1 介紹

電力市場(chǎng)化的基本原則是提升電力批發(fā)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，長(zhǎng)遠(yuǎn)而言降低電價(jià)。在發(fā)電公司有機(jī)會(huì)從事反競(jìng)爭(zhēng)行為時(shí)，ISO采取了合理的市場(chǎng)力緩解措施來(lái)控制扭曲競(jìng)爭(zhēng)的行為。

基本上所有的電力市場(chǎng)都會(huì)有緩解機(jī)制。原則上，這些規(guī)則的設(shè)立可以分成兩種類型。第一種市場(chǎng)力減緩機(jī)制是基于行為-影響法，也就是說(shuō)只有當(dāng)一家發(fā)電方的行為被認(rèn)為提高了市場(chǎng)電價(jià)時(shí)才會(huì)觸發(fā)減緩機(jī)制。代表市場(chǎng)為紐約ISO和新英格蘭ISO.

第二組則是基于市場(chǎng)結(jié)構(gòu)并且只有當(dāng)為滿足需求的情況下某供應(yīng)商成為關(guān)鍵供應(yīng)商時(shí)。代表市場(chǎng)有加州ISO、PJM。

本文是第一篇嘗試去研究?jī)煞N不同方法在不同的市場(chǎng)的區(qū)別表現(xiàn)。本文中，作者測(cè)試將CAISO的減緩方法應(yīng)用在NYISO后，會(huì)有怎的不同。

在實(shí)證實(shí)驗(yàn)前，會(huì)詳細(xì)介紹減緩機(jī)制的細(xì)節(jié)。然后對(duì)NYISO和CAISO減緩機(jī)制下的市場(chǎng)表現(xiàn)進(jìn)行定性預(yù)測(cè)。然后再用紐約市場(chǎng)的機(jī)組報(bào)價(jià)水平來(lái)模擬行為影響法下的。

作者發(fā)現(xiàn)在CAISO的減緩機(jī)制下，紐約電網(wǎng)的報(bào)價(jià)會(huì)下降18%。在紐約市場(chǎng)，當(dāng)有一家或幾家發(fā)電方成為關(guān)鍵發(fā)電方時(shí)，就視為有市場(chǎng)力。這就意味著，對(duì)于一些不可或缺的供電方而言，剩余需求曲線在一些階段是毫無(wú)彈性的。所以NYISO中的發(fā)電方會(huì)在減緩門檻值(threshold)范圍內(nèi)加價(jià)。但在CAISO方法下則會(huì)出現(xiàn)價(jià)格下降。

不過(guò)，在加州方法下面，當(dāng)一家發(fā)電方的容量不足以成為關(guān)鍵供應(yīng)商但面臨著無(wú)彈性的剩余需求曲線時(shí)，會(huì)出現(xiàn)更高的加成。在這種情況下面，CAISO的減緩方法不會(huì)起作用，供電方會(huì)報(bào)出天花板價(jià)格。總的來(lái)說(shuō)，減緩機(jī)制的運(yùn)作和剩余需求曲線的形狀緊密相關(guān)。市場(chǎng)中供應(yīng)商所面臨的剩余需求曲線的形狀主要由市場(chǎng)的總供給曲線決定。例如，一個(gè)有充足的基礎(chǔ)負(fù)荷能力的市場(chǎng)的供應(yīng)商不太可能面對(duì)陡峭的剩余需求曲線。而市場(chǎng)中容量的增減則會(huì)很大程度影響市場(chǎng)力減緩機(jī)制的運(yùn)行。

