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北極星售電網訊:2017年8月國家選擇南方（以廣東起步）等8個地區作為第一批電力現貨市場建設試點；2019年6月，8個試點地區全部完成電力現貨市場試運行；目前，許多地區電力現貨市場已經開始結算運行。電力現貨市場建設雖然已經取得實質性進展。但是，目前的成功似乎主要體現在現貨市場的市場模式、交易規則設計和技術支持系統建設上，現貨市場的功能並沒有充分發揮出來，也未產生對電力市場改革如決策者所期待「無現貨、不市場」那樣的重要影響。出現這個問題的原因較多，其中一個原因是目前我國現貨市場價格上下限設計不合理，而導致這個結果又與我們對電力現貨市場的經濟學功能把握不準確有關。
（來源：微信公眾號「中國電力企業管理」ID：zgdlqygl 作者：葉澤）
01.
電力現貨市場的經濟學功能
三種簡單化的解釋
電力現貨市場最能體現電力市場技術經濟特徵的市場，很難用簡單的語言解釋。目前有關電力現貨市場有三種過於簡單化的解釋，不僅不準確，也容易誤導決策者，不利於制定科學的電力價格上下限。
第一種解釋形成於現貨市場試點改革前，來自於政府相關部門和專家，認為「無現貨、不市場」，並且把中長期市場與現貨市場的功能分別解釋為「中長期市場規避風險，現貨市場發現價格」。「無現貨、不市場」強調現貨市場的重要性，雖然不明晰，卻也無可非議。但是，把現貨市場的功能主要定義為發現價格，則未必正確。事實上，與其說現貨市場發現價格，不如說現貨市場利用價格。現貨市場本質功能是為電力供求在極短期，如次日或幾小時內甚至更短時間的不平衡提供一種市場化的平衡機制。進一步分析，現貨市場的價格受偶然因素影響變化很大，所產生的價格信號未必能夠作為長期投資信號，一般只能作為短期內交易雙方調整供求和優化經營策略的依據。反過來，中長期交易只要交易機制完善、交易充分，如有電力期貨市場和期權市場伴隨，有投機商參與，其交易價格更有信號價值。
第二種解釋來自於媒體，稱現貨市場「一手交錢，一手交貨」，這種解釋可能來自詞典對一般商品市場現貨市場的解釋，即指市場上的買賣雙方成交後須在若干個交易日內辦理交割的金融市場，包括成交當日結算的現金交易和成交日後一周內結算的固定方式交易兩種。這種解釋強調了現貨市場兌現以前系列中長期交易並辦理結算的一個特徵，但是，卻不是主要或根本特徵。
第三種觀點也來自專家，認為「現貨市場的缺點是價格變化很快」。這種觀點對現貨市場價格變化摻雜了個人主觀色彩。其實，現貨市場是客觀的商品交易市場，價格變化很快不是缺點，只是特點。從另一個角度看，現貨市場價格變化很快是市場瞬間平衡的客觀要求，沒有這樣的價格不能快速實現平衡，因此，市場價格變化很快不僅僅是現貨市場的特點，還是現貨市場的優點。
電力現貨市場的經濟學功能
一般商品現貨市場的偏差平衡機制。一般商品市場其實也有中長期交易市場和現貨市場，現貨市場通過存貨或者延遲需求等對中長期交易與實際供求的偏差進行調整，不像電力現貨市場這樣特殊，在市場體系中也沒有電力現貨市場這樣重要。一般商品市場中包括消費品市場和生產資料市場，在生產資料市場中，中長期市場交易的比例更大；而在消費品交易中，現貨市場交易的比例相對更大。不過，無論是生產資料市場還是消費品市場，中長期市場與現貨市場之間的邏輯關係相同，對於中長期交易在現貨市場上形成的供求偏差，一般商品市場有多種平衡機制，如圖1所示。
以供大於求這種偏差為例，假設需方突然縮減生產計劃，商品消耗減少，形成現貨市場供大於求的狀態。需方有在現貨市場平衡供求的責任，如將多餘商品Q2-Q1作為存貨留待以後生產周期使用，同時維持現貨市場P1、2的價格；或者降價（P1、2-P0）轉售給其它企業，將需量降低到真實的Q0的水平。對現貨市場供不應求的情況，由於偏差責任在供方，供方可以做的選擇有：供方動用庫存滿足需方，或者從其它供方高價購買相同商品滿足需方。由於雙方增加或動用庫存和市場轉售或高價購買在一般商品市場中沒有技術障礙，而且成本較低，成交量較少，因此，一般商品現貨市場相對不是特別重要。
