不确定需求、垂直分离与电力市场结构

No.C20080012008-02不确定需求、垂直分离与电力市场结构 汪浩北京大学中国经济研究中心No.C20080012008年2月17日不确定需求、垂直分离与电力市场结构摘要：本文考虑一个在发电和零售环节均为完全竞争的电力市场，电力以线性价格销售给用户，总需求不确定。模型表明，如果企业的发电量与边际发电成本之间的协方差为正，即两个随机变量之间有正的线性关联度，那么在短期均衡中，垂直分离使得零售电价升高，消费者剩余减少。而在长期均衡中，垂直分离导致发电企业的过度进入，不仅使电价提高，还造成社会福利的损失。因此本文认为，在输配电业务从传统的电力企业独立出去后，发电和零售仍然应实行垂直一体化。该结论对我国正在进行的电力体制改革有一定参考意义。关键词：需求不确定，电力市场，垂直一体，垂直分离JEL分类码：L22,L51,L94DemandUncertaintyandVerticalSeparationinaCompetitiveElectricityMarketAbstract:Thispaperconsidersaperfectlycompetitiveelectricitymarket.Theaggregatedemandisuncertain.Electricityissoldtoconsumersvialinearprices.Thecasewheregeneratorsdirectlyselltoconsumers(verticalintegration)andthecasewheregeneratorssellthroughindependentretailers(verticalseparation)arediscussed.Itisfoundthatwhenthecovariancebetweentheelectricityoutputandthemarginalgenerationcostispositive,verticalseparationleadstohigherpricetoconsumersintheshortrun.Inthelongrun,verticalseparationinducesexcessentrytothegenerationsector.Itleadstonotonlyhigherelectricityprice,butalsolowersocialsurplus.Thepaperthussuggeststhatgovernmentsshouldencourageverticalintegrationbetweengenerationandretailinginelectricitymarkets.Keywords:Demanduncertainty;Electricitymarket;Verticalintegration;VerticalseparationJELClassification:L22,L51,L94一．引言电力作为一种商品，具有与其它商品显著不同的特点，例如，电力基本不可储存，供求必须实时平衡，短期需求弹性甚小，需求和供应均具有一定的不确定性等。由于电力对社会经济的极端重要性和电网的自然垄断特征，电力行业在世界各国都是一个由政府高度监管的行业（Joskow，1997）。传统的电力行业主要是由发电，输电，配电和售电垂直一体的公司组成，公司拥有特定区域的垄断经营权，但是电价由政府控制。由于政府一般根据企业的成本确定电价，使得电力企业脱离了市场竞争压力，失去控制成本的动机，因此传统的电力行业普遍存在成本居高不下，技术进步缓慢，服务质量较低等问题。20世纪90年代开始，许多国家对电力行业进行了大规模的改革（国家电力监督委员会，2006）。在改革过程中，各国一般首先将具有自然垄断特征的输配电业务独立出来，在政府监管下构建公平开放的输配电网络，然后在此基础上，组建电力批发交易市场，在发电和零售两个层面引入市场竞争机制。在各国电力改革实践中，虽然发电企业经常直接向大用户供电，但是在对中小用户的业务中，经常采用发电和零售独立运作的模式，从而形成垂直分离的产业结构（Pollitt，1997），本文认为这个做法是值得商榷的。首先，即使在输配电业务被剥离后，发电和零售实行垂直一体化在技术上仍然是可行的。国外的经验表明，电力零售基本上仅是一个结算过程，在技术上没有明显的规模效应。特别的，如果一个发电企业通过公共电网向用户直接销售电力，相对于独立零售企业并没有成本上的劣势。其次，将发电和零售分离开来在经济学理论上没有充分的依据。一般而言，产业内进行垂直分工的目的主要是为了发挥规模效应或比较优势，但是这些因素在电力行业表现并不明显。垂直分工的弊端则是不利于产业内上下游企业之间的协调，虽然这个弊端在很多行业可能不显著，但是在经营环境相对复杂的行业则比较突出。对于一个成熟的电力市场，电力的不可储存性和供求的不确定性恰恰是市场的主要矛盾之一，因而发电和零售业务之间的协调十分重要。在各国的电力体制改革过程中，电力的批发和相关衍生品市场的运行出现了很多问题（周定山，2005），如电价波动过大，投机行为严重，电网运行不稳等。为了避免这些问题，人们普遍认为政府应该加强对电力批发市场交易的监督和管制（Wolak,2003），虽然严格的监管有利于市场的稳定，但是也不可避免的影响到市场机制配置资源的效率。电力产业对电力批发市场的高度依赖正是由于发电和零售的分离，这种分离使得必须相互合作的发电和零售企业成为独立的利益主体，它们之间的博弈造成产业内部的协调困难，最终导致电力产业的效率降低，并且这个问题不能通过增加市场的竞争程度来解决。例如，在竞争的电力批发市场中，电价取决于电力的边际生产成本，当电力需求达到高峰时，发电能力的局限导致边际发电成本急剧上升，但是平均发电成本的变化甚小，这样就使得大量利润迅速地从零售企业转移到发电企业，从而给零售业务带来巨大的风险和成本，最终形成较高的电力价格。