平衡的一个结果，这需要根据各地经济发展的不同阶段和电力发展的不同水平，明确改革的主要目标和次要目标而确立。四、改革的目标和制约因素

制约因素

受到多种因素的制约，其中最主要的：改革旧体制的代价对系统安全可靠性的保证安全可靠性指两方面：系统实时运行的安全稳定性和发输电设施扩建的充足投资运行：有足够的证据表明，厂网分开、发电竞争并没有必然地降低整个系统的稳定性水平。但很难证明的是，竞争的电力系统比集中管制的电力系统运行效率更高扩建：容量决策，发输协调问题1、英格兰电力市场及其演变（1）初期模式：1990.3.31a、结构

b、交易方式

c、定价方式

d、监管（2）成效和问题（3）NETA模式：2001.3.27（4）BETTA模式：2005.4五、国内外电力市场发展2、美国的电力市场化道路美国已经形成的有组织的电力市场包括新英格兰ISO、纽约ISO、PJM、德州ERCOT和加州ISO。这些市场内一般都存在集中的日前市场和实时市场，并允许进行短期的电力双边交易。典型的是加州和PJM市场。美国联邦能源监管委员会（FERC）于2002年7月31日颁布《标准电力市场设计》，试图为全美各区域的电力批发市场建设提供一个有效的统一标准

美国在放松电力管制过程中，出现了加州大停电和电价飞涨、电力公司申请破产保护这样的重大问题，令政府惊惶失措，令世人震惊。加州改革方案中存在固有的缺陷：一是强迫电力公司出售５０％的发电容量，而同时没有要求电力公司和发电商之间签订长期稳定的供购电合同。二是要求电力公司必须１００％从现货市场购电，没有期货市场，市场无法提供反映长期供求关系的价格信号。三是缺乏科学合理的价格传导机制，对最终用户的零售价格冻结，而批发市场价格可以大幅波动和上涨，使得处于中间环节的电力公司无所适从，价格倒挂，最终申请破产保护。四是保证电网用电增长需要的供电责任不落实，将这一重大责任寄托于市场的自我调节。另外，环保主义者对环境保护的不切实际的苛求，也是造成加州十年没有建发电机组，投产新的输电线路的原因之一。

美国最大的东部PJM市场根据实际情况选择了纵向整合电力改革模式，获得了成功。具体做法是：将各电力公司发电、输电、配电、供电进行功能性分离，财务分开核算。将输电分离交给系统独立运行者管理，不要求强制出售发电厂，引入竞争机制，逐步放开供电，用户有权选择供电商。PJM负责输电系统经营，进行职能管理，提出输电计划对发电厂进行调度，不拥有输电资产，公平为市场参与者提供输电服务和电力交易市场。电力公司及供电商分别对用户供电负责，供电负荷要有发电容量保证并有必要的备用容量，不足将受处罚。发电容量来源由三部分组成：（１）本公司电厂；（２）双边交易合同；（３）现货市场和一天期货市场。电力市场交易容量约占１５％左右。为反映电网内部能力限制和拥堵，电力市场实行分区边际定价机制。3、欧盟的电力市场欧盟于1996年12月19日一致通过关于放宽电力市场的指令，倡导建设统一电力市场，内容包括：一、有选择权用户可自由选择供电商，参与的欧盟及欧洲经济区１３个国家必须依据时间表开放供电市场。二、供电市场可采用不同的业务模式。一种是第三方接入：有选择权的用户和供电商可接入供电网络；允许采用纵向整合化系统，但必须将发电、输电和配电行业的会计账目分开；可采用管制价格或协商价格。另一种是单一买家：有选择权的用户可与独立供电商签订合同，但所有电力均由单一买家供应，而单一买家则按约定价格向合约供电商购买电力。三、对于发电市场，欧洲国家可选择采用招标机制或许可证制度来监管新的发电容量。

