電力市場是否能夠實現(xiàn)其目標，市場這只無形的手是否能夠發(fā)揮更好的作用，很大程度上取決于市場的具體的設計。電力市場的設計需要考慮電力系統(tǒng)的一些物理的、技術的特點和約束，但其本質上仍然是一個經(jīng)濟學方面的問題，設計中需要更多從經(jīng)濟的角度考慮。考慮市場中市場主體之間的博弈，考慮市場的動態(tài)性等因素，電力市場會有很多“反直覺”的問題，也就是說，市場的結果和直觀的判斷常常是反的。美國國家工程院院士，IEEE Fellow，電力市場資深設計專家Shmuel S. Oren教授2018年7月20日在廣州交易中心交流，也特別提到了這個問題。本文對這個問題進行簡單的討論，以避免在我國電力市場設計中出現(xiàn)反直覺、不利于市場目標實現(xiàn)的因素。

一、反直覺問題概述

簡單的說，反直覺就是某種過程的實際結果與直覺的預測不一樣。電力市場設計中，反直覺就是：對市場設計中的某個環(huán)節(jié)，其實際的效果與預期的不一致，甚至是相反的。

反直覺的原因，主要是由于市場的動態(tài)性、系統(tǒng)性和長期性。動態(tài)性主要是考慮到，市場主體的策略、行為是會隨著市場規(guī)則的變化而變化的，如果將其行為看為靜態(tài)的，固定不變的，預期的結果和實際的結果就會有很大的差別。

而系統(tǒng)性主要是考慮到電力市場是一個包括多個產(chǎn)品、多個市場、多個主體的復雜系統(tǒng)，其目標也包括效率、 公平、環(huán)保等多個方面。某個市場設計方案、措施可能對市場的某個方面是好的，但對其他方面的壞的影響可能更大，總體就產(chǎn)生了壞的影響。

長期性主要考慮短期效果和長期效果之間的矛盾。電力市場的最終目標是長期的效果。某種設計或某個政策在短期內(nèi)是有利的，在長期可能反而起到相反的結果。

二、反直覺問題舉例

這里用大家熟悉的幾個例子進一步說明電力市場中的反直覺問題。

1、市場結算方式的問題

我們知道，在集中的競價市場中，市場結算有多種方式(參考本公眾號之前的文章：我國電力市場直接交易競價模式的經(jīng)濟學原理分析 (四 競價規(guī)則分析))，比較典型的就是按報價結算和按統(tǒng)一邊際價格結算兩種方式。

按報價結算(PAB，Pay as Bid)：所有中標的市場主體按照其申報的價格結算。

統(tǒng)一邊際價格結算(MCP，Marginal Clearing Price)：所有中標的市場主體按照統(tǒng)一的邊際成本價格結算。邊際成本是指增加單位負荷增加的成本。

圖1 PAB與MCP機制的對比

如圖1 的例子，是某個市場的報價及出清曲線。橫坐標是出力水平，單位為MW，縱坐標為價格，單位為(￥/MWh)。圖中橙色的線條是發(fā)電側的報價，藍色的垂直的線條是系統(tǒng)的需求曲線(沒有價格彈性，是固定的負荷)。綠色的虛線是系統(tǒng)的統(tǒng)一邊際出清價格MCP。

1）直觀的結果

從圖中可以看到，如果對發(fā)電出力按報價進行結算，相對按統(tǒng)一邊際價格結算的方法，總購電成本要更低。

PAB結算：總購電成本=100*2+200*1+400*1=800元。

MCP結算：總購電成本=400*4=1600元。

如果用戶的價格按平均購電成本，則PAB下，電價為200￥/MWh，MCP方式下電價為400￥/MWh。

【直觀結果】顯然，如果市場的目標是盡量降低電價，從直覺上，應該選擇PAB方式，這種方式下電價大大下降，能夠把市場的紅利盡量多的給消費者。

2）實際的結果

實際市場中，會出現(xiàn)這個結果嗎?增加消費者福利的目標可以實現(xiàn)嗎?

