深度 | 电力市场设计中集中模式和分散模式的比较

【导读】我国电力市场改革9号文中，将电力市场模式分为集中式和分散式两种，在电力市场的具体的设计环节，也经常出现集中式和分散式之分。比如，交易模式包括双边交易和集中交易，对电厂的调度包括自调度和集中调度等，这都可以看为不同问题的分散和集中两种实现方式。本文从市场的基本原理出发，对电力市场中的集中式经济机制和和分散式经济机制进行讨论。

(来源：微信公众号 走进电力市场 作者：荆朝霞)

一、计划机制和市场机制概述

1、经济体制

集中和分散的区别可以体现在很多不同的层次。这里，首先从最高层次讨论：经济体制。

经济学的目的是解决资源配置中的三大问题：生产什么、怎么生产和为谁生产。解决这三大问题有两大类方法：计划和市场，或者说集中和分散。计划机制下，由政府确定三大问题的解决方案。市场机制下，通过市场的力量自发形成三大问题的解决方案。

2、集中(计划)机制

集中(计划)机制：由一个统一的、集中的、垄断的机构来确定资源配置的方案：生产什么产品，怎么组织生产的过程，生产的产品怎么分配等。计划机制具体可以由多种方式实现：1)政府直接管制;2)垄断的国有企业运营;3)垄断的私有企业运营。生产规划、生产计划、分配计划都由这个垄断的机构来负责。这个垄断的机构的目标是整个经济体系的总体福利最大，包括生产者福利和消费者福利。

理论上，如果这个垄断的机构能够获得经济体系的所有的信息，包括所有消费者的需求特性的信息、所有生产者的供给特性的信息，以及相关内外部约束的信息;具有足够的计算、分析能力;并且执行者能够完全以社会福利最大化为目标进行决策，集中的计划体制下可以实现社会福利最大化的结果。但是，实际上往往达不到这个结果，影响这个目标实现的因素包括：

1)信息。集中决策者无法得到完全的、准确的所有市场主体的信息。一方面是由于市场主体的数量可能比较大;另一方面，市场主体都会有隐瞒自己信息以得到更多获利的动机，集中的决策者很难获得完全真实的信息，即使是对同一个企业内部的不同部门。

2)分析计算能力。现实经济世界是一个复杂的系统。如果要完全反映所有市场主体的生产、消费特性，集中决策的问题可能是一个非常复杂的、高维的、非线性的最优化问题，在一定的技术条件下和时间内可能无法求解。

3)代理人的激励问题。在集中机制下，社会福利最大化的目标需要由一个代理人来执行，如上所述，这个代理人可能是政府的某个部门，可能是某个国有企业，也可能是受管制的私人企业、上市公司。这个代理人在进行决策的时候，难免会受到其个人利益的影响，这样就会导致实际的目标不一定是社会福利最大化的目标。

4)市场主体的激励问题。对市场中的广大的市场主体，包括生产者和消费者，其获得的效益并不完全与其付出的努力相关，可能导致生产效率的低下。

3、分散(市场)机制

分散(市场)机制：没有一个统一的、集中的、垄断的机构来确定资源的配置方案，而是通过市场主体各自的决策，市场主体之间的博弈，达到一种均衡状态，确定资源的配置方案。市场中有很多个独立的市场主体，每个市场主体的目标都是各自的利益最大化。市场主体之间互相博弈，调整自己的市场策略，最终达到均衡的状态。

理想状态下，如果市场竞争充分，信息完全，没有交易成本，没有外部性，分散的市场机制可以实现社会福利的最大化。也就是说，在每个人追求自己的个人利益最大化的同时，自动的推动了整个社会福利最大化的实现。当然，这个结果的实现也有条件。

1)竞争充分。这是最重要的条件。市场中有足够多的市场主体，每个市场主体没有影响价格的能力，只能作为市场价格的接受者。

2)信息充分和对称。每个市场主体都可以得到其决策需要的市场信息。市场主体获得的信息是对称的，不存在一些市场主体掌握的信息多，另外一些市场主体掌握的信息少的情况。

3)交易成本低。交易需要成本，包括寻找交易对手的成本、谈判的成本、资金交割结算的成本等。如果交易成本过高，将淹没市场带来的效益。

4)没有外部性。外部性的存在会影响市场的效率。比如，可再生能源发电具有减少排放的好的外部性，燃煤发电具有增加排放的坏的外部性，这个外部性如果在市场机制中没有考虑，或者以错误的方式考虑，都会影响市场整体的效率和福利。

