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售電側(cè)改革初期基于Stackelberg-Bertrand 博弈的電力市場(chǎng)價(jià)格形成機(jī)理研究

2023-02-05 08:27:56蒲勇健高天華黃毅祥
管理工程學(xué)報(bào) 2023年1期
關(guān)鍵詞:電價(jià)電量零售

蒲勇健,高天華,黃毅祥

(1.重慶大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院,重慶 400044;2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,陜西 咸陽 712100)

0 引言

2015 年我國開啟了新一輪電力市場(chǎng)改革,這次改革旨在有序放開輸配以外的競(jìng)爭(zhēng)性環(huán)節(jié),允許社會(huì)資本參與配售電業(yè)務(wù),讓售電市場(chǎng)從壟斷售電向多元化售電格局轉(zhuǎn)變,其目標(biāo)之一是放開售電市場(chǎng),在售電環(huán)節(jié)引入競(jìng)爭(zhēng),通過競(jìng)爭(zhēng)降低電價(jià),從而降低企業(yè)的成本,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。借鑒國內(nèi)其他領(lǐng)域的改革經(jīng)驗(yàn)[1],售電市場(chǎng)采用漸進(jìn)的放開方式[2]:即監(jiān)管部門通過行政手段將原電網(wǎng)公司或發(fā)電商直接壟斷銷售的電量,釋放一部分給予市場(chǎng),并按照市場(chǎng)化機(jī)制定價(jià)。因此售電側(cè)放開后的電力銷售,一部分仍然由電網(wǎng)公司或發(fā)電商直接銷售(發(fā)電商直供電主要提供給工業(yè)大用戶,電網(wǎng)主要提供給居民用戶和公共事業(yè)單位用戶);另一部分由售電公司從發(fā)電商批發(fā)購買電量后,再零售給用戶(主要是中小企業(yè)),而售電市場(chǎng)是可自由進(jìn)出的,如此售電行業(yè)就從原有的壟斷性行業(yè)改革為競(jìng)爭(zhēng)性行業(yè)。

根據(jù)《關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》(中發(fā)[2015]9 號(hào))的規(guī)定,電網(wǎng)、發(fā)電商及其他社會(huì)資本均可投資成立售電公司。但由于電網(wǎng)的壟斷地位,其投資成立的售電公司具有諸多限制[3],因此在實(shí)踐中,主要有兩類售電公司[4]:一類是發(fā)電商把原市場(chǎng)營銷部門注冊(cè)為售電公司(簡(jiǎn)稱“寄生售電公司”)來參與售電,這類具有發(fā)電背景的售電公司能獲得低成本電量,且在改革初期,其業(yè)務(wù)、財(cái)務(wù)等諸多方面未與母公司完全分離,所以成本仍能歸入母公司,在理論上邊際成本為零,在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)[5];二是由社會(huì)資本投資成立的售電公司(簡(jiǎn)稱“獨(dú)立售電公司”),這類售電公司雖然不具備價(jià)格優(yōu)勢(shì),但能為用戶提供多樣化的增值服務(wù),如節(jié)能管理、用電定制化等,節(jié)省了用戶購買額外電力服務(wù)的交易成本(存在尋找信息,簽約,違約懲罰等方面的額外成本),而寄生售電公司通常不具備提供這類增值服務(wù)的資源和團(tuán)隊(duì),因此兩類售電公司形成了各自的相對(duì)優(yōu)勢(shì),在零售市場(chǎng)上展開競(jìng)爭(zhēng)[6]。

售電側(cè)開放后,已有大量的獨(dú)立售電公司進(jìn)入市場(chǎng)。調(diào)研發(fā)現(xiàn),盡管寄生售電公司具有零邊際成本優(yōu)勢(shì),但在競(jìng)爭(zhēng)中,獨(dú)立售電公司也能以較高的價(jià)格與用戶簽約,即出現(xiàn)電價(jià)分叉效應(yīng),但也出現(xiàn)了獨(dú)立售電公司不斷進(jìn)入和退出市場(chǎng)的現(xiàn)象[4]。因此研究零售電價(jià)的形成機(jī)理,探討售電側(cè)放開后售電公司的博弈行為和電價(jià)變化具有很強(qiáng)的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