北欧电力市场由丹麦、芬兰、挪威和瑞典四国组成。四国电力100%参加NordPool的市场交易。长期发电合同由发电公司和用户自行签订，但要通过系统运行商即电网公司的输电安全校核，北欧日前发电计划由北欧日前市场统一组织交易，市场系统运营商负责组织平衡市场的交易。各发电公司、售电公司和全体用户可以通过电力市场进行电力、电量的自由买卖。北欧电力市场95%的电力、电量通过北欧电力市场的期货和现货交易来自动实现，发电企业根据合约自行安排发电计划并组织发电，交易信息需告电网调度机构。另有5%左右的电力需要通过电网调度机构组织的实时平衡交易来实现，以保证电网稳定运行。根据北欧电力市场规则，各国的电网公司（具体为各国国家电网公司的调度机构）可以也只能通过参加平衡市场调节电力供需平衡。4、俄罗斯电力市场

2008年7月1日，曾垄断俄罗斯电力行业的统一电力公司(RAO)停止运营，旗下火电资产被拆分为6家电力批发公司和14家区域发电公司，参与市场竞争；输电资产中220千伏及以上的骨干电网由新成立的联邦电网公司所有；配电资产除莫斯科和圣彼得堡配电公司外，其余9家跨区域配电公司将在2010年后进行私有化，而电力零售业务仍由配电公司负责。此外，俄政府还成立了独立的电力系统调度公司，并鼓励大用户直接购电。改革目标明确，建立适合电力行业特点的市场运行机制：明确将高压输电、低压配电和电力调度界定为垄断性业务，坚持由国家所有和控制；发电、售电、维修服务等则界定为竞争性业务，推进产权制度改革。5、我国的电力改革三个阶段：20世纪80年代改革开放后，经济发展，电力短缺，1995年实行多家办电1997年1月，国家电力公司成立。目标：政企分开，打破垄断，引入竞争，优化资源配置2002年3月，电力体制改革工作小组成立，任务：厂网分开、主辅分离、输配分开、竞价上网4月11日，国家计委公布电力体制改革方案2002年10月15日，中国电力监管委员会宣布成立2003年12月29日，中国电力新组建（改组）的11家公司成立大会在人民大会堂召开。两大电网公司：国家电网公司、南方电网公司五大发电集团：华能集团公司、大唐集团公司、华电集团公司、国电集团公司、电力投资集团公司四大辅业集团：中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司2004年1月15日，东北区域电力市场模拟运行在辽宁沈阳正式启动，成为我国第一个正式建立的区域电力市场。东北区域电力市场开放部分发电市场，采用两部制上网电价全电量竞争模式，容量电价由国家价格主管部门调整和制定，电量电价由市场竞争决定。模拟运行阶段将开展年度合同交易和月度合同交易，按多段报价方式进行，对报价进行网损修正，以市场总购电费最低为目标进行竞价交易。后续将适时开放发电权市场；按照国家有关文件规定，开展发电公司（厂）与大用户双边交易试点；建立辅助服务补偿机制。华东电力市场模拟运行启动于2004年5月18日，一期交易类型包括：年度合同、月度合约竞价、日前现货竞价和实时平衡机制。随着市场发育，将逐步开放周、季度及一年以上的电能交易。华东电力市场运行初期，约85%的电能交易以年度合同方式确定；15%左右的电能开展市场竞争。同时，各省电力公司作为购电者，在区域电力交易平台竞争购电。模拟运行期间，华东电力市场有竞价电厂59个，竞价机组171台，竞价容量4338.8万千瓦，占华东总装机容量的一半以上。2006年4月华东电力市场进入试运行阶段，有70多家发电企业，200多台机组参与市场竞争，竞争容量约为6000万千瓦，采用“全电量竞争加差价合约”的市场模式，按市场价格结算的电量约占总电量的10％。世界主要监管机构及电力市场的网址：英国监管机构OFGEM.uk

美国监管机构FERC英国市场 美国加州市场 美国PJM市场

北欧市场 www.nordpool.no

第二章

经济学的基本概念二、市场的基本原理1、市场需求－－消费者模型需求函数反需求函数（2）消费者总效用和消费者剩余

（3）需求弹性商品i的需求与商品j价格之间的交叉弹性

2.市场供给－－生产者模型（1）机会成本使用一种资源的机会成本（OpportunityCost）是指把该资源投入某一特定用途以后所放弃的在其它用途中所能获得的最大利益（2）供给函数与反供给函数（3）生产者的收益（4）供给弹性3、市场均衡4、帕累托（Pareto）效率帕累托效率可以指消费的帕累托效率、生产的帕累托效率以及社会一般的帕累托效率。社会一般的帕累托效率是指资源在生产者和消费者之间的分配达到最优。