回答這個問題，需要考慮市場主體在市場中的策略。這里，由于負荷不參與報價，影響市場結果的主要因素就是發(fā)電側的報價。為了分析方便，這里假設圖1中發(fā)電側的幾段報價分別代表不同的發(fā)電企業(yè)，也就是說市場中共有4個發(fā)電企業(yè)，其發(fā)電成本(邊際成本)分別為100￥/MWh、200￥/MWh、400￥/MWh和600￥/MWh，其最大發(fā)電容量分別為2MW、1MW、2MW和2MW，系統(tǒng)的負荷為4MW。

（1）直覺實現(xiàn)的條件

假設市場主體在不同的市場機制中策略都一樣。也就是說，在PAB和MCP兩種出清機制下，報價一樣，比如報價曲線都為圖1中橙色的線條。那么，PAB下的總購電成本一定比MCP下的低，PAB下用戶的電價就會比MCP下的低。這樣，就是直覺的結果。

（2）實際結果

在這個例子中，預期的、直覺的結果能否實現(xiàn)，主要就取決于直覺分析的假設條件在實際中是否成立：市場主體在不同市場機制下的報價策略相同。

顯然，實際市場中，這個結論是不成立的。市場中的一個基本假設，就是認為市場主體會在市場規(guī)則下盡量追求自身利益的最大化。因此，其市場策略會隨著市場規(guī)則的變化而變化。

在MCP機制下，所有入圍發(fā)電的機組，無論其成本、報價是多少，最終都按照系統(tǒng)統(tǒng)一的邊際成本價格結算。這種情況下，如果競爭充分，市場主體的最佳策略是按照自身真實的邊際成本報價：市場出清價如果高于報價，就可以發(fā)電，同時拿到市場價格與報價之間的差價的額外利潤;如果市場價低于報價，說明市場價格低于其發(fā)電成本，也沒必要發(fā)電。如果報價高于邊際成本，存在本來能盈利但因報價過高無法入圍的風險;如果報價低于邊際成本，存在以低于其實際邊際成本的價格出清而引起虧損的風險。簡單的說，在MCP機制下，在競爭充分的市場中，市場主體的最佳報價策略是按真實的成本報價。市場的統(tǒng)一出清價，也就是用戶的購電成本，就是系統(tǒng)的邊際成本。在本例中，市場統(tǒng)一出清價MCP為400￥/MWh。

關鍵是PAB下的結果。PAB下，市場主體從自身利益最大化的角度，會如何報價呢?其最佳策略會仍然是按照真實的成本報價嗎?顯然不是。其策略是：預測系統(tǒng)中最后入圍(報價最高)的機組的報價，然后報一個類似的價格。比如，本例子中，市場主體如果能夠準確預測市場的需求情況，也知道市場中各個發(fā)電機組的容量和成本情況，考慮到一般市場主體的報價不會低于實際成本，無論發(fā)電企業(yè)自身的發(fā)電成本是多少，其最佳策略都是報一個略低于400￥/MWh的價格。

在市場運行的早期，在市場主體對市場供需、其他市場主體的經(jīng)濟技術特性和報價策略不太清晰的情況下，其報價策略會比較保守，低成本的電廠為了保證成交，申報價格會低于預測的MCP較大幅度，因此PAB下市場的購電成本會減小，用戶的電價會降低。但是，隨著市場的成熟，市場主體對市場信息的了解，所有電廠的報價會都趨同MCP價格，這樣，就達到了類似MCP出清方法下的結果。

從上面的分析看到，MCP機制下市場主體需要的信息較少，報價策略也相對比較簡單。PAB下，市場主體為實現(xiàn)其最大收益報價需要較多的市場信息，包括市場供需情況和其他市場主體的情況，報價策略也會更加復雜。因此，PAB下，市場的信息成本、交易成本相對MCP下會增加。

【實際的市場結果】不考慮交易成本，在短期PAB機制下的購電成本會低于MCP機制下，但在長期，考慮市場主體市場策略的調(diào)整，PAB機制下的購電成本與MCP機制下的趨同。從交易成本的角度，PAB機制下的信息成本、報價策略成本等會更高。總的來說，從長期看，PAB下的總成本可能反而高于MCP機制下的成本，增加用戶的負擔，出現(xiàn)反直覺的現(xiàn)象。

3）啟示

我國在本輪電力市場改革中，各地創(chuàng)新了很多種市場的出清機制。包括廣東的價差返還機制，云南的比例返回機制，新疆的低低匹配方式等。采用這些方式的目標有多個方面，但其中一個方面的目標都是降低電價。在實踐中，很多市場都發(fā)現(xiàn)結果與預期的、直觀的不一樣。目前，集中市場中主流的出清方式仍然是MCP機制。

當然，上面的分析的假設條件是市場競爭充分。在市場競爭不充分的情況，結果可能又有不同。但是我們可以得到的啟示是，考慮市場主體的動態(tài)(根據(jù)市場規(guī)則的調(diào)整而調(diào)整其市場策略)，考慮市場的長期、動態(tài)的均衡，市場的結果可能與我們直觀的考慮不一樣。