國內(nèi)外關(guān)于售電市場(chǎng)的博弈研究,主要集中在以下三個(gè)方面:一是研究電力雙邊合約的博弈,這類文獻(xiàn)重點(diǎn)分析電力合約對(duì)市場(chǎng)均衡的影響。代表性的有,Yu 等[7]在合作博弈的框架下研究電力合約的談判,從數(shù)學(xué)上證明了電力合約能實(shí)現(xiàn)帕累托改進(jìn);蒲勇健等[8-9]利用Cournot 模型和Bertrand 模型研究電力差價(jià)合約的市場(chǎng)力抑制作用,表明差價(jià)合約是有力的規(guī)制工具。同時(shí),部分文獻(xiàn)進(jìn)一步探討合約的設(shè)計(jì),比如Parlane 和Ryan[10]考慮了可再生能源發(fā)電的間歇和不確定性,分析發(fā)電商的最優(yōu)合同;Yu 等[11]探討激勵(lì)相容的微網(wǎng)儲(chǔ)能補(bǔ)貼合同,分析“自發(fā)電+儲(chǔ)能”模式下政府補(bǔ)貼與微網(wǎng)儲(chǔ)能的效率。二是研究市場(chǎng)主體的競(jìng)價(jià)策略和購售電策略,代表性的有,Banaei 等[12]在供給均衡模型的基礎(chǔ)上,考慮了遠(yuǎn)期合約的影響,分析發(fā)電商在日前市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)決策,并提出一種新的風(fēng)險(xiǎn)管理方法;石幫松等[13]探討售電側(cè)放開后不同類型的售電公司的競(jìng)價(jià)售電問題,各售電公司根據(jù)電價(jià)微增響應(yīng)猜測(cè)來調(diào)整自身的競(jìng)價(jià)策略,類似的還有Kharrati 等[14]、Nojavan 等[15]、彭一海等[16]學(xué)者的研究。三是分析售電側(cè)放開后電價(jià)的變化,代表性的有,黃毅祥和蒲勇健[17]構(gòu)建售電市場(chǎng)的討價(jià)還價(jià)博弈模型,探討售電側(cè)放開后,電力交易機(jī)制的改變并不能降低電價(jià)的內(nèi)在原因;蒲勇健等[18-19]則構(gòu)建售電公司之間的博弈模型,指出即使寄生售電公司具有絕對(duì)價(jià)格優(yōu)勢(shì),但電力市場(chǎng)化依然可以提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性,降低均衡電價(jià);同時(shí),黃毅祥等[20]從發(fā)電企業(yè)經(jīng)理人行為的角度進(jìn)一步探討當(dāng)前售電側(cè)改革電價(jià)下降的內(nèi)在機(jī)理,其研究表明改革取得的電價(jià)下降成效,更多的是行政作用的結(jié)果,而并非市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的有效引入。

上述研究表明競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的引入會(huì)深刻影響售電市場(chǎng),但我國售電側(cè)改革后市場(chǎng)的變化需要進(jìn)一步分析,與現(xiàn)有文獻(xiàn)不同的是:第一,目前的研究多為從不同的角度探討競(jìng)爭(zhēng)引入后電價(jià)的變化,本文卻主要分析售電側(cè)改革后電價(jià)的形成機(jī)理;第二,本文提出利用“經(jīng)濟(jì)剩余”的標(biāo)準(zhǔn)分析用戶對(duì)售電公司的選擇,并提出等剩余曲線;第三,本文將細(xì)致的分析兩類售電公司之間的Bertrand 競(jìng)爭(zhēng),而現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)此研究不足,同時(shí)本文也將納入更多的博弈主體,使得更加切合改革實(shí)際。

1 售電市場(chǎng)博弈關(guān)系

售電側(cè)放開后,兩類售電公司都作為中間商,首先在批發(fā)市場(chǎng)上從發(fā)電商購買電量,然后在零售市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)售電,但值得注意的是,由于寄生售電公司并沒有與母公司完全分離,其批發(fā)價(jià)格為零,且收益也將歸屬于母公司。與此同時(shí),發(fā)電商將決定給予獨(dú)立售電公司的批發(fā)電價(jià),目前發(fā)電商部分電量按照目錄電價(jià)銷售,具有公共產(chǎn)品性質(zhì),余下部分電量則提供給電力市場(chǎng)按照市場(chǎng)機(jī)制銷售,由于售電側(cè)改革還處于早期階段,提供給電力市場(chǎng)的電量基本還處于賣方市場(chǎng),所以本文假定批發(fā)電價(jià)由發(fā)電商單方面決定。因此售電公司之間、售電公司與發(fā)電商之間是動(dòng)態(tài)的Stackelberg 博弈,本文將采用逆推歸納法進(jìn)行分析,且博弈的順序?yàn)?第一輪,發(fā)電商決定給予獨(dú)立售電公司的批發(fā)電價(jià);第二輪,一旦決定了批發(fā)電價(jià),獨(dú)立售電公司與寄生公司之間就進(jìn)行價(jià)格博弈,當(dāng)前售電公司以賺取購售電價(jià)差為主,所以本文假定售電公司之間的競(jìng)爭(zhēng)為價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)[5]。

