智能電網下分布式電力市場論文

導語：智能電網下分布式電力市場論文一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

一、文獻述評

智能電網目前國際上并沒有統一的概念。國際能源署給出的定義較為準確地概括了其共性:“智能電網是使用數字和其他先進技術來監視和管理所有發電來源電力的運輸，以滿足最終用戶不同電力需求的電力網絡。智能電網通過統籌所有發電端，電網運營商，終端用戶以及電力市場利益相關者的需求和能力，盡可能高效地操控系統的各個部分，在最大限度降低成本和對減弱環境影響的同時，提高系統的可靠性、靈活性和穩定性。”帥軍慶(2009)我國國家電網公司提出了堅強智能電網的概念，以特高壓電網為骨干網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎，利用先進的通信、信息和控制技術，構建以信息化、自動化、互動化為特征的自主創新、國際領先、中國特色的堅強智能化電網。StevenE.Collier在2009年IEEE電力和能源會議上認為，盡管智能電網內涵不同，但具備自愈、用戶參與、抵御災害能力、有大量的分布式電源、電力市場得以更好的發展這五個特征。陳志恒等(2013)從發展的角度來看，受技術條件、商業價值、投資和政策框架的制約，世界各國傳統電網向智能電網“進化”，大致都需要經過由能源單向傳輸到能源與信息雙向傳輸、由垂直一體化結構到網絡化結構、由能源一次性輸出到儲存性輸出、由壟斷化運營模式到市場化運營模式的漸進過程。智能電網支持分布式電源的接入。Ackermann(2002)分布式電源是以新能源和可再生能源為主構成，發力在用戶側的小型發電單元。新能源和可再生能源包括水電、風電、太陽能發電、生物能、熱能和朝夕能。呂春泉等(2011)雖然可再生能源發電具有清潔性，能夠有效降低CO2等溫室氣體的排放，但同時，具備隨機性、間歇性、開發成本高、反用電高峰等不穩定特征，直接接入電網會對傳統的電網造成巨大的沖擊，進而大大降低傳統電網的穩定性及可靠性。但儲能技術、柔性直流技術、新能源綜合利用技術的實施，解決了技術因素，例如國家電網公司完成的河北張北風光儲示范工程。

當前我國政府提供的新能源補貼政策解決了價格高的問題。智能電網技術的發展將進一步改變電力產業的自然壟斷屬性，提高電力產品的價格彈性。胡恩同(2011)電力產業具備自然壟斷屬性，是現代社會不可或缺的生活必需品。電能具備無形、無色、無味、看不見、摸不著、危險大、同質性的特點。作為生產品，具備企業有效規模大、資金密集、投資周期長、資本存量調整困難、難以儲存的特點;作為消費品具備消費時間集中，時間周期性強，可替代性差，缺乏需求彈性的特點。供給需求要求瞬間平衡，電能質量對電器壽命和質量會產生影響，負荷變化瞬間供給產生影響。戚聿東，范合君(2009)但隨著技術和經濟理論的發展，電力產業的自然壟斷屬性逐漸在削弱。例如，隨著發電技術的發展導致發電企業的最小效率規模顯著下降。20世紀80年代，發電企業的最小效率規模為900MW，而到了90年代中期最小效率規?？s小為100MW(bayless，1994)。因此，最近20年新建電廠的生產規模和分布較之以往明顯變小和分散，但是生產效率卻大大增強。目前，西方國家和我國已經在發電領域映入了競爭，促使企業提高了效率、改進了服務、降低了價格，壟斷行業煥發了生機活力。居民、商業及工業用戶具有不同的電能價格需求需求彈性(，消費者對價格反應的三種方式決定了價格需求彈性的大小，價格上漲時，一是消費者可以選擇消費替代品;二是不選擇替代品的情況下，可以減少該產品的消費;三是消費量不變，減少在其他產品上的花費。智能電網使得分布式電源成為傳統電網公司供應電能的替代消費GriffinJM等，2005)。在電力市場中，分布式電源、儲能設備將成為用戶選擇電能的消費替代，這將提高電力產品的需求彈性。綜上所述，學者們普遍認識到智能電網不僅是能源領域重要的技術革命，更將進一步推動能源產業、能源市場的變革，但忽視了對市場結構演變的研究。正是基于此，本文用博弈論的方法，在借鑒古諾均衡模型的基礎上，引入了多個需求市場，給出不同市場結構下的均衡解和均衡價格，并與完全壟斷市場進行比較。