二、集中和分散机制的层次

集中的经济机制和分散的经济机制各有优缺点，在理想的情况下都可以实现资源配置的最优化。但实际中，两种模式实现最优的假设、前提条件都不可能完全实现，因此每种模式都存在一定的问题。

纵观各国的经济，基本没有完全的计划经济或完全的市场经济，都是介于计划和市场之间的混合经济。不同经济的差别，主要取决于计划和市场在经济中的比例。这个比例可以体现在不同的层次。

1、不同行业之间

一个经济系统包括多个行业，如航空、金融、交通、电力、通讯、农产品、工业品等。首先，要确定在哪些行业采用计划、垄断的体制，哪些行业引入市场的机制。这并没有一个确定的模式，是随着相关理论、技术、经济的发展而变化的。欧美等传统的市场经济国家，在十九世纪市场经济发展的初期，都认为应该让市场发挥最大的作用，大多行业都是完全的市场机制。20世纪20年代到70年代之间，出现了多次严重的经济危机，因此认识到市场不是万能的，需要政府的干涉，对通讯、能源、航空等都进行了严格的管制，以垄断的机制运行。但到了70年代以后，又认识到了政府太多管制对经济造成的不利的影响，又纷纷开始了解除管制的过程。通讯、交通、电力行业纷纷又逐渐转向更加市场化的机制。

2、行业内部的不同环节

对很多比较复杂的行业，特别是以某种网络为基础的网络行业，产品的生产包括多个环节，不同环节具有不同的属性。完全的垄断和完全的计划运行都有问题，需要在不同的环节采用不同的运营机制。一般来说，目前经济学家和政治学家达成的共识是，对网络行业，在产品的生产和分配环节可以引入竞争，而在网络环节仍需要保持垄断，因为一般一个行业建设两个网络是不经济的。

电力行业是一个典型的网络行业，包括发、输、配、售等不同的环节。一般认为，在发电和售电环节，可以引入市场的机制，而在输、配电环节，需要仍然保持比较强的垄断性。

3、某个产品市场的供给端和需求端

对某个产品市场来说，包括供给侧和消费侧，可以对产品市场整体进行市场化，也可以仅对某一侧进行市场化。以电力市场中的几个例子说明仅仅在供给和需求一侧进行市场化的情况。

1)电力单一购买者。电力市场中，对发电这个产品或服务，在早期的实践中，很多国家或地区采取的是单边市场，即仅仅在发电侧引入市场机制，实行竞价上网，但在终端用户的销售侧仍然保持垄断，由电网公司以单一购买者的形式从不同的电厂买电再统一卖给终端用户。

2)辅助服务市场。电力市场中的辅助服务也大多是一个单边的市场：辅助服务由一个垄断的机构通过市场化的机制获得，包括中长期合同及集中拍卖等形式，然后由这个垄断的机构将相关的辅助服务成本按一定的原则分摊给相关的市场成员。

3)需求侧管理。电力行业中未进行电厂侧竞价情况下的需求侧管理，可以认为是一种需求侧单向开放，供给侧仍集中垄断运行的方式：发电侧尚未开放，仍然采用集中垄断的运行、调度机制，在电力供给紧张的市场，由用户通过一些市场化的方式进行报价，反映其愿意承担的电力的最高价格或者停电获得的补偿。

4、产品的交易方式

如果已经确定了对某个行业某个环节的某一侧或双侧进行市场化改革，采用市场的分散决策机制，则需要进一步确定其产品的交易场所和交易方式。

1)分散的交易。由市场的供需双方在场外、自由签订交易合同。

2)非强制性的集中交易。由独立的机构成立集中的交易机构，市场主体可以在交易机构(如非强制型的电力交易机构Exchange)中进行集中的交易。交易机构起的作用主要是降低交易成本。市场成员可以自由选择是否在交易机构中进行交易。