此外,由分析可知,用戶選擇與哪類售電公司簽約,表面上看可由售電公司的零售電價(jià)決定,然而影響用戶選擇售電公司的因素不僅是電價(jià),還有用戶獲得的其他收益,包括獨(dú)立售電公司捆綁式提供增值服務(wù)而節(jié)省的交易成本等。因此本文將采用經(jīng)濟(jì)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)方法假定用戶選擇售電公司的準(zhǔn)則為:用戶根據(jù)與售電公司簽約帶來的“經(jīng)濟(jì)剩余”的相對(duì)大小來決定簽約對(duì)象,即用戶選擇與給其帶來較大“經(jīng)濟(jì)剩余”的售電公司簽約,經(jīng)濟(jì)剩余是指用戶與售電公司簽訂購電合同后,預(yù)期獲得的消費(fèi)者剩余與節(jié)省的交易成本之和①“經(jīng)濟(jì)剩余”概念首先由Baran 和Sweezy 兩位學(xué)者提出,其定義為一個(gè)社會(huì)所生產(chǎn)的產(chǎn)品價(jià)值與成本之間的差額[21]。此后,不同理論中有不同的定義方式,比如西方經(jīng)濟(jì)學(xué)中,把經(jīng)濟(jì)剩余定義為消費(fèi)者剩余和生產(chǎn)者剩余之和[22];有的學(xué)者認(rèn)為經(jīng)濟(jì)剩余是剩余價(jià)值的另一種中立性質(zhì)的表述[23];還有的學(xué)者只是簡(jiǎn)單地把利潤等同于經(jīng)濟(jì)剩余[24]。通過這些定義,經(jīng)濟(jì)剩余一方面表現(xiàn)為財(cái)富積累,另一方面表現(xiàn)為價(jià)值增值。以此思路,獨(dú)立售電公司提供的增值服務(wù)同樣包含有為用戶創(chuàng)造的價(jià)值增值部分,因此本文定義經(jīng)濟(jì)剩余為用戶獲得的消費(fèi)者剩余與節(jié)省的交易成本之和。。

通過對(duì)用戶經(jīng)濟(jì)剩余的分析,本文將構(gòu)建一個(gè)Stackelberg-Bertrand 價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)博弈模型對(duì)兩類售電公司的電價(jià)分叉效應(yīng)給予解釋,同時(shí)刻畫零售電價(jià)之間的數(shù)量關(guān)系。但是,在理論上存在的博弈均衡,現(xiàn)實(shí)情形中不一定出現(xiàn),盡管兩類售電公司存在各自的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),但也可能因?yàn)闆]有均衡存在而出現(xiàn)無休止的價(jià)格調(diào)整博弈,價(jià)格的不斷調(diào)整會(huì)增加市場(chǎng)的交易成本,目前市場(chǎng)中出現(xiàn)的部分獨(dú)立售電公司退出市場(chǎng)交易的現(xiàn)象或許正是這種原因所致,本文將通過博弈模型證明這一點(diǎn)。

2 模型構(gòu)建

2.1 基本假設(shè)

假設(shè)1本文假定把某個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)的發(fā)電商合并,即只存在一個(gè)發(fā)電商,同時(shí)寄生售電公司為其原營銷部門,進(jìn)而只存在一個(gè)寄生售電公司是自然的推論。

假設(shè)2由于改革初期,只放開了部分工商業(yè)用電,所以設(shè)電力市場(chǎng)上存在多個(gè)同質(zhì)的用電企業(yè),每個(gè)用戶的逆需求函數(shù)為p=h(q),p,q分別是電價(jià)和需求量,h(·)為嚴(yán)格遞減函數(shù),存在逆函數(shù)h-1(·)。

假設(shè)3售電市場(chǎng)是自由進(jìn)出的,為簡(jiǎn)化分析,本文假定售電公司只簽約一個(gè)用戶。設(shè)獨(dú)立售電公司的固定成本為c,由于獨(dú)立售電公司的主要業(yè)務(wù)為售電,其售電成本除購電成本之外,就只有由員工薪酬、固定資產(chǎn)折舊等構(gòu)成的固定成本,因此設(shè)c為常數(shù),同時(shí)假定獨(dú)立售電公司在購售電過程中發(fā)生的變動(dòng)成本僅由購電成本組成。T為給定的生產(chǎn)周期內(nèi)獨(dú)立售電公司能為單個(gè)用戶節(jié)省的交易成本,z為獨(dú)立售電公司給單個(gè)用戶提供增值服務(wù)后能獲得的利潤,且同樣為常數(shù)。

假設(shè)4假定發(fā)電商產(chǎn)能可以滿足市場(chǎng)需求。中國電力供給在短期和特定區(qū)域內(nèi)具有一定的波動(dòng)性和差異性,但從長(zhǎng)期來看全國電力供需形勢(shì)總體平衡[25]。

