不同的电力交易模式对电力市场均衡的影响分析，本文主要内容关键词为：电力论文,模式论文,市场论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
根据经济学理论，当市场中的供给与需求两种力量相互作用达到市场出清时，就产生了均衡价格与均衡数量，这种状态即市场均衡（Market Equilibrium）。也就是说，商品的供给和需求，可以通过价格的自发调整达到出清状态。在不存在外部性、垄断、信息不对称、公共物品等市场失灵的条件下，完全竞争的市场均衡状态下就是资源配置的最佳状态，即实现了帕累托最优。但是现实经济生活中的市场结构基本均为不完全竞争结构，尽管可能实现市场均衡，但均衡价格与均衡产量偏离了帕累托最优状态，造成资源配置的非效率。
从经济学理论上分析，电力市场也可以通过交易主体之间在对电量和电价的竞争中达到市场均衡。对电力市场均衡的研究者，主要是从技术经济角度对影响电力市场均衡的因素或约束条件进行分析，利用数学函数求解等建立电力均衡模型。如王承民、刘剑平（2003）通过分析，认为在考虑网损和阻塞情况下，电力市场仍可以达到均衡状态，并通过实际系统的模拟，说明实时电力市场均衡状态是可行的。王见、李渝曾、张少华（2004）采用非线性互补方法来求解考虑了输电约束的线性供应函数的电力市场均衡模型，但并没有从电力交易模式角度对电力市场均衡作出分析。由于电力市场交易是电力产业引入竞争的主要表现，所以本文主要采用局部均衡分析方法，对不同电力交易模式下电力市场均衡的形成，尤其是均衡电价的形成以及市场势力的影响等作出比较分析。①
二、电力交易模式的理论与实践
当前，竞争性电力市场中采取的主要交易模式包括电力库模式、双边交易模式以及这两种模式的混合形式。
（一）电力库（Power Pool）模式②
电力库交易模式设计的理论出发点是：建立电力市场，需要在发电和售电环节引入有限竞争，但是，由于电能对输电网络的强依赖性，电力系统对可靠性与安全性有很高要求，而分散的电力交易可能会导致电力系统运行的不安全和市场势力的出现（因为除了电压等级、安全性要求外，电能产品的非差异化使得电力企业竞争更多集中在规模与价格上），所以可采用有限竞争和适度垄断的方式进行电力市场改革。即在现行的电力组织结构下，组建一个电力库，由其将所有发电量集中到一起进行销售，市场交易和调度运行可以由该机构统一管理，也可以另设机构担任市场交易的职能。如20世纪90年代英国的电力库交易中市场交易和调度机构合二为一，而美国加州则采取电力库交易与调度机构分开运行的方式。在电力库交易模式的极端情况即强制性电力库交易模式下，发电侧不能与需求侧直接建立交易关系，所有的电力交易必须由电力库来完成。③
电力库交易模式中电价与电量形成的过程如下：发电侧向电力库提交报价，电力库根据发电侧报价择优购买——即按一定的交易算法对市场进行结清（Clear The Market），从而确定各发电企业的发电量，最后由电力库来综合确定成交电价。④ 这种电力交易模式的特点是实行全电量竞争，即发电侧在自由报价的基础上，其所有发电量必须被强制性地出售给电力库，系统操作员则根据报价排序安排发电计划。可见，电力库交易模式在保证电能质量和系统安全运行的目标下，兼顾了部分市场效率，即在发电侧实现了发电电价（上网电价）的竞争，但是，电力库作为唯一的买方，则具有很强的垄断势力。⑤ 为了规避市场电价变动的风险，发电侧往往可以与电力库签订双边的差价交易合约。⑥ 这一制度设计使电能交易双方有效规避价格风险，是价格形成的重要因素。
（二）双边交易模式
双边交易模式，是指发电侧与供电侧或者需求侧直接签订电力交易合同，由双方通过协商确定交易电量与交易电价。双边交易模式具备以下特点：
1.可通过买卖双方自发形成的市场供需力量进行资源的优化配置，避免其他非市场因素的干扰。
2.为市场主体提供更大的灵活性。电能的质量、数量、价格等都可以由交易双方自由协商确定。
3.市场主体可通过签定各种双边合同组合降低经营风险，如签定长期电量销售合同或增补价格调整条款等。
4.更多市场主体参与，增加了开放性与竞争性。由于发电侧与需求侧可直接进行电能交易，有效削减了电力产业组织中的垄断势力，市场竞争更加充分。
