近年來，環(huán)境問題、能源安全問題日益突出，促進(jìn)低碳可再生能源的發(fā)展、促進(jìn)電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型成為多個(gè)國家能源政策、能源體制改革的核心目標(biāo)。包括美國PJM、英國和澳大利亞等在內(nèi)的國際上多個(gè)較為成熟的電力市場都是基于以傳統(tǒng)火電為主要電源的電力系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，未考慮大量風(fēng)、光等波動(dòng)性一次能源及低運(yùn)行成本電源的影響，無法充分、合理反映各種靈活性資源的價(jià)值并對新環(huán)境下充足發(fā)電容量投資進(jìn)行有效激勵(lì)?；谶@一現(xiàn)狀，適應(yīng)新形勢的電力市場設(shè)計(jì)成為廣泛關(guān)注的內(nèi)容。

2015年以來，我國啟動(dòng)了新一輪的電力體制改革，包括中長期市場、零售市場、現(xiàn)貨市場等在內(nèi)的市場體系不斷完善，包括山西、廣東等省份在內(nèi)的多個(gè)地區(qū)的現(xiàn)貨市場已經(jīng)進(jìn)行了一年以上的連續(xù)結(jié)算試運(yùn)行。我國電力市場在設(shè)計(jì)過程中廣泛借鑒國外成熟電力市場的經(jīng)驗(yàn)，也同樣面臨適應(yīng)低碳轉(zhuǎn)型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)。解決以上問題需要新的市場設(shè)計(jì)，包括反映多元價(jià)值的新型產(chǎn)品體系的設(shè)計(jì)，以及反映多元物理和經(jīng)濟(jì)特性的新型交易機(jī)制的設(shè)計(jì)等。多個(gè)學(xué)者指出，電力市場是經(jīng)濟(jì)社會中唯一需要設(shè)計(jì)的市場。市場設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將直接影響市場的效果。缺乏系統(tǒng)性、長期性、動(dòng)態(tài)性考慮的市場設(shè)計(jì)，不僅達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)，可能還會造成相反的結(jié)果。本文結(jié)合經(jīng)濟(jì)學(xué)中“機(jī)制設(shè)計(jì)”的相關(guān)理論，對當(dāng)前電力市場機(jī)制設(shè)計(jì)中存在的一些反直覺問題開展分析，并對研究方法進(jìn)行討論。

促進(jìn)能源低碳轉(zhuǎn)型的市場機(jī)制

(相關(guān)資料圖)

為應(yīng)對氣候變化、保證能源安全，大力發(fā)展低碳、可再生能源已成為多個(gè)國家能源轉(zhuǎn)型的要求。但與此同時(shí)，伴隨著全球氣候變化和能源轉(zhuǎn)型的加速，世界各地電力市場中緊急事件接連不斷。2020年8月，美國加利福尼亞州電網(wǎng)連續(xù)2天出現(xiàn)了用電高峰時(shí)期切負(fù)荷運(yùn)行的限電事故，共計(jì)1.47吉瓦負(fù)荷被限制；2021年2月，美國得克薩斯州經(jīng)歷了連續(xù)極端低溫天氣誘發(fā)的大停電事故，事故中執(zhí)行了最高20吉瓦、最長持續(xù)4天的負(fù)荷輪停；2022年6月14日，美國中東部斷電用戶達(dá)到50萬戶；2022年6月15日，由于數(shù)日頻繁出現(xiàn)電力供應(yīng)緊張的預(yù)警，澳大利亞電力市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)在實(shí)施多次市場干預(yù)無果后宣布暫停運(yùn)行現(xiàn)貨市場。雖然對于這些事件的發(fā)生與電力市場的設(shè)計(jì)是否有關(guān)，有何關(guān)系尚未達(dá)成一致意見，但對電力市場的設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，以更加適應(yīng)新能源占比不斷提高，以及大量新能源、儲能、主動(dòng)負(fù)荷、虛擬電廠等新型主體參與的情況已得到廣泛認(rèn)可。