2 市場(chǎng)力和電力拍賣

電力批發(fā)市場(chǎng)中的市場(chǎng)力是來(lái)自于缺乏需求響應(yīng)。相應(yīng)的，一家供電方可提高價(jià)格的能力源自于剩余需求曲線。在圖標(biāo)一中，作者例證了剩余需求和市場(chǎng)力的關(guān)系。圖標(biāo)一中上面一行顯示了別的市場(chǎng)的供求。下面一行則顯示了對(duì)應(yīng)的剩余需求曲線，分別列在頂部一行。我注意到圖1右側(cè)面板中顯示的剩余需求曲線在高價(jià)格下是完全無(wú)彈性的。當(dāng)一個(gè)供應(yīng)商成為關(guān)鍵供應(yīng)商，也就是說(shuō)在它缺席的情況下市場(chǎng)需求不可被滿足時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)極端案例。在此情況下面，供應(yīng)商有能力將市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格提升到天花板價(jià)格。

圖表一 剩余需求曲線

提高價(jià)格的動(dòng)機(jī)源于電力市場(chǎng)使用的拍賣形式。在日前和實(shí)時(shí)交易市場(chǎng)中，大多運(yùn)用了復(fù)合形式的競(jìng)拍報(bào)價(jià)。在統(tǒng)一價(jià)格拍賣下(uniformprice auctions)，獲勝者將收到統(tǒng)一價(jià)格，也就是市場(chǎng)結(jié)算價(jià)，以此來(lái)供應(yīng)電力。在這樣的情況下面，將會(huì)有強(qiáng)烈的動(dòng)機(jī)去增加市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格，因?yàn)檫呺H和超邊際單位的價(jià)格是不變的，無(wú)視邊際成本。

有能力和動(dòng)機(jī)操縱市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格的供電方會(huì)通過(guò)將部分或他們?nèi)康娜萘繄?bào)高，以此提高市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格。這個(gè)在電力市場(chǎng)中稱為經(jīng)濟(jì)持留。

3 經(jīng)濟(jì)持留

經(jīng)濟(jì)持留問題近期被大家注意討論。2007年，紐約的發(fā)電公司ConEdison聲稱經(jīng)濟(jì)持留每年讓消費(fèi)者損失1億5千7百萬(wàn)美元。

4 NYISO和地區(qū)的市場(chǎng)力

NYISO管理本州的電網(wǎng)和批發(fā)市場(chǎng)的運(yùn)行。其電網(wǎng)長(zhǎng)度大約為10，892英里，累計(jì)供給超過(guò)38190MW。2009年，批發(fā)市場(chǎng)總交易量超過(guò)750億美元。

NYISO中天然氣和煤炭發(fā)電廠的發(fā)電站比為37%。燃?xì)夂吐?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)在很大程度上決定了在高峰時(shí)期的市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格。發(fā)電商通常通過(guò)遠(yuǎn)期合約向買家出售能源，約45%的能源通過(guò)此類合約出售。這些合同是發(fā)電公司和提供電力實(shí)體(loadservingentities)之間的合同，這些實(shí)體可以是零售電力供應(yīng)商、市政公用事業(yè)公司和合作社。日前市場(chǎng)占能源交易的51%，而實(shí)時(shí)市場(chǎng)只占4%。因此，分析日前市場(chǎng)可能會(huì)提供一些經(jīng)濟(jì)持留問題的答案。

1999年的時(shí)候，NYISO是接受節(jié)點(diǎn)邊際定價(jià)(LMP)的先驅(qū)。在LMP下，紐約電網(wǎng)內(nèi)的電價(jià)等于了發(fā)電廠為發(fā)增加電量所花費(fèi)的成本。LMP包含了能源價(jià)格，阻塞成本和線損。如果沒有電網(wǎng)約束，LMP在每個(gè)區(qū)域內(nèi)都是相同的。圖表二描述了兩個(gè)負(fù)荷區(qū)域的約束為300MW的例子。原則上，西區(qū)的發(fā)電方可以以6美元的成本滿足全部需求。然而，電網(wǎng)約束需要東區(qū)的發(fā)電方以10美元的成本來(lái)完成供給。這就導(dǎo)致了東西區(qū)LMP的不同。

