节点与分区都不是完美答案:电力市场追求帕累托最优时的现实缺口
讨论电力市场中的节点电价与分区电价,不能仅以价格颗粒度作为判断标准,也不能将边际出清规则直接等同于帕累托最优。第一福利基本定理评价的对象并非孤立价格,而是竞争价格均衡配置。只有在消费者于预算约束下实现最优选择、企业于生产集合中实现利润最大化、价格能够支持分散决策、最终配置满足资源与物理可行性、财富分配与利润归属及转移支付和结算关系在经济体系内部闭合的条件下,均衡配置才可以被判定为帕累托有效[1]。因此,电力市场的效率判断应全面考察价格、商品、预算、产权、调度和物理约束能否构成一致的制度结构。
电力市场的复杂性首先来自商品定义。电能量并非孤立商品。同样一兆瓦时电能,在不同地点、不同时间、不同系统状态和不同用途下,具有不同的经济含义。高温时段的居民空调用电、医院关键负荷、连续生产工艺、电动车可延迟充电、数据中心备用电源和普通低价值负荷,其边际价值并不相同。电力商品还与备用、调频、爬坡、无功、电压支撑、系统强度、惯量、黑启动、排放空间和可靠性标准相互耦合。若市场仅交易“某时段的一兆瓦时电能”,价格只能表达平均意义上的能量稀缺;只有将地点、时段、状态和服务属性纳入商品定义,价格才更接近电力系统真实的空间、安全和可靠性约束[2][4]。
节点电价的主要优势,在于将地点维度和网络可交付性更直接地纳入价格体系。节点边际电价反映某一节点新增一单位注入或提取对系统运行成本的边际影响。外送受限地区新能源富集时,本地节点价格可能下降,从而激励储能充电、负荷迁入或发电减量;负荷中心受入受限时,本地节点价格可能上升,从而激励本地发电、储能放电或需求削减。Pollitt 对欧洲节点边际电价的研究指出,节点电价本质上是实时、分节点的电价,反映区域电价、网络约束和网损;只有在完全无约束、无损耗的系统中,各节点价格才会趋同,一旦线路约束出现,节点价格便会分化[9]。
从福利定理的角度看,节点电价更充分地表达了地点差异、输电拥塞和边际损耗,因而有助于弥补分区价格对区内物理约束表达不足的缺口。分区电价并非没有边际价格,而是在较粗商品空间上形成边际价格。若区内网络约束较少、边际损耗差异较小,分区价格可以近似代表节点价格;若区内约束频繁绑定,分区价格便会掩盖真实边际价值。某个新能源基地多发一兆瓦与某个负荷中心少用一兆瓦,对系统约束的影响可能完全不同,分区价格却未必能够表达这种差异。此时,市场出清之后仍需通过安全校核、再调度和成本分摊恢复物理可行性。
然而,节点电价的空间精确性并不意味着制度完备。首先,节点电价可能强化局部市场力。电力网络会将市场切分为若干局部市场,在某些节点、断面或时段,少数机组、储能或灵活性资源可能成为必须运行资源。若这些主体能够通过容量持留、策略性报价、虚假不可用或制造拥塞影响价格,节点价格便不再是竞争价格,而会包含局部市场力租金。这直接触及第一福利基本定理中的价格接受者条件。节点电价越细,对市场监测、报价约束、进入机制和反操纵规则的要求越高[5]。
其次,节点电价强化短期边际信号,但并不自动形成正确的长期投资信号。电力转型的关键不仅在于已建成系统如何调度,还在于发电、储能、负荷和输电设施应当建设在何处。短期节点价格可能诱导储能等灵活性资源追逐局部拥塞收益,却未必促进长期输电扩张和低碳资源优化布局。低碳资源丰富地区在网络受限时可能出现低节点价格,而从社会长期目标看,系统又需要在这些地区建设更多低碳电源和输电能力。由此可见,节点电价可以改善短期运行信号,但不能替代长期规划、接入权安排和投资协调[9]。
再次,节点电价会增加价格波动和风险暴露。现实电力市场中的发电、储能、输电和用户侧资源高度依赖长期融资。若资产收入高度依赖具体地点、具体时段和网络重构状态,投资者会要求更高风险补偿。金融输电权、长期合同和价格平均机制可以部分缓释风险,但也会削弱实时价格信号,并提高制度复杂性。Pollitt 亦指出,节点电价的理论模型较强,但其实际运行影响的经验证据并不充分;欧洲若引入节点电价,还必须处理金融输电权、需求侧价格平均、分配影响和投资风险等问题[9]。
分区电价面对的是另一组现实缺口。它以牺牲部分空间精度为代价,换取市场流动性、远期合约便利、投资稳定性和较低交易成本。较大的报价区可以聚合更多买方和卖方,增强市场深度,降低局部市场力和金融合约碎片化风险,也更容易与长期合同、容量机制、输电费、监管定价和公共政策目标结合。对于承担保供、稳价、区域协调和基本公共服务责任的电力体系而言,分区电价提供了一种风险分担和制度稳定机制。
分区电价的制度代价在于,区内约束没有被充分价格化。外送受限地区的发电企业可能先按统一区价获得收入,随后通过再调度被付费减发;受入受限地区的机组则可能通过平衡机制获得增发补偿。对此需要作三层区分:纯粹再调度支付若只是主体之间的收入转移,本身并不等于净效率损失;额外燃料消耗、弃电、强制开机、约束外调度和策略性增减出力形成的真实资源消耗,才构成效率损失;若相关费用按电量、峰值、偏差或用户类别分摊,并由此改变主体边际行为,则分摊规则本身会成为扭曲性价格。分区电价的稳定性,往往以更复杂的再调度、审计和分摊机制为条件。