傳統(tǒng)的市場化機(jī)制面臨的挑戰(zhàn)可總結(jié)為以下五個(gè)方面：

一是低碳等政策性目標(biāo)對電力市場的影響加強(qiáng)，需要對促進(jìn)政府與市場協(xié)調(diào)作用的混合市場設(shè)計(jì)進(jìn)行研究；

二是風(fēng)光等隨機(jī)、波動(dòng)性電源的增加，促進(jìn)不同時(shí)間尺度的儲能的大量接入，需要研究適合儲能的物理、經(jīng)濟(jì)特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及交易機(jī)制設(shè)計(jì)；

三是大量主動(dòng)負(fù)荷、虛擬電廠等的參與導(dǎo)致市場主體的類型及數(shù)量增加，需要研究適合海量、異質(zhì)資源參與的新型交易機(jī)制；

四是大量零邊際成本或低邊際成本資源參與市場的情況下，如何保證各類資源的總成本的合理回收，如何促進(jìn)充足、合理的發(fā)電投資；

五是電網(wǎng)的平臺作用增強(qiáng)，如何建立促進(jìn)源網(wǎng)荷協(xié)調(diào)發(fā)展的輸配電規(guī)劃、定價(jià)與管理機(jī)制。以上問題的解決均需通過設(shè)計(jì)新型的市場機(jī)制來應(yīng)對。

機(jī)制設(shè)計(jì)概述

經(jīng)濟(jì)學(xué)中，機(jī)制是規(guī)則和制度的總稱，機(jī)制設(shè)計(jì)理論是在自由選擇、自愿變換、信息不完全及決策分散化的條件下，研究如何設(shè)計(jì)一套機(jī)制以達(dá)到既定目標(biāo)的理論。機(jī)制設(shè)計(jì)是博弈論和社會選擇理論的綜合運(yùn)用，即如何構(gòu)造博弈形式，使得博弈的解最接近需要滿足的目標(biāo)。機(jī)制設(shè)計(jì)理論提出了對機(jī)制進(jìn)行評估的一些標(biāo)準(zhǔn)化的性質(zhì)與原則，包括最優(yōu)、有效、激勵(lì)相容、參與約束、預(yù)算平衡等。

最優(yōu)指從機(jī)制設(shè)計(jì)者的角度，實(shí)現(xiàn)機(jī)制設(shè)計(jì)者的最佳目標(biāo)。機(jī)制設(shè)計(jì)者的目標(biāo)可以是多方面的，比如對拍賣來說，可以是拍賣者的收益最大或中標(biāo)者的效益最大；對電力市場來說，可以是購電成本最小、發(fā)電成本最小或者新能源消納最大等。

有效即通常所謂的資源配置最優(yōu)，或者說社會福利最大。在需求沒有彈性的情況下，資源配置最優(yōu)等價(jià)于系統(tǒng)成本最小化。比如在電力現(xiàn)貨市場中，不考慮網(wǎng)絡(luò)成本及需求彈性的情況下，資源配置最優(yōu)等價(jià)于總發(fā)電成本最小。資源配置最優(yōu)是電力市場設(shè)計(jì)中最常見的、最主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

激勵(lì)相容是電力市場中受到較多關(guān)注的概念。機(jī)制設(shè)計(jì)中，激勵(lì)相容是指個(gè)體的最優(yōu)行為與機(jī)制設(shè)計(jì)者的目標(biāo)一致。前面提到，機(jī)制設(shè)計(jì)者的目標(biāo)可能有不同的方面。如果機(jī)制設(shè)計(jì)者的目標(biāo)是有效，即社會福利最大，則激勵(lì)相容意味著每個(gè)市場主體在按自己利潤最大化目標(biāo)進(jìn)行決策的情況下，市場可以自動(dòng)促進(jìn)全社會福利的最大化。在完全競爭、具有完全對稱的信息的完美市場中，激勵(lì)相容是可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，但由于現(xiàn)實(shí)中的市場往往不是完美競爭的市場，因此激勵(lì)相容的實(shí)現(xiàn)需要基于特別的市場設(shè)計(jì)，并且在一些情況下可能無法實(shí)現(xiàn)。