而當(dāng)出現(xiàn)電網(wǎng)約束時(shí)，本地的發(fā)電廠將不再應(yīng)用邊際成本出清，被全力調(diào)度，以此來(lái)緩解約束。這就使得本地的發(fā)電廠有能力操縱市場(chǎng)價(jià)格。因此，電網(wǎng)約束會(huì)是一個(gè)動(dòng)機(jī)和誘因，來(lái)大大提升邊際成本以上的加成。這種市場(chǎng)力量被稱為地區(qū)市場(chǎng)力。

紐約的市場(chǎng)可以被地理地劃分為11個(gè)區(qū)域，電網(wǎng)約束就導(dǎo)致了11個(gè)區(qū)域不同地LMP。由于高需求量，接通紐約市區(qū)的斷面往往是堵塞的。針對(duì)需求峰值總是超過(guò)電網(wǎng)約束極限的區(qū)域，紐約市考慮引入“負(fù)荷袋”(loadpocket)到批發(fā)市場(chǎng)。Dr.David，NYISO獨(dú)立市場(chǎng)監(jiān)管者聲稱在當(dāng)前的批發(fā)電力市場(chǎng)中，絕大多數(shù)的市場(chǎng)力量都是區(qū)域性的。

Dr.Patton進(jìn)一步指出，當(dāng)缺少電網(wǎng)約束時(shí)候，發(fā)電方在系統(tǒng)內(nèi)提升結(jié)算價(jià)格的能力是有限的。這基本上意味著，在紐約市場(chǎng)上，總體供應(yīng)是持平的，任何抑制保留的容量將會(huì)被有著相似成本的供應(yīng)商取代。圖表三闡述了紐約市場(chǎng)上一個(gè)峰值小時(shí)的供給曲線，累計(jì)供給在40000MW前是平緩的。這說(shuō)明了在31000MW時(shí)，就算需求量達(dá)到峰值，發(fā)電方操控市場(chǎng)的能力也是有限的。短期而言，當(dāng)一家發(fā)電方有能力解除本地電網(wǎng)約束，在遇到約束時(shí)才會(huì)有操控力。

5 市場(chǎng)力和緩解機(jī)制

本部分的目標(biāo)是研究在兩大環(huán)節(jié)機(jī)制下面可以影響競(jìng)價(jià)行為的因素。貫穿研究的兩大因素是關(guān)鍵供應(yīng)商和剩余需求曲線。

在電力市場(chǎng)中，如果由于缺少一家發(fā)電方就無(wú)法滿足需求，則該供電方被稱為關(guān)鍵供應(yīng)商(pivotalfirms)。Brandts, Reynolds and Schram (2013)找出了關(guān)鍵供應(yīng)商具有操縱市場(chǎng)力的證據(jù)。另一種方法就是通過(guò)剩余需求曲線。需要注意的是，對(duì)于關(guān)鍵供應(yīng)商而言，剩余需求曲線在一些價(jià)格之上時(shí)是沒有彈性的。

本部分中，作者將比較NYISO和CAISO各自的減緩機(jī)制。紐約法則的邏輯是行為影響法。在這個(gè)框架下，只有當(dāng)價(jià)格被嚴(yán)重扭曲的情況下才會(huì)觸發(fā)減緩機(jī)制。在減緩過(guò)程中，供應(yīng)方的報(bào)價(jià)若超出行為門檻值(conduct thresholds)，則報(bào)價(jià)會(huì)被篩選進(jìn)入價(jià)格影響測(cè)試。

篩選過(guò)程是比較原始報(bào)價(jià)下的市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格和減緩之后的市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格。減緩報(bào)價(jià)下的市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格將成為競(jìng)爭(zhēng)價(jià)格的標(biāo)尺。所有超過(guò)行為門檻值的的報(bào)價(jià)將會(huì)被緩解，前提是市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格高過(guò)標(biāo)尺100美元。這超過(guò)競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)尺價(jià)格的100美元?jiǎng)t可被看作是減緩門檻值。