電力現貨市場基本功能。了解一般商品市場現貨市場的偏差平衡方式及過程後，就容易認識電力現貨市場的基本功能及其特徵。主要有兩點：第一，與一般商品市場一樣，電力現貨市場的基本功能是調整和平衡中長期交易偏差。《電力中長期交易基本規則》（發改能源規〔2020〕889號）第三條明確，電力中長期交易主要是指市場主體通過市場化方式開展的多年、年、季、月、周等日以上的電力交易。為了經濟可靠地滿足實時電力供應，電力市場分中長期市場和現貨市場兩個階段和多個交易品種不斷根據最新供求信息等進行偏差調整與滾動平衡。在中長期市場，年交易是對多年交易根據新的市場供求形勢等所做的偏差調整與滾動平衡；以此類推，周交易又是對月交易的偏差調整與滾動平衡。因此，現貨市場是對中長期市場偏差調整與滾動平衡的延續，只是時間粒度更小，直到完全接近真實的市場供求平衡狀態。（現貨市場基本功能如圖2所示）
第二，電力現貨市場偏差不確定性大，偏差平衡要求瞬間完成，方式較少，而且受系統和技術制約，這些特徵使電力現貨市場偏差平衡非常複雜和非常困難，也彰顯了電力現貨市場的關鍵性和重要性。由於電能難以經濟地大規模儲存，一般商品現貨市場中常用而且非常有效的庫存調整方式在電力現貨市場中難以使用。由於電力產供銷各環節要求瞬間平衡，電力供求之間的生產或消費調整受到響應時間的嚴格限制，不僅技術障礙大，而且實現成本高。比如，一般火電機組發電出力極短期內很難調整，甚至抽水蓄能和化學儲能在技術上也難以很好地滿足需要。與一般商品現貨市場相比，電力現貨市場中用戶負荷需求調整更加困難。目前我國許多現貨市場試點的交易規則中都有「用戶報量不報價」的規定，其原因既有居民用戶暫時不具備參與現貨市場的投標和計量條件等原因，也有電力商品公用性要求。這種情況與一般商品現貨市場用戶大量參與現貨市場平衡有很大的區別。
02.
電力現貨市場價格變化的原因及其特徵
電力現貨市場價格變化的原因
需求數量和結構的變化。電力現貨市場中電力負荷需求曲線由無數電力用戶的負荷需求曲線在一定同時率基礎上疊加而成，由於氣候變化、生產調整包括事故、大型活動等多種原因，單一大用戶和足夠多小用戶的電力需求變化都會引起現貨市場中電力需求的有意義變化。當實際需求大於中長期合同中的預測供應或購買數量時，現貨市場價格增加；當實際需求小於相應值時，現貨市場價格降低。如圖3所示，當市場需求水平較低時，現貨市場較小的需求變化對應於成本相對較低的較大範圍的生產能力變化；但是，當負荷需求水平很高時，現貨市場相同的需求變化將需要最高成本機組在較小範圍內的變化調整，會形成更高和更敏感的價格。進一步分析，實際需求的變化還可以分為總需求的變化和需求結構的變化。如不同地區或不同電壓等級用電需求結構的變化，在系統最優出清價格的計算中必然會引起節點電價的變化，從而也導致現貨市場價格的變化。
供給數量和結構的變化。隨著新能源發電裝機容量的增加，電力現貨市場中供給的變化越來越明顯。大量波動性可再生能源參與市場交易將改變現貨市場供給曲線，根據勞倫斯伯克利實驗室（LBNL）針對美國四個區域電力市場的分析，當波動性可再生能源（風力、光伏）發電容量比例提升至40%時，四個區域現貨市場價格波動增幅在2～4倍之間。其中，高比例光伏對價格波動的影響尤為突出，變化最大的德克薩斯州（光伏發電、風電裝機比例分別為30%和10%）現貨市場價格波動增幅可達6.6倍。供給數量的變化在現貨市場中主要有天氣和事故等原因引起的供給變化，如圖3所示，如氣候突然變化降低了水電出力，使後面高成本機組順序替代發電，最終提高現貨市場價格，圖中所示高峰負荷電價從P2上漲到P』2，2001年美國加州電力危機就有這個原因。
市場模式的差異。電力市場有集中式和分散式兩種典型模式。集中式模式充分體現了電力系統生產經營特徵，把電力生產與電力交易分開，生產按最低成本原則由調度機構統一組織；中長期交易合同按差價合同籤訂，現貨市場採用全電量集中競價。分散式市場模式更接近於一般商品市場，中長期合同按物理合同籤訂，交易雙方確定發用電曲線後，提交調度機構執行；同時在現貨市場只對偏差電量集中競價。集中式模式把現貨市場價格機制應用於全部電量的最優分配，資源配置效率更高，同時市場成交價格變化較大。分散式模式電價變化較小，但對電網技術條件和市場條件要求較高。集中式市場模式面臨更大的價格變化，目前我國8個現貨市場試點地區中有廣東等6個地區採用了集中式市場模式，但與四川、蒙西等地分散式模式在成交價格上的區別目前還沒有顯示出來。