值得注意的是,上述假設(shè)在一定程度上反映了獨(dú)立售電公司的實(shí)際情況,獨(dú)立售電公司具有常數(shù)成本的假設(shè)并不意味著沒有考慮獨(dú)立售電公司在提供增值服務(wù)時(shí)存在的成本,因?yàn)樵诳紤]增值服務(wù)利潤時(shí),已經(jīng)扣除了增值服務(wù)成本。同時(shí),本文假定增值服務(wù)利潤為常數(shù),與售電量無關(guān),這種假設(shè)在一定程度上也符合現(xiàn)實(shí),因?yàn)橐坏┯脩襞c獨(dú)立售電公司簽約,就能獲得增值服務(wù),與電量無關(guān),只要在電力設(shè)備的負(fù)荷范圍內(nèi),增值服務(wù)利潤只與電力設(shè)備規(guī)模有關(guān),而本文假定企業(yè)用戶是同質(zhì)的。

2.2 用戶對(duì)售電公司的選擇

在給定的時(shí)間周期里(譬如用戶的一個(gè)生產(chǎn)周期),用戶從獨(dú)立售電公司按照價(jià)格pi購買的電量為qi,由于節(jié)省了交易成本T,所以用戶的實(shí)際花費(fèi)為piqi-T,于是用戶購買單位電量的實(shí)際價(jià)格為pi-,因此就實(shí)際價(jià)格而言,用戶的需求量為qi=,從而有

其中函數(shù)υ(qi)是嚴(yán)格遞減的,由(1)可知,獨(dú)立售電公司面臨的逆需求曲線會(huì)右移,如圖1 所示,在同樣的價(jià)格水平下,用戶將從獨(dú)立售電公司購買更多的電量。

圖1 獨(dú)立售電公司面臨的逆需求函數(shù)Figure 1 Inverse demand function faced by independent electricity selling companies

若用戶與獨(dú)立售電公司簽約,那么用戶的經(jīng)濟(jì)剩余為

式(2)中前兩項(xiàng)代表用戶的消費(fèi)者剩余,將用戶的零售價(jià)格pi=h(qi)+代入上式中,則(2)式可表示為

若用戶與寄生售電公司簽約,沒有交易成本節(jié)省,經(jīng)濟(jì)剩余就為其消費(fèi)者剩余,設(shè)用戶從寄生公司購買的電量為qp,價(jià)格為pp,則與寄生售電公司簽約后的經(jīng)濟(jì)剩余為

用戶根據(jù)與售電公司簽約后“經(jīng)濟(jì)剩余”的相對(duì)大小來決定簽約對(duì)象,如果Ri >Rp,則用戶從獨(dú)立售電公司獲得的經(jīng)濟(jì)剩余大于從寄生售電公司獲得的經(jīng)濟(jì)剩余,此時(shí)用戶將從獨(dú)立售電公司購買電量;如果Ri

2.3 等剩余曲線

首先從簡(jiǎn)單的情形分析,給定一個(gè)潛在的用戶,一個(gè)獨(dú)立售電公司和一個(gè)寄生售電公司通過價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)來爭(zhēng)取該用戶的簽約機(jī)會(huì)。兩類售電公司在價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)中的降價(jià)行為存在價(jià)格下限,因?yàn)榧纳垭姽镜倪呺H成本為零,所以其零售價(jià)格下限為零,但此時(shí)寄生售電公司將退出市場(chǎng),而獨(dú)立售電公司由于其利潤不可能小于0,因此其零售價(jià)格下限由其成本決定。

由式(3)(4),Ri,Rp為qi,qp的嚴(yán)格遞增函數(shù),如果pi=pp,則h(qi)+=h(qp),而h(·)為嚴(yán)格遞減函數(shù),因此存在qi >qp和Ri >Rp,于是寄生售電公司具有降低電價(jià)的動(dòng)機(jī),以競(jìng)爭(zhēng)該用戶簽約,故存在pi >pp的可能性,使得獨(dú)立售電公司與寄生售電公司給用戶提供同樣大小的經(jīng)濟(jì)剩余,因此存在兩類售電公司的零售電價(jià)分叉效應(yīng)。

令Ri(qi)=Rp(qp),則

由式(5)可知,pi,pp之間存在一種隱含的函數(shù)關(guān)系pp=f(pi),本文稱給用戶提供相同經(jīng)濟(jì)剩余的電價(jià)組合(pi,pp)滿足的曲線為“等剩余曲線”,有如下定義1:

定義1獨(dú)立售電公司與寄生售電公司的某些零售電價(jià)組合,使得用戶能從兩類售電公司獲得相同的經(jīng)濟(jì)剩余,則稱由這些零售電價(jià)組合構(gòu)成的曲線為等剩余曲線。

