电力市场远期合同交易的实验分析

摘 要：由于电力商品的特殊性，电力市场中的各参与者面临前所未有的风险。远期合同交易的引入不仅可以锁定电价以回避价格风险，还可以对市场成员的交易策略产生影响，抑制市场力和促进竞争。笔者认为实验经济学的方法在电力市场问题的研究中有着广阔的应用前景。

关键词：电力市场；实验经济学；远期合同；寡头垄断；市场均衡

基金项目：国家社会科学基金项目“电力市场交易制度的实验经济学研究”(04CJL012)。

作者简介：刘军虎(1966―)，陕西渭南人，国家电力监管委员会西北监管局市场监管处处长，西安交通大学经济与金融学院博士研究生，主要从事产业组织与产业政策研究；陈皓勇(1975―)，湖南岳阳人，博士，西安交通大学电气工程学院副教授，主要从事电力市场研究；张显(1977―)，重庆人，博士，国家电网公司电力交易中心工程师。

中图分类号：F062．9　文献标识码：A　文章编号：1006―1096(2006)06-0026―04　收稿日期：2006-08―26

一、问题的提出及文献回顾

世界范围内的电力体制改革取得了不小的成就，但同时也使市场参与者面临前所未有的风险，如市场风险中的价格风险和利率风险等，特别是电价的波动风险。由于电力系统的特殊性以及电力用户较低的需求弹性和部分发电商利用其市场力(指由一个买方或一个卖方掌握的能够影响一种商品价格的能力)操纵电价，使电价的变化相当复杂，并且由于影响电价变化因素的复杂性及随机性，使得电价的准确预测成为了一个难题。电力市场中电价的波动性和难以预测性，使得越来越多的市场设计者和参与者认识到电力市场风险管理的重要性。一个好的电力市场需要发展各种合同以吸引市场参与者，同时降低交易成本；允许市场参与者锁定电力价格以确保他们有制定适当短期和中期计划的机会。为锁定电力价格需要建立远期、期货和期权市场，运用这些市场，市场参与者可以预测市场的基差(即在双边合同交割时双边合同价格与现货价格的差异)风险。同时电力市场在为用户提供各种服务和电力时，需要进行风险管理，以减少价格波动及其他的市场波动带来的风险，风险管理也是市场一项很重要的服务。

远期合同能够为电力用户提供稳定的电力供应，同时为发电商带来长期稳定的需求，而且能够锁定电力价格以回避电价波动风险，因此，世界各国在电力市场化初期均大量采用远期合同进行电力交易，如英国、挪威、澳大利亚等。而且随着其电力市场的进一步发展，合同交易份额逐步扩大，目前英国电力市场在新的电能交易模式(New Electricity Trading Arrangements，NETA)下，95％的电力通过双边合同交易完成。可见在电力市场中，远期合同的引入对于电力的市场化改革是相当重要的。

电力市场是一个寡头垄断市场，因此占有较大市场份额的寡头可以通过缩减产量或者提高边际报价等手段单方面抬高市场电价，造成电价的非正常波动和市场的不稳定，这会给电力市场带来巨大的损失，如美国加州电力市场的崩溃。如何有效削弱寡头的市场力是电力市场一个很重要的课题。

远期合同市场的引入能够在一定程度上减少电力市场的市场力，平稳实时电价。理论上，有大量远期合同交易的发电商将减少其在现货市场使用市场力的兴趣，这是由于高电价导致的需求和售电量的减少不能够再由它剩余容量的高短期运行效益来弥补，其上网电量需要先满足远期合同需求，而远期合同部分的收益与现货市场的电价无关。而现实的问题是如何让发电商签订价格较低的远期合同，尤其是拥有市场力的发电商。英国和澳大利亚的电力市场初期的经验是采用政府授权电力合同强迫发电商签订一定电量的远期合同，我国浙江电力市场试点也采用了授权差价合同。授权合同作为从行业管制到完全竞争电力市场的过渡其作用是明显的，当然这只是市场改革的过渡行为，随着电力市场的不断发展完善，政府干预将逐步减少，英国电力市场现在已取消了授权合同。美国加州电力市场的失败使得远期合同再次受到关注，市场分析指出拥有远期合同交易的加州市场会更稳健。对挪威和英国多年的实时电价和双边合同电价之间变化规律的观察表明：对于英国电力市场，合同市场对实时电价具有抑制作用，双边合同确实能够带来效率收益；而对于挪威电力市场，合同市场除了对实时电价有抑制作用外，还能够对实时电价的尖峰、跳跃起到平滑作用，减少实时电价的波动性，从而降低市场风险，有利于现货市场的稳定。