市場體系的影響。主要指中長期市場中分時間周期的交易品種和金融市場對現貨市場價格變化的影響。如圖2所示，理論上，中長期交易中分時間周期的交易品種越多，市場偏差調整與滾動平衡越充分，現貨市場的價格變化越小。另外，期貨期權等衍生金融市場也對現貨市場會產生影響。有研究表明，北歐電力期貨對現貨的引導關係遠大於現貨對期貨的引導關係,期貨市場的價格變化領先於現貨市場的價格變化,期貨市場在價格發現中起到了主導作用，北歐電力期貨具有較好的價格發現功能。
需求響應時間。由於電能公用性，電力市場供求關係以供給跟隨需求為特徵。電能以光速傳輸，要求生產、輸送和使用同時完成。電力生產技術特徵要求電力系統和發電機組儘可能縮短需求響應時間。如圖3所示，發電機組響應時間慢，在功能上不得不將這些機組從發電序列中退出，並導致高成本機組的替代進入，最終提高了現貨市場價格。如果有大量機組響應時間跟不上需求變化，較多機組退出後使極少數響應時間短的發電機組獲得稀缺性，從而產生稀缺性定價，為現貨市場價格劇烈變化奠定基礎。
輸電堵塞。在沒有輸電堵塞的情況下，現貨市場會形成統一的節點出清價格，否則就會出現多個節點出清價格。例如2019年5月15日廣東全省共有206個節點，有200個節點出清價格；最低價格為207.3654元/兆瓦時，最高價格為446.8303元/兆瓦時。
電力現貨市場價格變化的特徵
價格變化是基本手段。如上所述，現貨市場不是發現價格，而是利用價格在極短時間內調節有彈性的供給和需求，解決中長期交易的偏差問題。在現貨市場出現前，電網調度機構把系統平衡作為公共服務以調度指令的方式要求有能力的市場主體提供，但是，沒有明確的責任分擔和補償機制，系統平衡責任在發電企業和用戶之間，不同發電企業之間，不同用戶之間，甚至包括電網企業和發電企業、電力用戶之間的分配缺乏公平和透明機制，比如，「兩個細則」把系統平衡責任全部界定給發電企業，既不公平，考核與獎懲機制也不合理。現貨市場利用市場價格機制公平合理地解決偏差平衡問題，是電力市場深化改革的必然選擇。由於現貨市場時間粒度小，市場主體響應時間不夠充分，市場競爭更加激烈，在市場成交價格水平上，成本的依據作用越來越輕微，市場競爭作用甚至價格策略影響越來越大。相比於中長期交易價格，現貨市場成交價格不具備可比性，也沒有必要比較，能夠維持實時平衡的價格就是合理的價格。因此，價格變化是現貨市場的本質要求；如果因為價格風險而限制價格變化，就失去了現貨市場建設的意義。
價格易變性。隨著經濟社會發展，電力市場需求曲線如日負荷曲線變化更大，一天之內往往有多個高峰和低谷，而且不同季度有明顯的差異，日負荷率和年負荷率逐漸降低等。這些負荷特性再與現貨市場中上述五個主要影響因素結合起來，使現貨市場價格呈現明顯的易變性，圖4是某日廣東日前和實時市場成交價格曲線，可能看出，即使有嚴格的價格上下限限制，兩個現貨市場成交價格變化也相對較大。從數學的角度，邊際出清節點電價計算中，以上各因素的較小變化經過微分計算放大後，可能會產生較大的價格變化。
「價格釘」（price spike）現象。「價格釘」指價格在瞬間大幅度提高後迅速回落，從而在實時價格曲線上形成釘子一樣圖形的價格變化現象。「價格釘」往往發生在實時市場中，突然的供給或需求變化發生後，需求或供給瞬間不能充分跟隨調整到位，資源稀缺性出現，市場主體採用稀缺性定價，結果導致瞬間價格飛漲；等到其它市場主體響應後，稀缺性很快消失，定價方法也回歸到成本基礎，價格迅速回落至初始水平，產生「價格釘」現象。2019年8月13日，美國德州電價暴漲至9000美元/兆瓦時，折合人民幣63元/千瓦時，如圖5所示。雖然「價格釘」產生了很高的價格，但由於延續時間短，收益變化並不太大。
03.