2、可再生能源政策的問題

我們這里要舉的另外一個例子是可再生能源政策的問題。世界各國都出臺了多種多樣的支持可再生能源發(fā)展的政策。根本目標，是應對環(huán)境變化，減少電力生產(chǎn)中產(chǎn)生的對環(huán)境不利的影響。實際的效果是否實現(xiàn)了預期的目標?或者說，實際的結果與直覺的結果是否一樣?很多國家的經(jīng)驗表明，答案經(jīng)常是否定的。也就是說，很多支持可再生能源發(fā)展的政策，反而增加了排放，惡化了環(huán)境，出現(xiàn)了與預期目標相反的結果。這也是很多國家對可再生能源政策進行調(diào)整的原因。

本文不是專門討論可再生能源政策，僅舉一個簡單的例子說明在可再生能源政策領域中的反直覺問題。

1）可再生能源電價補貼政策

可再生能源電價補貼政策是各國最常用的一項政策。通過給予可再生能源固定的比較高的價格或者固定的電價補貼支持其發(fā)展，從而達到可再生能源發(fā)電比例增加，傳統(tǒng)化石能源發(fā)電比例減少，排放減小的結果。

這個直覺的結果的邏輯是：給可再生能源補貼→可再生能源發(fā)電比例增加→化石能源發(fā)電比例減少→排放減少。

2）直覺結果實現(xiàn)的條件

直覺結果實現(xiàn)的條件是，可再生能源發(fā)電比例增加、化石能源發(fā)電比例減少可以減小排放。具體來說，假設

(1)系統(tǒng)的總負荷需求是一定的

(2)化石能源企業(yè)的單位發(fā)電量的燃料消耗、污染排放是固定的

那么，我們直覺的結果就是對的。因為對可再生能源企業(yè)的補貼會增加其對化石能源發(fā)電企業(yè)的市場競爭力，從而使其發(fā)電量增多，化石能源企業(yè)發(fā)電量減小。由于化石能源企業(yè)的單位燃料消耗和單位污染物排放是相同的，因此系統(tǒng)總的燃料消耗減少，污染物排放減少，達到了我們預期的、直覺的目標。

3）實際的結果

我們看到，上面分析的直覺結果實現(xiàn)的一個重要條件是，“化石能源企業(yè)的單位發(fā)電量的燃料消耗、污染排放是固定的”。實際中是否這樣的呢?

(1)短期結果。短期，就是不考慮機組的更新?lián)Q代的情況，僅考慮短期的運行策略。我們知道，電力系統(tǒng)的負荷是波動的，發(fā)電必須要保持與負荷的實時的平衡。而發(fā)電機組的單位發(fā)電煤耗、單位發(fā)電污染物排放與其機組的出力水平、波動情況是密切相關的。如果是比較固定的負荷，機組可以在比較高效、低煤耗的水平上平穩(wěn)發(fā)電，系統(tǒng)總煤耗、總排放就會比較低。但是如果負荷波動很大，機組出力需要頻繁的調(diào)節(jié)，機組就會更多運行在煤耗高、排放大的出力水平。隨著可再生能源發(fā)電比例的增多，系統(tǒng)的凈負荷(負荷與可再生能源出力的疊加)的波動性更大，因此即使化石能源企業(yè)的總發(fā)電量減少，但其總煤耗、總污染排放也可能反而增加。

(2)長期結果。長期考慮對發(fā)電投資的影響。對可再生能源發(fā)電企業(yè)的補貼，降低了傳統(tǒng)化石能源企業(yè)在市場中的競爭力，因此可能導致傳統(tǒng)化石能源企業(yè)無法(沒有能力，或者沒有激勵)及時更新、換代。這樣，就影響了化石能源發(fā)電領域相關新技術的研發(fā)與應用，從而影響系統(tǒng)排放的降低。

(3)綜合結果。綜合結果可能是，可再生能源發(fā)電比例增加，但是系統(tǒng)的總的排放并沒有減少，反而增多。歐洲很多國家已經(jīng)觀察到這個現(xiàn)象，并開始對相關的政策進行調(diào)整。

4）啟示

可再生能源政策產(chǎn)生的反直覺的結果，其根本原因是：在制定相關政策或進行市場設計的過程中，沒有考慮到系統(tǒng)的整體的情況，僅考慮了對市場某個環(huán)節(jié)的影響。沒有考慮到，政策或者市場機制可能對市場系統(tǒng)的其他部分產(chǎn)生反面的影響。