二、智能電網下電力市場的不同均衡

(一)問題的轉化

從對電力市場影響的角度看，智能電網實現了分布式新能源的接入，為電力市場電力帶來了新的競爭者，消費者的選擇范圍和需求的價格彈性增加了。市場結構從完成壟斷逐漸演化為競爭。于是，我們將問題轉化為新的競爭者對市場結構的影響，關注的是電力供應商和消費者行為發生的變化、新的均衡數量以及新的電價形成機制。

(二)模型選擇

在分析市場結構的經典文獻中，均衡數量和均衡價格的決定與市場參與者選擇的策略行為密切相關，經濟學家采用非合作博弈的同時決定產量的古諾模型、同時決定價格的伯川德模型、產量領導者模型斯塔科爾伯格模型以及價格領導者模型，每種模型都適用不同的環境條件。本文結合當前智能電網對電力市場的影響，選擇同時決定產量的古諾模型。古諾模型中，市場參與者選擇生產多少產量作為策略行為，同時決定產量后，也就相應的形成統一的市場價格。產量的本質是選擇生產能力，也就是說市場潛在進入者在進入市場時，依據在位企業的產量來選擇自己的產量。2009年以來，隨著智能電網建設的迅速發展，國家能源局大力支持新能源的發展，同時，支持分布式發電接入電網。國家能源局的主導下，相繼能源、太陽能、風能、生物能、天然氣十二五規劃，頒布《分布式發電管理暫行辦法》，重新啟動大用戶直購電，宣布建成100個新能源示范城市，大力推廣風電特許權招標工程，制定新能源電鍍補貼和電動汽車補貼。要求新能源發電優先上網。面對這種情況，傳統供電商的市場進入阻止策略難以實施，與分布式發電商在用戶側展開競爭將在所難免。國家對分布式發電商的長期補貼政策，使得其具備了市場競爭力。林恩.派波爾(2012)發現在位企業選擇價格領導者的策略，將導致新進入者具有后發優勢，獲取更多的利潤。同時決定價格的伯川德模型的結果是均衡價格逼近邊際成本，最終導致雙方利潤下降。在位企業具備選擇產量領導者的先動優勢，產量高于古諾最優產量水平，利潤是追隨者的2陪。在追隨企業產量較低的情況下，領導企業如果返回到古諾最優反應函數并少生產，則領導企業的狀況可以得到改善。然而，如果領導企業真的改變產量，并且跟隨者也知道這種可能，那么跟隨企業會預期到其采取這種行為并在第1期不再降低產量。相反，如果它預期領導企業會增加產量，它也會增加自己的產量。最終，預期產量的博弈將會使博弈回到同時博弈的古諾均衡結果。如果領導企業不能在第1期對產量做出承諾，則跟隨者將會預期領導企業的產量變化，在此情況下博弈將會同時進行。綜上，當前傳統供電商不會選擇價格領導者的策略，新進入者因成本過高和規模較小沒有能力選擇價格競爭策略。伯川德競爭策略因會導致均衡價格接近邊際成本，市場參與者不會選擇這樣的策略行為。在當前國家要求新能源優先調度的情況下，如果實現電力市場競爭，傳統供電商不得不同時考慮新能源發電商的產量決策，這就使得競爭從斯坦爾伯格模型進入到古諾模型。

(三)模型假設

本文主要分析完全壟斷、寡頭壟斷、壟斷競爭三個市場結構模型的均衡結果，為了建立相應的分析模型，做出以下5個假設:假設1:智能電網是一個逐漸演化的過程，新的分布式發電商開始進入電力供給市場，在用戶側與傳統供電商展開市場競爭。假設2:不存在電網輸電容量約束。線損、交易成本、發電機啟動成本、空載成本、政府補貼均為零。假設3:發電商追求利潤最大化，選擇電量作為競爭策略，最終實現納什均衡。每個發電商可以對每一類消費者銷售電能。發電商成本函數是產量的二次凸函數。假設4:電力需求不斷增加，消費者為商業、工業、居民三類，其需求函數對所有發電商都是公共信息。消費者擁有儲能措施，能夠積極參與市場競爭，自由選擇不同的發電商。需求函數是線性需求函數。假設5:市場結構將經歷完全壟斷、寡頭競爭、壟斷競爭三個階段。用1個傳統供電商(火電)和3個需求市場來代表完全壟斷市場結構;1個傳統供電商、1個新能源發電商(風電)與3個需求市場代表雙寡頭市場結構;1個傳統供電商、2個新能源發電商(風電和光伏發電)與3個需求市場代表壟斷競爭市場結構。