非凸成本是节点电价和分区电价共同面对的价格支持缺口。火电机组存在启停成本、最小出力和最小开停机时间,储能存在充放电互斥、荷电状态和循环寿命约束,黑启动、系统强度、构网型资源和输电投资通常具有离散项目属性。即使系统最优调度要求某些资源运行,单纯边际电价也可能无法覆盖其固定成本或启动成本。启停补偿、保证成本回收、容量机制、长期合约和凸包定价,都是对这一缺口的制度补足[6][8]。这些机制并非否定边际价格,而是说明边际价格需要与非扭曲性补偿机制共同支持竞争均衡。
在公有制经济条件下,节点与分区之争更不能被简单技术化。公有制本身并不排斥市场机制,关键在于公有资产、国有企业、公共财政、行政调度、政策性电价和保供责任,能否被清晰映射为初始权利、生产集合、利润归属、预算约束、转移支付和资源可行集合。若国有企业盈利留存,而亏损通过财政补贴、电网疏导、用户分摊或债务展期承担,则无论采用节点电价还是分区电价,都难以形成硬预算约束和竞争价格均衡[7]。
因此,节点电价和分区电价并不是“完美市场”与“落后妥协”的关系,而是两类不同的制度近似。节点电价更充分地表达地点稀缺、拥塞和损耗,却提高了局部市场力、资本成本、需求侧承受能力、模型透明度和制度复杂性要求。分区电价降低交易成本、缓和分配冲击并增强合约稳定性,却将区内约束、处置成本、局部可靠性和真实边际稀缺更多交由调度、规划、合约和成本分摊机制处理。二者均不完美,其根源在于电力系统处在不完全商品空间、不完全竞争、不完全风险市场、不完全需求响应、不完全产权界定和公共责任约束之中。
最终的制度判断应从“价格颗粒度”转向“总制度成本”。若某类位置稀缺能够被准确计量、竞争性响应、低成本结算,并且不会显著提高系统风险,则节点化价格或更细分区价格具有经济学依据。若某类稀缺涉及长期网络规划、公共安全、关键负荷保障、强外部性或高交易成本,完全依赖实时价格反而可能增加制度负担。电力市场改革需要把价格机制、调度机制、规划机制、合约机制、转移机制和监管机制共同纳入同一个可行配置评价框架。节点和分区只是通向帕累托有效配置的两条不完全路径,真正重要的是使价格、产权、调度、投资和公共责任之间形成可解释、可执行、可审计的制度闭合。
参考文献
[1] Mas-Colell, A., Whinston, M. D., and Green, J. R. Microeconomic Theory. New York: Oxford University Press, 1995. 中译本参见曹乾译本,《微观经济理论》,中国人民大学出版社。
[2] Kirschen, D. S., and Strbac, G. Fundamentals of Power System Economics. Chichester: John Wiley & Sons, 2004.
[3] Hogan, W. W. “Contract Networks for Electric Power Transmission.” Journal of Regulatory Economics, 1992, 4(3): 211–242.
[4] Schweppe, F. C., Caramanis, M. C., Tabors, R. D., and Bohn, R. E. Spot Pricing of Electricity. Boston: Kluwer Academic Publishers, 1988.
[5] Joskow, P. L. “Markets for Power in the United States: An Interim Assessment.” The Energy Journal, 2006, 27(1): 1–36.
[6] Stoft, S. Power System Economics: Designing Markets for Electricity. Piscataway: IEEE Press, 2002.
[7] Kornai, J. “The Soft Budget Constraint.” Kyklos, 1986, 39(1): 3–30.
[8] Laffont, J.-J., and Tirole, J. A Theory of Incentives in Procurement and Regulation. Cambridge, MA: MIT Press, 1993.

-
CLEANdata是一个关于电能配送服务数字化的试验项目
-
我们团队将尝试发掘电气设备行业实际项目中的数字化技术应用场景
-
验证数字化技术对该类业务的适用性和实施效果
-
优选出该类业务中的数字化技术推荐应用
-
小刘@CLEANdata
-
Mobile&Wechat: 15801000649
-
se_switchgear@163.com