由等剩余曲線的定義,由于Ri,Rp分別為qi,qp的嚴(yán)格遞增函數(shù),所以兩類售電公司在提供等經(jīng)濟(jì)剩余時(shí),售電量將相等,即由Ri(qi)=Rp(qp)有qi=qp,同時(shí)在等剩余曲線上有pi >pp,而寄生售電公司的零售電價(jià)滿足pp≥0,因此在等剩余曲線上的零售電價(jià)滿足不等式關(guān)系pi >pp≥0。

將qi=qp代入(1)中可得等剩余曲線,即

于是有如下命題1:

命題1兩類售電公司在價(jià)格博弈中,等剩余曲線為

可以看出,f-1(pp)是嚴(yán)格遞增函數(shù),所以等剩余曲線f(pp)也為嚴(yán)格遞增函數(shù)。此外,設(shè)pi0為使得f(pi0)=0 的常數(shù),即當(dāng)獨(dú)立售電公司把電價(jià)降為pi0時(shí),寄生售電公司要把電價(jià)降為零才能提供相同大小的經(jīng)濟(jì)剩余,但此時(shí)寄生售電公司會(huì)退出市場(chǎng)。

2.4 零售市場(chǎng)的博弈分析

由對(duì)用戶的分析可知,兩類售電公司為爭(zhēng)奪用戶簽約,雙方價(jià)格必然會(huì)滿足等剩余曲線,否則一方可采取更低的價(jià)格吸引用戶。為刻畫pi,pp之間的數(shù)量關(guān)系,設(shè)用戶的逆需求函數(shù)為h(q)=a-bq,b >0 且為常數(shù),a >0 為目錄電價(jià),是電力市場(chǎng)上的最高電價(jià),當(dāng)零售電價(jià)高于a時(shí),用戶將從電網(wǎng)按照目錄電價(jià)購電。由逆向歸納法,首先分析零售市場(chǎng)上兩類售電公司的價(jià)格博弈,假定售電公司只能與一個(gè)用戶簽約,那么獨(dú)立售電公司的利潤函數(shù)為

其中,P為發(fā)電商給予獨(dú)立售電公司的批發(fā)電價(jià),將需求函數(shù)pi=h(qi)+代入到式(8)中得

取得最高利潤時(shí)的產(chǎn)量和利潤分別為

進(jìn)而得到使獨(dú)立售電公司利潤為零時(shí)的電價(jià)為

由式(14),若c

此外,售電行業(yè)是自由進(jìn)出的,如果某個(gè)獨(dú)立售電公司的利潤大于零,即零售電價(jià)pi∈,則會(huì)吸引新的獨(dú)立售電公司進(jìn)入市場(chǎng),獨(dú)立售電公司之間的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)導(dǎo)致降價(jià)以爭(zhēng)取用戶,從而使得每一個(gè)獨(dú)立售電公司的零售電價(jià)都為取得零利潤時(shí)的價(jià)格。

接下來分兩種情況討論兩類售電公司之間的價(jià)格博弈:

首先將pp=a-bqp代入(7)中求出等剩余曲線

由于a為目錄電價(jià),所有的電價(jià)不可能大于a,而

這與pp≤a矛盾,因此有如下命題2:

命題2如果獨(dú)立售電公司的零售電價(jià)為,則在等剩余曲線上,寄生售電公司的零售電價(jià)為

令式(17)為零,可求出pi0=,同時(shí)將(14)代入(17)中得到寄生售電公司在提供等經(jīng)濟(jì)剩余時(shí)的零售電價(jià)

然后分析寄生售電公司的決策,如果寄生售電公司的售電量為qp,由于其邊際成本和批發(fā)電價(jià)都為0,所以利潤函數(shù)為

其利潤最大時(shí)的售電量和最大利潤分別為

1)若pp >,即P >,此時(shí)如果寄生售電公司將零售電價(jià)降低到,既可以將獨(dú)立售電公司擠出行業(yè),也能獲得最大利潤,但由于售電公司只和一家用戶簽約,寄生售電公司只能獲得一家用戶簽約機(jī)會(huì),其余的用戶將以較高的零售電價(jià)與獨(dú)立售電公司簽約。

2)若pp <,即P <,此時(shí)寄生售電公司有降低電價(jià)擠出獨(dú)立售電公司的動(dòng)機(jī),但沒有最優(yōu)化的零售電價(jià),因?yàn)樵趐p <的價(jià)格區(qū)域里,寄生售電公司總有提高零售電價(jià)的動(dòng)機(jī),隨著零售電價(jià)的不斷提高,寄生售電公司的利潤不斷增加,一旦零售電價(jià)提高到,獨(dú)立售電公司又會(huì)進(jìn)入行業(yè),因此寄生售電公司又存在降低電價(jià)將獨(dú)立售電公司擠出行業(yè)的動(dòng)機(jī),顯然這種情形不穩(wěn)定,沒有均衡狀態(tài)。