本文采用实验经济学的方法研究寡头垄断电力市场引入远期合同交易后的发电商和交易商的交易策略、市场均衡、对现货交易和发电商市场力的影响等。

市场需求函数中，可以计算得理论上该实验市场的完全竞争均衡价格为24．34，完全竞争均衡产量为(1103．1，1104．4，992．2)，市场总产量为3969．8。纳什均衡价格为41．42，纳什均衡产量为，市场总产量为3140．4。

2．奖励方案

本实验根据被试的盈利情况计算所得点数。被试每轮实验的初始点数为1．5，与被试每次市场交易的利润平均值除以5000相加作为该轮实验的点数。实验结束后，被试将自己累积的点数兑换成奖金。

3．实验过程

(1)第一次实验C3．0

3个被试分别扮演3个发电厂商，与其余2个发电厂商在同一市场条件下进行竞争。3个被试通过实验平台向交易员(实验操作员，非被试，可由实验者担任)申报自己的发电量，然后交易员根据各个发电厂申报的发电量计算市场价格，3个被试根据市场价格和所选择的发电量确定自己在该次交易中的利润(由计算机自动计算)。

实验按交易中心返回给被试信息的不同分为2个实验局：第1个实验局交易中心给各发电商返回市场出清价(实验局C3．0．1)；第2个实验局交易中心给各发电商返回市场出清价和另外两家发电商上一时段申报发电量的总和(实验局C3．0．2)。

实验过程中，未经允许，被试不得相互沟通信息，在实验室中，各被试之间相隔一定距离以保证信息的保密。

具体实验步骤为：A.由本实验的实验者安排好实验环境，并给被试编号，宣布实验开始。B.验者宣布实验开始后，各被试开始申报自己的发电量，交易中心用市场价格计算程序计算价格并将相关信息返回给各发电商。C．算机自动计算出各被试在本次交易中的利润。各被试记录自己本时段交易的产量、市场价格、成本、利润。D．试根据上一时段的交易情况调整自己的产量策略，进行下一时段实验。E.实验结束指令由实验者发出。P.一局实验结束后，实验者根据奖励方案对被试当场给予奖励。

(2)第二次实验C3．2

3个被试分别扮演3个发电厂商，另外2个被试扮演2个交易商。每个时段的交易分为3个阶段。第1阶段3个发电商通过实验平台向交易中心申报自己的远期合同交易电量；第2阶段两个交易商申报自己的合同投标价，交易中心选择

投标价高的交易商赢得合同，合同电量为3个发电商远期合同交易电量之和，而合同价格为较高的合同投标价。第3阶段赢得合同电量的交易商与3个发电商共同在现货电力市场竞争，发电商申报自己的现货市场发电量，而市场价格由3家发电商的现货市场总发电量加远期合同电量所决定。

实验按现货市场交易中心返回给被试信息的不同分为2个实验局：第1个实验局交易中心给各发电商返回市场出清价(实验局C3．2．1)；第2个实验局交易中心给各发电商返回市场出清价和另外两家发电商上一时段申报发电量的总和(实验局C3．2．2)。A.由本实验的实验者安排好实验环境，并给被试编号(包括3个发电商和2个交易商)，宣布实验开始。B.实验者宣布实验开始后，3个发电商开始申报自己参与远期合同市场交易的发电量，交易中心计算远期合同交易市场的总发电量并，然后2个交易商报价，出价高的交易商赢得合同，其报价为合同价，返回给3个发电商。C．各被试记录自己远期合同市场交易的总发电量和合同价格。D．3个发电商申报自己参与现货市场交易的发电量，交易员用市场价格计算程序计算现货市场的出清价格，返回给3个发电商和2个交易商。E.计算机自动计算出各被试在本次交易中的利润。各被试记录自己本时段交易现货市场和远期合同市场交易的总发电量、出清价格、成本、利润。P.实验者发出指令后，被试根据上一时段的交易情况调整自己的产量策略，进行下一时段实验。C.实验结束指令由交易员发出。H.一局实验结束后，实验者根据奖励方案对被试当场给予奖励。

实验过程中，未经允许，被试不得相互沟通信息，在实验室中，各被试之间相隔一定距离以保证信息的保密。

三、实验结果分析

1．实验局C3．2．1结果分析

实验局C3．2．1现货市场的出清价，总的发电量，远期合同市场的合同价格和发电量之间的关系等如图1，图2，图3所示。

在实验局C3．2．1中，发电商和交易商知道的信息量比较少，在实验刚开始的时候，对申报发电量和报价还处在试探阶段，最开始的前13次现货市场价格和总发电量很不稳定，特别是第8次，由于发电量突然大幅度升高，导致市场价格急剧下降(―1元)，这是某个发电商试探的结果(属于博弈行为，没有理性的考虑到将出现的后果，造成市场不稳定和发电商与中间商之间的彼此不信任。除了一家发电商外其他发电商很少卖出合同电量)。由于绝大多数情况下，交易商的合同报价都低于现货价格几元甚至十几元，这也导致发电商不愿意将电卖给交易商，而更愿意将电买到现货市场中去。交易商的报价决策不仅要考虑盈利多少及会不会亏损(与发电商之间的博弈)，还要考虑能否盈利(与另一个交易商之间的博弈)。加之开始阶段的第8，12，13次，现货价格远远低于合同价格，交易商损失惨重，对市场的信心大受打击，导致以后的报价更为保守，宁可不盈利，也不愿意亏损。这种想法支配着后面的合同报价，20次以后的报价大都在22元-25元之间浮动，但仍与现货市场价格有较大差别。

