商业输电网扩容的激励原理及启示

２０１０年９月　总１６０期第５期　山东经济　

ＳＨＡＮＤＯＮＧ　ＥＣＯＮＯＭＹ　Ｓｅｐ．，２０１０　

Ｇｅｎ．１６０　Ｎｏ．５　

商业输电网扩容的激励原理及启示　向　军　柴　华　（中国社会科学院，北京１００１０２）　

［摘要】　输电网一方面具有输送电能的物理功能，另一方面具有提供公共竞争的平台、优化资源配置的经　济功能，因此输电网的扩容对于提高整个系统的效率以及促进公平竞争都起到决定性的作用。本论文在相关文献　的基础上，详细梳理了商业输电扩容的激励原理，揭示了商业输电扩容在一定条件下必定满足盈利性和投资激励　的结论，并以三节点的具体例子说明、验证了相关的结论，最后针对我国输电网扩容的现状提出了相关的建议。　［关键词］　商业输电扩容；同时可行性准则；差价合同；金融输电权　［中图分类号］Ｆ４ｏ７．６１　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１０００—９７１Ｘ（２０１０）０５—００５７—０６　

一、

引言　

２００２年《电力体制改革方案》实施以来，我国电　力工业改革取得了突破性的进展。２００２年年底正　式实现了厂网的分开，组建了两家电网公司和五家　发电公司。２００４年１月东北区域电力市场进入模　拟运行，２００４年５月华东区域电力市场进入了模拟　运行，２００５年　１　１月南方电力市场模拟运行。但是　近几年的运行实践暴露出一些问题需要加以解决。　其中之一是，如何保证电网的投资与电源的发展相　协调，以实现全社会效益最大化目标。最近几年，在　电力供应短缺的情况下，各发电公司在全国范围内　进行大规模的新电源的项目的规划与投资，与此同　时，不同电压等级的输电网也在进行扩容规划与投　资。但是目前的实际情况是：输电网扩容远远滞后　于电源的发展速度，在某些地区，电网结构的薄弱严　重制约了我国山￡大范围的资源优化配置。输电网在　电力行业中的ｍ要作用体现在两方面：一方面它连　接着发电商、零售商和用户，具有输送电能的物理功　能；另一方面它提供了公共竞争的平台，具有资源配　置的经济功能。输电网的扩容对于提高整个系统的　效率以及促进公平竞争都起到决定性的作用，输电　系统规划不合理、发展滞后，将会影响到电力改革的　成败。因此，在目前输电容量不足的环境下，我们亟　须解决以下几方面的问题：一是如何通过对具有自　然垄断属性的输电公司进行有效的监督和激励来促　成输电网的最优扩容（输电短期阻塞成本和长期扩　容成本达到最小）；二是在对输电网公司进行必要　监管的基础上，如何应用有效的市场机制，促进输电　网扩容的商业化运作，以促使电力工业逐步走向市　场化。　输电网扩容主要有两种方式：基于管制的激励　模式和基于商业的激励模式。基于管制的激励模式　需要通过价格限制等手段激励输电投资，公平合理　的成本分配方式是这种模式的重点，输电投资的沉　没成本通常通过管制的成本费用方式进行回收。这　种模式导致较强的垄断性，需要找到合适的价格水　平和管理激励措施进行有效的行政管理。基于商业　的激励模式，输电网扩容是自愿的而不是通过行政　命令来执行的，投资不是以管制费用的形式出现，而　是通过金融输电权交易的方式来回收投资的沉没成　本。该方法反映了市场改革的发展，较好地解决了　输电网扩容过程中的环流及外部性的问题，具有无　可替代的优点＿１ｊ。　本论文在相关文献的基础上，对商业扩容的思　