3)若pp=,即P=,此時(shí)與情形2)一致,寄生售電公司有降低零售電價(jià)將獨(dú)立售電公司擠出行業(yè)的動(dòng)機(jī),但沒有最優(yōu)化的零售價(jià)格,所以沒有均衡狀態(tài)。綜上分析,可得到結(jié)論1:

結(jié)論1在零售市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)中,當(dāng)≤pi0時(shí),獨(dú)立售電公司將擠出寄生售電公司,且零售電價(jià)趨于;當(dāng)>pi0時(shí),售電市場(chǎng)不一定存在博弈均衡。

由結(jié)論1,當(dāng)獨(dú)立售電公司的電價(jià)pi≤pi0時(shí),寄生售電公司會(huì)被獨(dú)立售電公司擠出售電行業(yè),而當(dāng)pi∈時(shí),獨(dú)立售電公司才有非負(fù)的利潤,因此獨(dú)立售電公司能擠出寄生售電公司并能存在于售電行業(yè)的充分必要條件為≤pi0,即:

由式(14),令g(P)=,可知函數(shù)g(P)是P的嚴(yán)格遞增函數(shù),由于目錄電價(jià)a是市場(chǎng)的最高電價(jià),所以應(yīng)存在約束g(0)≤a,從而有

設(shè)當(dāng)前目錄電價(jià)滿足不等式(22),否則無實(shí)際意義。同時(shí)設(shè)g(P0)=a,那么發(fā)電商批發(fā)電價(jià)P必會(huì)滿足P≤P0,經(jīng)計(jì)算可得

進(jìn)一步設(shè)g(P1)=,那么在滿足約束P≤P0的前提下,獨(dú)立售電公司能通過價(jià)格戰(zhàn)擠出寄生售電公司的條件是P≤P1,下文分三種情形進(jìn)行討論:

2)當(dāng)g(0)≤

圖2 電力零售市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)均衡示意圖Figure 2 The competition equilibrium of electricity retail market

綜上分析,得到本文的結(jié)論2:

結(jié)論2在售電市場(chǎng)的價(jià)格博弈中,若批發(fā)電價(jià)P∈(0,P1],獨(dú)立售電公司將擠出寄生售電公司,且零售電價(jià)將趨近為;若批發(fā)電價(jià)P∈(P1,P0],獨(dú)立售電公司將無法擠出寄生售電公司,售電市場(chǎng)可能會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的價(jià)格調(diào)整博弈。

根據(jù)結(jié)論2,發(fā)電商可以把批發(fā)價(jià)格P設(shè)定在P1

但P1

2.5 最優(yōu)批發(fā)電價(jià)的決定

面對(duì)零售市場(chǎng)的博弈,發(fā)電商將選擇利潤最大化下的批發(fā)價(jià)格。由于電力市場(chǎng)改革還處于早期階段,提供給電力市場(chǎng)的電量基本還處于賣方市場(chǎng),發(fā)電商仍然具有較大的電價(jià)決定權(quán),所以在第一階段中,批發(fā)電價(jià)由發(fā)電商單方面決定,如此所分析的兩階段動(dòng)態(tài)博弈就可以獲得子博弈精煉納什均衡。設(shè)行業(yè)里存在n+1 個(gè)售電公司,當(dāng)兩類售電公司共存時(shí),只存在n個(gè)獨(dú)立售電公司,另外設(shè)發(fā)電商成本函數(shù)為二次形式cg=0.5eq2+kq+d,其中e >0,k≥0,d≥0,皆為常數(shù)。

當(dāng)批發(fā)電價(jià)設(shè)定在0

但同時(shí)本文也考慮,雖然發(fā)電商把批發(fā)電價(jià)設(shè)定在P1

當(dāng)兩類售電公司共存時(shí),獨(dú)立售電公司與寄生公司的零售電價(jià)分別為和pp=,且兩類售電公司的零售電量相等,即qp=,那么發(fā)電商的利潤函數(shù)為

同樣最大化式(25),可得發(fā)電商最優(yōu)的批發(fā)電價(jià)和最大利潤。

此外,目前電力市場(chǎng)改革還處于早期階段,發(fā)電商釋放給電力市場(chǎng)的電量有限,并不一定能滿足用戶的需求,所以在模型上,還不能夠簡(jiǎn)單地按照用戶需求曲線來決定用戶的需求量,因?yàn)榘l(fā)電商的市場(chǎng)化銷售電量可能小于用戶的市場(chǎng)需求量,那么要處理獨(dú)立售電公司與用戶之間的交易合約,需要使用非線性規(guī)劃的方法。鑒于當(dāng)前電力市場(chǎng)供需平穩(wěn)的總體態(tài)勢(shì),本文只考慮發(fā)電商的市場(chǎng)化銷售電量足夠大,能夠滿足用戶的需求,如此就可以不考慮發(fā)電商的產(chǎn)能上限約束,可通過用戶的需求曲線直接決定用戶的需求量。