此外，还有所谓的自愿型电力库、双边协调性电力库以及英国的新交易制度（New Electricity Trading Arrangement,NETA）⑦。这些交易模式都可以被认为是双边交易和电力库交易同时存在的混合型交易模式。这些混合型交易模式，由于有更多的交易主体与市场协调机构（如金融机构、电力调度或其他市场参与者）参与电力交易，使市场结构更加复杂化，可能会形成不同程度的市场势力，电力市场均衡以及均衡电价形成将更加复杂化。
三、基于不同交易模式下对电力市场均衡的经济学分析
由于市场交易模式主要基于电力库与双边交易，所以，本文主要针对这两种交易模式下的电力市场均衡，对各种交易模式下可能形成的市场结构下的均衡电价的形成以及垄断势力特点作出比较分析。
（一）电力库交易模式下的电力市场均衡分析
在电力库交易模式下，电量的购买者即电力库，它是各发电企业上网电量的唯一买方，同时是向需求侧或供电侧出售电量的唯一卖方。⑧ 电力市场被人为分割为两个市场，一是买方垄断的发电侧市场，二是卖方垄断的售电侧市场。联系两个市场的关键角色即电力库。
从发电侧市场分析，卖方即发电侧可能形成垄断竞争结构或寡头垄断结构。买方则是具备完全买方垄断势力的电力库。从各国的电力市场改革的实践与趋势分析，电力管制较严的国家或者处于电力市场改革初期的国家，发电侧多设计为寡头垄断市场结构，如中国；而电力市场竞争性较强的国家，发电侧的市场结构趋向于垄断竞争结构，如美国。
首先，笔者先对电力库交易模式中发电侧垄断竞争结构、电力库完全垄断下的市场均衡进行简单分析。
由于电能与普通商品不同，不存在外观、形状上的差异，其差异主要体现在电能质量以及传输时的安全性、可靠性与电压等级等性质方面。所以，发电侧形成垄断竞争结构主要是由于独立发电商数目较多，而非所提供电能的差异性的原因造成。
为了提高发电与输电效率，体现电价的杠杆作用，在系统的调度、信息技术以及交易、结算技术的支持下，电能现货交易体现了电力库交易模式的竞争机制。但是为了规避电力价格风险，以及避免发电侧可能形成的价格联盟，实际操作中，发电侧与电力库采取远期合约的交易方式也较为常见。不论采取何种交易方式，在该交易模式下，电力库作为上网电能的单一买方，其对交易规则的制定、价格的最终决定等方面的垄断势力远大于发电侧。
电力库交易模式下，卖方垄断竞争、买方垄断结构的电力市场均衡分析见图1。
图1 电力库交易模式下买方垄断下的电力市场均衡
其中，电力库的需求曲线D，是指在各种可能的电价水平下， 基于对负荷的预测所给出的购买电量，可近似认为是电力终端用户的需求曲线。该需求曲线与价格呈反比，需求弹性较小，也是，电力库的边际价值曲线（MV,Marginal Value）⑨。电能供给曲线是由发电侧各企业的报价曲线水平迭加而成，如果各发电企业均是按照近似的边际成本报价，则电能供给曲线可近似看作其边际成本曲线的水平加总。该曲线即买方垄断者的平均支出曲线（AE,Average Expenditure）⑩。
根据经济学理论，卖方垄断市场结构下，如果买方为完全竞争则市场均衡点为Ec，Ec时的均衡电价Pc与均衡电量Qc是由发电侧报价曲线与电力库需求曲线所决定。如果买方处于垄断态势则市场均衡点为Em。均衡数量Qm由电力库的边际价值曲线（即电力库需求曲线）与边际支出曲线交点决定，均衡价格Pm则是发电侧报价曲线（即电能供给曲线）上这一均衡数量对应的价格。
显然，电力库买方垄断下的均衡电价Pm，低于完全竞争下的均衡电价Pc，上网均衡电量Qm则低于买方完全竞争下的均衡电量Qc。这种低价格低、数量的市场均衡主要是因为电力库的市场买方势力造成的。
其次，在电力库交易模式下，如果发电侧市场结构为寡头垄断，其市场均衡则需要分以下几种情况进行分析。
一是发电侧的市场结构虽为寡头垄断，但竞争力度较强，则分析思路与图1 较为接近。不过，寡头间的上网电量份额分配则与其市场势力的强弱有直接关系。由于寡头联盟对价格的控制能力强于垄断竞争的发电侧，所以形成的均衡电价往往会高于图2中的Pm。
二是寡头间相互勾结，建立卡特尔联盟，则可近似形成双边垄断的市场结构，即买方垄断与卖方垄断并存（见图2）。
图2 电力库交易模式下买方垄断与卖方垄断并存时的电力市场均衡