3)强制性的交易机制。要求市场成员必须在一个统一的市场(如强制性电力库POOL)中进行交易。

6、集中市场中一些特殊生产和消费特性的考虑

电力市场是一个非常复杂的市场，在市场设计中有很多特殊的问题需要考虑。比如，多产品的问题，电网约束的问题，发电机组的非线性成本特性问题等，这些问题可以有不同的解决方式，从大的方面也可以分为集中的方式和分散的方式两大类。

三、电力市场中一些特殊问题的处理

1、多产品的处理

市场中可能包括多种产品，多种产品之间的供给和需求互相影响。可以用不同的方法，包括分散的方法和集中的方法来考虑不同产品之间的机会成本。举例来说，发电机组的发电容量可以用于能量市场发电，也可以用于辅助服务市场做备用。发电机组参与备用市场的成本，很大程度上是其参与能量市场的机会成本，即由于参与备用市场而造成的发电量的变化，进而造成的对能量市场收益的影响。市场设计有两种思路：

1)分散式：建立能量和备用两个独立的市场，由市场主体自己决定如何对总容量进行分配。市场主体在两个市场的报价中，需要考虑在另外一个市场的可能的机会成本。

2)集中式：设计一个包括能量和备用的联合的市场，市场主体仅仅需要申报总的一个报价，由一个集中的机构来考虑两个市场之间的协调和机会成本。

2、网络约束的处理

电网的约束处理是电力市场设计中需要特别注意的一个问题。如果将发电和电力传输看为是实现电力供应的两个产品，这个问题也可以归为多产品问题：发电和输电两个产品市场之间的协调问题。

1)集中式：两个市场联合运行

我们知道，电在电网中的传输有很多限制条件，比如每条线路有最大传输量的约束、节点的电压需要保持在一定范围内、要保证一些系统扰动如发电机组故障和线路短路后系统能够保持稳定运行等。在集中的市场模型中，在能量市场出清的时候，同时考虑完全的电网的约束，保证能量市场出清的结果是可行的。这样，市场出清的结果、市场的电价同时反映了能量市场和输电容量市场的供需情况。

2)分散式：两个市场独立运行

由于实际上能量市场和输电市场是相互影响的，能量市场和输电市场不可能完全独立运行，可以通过电网约束的简化和市场的分离来实现两个市场的一定程度的解耦。

(1)市场的分离。将能量市场、输电市场都分为多个独立的市场。

(2)约束的简化。将电网的复杂的约束尽量用比较简单的形式表现。尽量减小不同市场之间的耦合。

以欧洲电力市场为例：根据行政区域、电网特点等，划分为若干价区。并做以下假设：a)认为价区内部的交易不会有网络约束的问题。b)可以给出每两个价区之间的最大交易量(输电量)。这样，就可以把整个市场分解为若干个独立的市场：a)价区内部市场：能量市场不受网络约束的影响，可以自由进行交易;b)跨区交易市场：跨区能量交易需要获得跨区输电容量，由于认为每两个价区之间的跨区交易的最大交易量是确定的、不会互相影响的，因此不同的跨区交易可以独立组织，单独成为一个市场。

3、发电机组约束的处理

发电机组发电成本的一些非线性特性，是电力市场设计中需要重点考虑的另外一个问题，也可以用集中式和分散式两种思路进行。

1)问题的描述

我们知道，发电机组有最小、最大技术出力约束，有一定的启动时间，有较大的启动成本、空载成本，边际微增成本也不是单调上升的。也就是说，发电机组的供给特性是非单调的、非线性的，不符合经典经济学中对供给曲线的假设。

电力市场设计中，一般规定发电的报价需要是单调上升的。这一方面是考虑到整个行业来说，市场的供给量是随着价格升高而增加的;另一方面，从技术的角度，如果允许发电机组申报非单调的报价函数，市场出清则无法得到唯一的结果。

这样，就出现一个问题：市场中，如何考虑发电机组的这些技术的约束、非线性的成本特性呢?