3 數(shù)字模擬

本小節(jié)以廣東電力市場(chǎng)的數(shù)據(jù)模擬售電側(cè)開放后,發(fā)電商和兩類售電公司的博弈行為以及電價(jià)的變化。

發(fā)電商的成本參數(shù)來源于廣東開展的月度市場(chǎng),在估計(jì)過程中,采用以下假設(shè):首先,假定階梯式的供電報(bào)價(jià)曲線代表發(fā)電商真實(shí)邊際成本;其次,用一條線性曲線來近似這條曲線,該線性曲線對(duì)應(yīng)于發(fā)電商二次成本函數(shù)導(dǎo)出的邊際成本,因?yàn)榫€性曲線是發(fā)電商報(bào)價(jià)曲線較差的近似,所以本文使用二次成本函數(shù)來近似發(fā)電商成本,k,e分別表示該線性曲線的截距和斜率;最后,因?yàn)楸疚募俣娏κ袌?chǎng)上只存在一個(gè)發(fā)電商,所以估計(jì)的參數(shù)代表發(fā)電商成本的平均水平,圖3 表示了發(fā)電商總報(bào)價(jià)曲線。

圖3 廣東電力市場(chǎng)2017 年3 月發(fā)電商總報(bào)價(jià)曲線Figure 3 Supply curve of all generators in the Guangdong Province electricity market (03/2017)

根據(jù)圖3,可估計(jì)e=0.00028,k=180,d=0,設(shè)電力市場(chǎng)上存在20 個(gè)用戶,且電力需求彈性為b=0.01。根據(jù)國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合下發(fā)的《售電公司準(zhǔn)入與退出管理辦法》,售電公司的最低資產(chǎn)總額在2000 萬元,并且擁有至少10名專業(yè)人員,因此假定在用戶的一個(gè)生產(chǎn)周期里(譬如一個(gè)月),獨(dú)立售電公司開展售電業(yè)務(wù)的固定成本c為100 萬元,其中包括了員工薪酬和資產(chǎn)折舊等費(fèi)用。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)有市場(chǎng)水平,工業(yè)用戶的一般購電目錄價(jià)為685 元/MWh,因此設(shè)定目錄電價(jià)在400 元/MWh 到900 元/MWh 之間變化。增值服務(wù)給每個(gè)用戶帶來的成本節(jié)省T的平均水平為8 萬元,z在2 萬元到5 萬元之間變化。如果發(fā)電商把批發(fā)電價(jià)設(shè)定在0

圖4 z 和a 對(duì)批發(fā)電價(jià)的影響Figure 4 The impact of z and a on wholesale electricity price

圖5 z 和a 對(duì)獨(dú)立售電公司零售電價(jià)的影響Figure 5 The impact of z and a on retail price of the independent electricity selling company

從圖4 和圖5 可知,隨著目錄電價(jià)的增加,批發(fā)電價(jià)和零售電價(jià)都會(huì)上升,表明目錄電價(jià)會(huì)引導(dǎo)市場(chǎng)參與者形成一致的價(jià)格預(yù)期;同時(shí)隨著增值服務(wù)利潤的增加,批發(fā)電價(jià)和零售電價(jià)都會(huì)下降,表明當(dāng)增值服務(wù)能創(chuàng)造更多利潤時(shí),獨(dú)立售電公司會(huì)主動(dòng)降價(jià),進(jìn)而引導(dǎo)批發(fā)電價(jià)下降,這意味著獨(dú)立售電公司在降低市場(chǎng)均衡電價(jià)中起到重要作用,隨著增值服務(wù)的不斷完善,電價(jià)呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),因此在售電市場(chǎng)中引入競(jìng)爭(zhēng)在一定程度上能引導(dǎo)電價(jià)下降。

另外,寄生售電公司由于要保持足夠的競(jìng)爭(zhēng)力,會(huì)在等剩余曲線上選擇電價(jià),所以其零售電價(jià)的變化與獨(dú)立售電公司零售電價(jià)基本一致,本文略去分析。

接下來,分析獨(dú)立售電公司固定成本c、增值服務(wù)的成本節(jié)省T對(duì)批發(fā)電價(jià)、零售電價(jià)帶來的影響,設(shè)此時(shí)目錄電價(jià)為685 元/MWh,增值服務(wù)的利潤為3 萬元,固定成本在80萬元到150 萬元之間變化,增值服務(wù)的成本節(jié)省在5 萬元到10 萬元之間變化,如圖6 和圖7 所示。