偏离均衡点的交易，都不是帕累托效率的只有像在竞争市场中那样，商品以同一个边际替代率为基础分配，帕累托效率才能达到。5、社会效益和无谓损失

为了帮助生产者，政府可能实行商品的最低限价；为了保护消费者，政府可能对商品实行最高限价；最后，政府可能对某商品实行税收。外界干预在分别有利于生产者、消费者、政府的条件下，对社会效益进行了重新分配。不幸的是，所有这些干预也产生了负面效果，社会效益减少了面积E和F之和。社会效益的下降称为无谓损失，是价格扭曲引起交易量减少的结果。1、投入与产出生产函数边际产量递减定律

2、长期与短期短期和长期没有特定的界限区分，经济学家定义长期是一个足够长的时期，可以使所有的生产要素都得到调整。从另一方面说，短期内一些生产要素是固定的。

三、企业组织理论的概念

企业如何决策产量短期成本函数

x1=g(y)

(x2=

）3、成本（1）准固定成本（2）搁浅成本（沉没成本）（3）短期成本（4）长期成本

对于长期边际成本，有两点结论成立：仅在产量水平为y*时长期边际成本与短期边际成本相等，此时固定生产要素被最优化；长期边际成本曲线与长期平均成本曲线交于长期平均成本最小的产量水平处。只要长期边际成本小于长期平均成本，则长期平均成本下降，只要平均成本下降，则生产被称为呈现规模经济效应。(5)电能生产成本

从发电原理上机组主要分为两大类：火电机组:包括燃煤、燃油、燃气机组和核电机组；水电机组电力系统中的电源即发电机组在不同的研究目的下有不同的模型，在电力系统经济运行中，机组模型采用机组的输入输出模型，即输入的一次能源或费用与输出的有功功率之间的关系。火电机组的输入输出费用模型一般有三种表示形式：二次型费用曲线(元/h)线性费用曲线分段线性费用曲线（piecewisecurve）

除了输入输出费用特性，火电机组还有启动成本，表示为：

其中，、分别为汽机和锅炉的启动成本，是锅炉冷却时间常数。峰荷机组：这类机组的固定成本低，运行成本高，如燃气机组和CCGT机组，它们在短时间内的平均运行成本低，适合运行于峰荷时段，而不宜长时间运行。基荷机组：这类机组的固定成本高，运行成本低，如大型核电机组和燃煤机组，它们长时间运行的平均成本最低，适合承担基荷。腰荷机组：这类机组的固定成本和运行成本大约处在中间水平，通常是一些现有的旧机组。

除了商品的数量、质量和价格显然需达成一致外，当一个买者和一个卖者准备交易时，还有三个重要问题必须考虑：商品的交付日期；结算方式；可能与该交易有关的条件。买者和卖者如何解决这些问题定义了他们签订的合同的类型以及他们参与的市场的类型。四、市场的类型1、实时市场：卖者立即交付物品，买者“实时”付账，没有任何条件与交付有关。这意味着任何一方都不能取消该交易。优缺点：优点：简单、灵活、迅速缺点：价格波动范围大例：生产小麦的农场主和加工面粉的生产商农场主：面临天气的风险

生产商：机器停运的风险两者都面临市场上小麦价格的风险

风险管理过多的风险有碍经济发展。风险管理方式（1）控制风险

1）尽量减少技术问题发生的频率和减轻后果

2）减轻自然灾害的后果

3）合理设计电价机制避免电价的大幅波动

4）控制措施必须是合乎效益的（2）共享风险

1）保险：保险是以集中起来的保险费建立保险基金，用于对保险人因自然灾害或意外事故造成的经济损失给予补偿，或对人身伤亡和丧失工作能力给予物质保障的一种经济制度。

2）电力系统运行中的安全裕度（3）转移风险部分群体是风险喜好者，他们乐于接受风险并有能力在不同的投资行为中化解风险。这种风险管理工具多用于管理价格风险2、远期合同与远期市场（ForwardContract)