參與約束又稱個(gè)人理性，就是要保證市場主體參與市場比不參與好，市場主體可自愿參與市場。參與約束可以從短期和長期兩個(gè)維度看。以發(fā)電商為例，短期看，參與約束意味著發(fā)電機(jī)組可以在現(xiàn)貨市場中收回全部的變動(dòng)成本；長期看，參與約束意味著短期利潤的累積，以及從容量市場獲得的收入能覆蓋全部的固定成本。參與約束是市場設(shè)計(jì)中，特別在我國電力市場的設(shè)計(jì)中容易忽略的原則。

預(yù)算平衡主要從市場運(yùn)營或結(jié)算機(jī)構(gòu)的角度考慮，要求總體收支平衡，主要針對供、需雙方進(jìn)行報(bào)價(jià)的情況。電力市場中的“不平衡資金”問題可以認(rèn)為就是一種預(yù)算平衡問題。在我國電力市場的建設(shè)初期，廣東、山東等多個(gè)現(xiàn)貨市場試點(diǎn)省份在結(jié)算試運(yùn)行中都出現(xiàn)了不平衡資金問題，引起了廣泛關(guān)注。

1996年被授予諾貝爾獎(jiǎng)的維克瑞拍賣（Vickrey Clarke Groves，VCG）是一種多件物品密封競價(jià)拍賣機(jī)制，其同時(shí)滿足激勵(lì)兼容和個(gè)體理性的條件，并且在所有單物品拍賣滿足有效、激勵(lì)兼容且參與約束的機(jī)制中，VCG機(jī)制可使得每個(gè)競拍者的期望值最大化。

對一些復(fù)雜的拍賣問題，如雙邊參與的多產(chǎn)品拍賣問題，可能不存在同時(shí)滿足有效、激勵(lì)相容、參與約束及預(yù)算平衡的機(jī)制，因而造成了相關(guān)市場設(shè)計(jì)的困難。例如在電力市場的三部制報(bào)價(jià)（包括啟停成本、空載成本和增量成本三個(gè)部分）下，交易機(jī)構(gòu)為了激勵(lì)主體按成本報(bào)價(jià)（即為了保證滿足參與約束目標(biāo)），需要對主體進(jìn)行額外的費(fèi)用支付（即全成本補(bǔ)償），進(jìn)而造成交易機(jī)構(gòu)整體的收支不平衡（不滿足預(yù)算平衡目標(biāo)），繼而需要通過分?jǐn)偟姆绞剑聪蛴脩羰杖plift費(fèi)用）去解決收支不平衡問題，而在此過程中又會造成一些價(jià)格信號的扭曲。因此，對電力市場復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)者常常需要在多個(gè)目標(biāo)之間進(jìn)行權(quán)衡。

電力市場機(jī)制設(shè)計(jì)中典型的反直覺問題

反直覺就是看起來有一個(gè)明顯、簡單的結(jié)論，但正確結(jié)論卻與人們的直覺所想相反。反直覺問題存在于很多領(lǐng)域：經(jīng)濟(jì)學(xué)的盧卡斯批判，社會學(xué)中的非理性決策、群體極化、自證預(yù)言效應(yīng)，教育學(xué)中的混淆練習(xí)和分散效應(yīng)，數(shù)學(xué)中的貝葉斯悖論，物理學(xué)中的相對論時(shí)間膨脹，哲學(xué)中的資本主義的“假象自由”等。盡管不同領(lǐng)域的叫法各不相同，但以上現(xiàn)象的本質(zhì)都是一種反直覺的問題。