［作者简介］向军（１９８０一　），男，湖南常德人，中国社会科学院研究生院数量经济与技术经济专业博士研究生。主要研　究方向：电力经济学。　

・５７・　想作一细致的整理，梳理了商业扩容的激励机制，并　以一个具体三节点的数例进行说明，最后对我国输　电网扩容提出相关的建议。本文结构安排如下：第　二部分回顾了相关的文献，厘清了商业输电扩容理　论发展的大致脉络；第三部分详细地论述了商业输　电扩容的激励原理，对相关文献作了简要但清晰的　整理，凸显核心的逻辑框架；第四部分是算例分析，　以三节点的例子具体地说明、验证相关结论；最后部　分是相关结论和启示。　二、相关文献　商业输电网扩容的思想主要体现在Ｈｏｇａｎ　（１９９２）、Ｃｈａｏ　ａｎｄ　Ｐｅｃｋ（１９９６）、Ｗｕ．ｅｔ．ａ１．（１９９６）、　Ｂｕｓｈｎｅｌｌ　ａｎｄ　Ｓｔｏｆｉ（１９９６、１９９７）、Ｒｏｓｅｌｌｏｎ　ｅｔ．ａ１．　（２００６）、Ｈｏｇａｎ　ｅｔ．ａ１．（２００７）等相关文献中　。　Ｈｏｇａｎ（１９９２）在节点定价的基础上发展出了一　种合同网络的方法，其本质是一种点对点的金融输　电权。他研究了复杂网络条件下的环流和阻塞问　题，把传统的合同路径（Ｃｏｎｔｒａｃｔ　Ｐａｔｈ）模型扩展到　合同网络（Ｃｏｎｔｒａｃｔ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）层次，提出了输电容量　权的概念。他认为合同网络期权能够为复杂网络环　境下的长期传输容量分配提供了一个良好的手段，　因为合同网络的设计考虑了基尔霍夫定律、输电线　路传输极限，包括热极限、稳定极限和风险约束等电　力系统技术经济特征的作用，并且不会影响现有的　经济调度。在这篇文献里，Ｈｏｇａｎ提出了同时可行　性条件（Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｒｕｌｅ），并在直流潮流的条件下证　明了盈利性（Ｒｅｖｅｎｕｅ　Ａｄｅｑｕａｃｙ），但其整个论证缺　少严密的逻辑框架。Ｗｕ　ｅｔ．ａ１．（１９９６）从节点定价　出发，以较严格的形式刻画了金融输电权和物理输　电权的性质，但未能更深入地挖掘金融输电权所蕴　涵的投资激励机制。　Ｂｕｓｈｎｅｌｌ　ａｎｄ　Ｓｔｏｆｔ（１９９６、１９９７）在以上文献的基　础上系统总结了商业输电扩容的原理，明确地提出　了同时可行性准则，并在该准则下通过模型推导得　到以下两个重要的定理：盈利性（Ｒｅｖｅｎｕｅ　Ａｄｅｑｕａ－　ｃｙ）结论和投资激励（Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｉｎｃｅｎｔｉｖｅ），它们是　输电网商业扩容机制的重要基础。其结论认为在一　定的条件下，金融输电权能有效地激励电网投资，较　好的解决电网外部性的问题，这种基于市场的的电　网投资相对于传统模式更能促进电网的竞争。　．５８・　Ｒｏｓｅｌｌｏｎ　ｅｔ．ａ１．（２００６）考虑系统运营商持有部　分金融输电权的商业扩容模式，Ｈｏｇａｎ　ｅｔ．ａ１．　（２００７）则将商业扩容的方法与管制激励的方法结　合，提出了价格上限的商业扩容模式。　三、商业输电网扩容的激励原理　（一）差价合同（ＣＦＤ）与金融输电权（ＺｒＲ）④　在说明商业输电网扩容的基本原理之前，我们　需要简单介绍电能市场中的两个重要的规避价格波　动风险的金融工具：差价合同（ＣＦＤ）与金融输电权　（Ｆ１、Ｒ）。　表１　差价合同规避风险的原理　收支　供给方　需承亩ｊ　现货市场　Ｐｉ。ｑ　—ｎ　ｑ　ＣＦＤ合同　（Ｐ　一ｐ　）ｑ　一（Ｐ　一日）ｑ　总收支　（Ｐ　ｐ　－ｐｊ）・ｑ＝ｐ　・ｑ　—ｐｃ‘ｇ　