远期合同的细节如下：交货商品的数量和质量；交货日期；交货之后的付款日期；如果任何一方违约应交的罚金；交易的价格。

4月1日签合同：

1吨小麦，价格1000￥/吨，8月15日交货

8月15日收获后：卖主交付1吨小麦，买主付款1000￥双方如何议定价格？本质：风险共享3、期货合同与期货市场（FutureContract）物理交易与金融交易：投机商：一般不实施商品的物理交易通过参与多种商品交易来分散风险有风险管理的专业知识

签订的期货合同（交货期都是9月1日）

2吨，2200￥

2吨，1800￥1吨，950￥

1吨，1150￥合同实施日前：实时价格1000￥

以2200￥买入2吨以950￥买入2吨以1150￥卖出1吨以2200￥卖出2吨以1800￥卖出2吨交付4吨小麦以2000￥卖出2吨以1800￥买入2吨以950￥卖出1吨以1000￥卖出1吨

以1150￥买入1吨期货合同和远期合同的比较4、期权交易的基本概念（1）概念：期权又称为选择权，是指在特定期限内以事先商定的价格购买或出售某种商品的权利。有条件履行，价格由两部分组成：敲定价格或履约价格期权费（2）期权合约的内容期权的买方期权的卖方期权费敲定价格（strike）通知日（declarationdate）到期日（promptdate）（3）期权的分类：欧洲型与美国型履行合约的时间不同；美国型的选择权大，期权费高看涨期权与看跌期权看涨期权calloption

－－买权，对标的资产的价格看涨看跌期权putoption

－－卖权，对标的资产的价格看跌期权交易的终结方式：

1）对冲

2）行使期权

3）期权到期不用，自动失效5、差价合同

买卖双方无权选择采用远期、期货或是期权合同来规避价格风险时，通常借助差价合同，它与集中市场并列运作。在差价合同中，双方就履约价格(strikprice)和商品数量达成协议，然后他们像其它参与者一样加入集中市场。

两种形式单向差价合同：买电方差价合同－－买电方回避电价上涨的风险，相当于看涨期权卖电方差价合同－－卖电方回避电价下跌的风险，相当于看跌期权

双向差价合同：等同于一个合同价格为敲定价格的固定的远期合同。某钢铁公司想减少由于价格波动带来的风险，于是便与一家发电公司签订了差价合同。这个合同明确了在一年期限里的每个小时，交易数量为不变的500MW，价格为360￥/MWh。假设在某一小时交易的市场价格为380￥/MWh，在这小时内钢铁公司购买了500MW电，发电公司卖出了500MW电，因此，钢铁公司付款给电力交易中心500×380￥

发电公司从电力交易中心获得500×380￥

发电公司付给钢铁公司500×(380－360)￥。因此两个公司实际上以360￥/MWh交易了500MW的电力。如果市场价格低于360￥/MWh，为结算合同，钢铁公司将付款给发电公司相应的差价。五、不完全竞争的市场电力市场的定义：（1）电力市场是采用法律、经济等手段，本着公平竞争、自愿互利的原则，对电力系统中发电、输电、供电、用户等各成员组织协调运行的管理机构和执行系统的总和；（2）电力市场是相互作用、使电能交换成为可能的买方和卖方的集合。1、市场力市场力：市场参与者具有的较强的影响价格的能力市场力的例子

假设一家公司以每件商品￥1800的市场价格卖出10件，则它从商品的出售中获得收益￥18000。如果该公司决定仅提供9件该商品待售，结果商品的市场价格升高，该公司就具有市场力。如果价格上升至2000元，该公司即使卖出较少的商品也可获得同样的收益。而且由于它仅生产了9件而非10件商品，成本的减少也使利润增加。不必抑制生产，该公司还可以尝试以￥1800来出售9件商品，而1件商品以更高的价格出售，希望通过卖出最后一件商品来增加收益。4、博弈论基础（1）基本理论当竞争不完全时，每个厂商必须考虑它的产量会如何影响市场的价格；或者必须考虑如何选择价格才能尽可能多的占有市场，以实现其利润最大化。不完全竞争市场中的厂商行为，可用博弈论来分析。博弈论是一种方法论，它使用严谨的数学模型来解决现实中的利害冲突问题。博弈论与常规的优化决策理论的不同之处在于：

1）博弈论中参与者在利益上有冲