相反的，CAISO和PJM的市場(chǎng)力緩解機(jī)制是基于市場(chǎng)結(jié)構(gòu)的。在結(jié)構(gòu)性的減緩機(jī)制下，各自電網(wǎng)內(nèi)用三寡頭測(cè)試來(lái)評(píng)估競(jìng)爭(zhēng)性。若未通過(guò)該測(cè)試，則會(huì)觸發(fā)減緩機(jī)制來(lái)解除約束。在CAISO和PHM中結(jié)構(gòu)減緩機(jī)制的執(zhí)行有著差異，但三寡頭測(cè)試可以看作是他們的基底。比如，圖標(biāo)一中，只有在最右邊的小組中的案例在加州的規(guī)定下才會(huì)得到緩解。

在兩個(gè)方法下，觸發(fā)了減緩機(jī)制后，報(bào)價(jià)都會(huì)被由監(jiān)管者估算的邊際成本來(lái)取代。這個(gè)邊際成本被稱為參考標(biāo)準(zhǔn)或默認(rèn)報(bào)價(jià)(defaultbids)。

5.1 對(duì)于非關(guān)鍵性發(fā)電方的市場(chǎng)力減緩機(jī)制

這個(gè)案例中，發(fā)電方是不足以滿足市場(chǎng)需求的。在圖表四中，作者對(duì)比了在兩種情況下提升價(jià)格的能力。左面的圖表描述了剩余需求曲線沒有彈性的情況。在紐約法下面，價(jià)格是不能高出減緩門檻值的，也就是不能高過(guò)競(jìng)爭(zhēng)水平100美元，否則報(bào)價(jià)會(huì)被用參考水平價(jià)格取代。但是在加州法下面，發(fā)電廠在爭(zhēng)取最大利潤(rùn)時(shí)候是沒有限制的，這會(huì)導(dǎo)致在加州方法下，剩余需求曲線沒有彈性時(shí)，報(bào)價(jià)會(huì)遠(yuǎn)高于競(jìng)爭(zhēng)水平。

右面的圖則是剩余需求曲線很有彈性。加成會(huì)低，并且在紐約法下，都不會(huì)和減緩門檻結(jié)合。在這種情況下，不論紐約還是加州法都會(huì)導(dǎo)致相同的壟斷利潤(rùn)(monopolymarkups)。

總的來(lái)看，加州法下非關(guān)鍵性供應(yīng)商的價(jià)格加成會(huì)根據(jù)剩余需求曲線來(lái)產(chǎn)生壟斷加價(jià)。因此，在加州規(guī)則下，當(dāng)剩余需求曲線無(wú)彈性時(shí)，加成會(huì)變得很高。而在紐約規(guī)則下，加成永遠(yuǎn)要接受值高于競(jìng)爭(zhēng)水平100美元的封頂。對(duì)于非關(guān)鍵供應(yīng)商而言，紐約規(guī)則會(huì)使得他們的的報(bào)價(jià)低于加州規(guī)則。

5.2 針對(duì)關(guān)鍵供應(yīng)商的市場(chǎng)減緩機(jī)制

關(guān)鍵供應(yīng)商是指對(duì)市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格有著關(guān)鍵影響的發(fā)電方。在加州法則下，所有關(guān)鍵供電方的報(bào)價(jià)都要被用競(jìng)爭(zhēng)標(biāo)尺(competitive benchmark)來(lái)進(jìn)行緩解。這將會(huì)消除公司有意提升市場(chǎng)結(jié)算價(jià)格(marketclearing prices)的動(dòng)機(jī)。因此，在關(guān)鍵供應(yīng)商方面加州規(guī)則總是能導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)果。

在紐約規(guī)則下面，關(guān)鍵供應(yīng)商的報(bào)價(jià)常常會(huì)受到減緩最低門檻值的束縛。這取決于剩余需求曲線和邊際成本曲線精確的位置和坡度。

5.3 實(shí)證參考

列表一 市場(chǎng)表現(xiàn)總結(jié)