三、結論與政策建議

智能電網的發展將導致以新能源技術為主的分布式發電商不斷進入電力市場，并與傳統的供電商形成競爭，市場結構將逐漸演化。本文通過構建了一個包含多供電商、多用戶市場的古諾式博弈模型，刻畫了這種演化趨勢，并給出了模型求解方法和算例。研究發現隨著電網不斷智能化，電力市場競爭將不斷加劇，分布式發電商越多，電力市場交易量越大，交易價格越低，過度競爭將導致接近完全競爭的市場價格。傳統供電商利潤將隨著市場競爭的加劇而大幅下降。根據這些研究發現，筆者建議在以下三方面采取積極措施，從而較好實現電力市場發展，推動電力市場化改革。

1.以智能電網革命為契機，引入多元化分布式發電商，從而加速電力市場化改革。我國的電力改革始于1997年，經歷了長達十幾年的艱難改革，仍未全面實現2002年提出的“廠網分開、主輔分離、輸配分開、競價上網”的改革目標。當前電力市場交易模式，依然是以電網公司為主導的單邊電力交易模式，以政府規制電價為主導定價模式，這種模式并不能緩解市場煤和計劃電的根本矛盾，價格在配置資源中并未很好的起到作用，降低了能源配置效率和利用效率。2013年負責電力改革的電監會并入能源局后，電力改革邁上了新的臺階。智能電網不僅能夠在技術上(分布式發電、微電網、儲能等技術)降低電力市場的自然壟斷屬性，而且能夠提高能源配置和使用效率。分布式發電的發展，不僅能夠滿足監管機構節能減排、優化能源結構、轉型升級的監管目標，而且有助于實現電力市場化改革目標。多元化分布式發電商的引入，勢必將在用戶側與傳統的供電商形成有效競爭，而能為電價形成機制奠定基礎。如果沒有政府規制和傳統供電商的阻止進入策略的實施，在利潤最大化的目標下，市場參與者的策略性反應將是進行古諾式的產量競爭，而這將形成競爭性電價。隨著分布式發電商的增加，電價將大幅度下降，參與者將依據電價安排生產和投資，工業、商業、居民用戶將依據電價波動合理使用電量，這將提高能源配置和使用效率，計劃電和市場煤的矛盾也迎刃而解。

2.建立以能源監管機構為主導的智能電網發展模式，降低分布式供電商的進入壁壘，引導傳統供電商向競爭性供電商轉變。在上述的分析中，我們看到，隨著分布式供電商的不斷引入，如果沒有政府電價規制的情況下，供電競爭的結果是電價大幅下降，傳統供電商的利潤也將大幅下降。在這樣的情況下，傳統供電商的最優策略性行為是實施阻止進入策略或參與分布式供電，而這將進一步加強傳統供電商的勢力，降低分布式供電商的進入速度。這一競爭結局將與電力改革目標背道而馳。當前，這一事實正在發生，傳統電網企業主導了智能電網的發展，主導相關技術標準的制度，倡導集中式發電，分布式發電商接入電網成本較高。據中國能源局統計，2012年總共放棄風電200億度，直接損失100多億元，造成這一結果的重要原因之一就是傳統發電商阻止進入策略的實施。在這種情況下，如果以能源監管機構為主導，各利益相關者共同參與，包括傳統供電商和分布式供電商，制定智能電網發展框架，以及相關技術標準和市場競爭規范等制度，這將十分有利于分布式供電商順利進入供電市場，進而促使傳統供電商放棄阻止進入策略或直接參與分布式供電策略，提高其運營效率，使其轉化為競爭性供電商。

3.建立有管制的浮動電價形成機制，避免電力投資不足和電價波動過大。電力產業是國民經濟的支柱，國民經濟的發展對電力有剛性需求;同時，電力投資自身具備長周期的特點。隨著大量分布式發電商進入電力市場，如果任由電力市場充分競爭，那么依據上述研究結果，勢必將導致電價的周期性波動，進而導致投資的周期性波動，而這種波動勢必將影響國民經濟的平穩運行。因此，如果監管機構根據國民經濟發展需求和電力市場競爭情況，通過制定有浮動區間的市場電價形成機制，這不僅能夠促使電力產業平穩發展，而且能夠提升電力市場整體效率。

作者：袁曉玲張江洋單位：西安交通大學