2)集中式方法

美国PJM为代表的市场中，采用集中的方法处理这些约束和非线性问题。具体来说，就是：(1)由市场主体申报详细的技术约束参数和成本特性，包括启停时间、爬坡速率、启停成本、空载成本、微增成本等。(2)由集中的调度机构在市场出清中统一考虑这些约束，产生考虑各种约束的调度方案。在市场结算中，通过全成本补偿(make-whole-pament)机制保证发电机组的总收入不小于总成本。

3)分散式方法

英国、北欧、澳大利亚等电力市场中，对发电机组的约束和成本的非线性特性主要由市场主体在报价中自行考虑，市场出清模型中不考虑机组本身的技术约束的成本回收需求。也就是说，市场出清模型中不包括机组的约束，结算也不考虑市场主体是否能回收全部的成本。美国电力市场中的自调度(self-commitment)实际上就是一种对发电约束的分散式的处理方式。

很多人会担心，这种机制下，如何保证交易方案的可行?如何保证电网的安全可靠性?如何保证发电厂的收益?

答案是：市场。市场成员得到的唯一的收入是每个时段的能量的收入。在报价时，不仅仅要考虑微增成本，还有考虑启停成本、空载成本;也就是说，自己将非线性的成本曲线线性化，申报符合要求的单调递增的报价曲线;在进行各个时段的报价时，不仅仅考虑每个时段的供需情况，还要考虑自身的技术约束，保证交易结果的可行(比如，如果爬坡速率慢，就不要在连续的时段之间给出差异太大的报价)。

另外，从市场模型上，为了简化市场成员的报价，也可以设计一些特殊的报价形式减少这种不一致的出现。比如欧洲市场中的各种块报价、关联报价就是从这个角度进行的一些设计。我们之前的一些文章里对这种报价方法有较为详细的介绍。(参考【走进电力市场：欧洲电力现货市场联合出清机制】)

四、集中式和分散式机制的对比和选择

我们看到，在不同的层次，不同的环节，都存在集中和分散，计划和市场之间的选择。前面已经简单分析了计划和市场各自的特点。在理想的情况下，两种方式都可以实现最优，但实际中都存在各种制约其最优化实现的因素。因此，具体在某个问题上的选择取决于对具体问题的分析，而且最佳的选择不是固定不变的，可能会随着一些供需情况、技术的发展等发生变化，最佳的模式可能从集中转为分散，也可能从分散转为集中。下面对影响集中和分散机制选择的因素进行讨论。

1、生产的规模经济和范围经济性

具有规模经济的产业，企业的规模越大，整体生产效率越高，因此适合由一个集中、垄断的机构来运行;具有范围经济的产业，对多个生产环节的联合运行比单一生产的成本低，也适合由一个集中的、垄断的机构来联合运行。对不具有规模经济、范围经济的产业、环节，更加适合由多个不同市场主体分散来运行。具体到电力市场中，这个原则可以用于以下问题的选择：

1)纵向组织结构的改革。是否要进行发、输、配、售不同环节的拆分，很大程度上取决于这些环节的范围经济性。纵向的拆分可以有不同的形式，包括法律上的、财务上的和信息上的等。法律上的拆分就是将一个企业分为多个独立的企业，实现分散的、竞争的运营;财务上的分拆就是多个业务仍然由一个企业运营，但不同的业务的财务要独立经营、核算。对于同一个企业同时运营一些垄断的产品和一些竞争的产品的情况，需要进行信息隔离，就是垄断产品和竞争性产品的经营需要在信息上相互隔离、独立。

2)横向组织结构的改革。是否、如何对企业进行横向的拆分，限制市场主体的市场份额，很大程度上，取决于企业生产、经营方面的规模经济特性。

另外，在进行纵向和横向组织结构的改革中，除了要考虑规模经济性和范围经济性，还需要靠考虑信息方面的问题，在下面的章节里再讨论。

3)多产品市场的设计。多个产品是独立运行，还是联合运行，取决于各自的成本和效益。对联合运行有更大效益的情况，可以认为其具有规模经济或范围经济。比如，上面例子中的能量市场和辅助服务市场，可以认为是不同的产品市场，采取独立的出清机制还是集中的出清机制取决于两个市场之间的范围经济性;不同地区的市场可以认为是同类产品在不同地理、物理范围的市场，采取分区出清的机制还是全市场统一出清的机制，取决于在不同区域范围的规模经济性。