根据经济学理论，不难确定Ec、Eb与Es分别为完全竞争时的电力市场均衡、电力库买方垄断下的电力市场均衡与发电侧完全垄断时的电力均衡。Pc、Pb与Ps分别为完全竞争时、电力库买方垄断下与发电侧完全垄断时的均衡电价，Qc、Qb与Qs分别为完全竞争时、电力库买方垄断下与发电侧完全垄断时的均衡电量。通过均衡电价与均衡电量的比较，不难发现，存在Ps＞Pc＞Pb与Qs＜Qb＜Qc的关系。
在电力库买方垄断、发电侧因为勾结形成的卖方垄断并存的市场结构下，均衡电价往往取决于双方“讨价还价”的力量对比。如果电力库对发电侧的财务约束力和法律制度约束力较强，那么电价就会接近Pb，如果发电侧的市场力强大，电力库缺乏对其的制约，那么，均衡电价就会接近Ps。
总之，电力库交易模式下，均衡电价是否高于或低于完全竞争时的均衡电价，取决于发电侧的市场结构，但均衡电量均低于完全竞争时的数量，所以都存在资源配置的失灵。尤其需要注意的是，即使电力库交易模式下形成了较低的均衡电价，也并不代表需求侧获取了较高的经济福利，因为电力库往往作为电力市场上的单一批发商，以较低的价格从发电侧购买电能，又将借其卖方垄断势力以较高的价格向供电侧和需求侧销售电能（如果由输配合一的电网公司承担电力库职能时，则是向需求侧销售电能）。
（二）双边交易模式下的电力市场均衡分析
双边交易模式下，电力用户可以与发电企业直接交易，输电网络向所有的发电企业以及电力用户公平开放。从理论角度出发，发电侧同样可能形成垄断竞争或者寡头垄断的市场结构，但是需求侧的用户数目较多，则可近似视作完全竞争的买方市场结构。
首先，对双边交易模式下，卖方处于垄断竞争结构下的电力市场均衡，从短期与长期角度分别进行经济学分析。
一是发电侧的短期市场均衡。假设发电侧均是按照各自的边际成本曲线进行报价，根据边际成本等于边际收益的利润最大化目标进行发电量与上网电价的决策。根据微观经济学理论，当主观需求曲线与客观需求曲线相交，边际成本等于边际收益两个条件同时满足时，则发电商处于短期均衡状态。具体分析见图3。
图3 双边交易下发电侧垄断竞争结构的发电商的短期均衡
其中，曲线D代表发电商的客观需求曲线， 即该发电商降价后市场上其他的发电商也降价，该发电商面临的实际市场需求曲线；曲线d 代表的是主观需求曲线，即发电商认为自己在降价后其他发电商并未降价的市场需求曲线，MR是主观需求曲线所对应的边际收益曲线，MC是发电商的边际成本曲线。
二是发电侧的长期均衡。在长期经营中，发电侧面临着需求与供给的不断调整，其均衡电价与均衡电量也会不断变动，直到形成长期均衡E[*]，即当电力价格等于长期平均成本，边际收益等于长期边际成本，主观需求曲线与客观需求曲线相交这三个条件同时满足时的状态。长期均衡下，电力市场上不存在发电商的退出与进入，电价与电量都处于相对稳定的状态，发电侧均达到了长期均衡。具体分析见图4。
图4 双边交易下发电侧垄断竞争结构的长期均衡
其中，LAC是发电商的长期平均成本曲线，LMC是发电商的长期边际成本曲线，单个发电商的均衡电价与均衡电量分别为P[*]与Q[*]。假设发电侧企业规模类似，则该电价P[*]即市场均衡电价，市场的均衡电量则是所有发电侧企业的均衡电量之和。均衡电价高于完全竞争时的均衡电价，均衡电量则低于完全竞争时的均衡电量。
双边交易下，如果发电侧为寡头垄断结构，则电力市场均衡较为复杂，甚至难以存在。可以通过作出相应假设，比如采用古诺双头寡头模型、卡特尔模型或者伯特兰德模型（折弯的需求曲线模型）分别进行分析。根据经济学理论，可以确定的是，寡头垄断市场结构下，发电侧对市场价格的控制力显然强于垄断竞争市场结构。
由于电力市场实践中多采用混合型交易模式，即电力库与双边交易模式的混合模式，需要综合考虑两种交易模式的份额以及交易电价及其交易行为的相互影响，市场均衡的分析将更具复杂性，而且可能难以给出稳定的均衡价格。(11)
四、初步的结论
在电力库交易模式下，可能形成电力库与发电侧双边垄断或者电力库单边买方垄断的市场结构，双边对价格的控制权都非常强。在双边垄断的市场结构下，电力库与发电侧对价格的控制权主要取决于其市场势力的强弱对比，如果电力库处于强势垄断地位，则市场均衡价格将会较低，如果发电侧处于强势垄断地位，则市场均衡价格较高；(12) 双边交易模式下，由于市场参与者众多， 往往会形成发电侧垄断竞争的市场结构，尽管市场均衡价格高于完全竞争理论下的均衡价格，但由于竞争较为充分，发电侧对价格的控制权下降，价格形成会较电力库而言更有利于需求侧。尽管本文没有对双边交易下发电侧的寡头垄断市场结构展开分析，但根据经济学理论，可以判断的是，这种市场结构下，往往会增加发电侧的价格控制权，所以价格形成将会有利于发电侧。