若一個(gè)市場(chǎng)常常有關(guān)鍵供應(yīng)商出現(xiàn)就該選擇加州模式，在非關(guān)鍵供應(yīng)商時(shí)給與彈性剩余需求。類似的，紐約法則則應(yīng)用于關(guān)鍵供應(yīng)發(fā)生率小的市場(chǎng)。

列表一總結(jié)了市場(chǎng)力減緩規(guī)則的表現(xiàn)，分裂在關(guān)鍵和非關(guān)鍵的供應(yīng)商中。從這里似乎也看不出誰(shuí)勝出了，加州法則可以使得關(guān)鍵供應(yīng)商的加成在較低的水平，而紐約規(guī)則則可以使得非關(guān)鍵性供應(yīng)商的報(bào)價(jià)較低。所以，這兩種機(jī)制的選擇應(yīng)當(dāng)取決于市場(chǎng)的特點(diǎn)。比如，

在列表二中，在實(shí)證方面指出了選擇減緩法則。給出了數(shù)個(gè)影響選擇減緩機(jī)制的因子，這里，需要用實(shí)證法來(lái)評(píng)估不同市場(chǎng)中減緩機(jī)制的表現(xiàn)。

列表二 減緩機(jī)制的選擇

作者會(huì)用供給報(bào)價(jià)來(lái)對(duì)剩余需求曲線和市場(chǎng)中的關(guān)鍵性來(lái)做預(yù)測(cè)。例如，在紐約，低成本的公司的報(bào)價(jià)是很接近邊際成本的，前提是剩余需求曲線特別有彈性。而高成本的機(jī)組當(dāng)他們意識(shí)到自己是關(guān)鍵供應(yīng)商的時(shí)候則會(huì)貼著減緩最低門檻來(lái)報(bào)價(jià)。對(duì)供應(yīng)商報(bào)價(jià)分析可以深刻的理解剩余需求曲線和關(guān)鍵性。

廣義上講，紐約規(guī)則下的公司可以增加報(bào)價(jià)到不超過(guò)競(jìng)爭(zhēng)水平100的位置。然后，這樣的能力是取決于減緩的最低門檻是否產(chǎn)生約束。理論上，當(dāng)報(bào)價(jià)公司面對(duì)著沒有彈性的剩余需求曲線時(shí)，減緩機(jī)制的最低門檻應(yīng)當(dāng)發(fā)揮約束作用。因此，首先作者需要測(cè)試紐約電網(wǎng)規(guī)則下的減緩門檻值是否可以對(duì)供電企業(yè)產(chǎn)生約束作用。然而，當(dāng)剩余需求曲線成無(wú)彈性的情況下，有關(guān)鍵供應(yīng)商和無(wú)關(guān)鍵供應(yīng)商下的市場(chǎng)表現(xiàn)都是很難判斷的。因此，這里需要用到實(shí)證分析法。

6 數(shù)據(jù)

為了識(shí)別出市場(chǎng)力同時(shí)又要對(duì)比不同市場(chǎng)力減緩機(jī)制下的市場(chǎng)表現(xiàn)，作者用到了供電方的報(bào)價(jià)和邊際成本的估算。數(shù)據(jù)來(lái)源于NYISO市場(chǎng)運(yùn)行網(wǎng)站。這里，有挑戰(zhàn)性的部分則是不同機(jī)組的邊際成本的估算。作者在此用了2種不同方法來(lái)估算邊際成本。第一個(gè)方法：作者嘗試著估算出ISO用于其緩解活動(dòng)的邊際成本的一個(gè)代理(proxy)。第二種方法則是運(yùn)用工程參量。

6.1 發(fā)電廠報(bào)價(jià)數(shù)據(jù)

此處所用的發(fā)電廠報(bào)價(jià)數(shù)據(jù)都是從公開可用的網(wǎng)站上所得。由于專有的限制，單個(gè)機(jī)組的身份在數(shù)據(jù)發(fā)布中被屏蔽。但這些被屏蔽的發(fā)電廠可以通過(guò)ISO公開的文件和紐約已知的發(fā)電廠聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)此法，作者確定出紐約的126家發(fā)電廠。