假设存在一个两节点的系统，电能供应方位于　节点ｉ，电能需求方位于节点　，在未来某一时点现货　市场的价格为Ｐ，而双方希望以价格Ｐ　在该时点交　易ｑ单位的电能。这可以通过差价合同（ＣＦＤ）来实　现。差价合同可定义为：在ＣＦＤ合同下，电能需求　方将支付给供给方的（ｐ　一Ｐ）ｑ费用，其中Ｐ　为合同　价格，ｑ为合同数量，Ｐ为电能市场的现货价格。不　过需要注意的是若（　一ｐ）ｇ为负，表明应该是由电　能供给方支付给需求方相应的差额。在不存在阻塞　的情况下，各节点的电价是一致的，即Ｐ　＝Ｐｊ＝ｐ，差　价合同将能很好地规避价格风险，这从表１可以看　出：在各节点的电价是一致的情况下，供给方和需求　方电能支付的绝对数额是相等的，并且恰好是合同　价格水平上的支付。　不过现实的电力网络是复杂的，存在种种约束，　从而导致各节点的价格的差异，在这种情况下单纯　依靠ＣＦＤ合同是无法实现风险规避的。这是因为　供给方ｉ的总收支（ｐ　＋ｐ　—ｐ　）・ｑ不再与需求方　的总收支Ｐ　・ｑ相等。因此需要引入新的规避阻塞　带来节点价格波动风险的工具。金融输电权能极好　的实现这一功能。金融输电权　是定义在节点间，　若某市场参与者拥有节点１到节点２之间的ｑＭＷ输　电权，则该参与者可从系统运行商得到（Ｐ　－ｐ。）・ｇ　的货币补偿。在差价合同和金融输电权的共同作用　下，上例收支平衡情况见表２。可以清晰地看到，　Ｒ和ＣＦＤ的组合能很好地规避风险，简言之，　ＣＦＤ合同是规避给定节点价格暂时波动的风险，　ＦｒＲ则是规避两节点间价差波动的风险。　表２　差价合同与金融输电权规避风险的原理　收支　供给方ｉ　需求方ｊ　现货市场　ｐ　‘ｇ　—ｐｉ。ｑ　ＣＦＤ合同　（Ｐ　一日）ｑ　一（Ｐ　一ｐ　）ｑ　金融输电权　（ｐ，一ｐ　）・ｑ　总收支　ｐ　。ｇ　—ｐｃ‘ｇ　（二）模型的建立　假设输电网模型由Ⅳ个节点和　个参与者构　成，每个节点的注入功率为ｑ　，相应的节点价格为　Ｐ　，ｑ　取负值定义为消费者在该节点消费了ｑ　单位　的电能　。由于每个个体可能在多个节点注入或消　费电能，记向量ｑ　为个体ｋ总的注入或消费的电　能。记Ｃ　（ｑ　）为个体ｋ的成本函数或消费福利函　数，Ｃ　（ｑ　）取负值表明对应的是消费者福利函数，则　最优调度即是在满足各种约束条件下使总体福利　（ｇ）＝ｍａｘ∑一Ｃ　（ｑ　）最大化。　

由节点ｉ到节点　数量ｒ的金融输电权记为￡＝　（０，…一Ｊｒ，…７－，…０），其中第　√个分量非零。个体　所有的金融输电权加总记为　＝∑ｔ，其对应的输电　阻塞租金则为Ｐ・　，Ｐ为节点价格向量⑨。类似的，　节点ｉ数量ｑ的差价合同（ＣＦＤ）记为，＝（０，…，ｑ，　

…０），其中第ｉ√个分量非零，ｑ取负值意味着必须　支付节点ｉ价格Ｐ　与差价合同预定的价格Ｐ　的差　额。个体ｋ所有的差价合ｆ－，ＩＤ￣Ｉ总记为　＝∑厂，其对　应的差价合同收入为Ｐ・／　，Ｐ为节点价格向量＠。　记ｎ　＝　＋　为个体ｋ所　金融输电权与差价合同　之和，则其所有的合同收人为Ｐ・ｎ　。　由上一小节的分析我们很容易知道，当ｎ　与个　体ｋ实际注入的电能ｑ　满足关系／７，　＝一ｑ　时，个体　将规避价格波动风险，将价格锁定在差价合同预定　的节点ｉ的价格　水平上。这种ｎ　与实际注入的　电能ｑ　之间的关系我们称之为合同与调度的匹配　（Ｃｏｎｔｒａｃｔ　ＭａｔｃｈＤｉｓｐａｔｃｈ）。这种匹配关系可以在三　个层面上来定义：个体层次、群组层次、整个网络层　次。下面我们来看这种匹配关系所带来的重要性　

质。　定义１：对任何个体，若所有合同之和（金融输　电权和差价合同）儿　与实际注入的电能ｇＩ｝满足关系　ｎ　＝一ｑ　，我们称之为合同与调度在个体上匹配。　对任何个体，其净福利定义为ＮＢ　（Ｐ，１７，　）＝ｐ・ｑ　＋　Ｐ・１７，　一Ｃ　（ｇ　）。若其他条件不变，由节点价格变化　而导致的个体净福利变化定义为ＡＮＢ（忍　）＝ＮＢ　（Ｐ　，ｎ　）一ＮＢ（ｐ，　）。　个体净福利定ＮＢ　（Ｐ，７１，　）＝ｐ・ｑ　＋Ｐ・ｎ　一ｃ　（ｑ　），可以由下图清晰的进行说明（需注意的是式　中的Ｐ，ｇ　均为向量）。当个体ｎ　仅是电能的纯粹　供给者，则上式所对应的正好是三角形Ｐ　ＯＢ部　分，即生产者剩余；当个体ｎ　是电能的纯粹消费者　时，则上式所对应的正好是三角形Ｐ　ＯＡ部分，即消　费者剩余。