現貨價格上下限的經濟學原理
價格上下限的定價方法
現貨市場價格上下限主要採用兩種定價方法。
會計成本定價法。這種方法基本思路是現貨市場價格也應該符合管制定價原則，補償成本並獲得合理報酬。實際操作中又可以分為平均成本法和邊際成本法。例如按平均成本法確定價格上限，首先要明確價格上限的適用情景，如負荷高峰的時候和機組運行狀態等；其次，計算相應情景下電力生產經營總成本和平均成本；然後，以平均成本作為價格上限。邊際成本定價在斯威普（F，C．Schweppe）實時電價理論中有明確的計算公式。與短期市場邊際成本計算只可變成本不同，實時電價理論中的邊際成本定價先按可變成本計算出邊際電價後，又按總收入等於總成本的原則對邊際電價進行了相應調整，這樣的邊際成本定價與平均成本電價差異不大。會計成本定價是一種管制定價方法，對中長期交易可能更適用，對現貨市場這種特別強調市場機製作用的市場，可能並不適用，甚至還會限制現貨市場作用的發揮。
機會成本法。機會成本法 (Opportunity cost approach)是指在無市場價格的情況下，資源使用的成本可以用所犧牲的替代用途的收入來估算。機會成本定價就是把稀缺資源的使用成本作為定價的依據，而前者又用替代用途的收益來估算。國外電力現貨市場價格上限普遍用電力失負荷價值（value of lost load，VOLL)計算，即把由於缺電而對國民經濟等造成的損失作為現貨市場價格上限。
價格上下限的應用情景及其形成
價格上限發生在負荷尖峰時段。隨著負荷需求不斷增加，能夠參與投標滿足需求的機組越來越少，電能稀缺性逐步體現，出現發電企業拍賣稀缺性發電能力，用戶競爭性提高報價滿足需求的情景。如圖6所示，三個用戶分別提交包括一定消費者剩餘的P1報價，零消費者剩餘的較高報價P2和零消費者剩餘的最高報價P3，第三個用戶以P3價格中標。在這個價格水平，消費者剩餘為零，生產者剩餘最大化，社會剩餘也最大化，等於圖中面積A+B+C，市場均衡實現負荷緊缺時的最優均衡，成交價格等於用戶零消費者剩餘時的最大報價，即用電效益最好的用戶的失負荷價值。
價格下限發生在負荷低谷時段。隨著負荷需求不斷降低，發電機組的負荷水平越來越小，開始觸動發電機組安全出力水平，電能需求的稀缺性逐步體現。出現用戶拍賣用電需求，發電機組競爭性地降低價格保證發電出力的情景。如圖7所示，三個用戶分別提交包括一定生產者剩餘的P1』報價，零生產者剩餘的較低報價P2』和零生產者剩餘的最低報價P3』，第三個用戶以P3』價格中標。在這個價格水平，生產者剩餘為零，消費者剩餘最大化，社會剩餘也最大化，等於圖中面積A』+B』+B』』+C』,市場均衡實現需求稀缺時的最優均衡，成交價格等於用戶零生產者剩餘時的最低報價。因為有啟停機成本的存在，這個報價很可能為負電價；負值的程度取決於發電機組包括啟停機成本在內的停機損失的大小，停機損失越大，負電價越低。圖7中分別對應於報價和P2』報價P3』的面積B』』和面積B』』+C』表示兩個投標機組的啟停費用。
04.