在電力市場的機(jī)制設(shè)計(jì)中，反直覺現(xiàn)象可以簡單描述為：對市場設(shè)計(jì)中的某個(gè)環(huán)節(jié)，其實(shí)際的效果與設(shè)計(jì)預(yù)期不一致，甚至是相反的。這里的效果，可以從機(jī)制設(shè)計(jì)的目標(biāo)，即有效、最優(yōu)、個(gè)人理性、激勵(lì)相容、預(yù)算平衡等角度考慮。實(shí)際上，這幾個(gè)方面的目標(biāo)通常不是相互獨(dú)立的，在實(shí)際市場中可能會互相影響。比如，如果市場機(jī)制不滿足參與約束，可能導(dǎo)致市場主體不滿足激勵(lì)相容的行為，進(jìn)而導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)資源配置最優(yōu)的目標(biāo)。

電力市場設(shè)計(jì)中存在很多典型的反直覺的例子。這里對常見的幾個(gè)例子進(jìn)行簡要的分析。

一是邊際成本定價(jià)（Marginal Clearing Pricing,MCP）與按報(bào)價(jià)結(jié)算（Pay as Bid,PAB）兩種定價(jià)機(jī)制的比較。直覺分析可知，采用PAB機(jī)制可以降低平均購電成本，但如果考慮市場主體的策略性報(bào)價(jià)，在一些情況下可能出現(xiàn)PAB機(jī)制下成本更高的反直覺結(jié)果。

二是較低的價(jià)格上限。一些情況下市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)會設(shè)置較低的價(jià)格上限，以期望降低用戶的用電成本。但是，此行為可能會抑制在正常電價(jià)下可以實(shí)現(xiàn)盈利的發(fā)電的投資，因此，從長期看導(dǎo)致該類電源供給的短缺，使得在電力緊缺時(shí)供電依賴于更加昂貴的資源或通過停電保證電力系統(tǒng)的安全，導(dǎo)致了總體用電成本的提高。

三是為了實(shí)現(xiàn)不同成本機(jī)組的同臺競價(jià)而對高成本機(jī)組實(shí)施“變動(dòng)成本補(bǔ)償”機(jī)制。該機(jī)制的設(shè)計(jì)初衷是避免高成本機(jī)組按真實(shí)成本報(bào)價(jià)抬高整體的出清價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)降低電價(jià)的目的。但是，如果補(bǔ)貼的存在會改變機(jī)組的報(bào)價(jià)從而改變優(yōu)先排序，一些情況下可能出現(xiàn)補(bǔ)償下總體購電成本（包括補(bǔ)償成本）更高的反直覺結(jié)果。

四是基于節(jié)點(diǎn)定價(jià)的市場中對發(fā)電側(cè)采用基于加權(quán)節(jié)點(diǎn)電價(jià)計(jì)算的分區(qū)電價(jià)的定價(jià)方式。這種方式的初衷是為了在采用分區(qū)定價(jià)的情況下盡量降低電價(jià)（區(qū)域的節(jié)點(diǎn)加權(quán)平均價(jià)格比區(qū)域邊際價(jià)格低），但在考慮發(fā)電為滿足個(gè)人理性而進(jìn)行的策略性報(bào)價(jià)的情況下，同樣可能得到提高總體電價(jià)水平的結(jié)果。

五是三部制報(bào)價(jià)下成本不完全補(bǔ)償?shù)膯栴}。在我國多個(gè)現(xiàn)貨市場試點(diǎn)地區(qū)中，對按照啟停、空載、能量進(jìn)行三部制報(bào)價(jià)的機(jī)組對市場收入與報(bào)價(jià)成本之差沒有進(jìn)行補(bǔ)償，或沒有完全補(bǔ)償。比如，對差額部分按現(xiàn)貨電量的比例進(jìn)行補(bǔ)償。其出發(fā)點(diǎn)是避免發(fā)電獲得過多的收益，從而提高電價(jià)。但在考慮策略性報(bào)價(jià)的情況下，不補(bǔ)償或不完全補(bǔ)償時(shí)，用戶側(cè)的平均電價(jià)可能反而升高。