总之，基于以上对不同交易模式下的电力市场均衡的经济学分析，可以得出初步结论：一是电力交易模式的设计对电力市场结构的形成有直接影响；二是均衡电价的形成受到垄断势力影响，并向有利于垄断势力强的一方变动；三是相对于双边交易而言，电力库下的垄断势力更强。（因为存在发电测市场中的买方垄断以及售电测市场上的卖方垄断）。
所以，在电力市场改革中，出于减少垄断市场结构下经济效率的损失与消费者福利的不利影响，完善有效的电价形成机制，要求管制机构在充分考虑国家或区域的制度环境、资源环境、产业结构与产业组织以及可能承担的改革成本的基础上，对电力市场交易模式给予先验的理性设计，即要基于不同电力交易模式下的市场垄断势力与均衡电价的不同，对电力交易的经济效率、安全可靠性、管制成本和有效性等给予统筹考虑，作出合理选择并给予有效管制。
此外，由于本文的分析主要立足于微观经济学的理论假设，并未考虑产业关联度、经济政策、市场供需结构等环境因素与具体的电力竞价方式。但在实际操作中，发电侧的电价形成除了受到交易模式影响，还会受到具体的交易规则、竞价方式或交易方式的影响，电力供需结构，以及煤炭、天然气、石油等能源产品的价格形成、供需结构，关联企业的增长速度与产业前景，政府的产业、投资、价格、财政、货币等经济政策也都会对电力市场改革，以及电价形成机制带来不同程度的影响。这些经济变量都是对所分析模型的假设的修正以及系统中分析变量的调整，将需要更深入的后续研究。
注释：
① 本文暂不考虑相关产品（如煤炭等投入品与天然气等替代品）的价格变化对电力市场的影响，相关价格变量的引入将在后续的研究中展开。
② 这是电力产业进入市场竞争以来最早的一种交易模式， 英国电力市场改革早期采用的就是该模式。
③ 本文的电力库交易模式主要是指强制性电力库。
④ 在实际的电力库交易中， 往往采取统一的系统边际电价或者边际发电侧报价作为电价结算基础。前者是指满足系统平衡时最后一台机组的报价作为全部上网电量的结算价格，后者是通过排序，以到满足系统平衡时各自的报价作为各发电企业上网电量的结算基础。
⑤ 在电力市场改革早期，出于对电力系统安全性的考虑， 一般都由电网企业承担电力库的职能，如英国。所以电网往往集电能输送、调度以及发电侧上网电量单边购买等多项职能，垄断了电能的购买、向零售商的供给以及电能传输。
⑥ 所谓差价合约交易是指交易双方在未来某一时间内， 对一定数量的电量以某种财务方式进行结算的交易。
⑦ NETA是在电力库模式基础上更深层次、更加市场化的混合型电力交易模式，其基础是发电侧、供电侧、中间商和需求侧之间的双边交易，原电力库的功能则变为一种平衡机制（Balance mechanism）， 即一个市场交易额不大的“实时平衡市场”。这种交易模式下，期货交易和远期双边合同交易成为主要的交易方式。
⑧ 笔者所分析的电力库主要指强制型的电力库，即电力库要求发电侧所有企业的全部电量上网竞价。
⑨ 边际价值，即买方消费单位产品时总消费效用的增加值，边际价值与消费数量之间的数值对应关系就构成了边际价值曲线。实际上，电力库的边际价值曲线也来源于最终用户，即需求侧。
⑩ 对于买方而言，购买单位数量时的平均支出，即商品价格。实际上， 就是市场的供给曲线。边际支出（ME,Marginal Expenditure）是指对于买方而言，增加购买单位产品时总支出的增加额。完全竞争的买方市场结构下，由于买方对于商品价格没有影响力，所以边际支出就是平均支出。但在买方垄断的市场结构下，边际支出高于平均支出，边际支出曲线位于平均支出曲线的上方。
(11) 笔者对双边交易下的寡头垄断市场结构的电力均衡以及混合型交易模式将在进一步的理论研究中深入展开分析。
(12) 同上分析，即使形成较低的均衡电价，也仅是提高了电力库的经济利益，而不是为需求侧获取。需求侧可能由于其在零售市场中的劣势竞争地位，而承受较高的终端电价。
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