这种电力体制还使得大型发电企业有动机在需求高峰时通过各种手段人为地提高边际发电成本。国外的经验表明，一些严重的电力紧缺局面实际上是由大型发电企业的机会主义行为造成的，通过在用电高峰时间安排关键机组“故障”或“维护”，发电企业可以在短时间内制造成极高的电力价格，从而实现对零售企业的掠夺。如果发电和零售实现垂直一体化，那么上下游企业之间的博弈导致的问题就不会出现，企业将得以专注于终端市场的横向竞争。同时，垂直一体化也削弱了批发市场在电力系统中的作用，从而减轻了政府监管市场的难度，也缓解了由于监管所带来的市场机制的扭曲。本文考虑在一个完全竞争的电力市场中，发电和零售实行垂直分离的后果，本文的模型主要适用于面向中小用户的电力市场。假设市场对电力的总需求是不确定的，企业通过线性价格将电力销售给终端用户。交易合同在需求实现之前签订，合同仅规定电力价格而不规定电力交易量。在发电和零售实行垂直一体的情况下，企业根据电力的市场价格决定其发电计划。而在发电零售实行垂直分离时，发电企业在现货批发市场上将电力出售给完全竞争的零售企业，价格等于实时的边际发电成本，零售企业再以线性价格将电力出售给最终用户。模型表明，如果企业的发电量与边际发电成本之间的协方差为正，即两个随机变量之间有正的线性关联度，那么在短期均衡中，垂直分离使得电力零售价格比垂直一体时高，导致较高的发电企业利润和较低的消费者剩余。而在长期均衡中，垂直分离诱导过多的发电企业进入市场，使得每个企业的期望产出低于其最有效率的规模，最终导致电力价格过高和社会福利下降。如果企业的发电量与边际发电成本之间有负的关联度，那么垂直分离使得发电企业的短期利润下降，在长期使得发电企业进入不足，电价仍然过高。总之，发电与零售的分离造成了产业内上下游企业之间的协调困难，不利于电力企业应对不确定的市场需求。因此，本文认为在电力体制改革过程中，政府应在政策上鼓励发电和零售企业之间的整合。在经济学文献中有大量关于垂直分离，需求不确定和电力市场竞争的研究。在与垂直分离相关的文献中，研究大多集中在不完全竞争市场。人们普遍认为，当企业采用线性价格时，垂直分离可能导致双重加价（doublemarginalization）现象，使得产业利润，消费者剩余和社会福利均下降（Spengler，1950）。但是也有文献指出，策略性的垂直分离或类似安排也可能减弱企业之间的竞争，从而增加企业利润，如Rey和Stiglitz（1988），Bonanno和Vickers（1988），Gal-Or（1990），以及Shaffer（1991）等。策略性垂直分离模型一般假设需求是确定的，市场为寡头结构，并且上下游企业之间的交易价格为公开信息等。在与需求不确定相关的文献中，人们对寡头企业的定价策略进行了很多讨论，相关模型一般假设产品必须在需求实现之前被生产出来，即产品在物理上或价值上可以且仅可以储存一期。在这些模型中，如果价格在“事前”（即在需求实现之前）确定，那么可能出现市场不出清的情况，如Deneckere，Marvel和Peck（1996），而如果价格在“事后”（即在需求实现之后）确定，那么使市场出清的价格是不确定的，如Deneckere，Marvel和Peck（1997)。在与电力市场竞争有关的理论研究中，人们主要讨论了在电力体制改革后，寡头发电企业在电力批发市场的博弈，例如，针对英国电力现货批发市场的特点，Klemperer和Meyer（1989）考虑一个需求不确定的寡头市场，企业通过选择连续的供应函数来进行竞争。该文证明，当产品同质时，该博弈存在一个纯策略纳什均衡，并且在一定条件下均衡唯一。vonderFehr和Harbord（1993）考虑一个类似的模型，但是假设企业选择离散的供应函数，他们发现这个博弈可能没有纯策略的纳什均衡，并由此解释英国电力批发市场的高波动性。在本文的电力市场模型中，企业是完全竞争的，产品不可储存，价格在“事前”确定，供求实时平衡。对于在这种市场条件下垂直分离的后果，据本文作者所知，目前尚没有相应的理论研究。改革开放以来，我国的电力体制经历了三次重大改革。第一次是在1985年，为了解决电力严重缺乏的问题，国务院下发了《关于鼓励集资办电和实行多种电价的暂行规定》，鼓励各地方，部门和企业投资建设电厂。这次改革形成了电力投资主体多元化的局面，为在发电领域引入竞争创造了条件。第二次始于1997年，以国家电力公司的成立为标志。1998年，电力部被撤消，国家电力公司颁布了《国家电力公司系统公司制改组实施方案》，确定了“政企分开、省为实体”和“厂网分开、竞价上网”的主要改革思路。但是这次改革的效果并不理想，例如“省为实体”在一定程度上走样成为“省为壁垒”，助长了地方保护主义，“竞价上网”试点也未能取得令人满意的结果，没有达到鼓励成本节约的目的。第三次改革始于2002年4月，国务院下发了《电力体制改革方案（国发（2002）5号）》，确定了市场化改革的方向，包括实施厂网分开，重组发电和电网企业，推动竞价上网，建立电力市场运行规则和政府监管体系等。2002年改革方案的第六条第二十六款要求“在做好试点工作的基础上，逐步实行输配分开，在售电环节引入竞争机制”。这项改革作为我国电力改革的长期目标之一，目前还没有进行。本文希望能为构建我国电力零售竞争机制的改革提供一些参考。二．模型某区域的电力市场在发电和零售环节都是完全竞争的，企业为价格接受者，且为风险中性。假设电力完全不可储存，发电企业的成本函数为()Cq，对任意0q有()0Cq和'()0Cq。记发电企业的平均成本函数为()()CqACqq≡，边际成本函数为()'()MCqCq≡。不妨假设电力零售企业的成本为零。电力用户是同质的，他们的需求不确定，给定零售价格p，市场在一个单位时间的总需求量()xp是一个随机变量。简单起见，假设电力需求没有弹性，总需求量x服从区间[,]xx上的分布()Fx，其中0xx，'()0Fx≥。本文不考虑由于发电能力不足而导致电力配给的情