六是低碳及可再生能源支持政策。強(qiáng)制保證可再生能源全額消納是促進(jìn)可再生能源消納、降低碳排放的一項(xiàng)政策，在可再生能源比例較小的情況下可以實(shí)現(xiàn)最初的目標(biāo)。但在可再生能源占比逐漸提高，并考慮配套可再生能源消納所需要的調(diào)節(jié)服務(wù)的情況下，某些場景的可再生能源消納量的增加可能反而造成總體排放的增加。

電力市場機(jī)制設(shè)計(jì)中導(dǎo)致反直覺問題的原因

有多方面的原因可能導(dǎo)致電力市場產(chǎn)生反直覺現(xiàn)象，這里從電力市場的動(dòng)態(tài)性、系統(tǒng)性和長期性三個(gè)方面進(jìn)行簡要討論。

動(dòng)態(tài)性主要從市場主體行為的角度考慮，即市場中主體的策略或報(bào)價(jià)不是靜止不變的，而是隨著市場規(guī)則、環(huán)境和其他市場主體行為的變化而變化。如果在市場機(jī)制研究中未考慮主體的策略性報(bào)價(jià)行為，局限于以固定報(bào)價(jià)參與市場的假設(shè)，則實(shí)際市場的結(jié)果和靜態(tài)分析下的結(jié)果可能會不一致，甚至相反。

系統(tǒng)性主要描述電力市場中多個(gè)產(chǎn)品、多種交易、多種主體及多維目標(biāo)之間的耦合關(guān)系。如果在對具體的某個(gè)機(jī)制進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中未考慮其他主體、其他環(huán)節(jié)、其他目標(biāo)的影響，整體上看可能會產(chǎn)生反直覺的結(jié)果。

長期性主要考慮長期目標(biāo)與短期目標(biāo)、長期效果與短期效果之間的關(guān)系。短期內(nèi)發(fā)揮作用的機(jī)制，在長期可能產(chǎn)生反直覺的結(jié)果，如前所述的設(shè)置較低的價(jià)格上限導(dǎo)致的結(jié)果。

前述典型例子中，PAB定價(jià)機(jī)制、變動(dòng)成本補(bǔ)償機(jī)制、發(fā)電側(cè)基于加權(quán)節(jié)點(diǎn)電價(jià)的分區(qū)定價(jià)機(jī)制及全成本補(bǔ)償機(jī)制產(chǎn)生反直覺問題的原因都是缺乏動(dòng)態(tài)性的考慮，即缺乏對市場主體策略性行為的考慮；可再生能源全額消納政策得到反直覺結(jié)果的原因是缺乏市場多個(gè)部分之間的系統(tǒng)性的考慮；而設(shè)置較低的價(jià)格上限則是在市場設(shè)計(jì)中缺乏對長期結(jié)果的考慮，造成反直覺問題。

機(jī)制設(shè)計(jì)中反直覺問題的研究方法

針對電力市場設(shè)計(jì)中廣泛存在的反直覺問題，在評估某一具體機(jī)制是否存在反直覺現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)通過科學(xué)的方法進(jìn)行證明和研究。可以采用靜態(tài)均衡分析和動(dòng)態(tài)均衡分析相結(jié)合的方法。

靜態(tài)均衡分析，即在不考慮市場主體的策略行為的情況下，對不同市場機(jī)制的均衡結(jié)果進(jìn)行分析，從而得出對于問題的直觀結(jié)論。

動(dòng)態(tài)均衡分析中需要考慮市場主體的策略，這可能造成問題的復(fù)雜性、模型的難以求解，對此可以采用啟發(fā)式方法及多種仿真方法相結(jié)合來解決。首先采用人工啟發(fā)式方法進(jìn)行研究，對模型和機(jī)制進(jìn)行最大程度的簡化，基于典型場景與典型參數(shù)得到定性的結(jié)論。其次，利用博弈論均衡分析的方法進(jìn)行深入分析，通過建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型和求解，更加詳細(xì)地研究策略性行為對于市場均衡的量化影響，但此時(shí)由于要滿足可解性，模型仍然需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?。最后，建立更加貼近實(shí)際問題的模型，采用多代理仿真等方法進(jìn)行研究，詳細(xì)模擬市場主體的策略性行為和相互之間的博弈過程。