國內外現貨市場價格上下限規則及其比較
目前我國試點地區現貨市場價格上下限
我國試點地區電力現貨市場不僅制定價格上限，同時還制定了價格下限。部分現貨市場價格上下限如表1所示。從表中可以看出，第一，我國電力現貨市場價格上下限在制定方法上偏向於採用會計成本定價法。廣東1元/千瓦時和浙江、山東0.8元/千瓦時的投標價格上限略高於電網內最大發電成本，甘肅和四川的投標價格上限則與電網內最大發電成本基本相同。各地現貨市場最低限價基本上都定為零，與電網內最小發電邊際成本基本相同。第二，同時制定了價格上下限。價格上限限制市場主體獲得明顯超過成本的收益，價格下限避免市場主體在現貨市場上惡性競爭。出清價格上下限不同地區差異較大，主要與各地省間電力交易數量及價格水平有關，與本文研究的問題關係不大。
國外現貨市場價格上下限
國外電力現貨市場普遍制定了價格上限，表2列出了部分國家電力現貨市場價格上限的具體情況。從表中可以看出國外現貨市場價格限制有這樣幾個明顯的特點。第一，沒有價格下限限制，這意味著市場主體可以投出任意低價。監管機構認為低價有利於增加消費者福利，不需要監管。第二，國外現貨市場價格上限在制定方法上普遍採用了機會成本定價法，即將用戶的失負荷價值或停止用電所產生的損失確定為價格上限。第三，價格上限水平很高。比如美國五個市場都採用了1000美元/兆瓦時的價格上限，而且沒有區分成交價格上限(Price Cap)和投標價格上限（Offer Cap)。這個價格是正常平均批發電價30～40美元/兆瓦時的25～33倍，給現貨市場價格變化提供了充足的空間。
國內外電力現貨市場價格上下限比較及啟示
如果說國內外電力現貨市場模式與主要交易規則基本相同的話，那麼在現貨市場價格上下限這個規則上，國內外有著根本的區別。第一，定價方法不同，我國以會計成本法為依據，國外則以機會成本法具體講以失負荷價值為依據。我國定價方法強調成本回收和合理收益，國外則強調市場功能和價格機製作用。國內外定價目標和方法完全不同。第二，定價水平差異很大。我國價格上下限與發電成本基本相當。價格上限略高於電網內最大發電成本，大約是現貨市場平均成交價格的3倍；價格下限與電網內最小發電成本相當。國外價格上限是正常平均成交價格的30倍，大約是我國的十倍。
現貨市場價格上下限規則反映了對現貨市場的基本認識，對現貨市場功能起重要作用。比較國內外現貨市場價格上下限規則，我們可以發現，第一，目前我國現貨市場改革試點沒有充分認識現貨市場的經濟功能，把現貨市場與其它市場等同起來，以風險管理為理由，硬是把一個充滿活力的市場窒息成一個缺乏變化的市場，失去了現貨市場建設的經濟意義。應該還原現貨市場的風險屬性，同時建設電力金融市場，以市場手段而不是行政措施管理市場風險。第二，要採用世界通用的機會成本法或失負荷價值確定現貨市場價格上下限。價格上限等於用電效益最好的邊際用戶放棄用電的經濟損失，這個損失最簡單的可以參考試點地區單位電量的產值確定。如廣東省2019年國內生產總值107671.07億元，社會用電量6695.85億千瓦時，單位千瓦時的產值為16.08元，這樣，廣東電力現貨市場價格上限為確定為16.08元/千瓦時。價格下限等於停機損失最大的邊際發電機組的單位電量停機損失，不確定因素相對更多，需要確定幾種停機情景，按單位電量的機組停機綜合損失的負值確定。例如，廣東省60萬千瓦燃煤機組溫態啟動費48萬元，價格下限發生的情景是在早晨1點至6點五個小時的低谷負荷時段，機組為了不停機而不得不降低電價，假設機組負荷率為0.7，機組在低谷負荷時段可發的電量為60×10000×0.7×5=2100000千瓦時，這樣僅僅考慮啟動費用的單位電量的停機損失為48×10000/2100000=0.23元/千瓦時，即廣東現貨市場的價格下限為-0.23元/千瓦時。因此，根據本文提出方法測算，廣東現貨市場價格上下限分別為16.08元/千瓦時和-0.23元/千瓦時，與目前實施的投標上下限有較大的差異。（本文得到教育部人文社科重點研究基地重大項目「競爭政策在電力產業的適用性與難點問題研究」（18JJD79001）資助）
本文刊載於《中國電力企業管理》2020年08期，作者供職於長沙理工大學電價研究中心
原標題:電力現貨市場價格上下限的經濟學依據
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