3、加州電力危機

1）加州電力危機簡介

美國加利福尼亞州是硅谷所在地，是美國創(chuàng)新經(jīng)濟的一個核心城市。2000年-2001年之間發(fā)生了嚴重的電力危機：電力供不應求，大面積停電;批發(fā)市場電價飆升;電力公司破產(chǎn)。危機的發(fā)生有很多方面的原因，包括客觀上的原因，如天氣寒冷導致供熱需求增加;天氣干燥造成水電出力減少;經(jīng)濟突然快速發(fā)展造成沒有預期的電力需求增加等。但是，加州電力市場設計中的一些問題，也是造成、加劇這個危機的重要原因。這里僅舉其中的一個例子說明電力市場設計中的反直覺的問題。

國際范圍內(nèi)，在電力市場改革的初期，都起到了降低電價、提高效率的結果。因此，很多市場設計者想當然的將電價降低作為一個假設條件。但是，電力市場中的價格應該是反映供需水平的，在供大于求的情況下，市場化會增加競爭從而促進降低電價;但是在供不應求，電力供給短缺的情況下，市場的自然的結果就是電價上升，從而激勵新的投資。如果相關政策、機制的設計基于一個不變的市場供需情況，就會出現(xiàn)反直覺的結果。

2）加州電力市場過渡階段對電力公司的政策

加州由于電價成本較高，較早響應美國能源監(jiān)管委員會FERC的要求進行電力市場改革，制定了一系列的市場設計。為了解決一些歷史問題，設定了一定的過渡期：1998年-2002年。在過渡期內(nèi)，制定了一些保證相關主體利益，保證市場平穩(wěn)過渡的政策。

其中的一個過渡政策是：考慮到市場化后電價會逐漸下降，對負責對終端用戶供電的電力公司，要求其不能與發(fā)電企業(yè)簽訂長期合同。這樣，全部電力均從集中的現(xiàn)貨市場中購買，從而可以充分享受市場帶來的降價的紅利。

【直覺的結果】對這個政策，直覺的結果是：電力公司從現(xiàn)貨市場購買到了相對以前更便宜的電力，從而獲得更多的利潤，用來解決一些沉淀成本的問題。也就是說，禁止電力公司簽訂長期合同的直觀結果是電力公司利潤增加。

【實際的結果】實際的結果大家都知道了，由于需求增加，供給減少，批發(fā)市場價格飆升(價格上升還有市場力方面的原因)，電力公司由于缺乏長期合約，購電成本大幅上升，甚至導致了電力公司破產(chǎn)的結果。

3）啟示

這個例子中出現(xiàn)反直覺結果的主要原因是：市場設計或政策制定中，未考慮市場供需情況可能發(fā)生的變化，基于某個特定的供需情況、系統(tǒng)狀況進行市場的設計，當市場供需情況或系統(tǒng)狀況發(fā)生變化時，就會出現(xiàn)與早期預期相反的結果。

總結

在進行電力市場機制設計、電力市場相關政策的制定過程中，要特別注意“反直覺”的問題。也就是說，市場的實際結果經(jīng)常與直覺的結果是不一致的。為了避免這種反直覺的結果，在電力市場設計中需要注意以下幾個方面的問題。

1）考慮電力市場的動態(tài)性。電力市場不是一個靜態(tài)的市場，市場主體的市場策略是會隨著市場規(guī)則、相關政策的變化而變化的。這是在電力市場設計中最容易忽略的一個問題。進行新的市場設計、出臺新的政策時，一定要進行動態(tài)的評估，分析這些政策對市場主體的影響是什么?他們的市場策略會發(fā)生什么變化?

2）考慮市場的整體性。電力市場由很多個部分組成。某個市場環(huán)節(jié)的機制的設計，必須考慮這個機制會不會對市場的其他的環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響?產(chǎn)生什么樣的影響?可再生能源政策例子中，反直覺結果的原因之一就是沒有考慮可再生能源比例增加對化石能源企業(yè)出力特性及相關成本的影響。

3）考慮市場的長期性。電力市場改革的最終目標是要實現(xiàn)長期的資源配置的優(yōu)化。電力市場機制設計中，一定要考慮各種機制、政策的長期影響，考慮市場供需情況等內(nèi)外部環(huán)境變化的影響。

本文舉了三個簡單的例子對電力市場設計中的“反直覺”問題進行討論。實際電力市場設計中，還有很多“反直覺”的問題。Shmuel S. OrenO教授在講座中提到，從傳統(tǒng)工程角度、計劃角度進行的市場設計或制定的政策，大多都有反直覺的問題，需要進行認真、深入的研究和分析。