運(yùn)行補(bǔ)償費(fèi)機(jī)制的反直覺分析

結(jié)合本文提出的對于反直覺問題的研究方法，筆者對電力市場中的運(yùn)行補(bǔ)償費(fèi)機(jī)制進(jìn)行了研究。

考慮到火電機(jī)組成本結(jié)構(gòu)的特殊性，電力現(xiàn)貨市場設(shè)計(jì)了包括啟停、空載和能量三個(gè)成本項(xiàng)的三部制報(bào)價(jià)機(jī)制，并配合實(shí)施全成本補(bǔ)償機(jī)制。也就是說，發(fā)電機(jī)組按三部制報(bào)價(jià)的要求申報(bào)，但結(jié)算時(shí)按照每個(gè)時(shí)段的實(shí)際發(fā)電量和分時(shí)電價(jià)結(jié)算；如果在現(xiàn)貨市場中的總收入（簡稱市場收入）不足以補(bǔ)償按報(bào)價(jià)計(jì)算出來的總成本（簡稱報(bào)價(jià)成本），則需對差額部分進(jìn)行全額補(bǔ)償。國外實(shí)施三部制報(bào)價(jià)的市場中均配套了全成本補(bǔ)償機(jī)制。我國電力市場在實(shí)施三部制報(bào)價(jià)的過程中，大多數(shù)市場對結(jié)算機(jī)制進(jìn)行了一定的改造，導(dǎo)致對差額部分進(jìn)行不完全的補(bǔ)償。比如，在計(jì)算市場收入的過程中考慮中長期合同的收入；計(jì)算補(bǔ)償額時(shí)根據(jù)現(xiàn)貨電量的比例進(jìn)行折算；啟停成本單獨(dú)補(bǔ)償；對報(bào)價(jià)成本根據(jù)核定成本進(jìn)行限制等。

直覺分析可知，采取不完全補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ鄬θa(bǔ)償?shù)姆椒梢越档陀脩舻碾妰r(jià)，因?yàn)橹Ц督o發(fā)電企業(yè)的補(bǔ)償費(fèi)相比完全補(bǔ)償方式減少了。但是，如果考慮發(fā)電企業(yè)的策略性報(bào)價(jià)行為，無論是總的發(fā)電成本，還是總的用電成本，在不完全補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制下反而會比完全補(bǔ)償?shù)那闆r下更高。通過啟發(fā)式方法、多代理仿真方法均可以對這一現(xiàn)象進(jìn)行驗(yàn)證。經(jīng)過動(dòng)態(tài)仿真分析，前面提到的包括無補(bǔ)償、按現(xiàn)貨電量比例補(bǔ)償?shù)葯C(jī)制均會導(dǎo)致發(fā)電企業(yè)申報(bào)偏離實(shí)際成本的報(bào)價(jià)，從而可能使調(diào)度方案偏離最優(yōu)調(diào)度，最終導(dǎo)致總發(fā)電成本的增加及購電成本增加，從而降低社會福利。社會福利降低的幅值在市場主體對市場情況的預(yù)測偏差較大的情況下會更大。

為了應(yīng)對能源系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型的要求，電力市場機(jī)制需要進(jìn)行創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)借鑒機(jī)制設(shè)計(jì)相關(guān)理論，從參與約束、激勵(lì)相容、預(yù)算平衡及資源配置最優(yōu)等角度對設(shè)計(jì)機(jī)制進(jìn)行科學(xué)評估，并特別關(guān)注由于缺乏對動(dòng)態(tài)性、整體性和長期性的考慮情況下可能造成的反直覺問題。

（圖片來源：veer圖庫）

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