圖6 T 和c 對(duì)批發(fā)電價(jià)的影響Figure 6 The impact of T and c on wholesale electricity price

圖7 T 和c 對(duì)獨(dú)立售電公司零售電價(jià)的影響Figure 7 The impact of T and c on retail price of the independent electricity selling company

從圖6 和圖7 可知,隨著獨(dú)立售電公司固定成本的增加,批發(fā)和零售電價(jià)呈現(xiàn)緩慢的下降,表明當(dāng)獨(dú)立售電公司的規(guī)模越大時(shí),能從發(fā)電商獲得成本更低的電量,零售電價(jià)因此也會(huì)下降,具有規(guī)模效應(yīng),所以也意味著培育獨(dú)立售電公司能帶來更低的電價(jià);同時(shí)當(dāng)增值服務(wù)為用戶節(jié)省的成本增加時(shí),兩類均衡電價(jià)都會(huì)提高,因?yàn)殡S著增值服務(wù)的不斷改進(jìn),能為用戶節(jié)省更多的成本時(shí),用戶會(huì)更加傾向于從獨(dú)立售電公司購電,需求量的增加會(huì)導(dǎo)致價(jià)格的上升。

最后圖8 和圖9 比較了發(fā)電商將批發(fā)電價(jià)設(shè)定在P1

圖8 兩種情形下發(fā)電商利潤的比較(其一)Figure 8 Comparison of electricity supplier′ profits under two scenarios

圖9 兩種情形下發(fā)電商利潤的比較(其二)Figure 9 Comparison of electricity suppliers′ profits under two scenarios

4 結(jié)語

本文以我國電力市場(chǎng)售電側(cè)改革為背景,通過構(gòu)建等剩余曲線和Stackelberg-Bertrand 價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)博弈模型,分析市場(chǎng)主體之間的博弈行為,以及電價(jià)的形成機(jī)理和變化規(guī)律。

研究發(fā)現(xiàn):(1)改革初期,價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)使得兩類售電公司為爭(zhēng)取用戶而提供相等的經(jīng)濟(jì)剩余,所以形成了兩種水平的零售電價(jià),解釋了目前市場(chǎng)出現(xiàn)電價(jià)分叉效應(yīng)的內(nèi)在原因;(2)寄生售電公司的存在會(huì)使市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)出現(xiàn)不穩(wěn)定、非均衡的結(jié)果,電價(jià)的無規(guī)律波動(dòng),會(huì)增加交易成本,但發(fā)電商在兩類售電公司共存時(shí)能獲得更大利潤,因此發(fā)電商具有促使兩類售電公司共存的動(dòng)機(jī)和激勵(lì),從而為目前獨(dú)立售電公司不斷進(jìn)入和退出市場(chǎng)的不穩(wěn)定狀態(tài)提供了解釋;(3)設(shè)置批發(fā)電價(jià)上限,能促進(jìn)售電市場(chǎng)形成穩(wěn)定的均衡,有利于獨(dú)立售電公司參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),實(shí)現(xiàn)寄生售電公司退出市場(chǎng)或轉(zhuǎn)變成獨(dú)立售電公司;(4)獨(dú)立售電公司提供的增值服務(wù)的價(jià)值不斷提高時(shí),會(huì)引導(dǎo)均衡電價(jià)的下降,表明獨(dú)立售電公司在降低電價(jià)中的重要作用,同時(shí)均衡電價(jià)也受到目錄電價(jià)、獨(dú)立售電公司固定成本等綜合因素的影響,各因素導(dǎo)致的電價(jià)變動(dòng)趨勢(shì)存在一定差異。

當(dāng)然,目前中國售電側(cè)改革仍處于初期,“初期”與“遠(yuǎn)期”并非從時(shí)間上定義,而是從電力市場(chǎng)改革的深度上確定,“初期”指電力市場(chǎng)改革還處于淺表層次,“遠(yuǎn)期”指改革基本上完成,處于深度改革進(jìn)程中。本文的研究是在售電側(cè)開放初期的環(huán)境下展開,提出一個(gè)分析框架,在后續(xù)的研究中,將預(yù)測(cè)改革遠(yuǎn)期的產(chǎn)業(yè)組織演化和電價(jià)趨勢(shì),另外,本文假定售電公司只簽約一個(gè)用戶,是因?yàn)槭垭娛袌?chǎng)放開初期,大多售電公司只能競(jìng)爭(zhēng)自身特定區(qū)域內(nèi)的用戶,沒有足夠?qū)嵙θジ?jìng)爭(zhēng)所有用戶,因此簡(jiǎn)化處理,但隨著改革的不斷深化,這將不符合現(xiàn)實(shí),所以在后續(xù)研究中,會(huì)放開這個(gè)假定。

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