本文將把研究重點(diǎn)放在紐約市區(qū)(NewYorkCity:NYC),因?yàn)槭袇^(qū)的節(jié)點(diǎn)約束狀況非常嚴(yán)重。NYC中，當(dāng)需求量超過(guò)7500兆瓦時(shí)，電網(wǎng)約束將限制市內(nèi)某些區(qū)域的電網(wǎng)潮流。這些區(qū)域內(nèi)的電廠就可以擁有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)力。

從ISO中得到的報(bào)價(jià)以機(jī)組為單位。為了識(shí)別出市場(chǎng)力，這些機(jī)組必須和其所有者聯(lián)系起來(lái)。為了達(dá)到此目的，作者在美國(guó)能源信息署(EIA)查閱了發(fā)電廠的具體機(jī)組，工廠信息。

作者列出了紐約發(fā)電廠的資產(chǎn)匯總，將他們以公司水平合計(jì)。然后發(fā)現(xiàn)95%的發(fā)電容量是被6家大公司擁有的。此6家外，紐約電力批發(fā)市場(chǎng)中的ConsolidatedEdisonCo(ConEd)andNewYorkPowerAuthority(NYPA)是純買家(net buyer)。這些純買家是不大可能發(fā)起反競(jìng)爭(zhēng)行為來(lái)抬高出清價(jià)。這就使得三大獨(dú)立發(fā)電商N(yùn)RGmarketing, AstoriaGeneratingCOandTCRavenswood曝光在本次研究的中心上。

紐約ConED在2000前是垂直壟斷的且可滿足紐約市的幾乎所有容量。自由化之后，ConED被拆分來(lái)提升競(jìng)爭(zhēng)。

作者將NYC中的機(jī)組做了成本基礎(chǔ)的拆分。在NYC，中間負(fù)荷機(jī)組是最便宜的而FO2/KER機(jī)組是最貴的。作者強(qiáng)調(diào)，所有的FO2/KER的機(jī)組是由ConED70年代安裝的。作者匯總出FO2/KER被ConED和IPPs擁有的機(jī)組。這些昂貴的峰荷機(jī)組在各公司間都是相似的。因此，作者預(yù)期FO2/KER的運(yùn)營(yíng)成本應(yīng)該是和別的公司類似的。

本文中，作者用了2009到2011年各個(gè)機(jī)組日前和實(shí)時(shí)報(bào)價(jià)信息。報(bào)價(jià)數(shù)據(jù)是小時(shí)級(jí)別的，包含了700,000小時(shí)。小時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)，小時(shí)節(jié)點(diǎn)價(jià)格,和燃料成本是從NYISO中得到的。燃料成本價(jià)格在月的水平上才體現(xiàn)得出區(qū)別。

6.2 邊際成本的估算

在第一種計(jì)算邊際成本的方法中，作者復(fù)制了ISO的方法。作者用了一家電廠過(guò)去九十天的平均報(bào)價(jià)得出邊際成本的代理。這個(gè)方法被稱為參考價(jià)格。原則上，參考價(jià)格是歷史接受報(bào)價(jià)(acceptedoffers)的平均值。但如果在過(guò)去的九十天中沒有足夠的被接受報(bào)價(jià)，則會(huì)用工程參數(shù)預(yù)計(jì)法來(lái)算出參考價(jià)格。

另一種方法，根據(jù)Kahnetal.[1997]中提到的另一種方法來(lái)計(jì)算邊際成本。在其中，使用了燃料的熱量和熱耗來(lái)估計(jì)邊際成本。燃料價(jià)格從NYISO月報(bào)中得到。而熱耗數(shù)據(jù)是由清潔燃?xì)馐袌?chǎng)數(shù)據(jù)(CAMD)的數(shù)據(jù)庫(kù)算出。CAMD提供的數(shù)據(jù)是小時(shí)級(jí)的，所以這里作者可以算出小時(shí)級(jí)熱率。