在发电量方面，由于上述原因，开始的时候总的发电量波动比较大。后来各方都找到一些规律，随着实验的进行，各发电商希望找到使得自己利润最大的远期合同市场和现货市场的发电量的分配规律。由于知道的信息量比较少，有的发电商的没有找到二者之间比较优化的组合，有的发电商对远期市场信心不足，不愿意售电给合同价低于现货市场的交易商。即使如此，实验最后总的发电量还是收敛的。

2．实验局C3．2．2结果分析

实验局C3．2．2现货市场的出清价，总的发电量，远期合同市场的合同价格和发电量之间的关系等如图4，图5，图6所示。

在实验局C3．2．2中，交易中心返回给发电商的信息有现货市场价格和另外两个发电商的发电量之和。在实验局C3．2．2中，将发电商与交易商互换了角色。发电商知道了更多的信息。交易商报出的合同价给了发电商信心，发电商愿意将电在远期市场出售给交易商。现货市场价格方面，第20次―31次之间波动较大，是由于发电商3在远期市场中第21，23，31次报的发电量波动很大，直接导致了电价的波动。发电商3这样做的目的可能是为了引导其他两位发电商合谋抬高市场价格，从而使得自己的利润增大，可能是他高估了自己对市场力的影响，三个发电商在一点上没有达到默契，出清价波动很大，但是并没有大幅度上涨，这样发电商要重新评估自己的售电策略。这也说明了远期合同的引入能够在一定程度上减少寡头对市场的影响力，有利于市场的公平竞争，形成合理的电价，稳定电力市场。除此以外，这样一种试探市场的行为并没有为自己带来更多的利益，反而使得交易商对市场信心不足，连续的亏损使得交易商的报价变得保守(第27-31时段)，其报出的合同价格降低，这样使得发电商卖给交易商的发电量降低。此后的出清价还算平稳，只是在第41次，还是由于发电商3的现货市场发电量突然波动很大，导致出清价的大幅波动。合同价格在最后阶段波动不大，趋于收敛。在实验最后阶段，远期合同价格和现货市场价格趋于相同，达到“无套利”状态，符合理论预测的结果。

3．实验局C3．0．2和C3．2．2的结果比较

在前面提高过，在寡头垄断电力市场中引入远期合同交易能够在一定程度上减少电力市场的市场力，平稳实时电价。为分析引入远期合同交易后对市场交易的影响，取实验局C3．0．2和实验局C3．2．2的现货价格进行分析，两个实验局的现货价格如图7所示。

由于实验开始阶段属于各被试者学习和试探的阶段，市场价格尚不稳定，取每组后30个数据作t检验，结果如表2。

引入远期合同交易的C3．2．2的现货价格平均值29．66明显低于只有3个发电商参与交易的C3．0．2的出清价39．73，但是价格波动变大，收敛性较差。导致这个波动变大的主要原因是在无远期合同交易时，市场结果收敛于理论上的古诺纳什均衡点，而在引入远期合同交易后，发电商3的发电量的申报有几次大的波动，导致远期合同市场的不稳定。由于p(T≤t)：3．63E―13＝0．05，两种情况有显著差异。

三、结论与政策启示

本文采用实验经济学的方法研究了寡头垄断电力市场的远期合同交易问题，通过实验结果可以看出，在寡头垄断电力市场中，远期合同的引入对市场出清价的降低和发电量的增加有着比较明显的作用，能够规避价格风险，还能够在一定程度上减少寡头垄断的市场力，有利于市场的公平竞争，形成合理的电价，稳定电力市场。而发电商所获信息量的多少也会在一定程度上影响其产量决策和市场的稳定。较多的信息量使得市场价格和发电量波动变小，回避了电价的波动风险，使市场更加稳定。远期合同不仅给市场参与者提供了在发电量和负荷变化时获利的机会，同时回避了由于实时市场价格的波动给双方带来的风险，分析表明远期合同交易模式是电力市场的重要交易模式，在我国电力市场建设的初期，特别需要注意利用远期合同交易规避市场风险和稳定市场运行。

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。