传统电网下各主体博弈行为及利益分配

6.2.1 基本假设

新能源发电并网影响电力市场中的发电商、电网企业、用户以及政府等主体的利益。各主体是理性经济人，追求自身的经济利益最大化。政府追求的是社会利益最大化。各主体的收益与市场上的竞争者有关，为方便研究，假设市场上仅一家新能源发电企业和一家电网企业。

发电企业负责投资、运行管理；并网后的整个生命周期都与电网企业进行电力交易。假设发电项目已完成，不考虑发电项目建设的时间。电网企业负责投资新能源入网设备安装与维护。

6.2.2 参数设置

1）成本参数

设Q为新能源总发电量，A为新能源上网电量（A ≤ Q）。由于发电和并网接入具有经济学边际成本递增的特性（哈尔·范里安，2003；张新华等，2009；路宽等，2011），因此将新能源发电成本函数设为B(Q)=bQ2 ，其中b为发电成本系数。新能源发电并网接入成本函数设为C(A)=cA2 ，其中c为输配售成本系数（b、c>0）。接入成本包括电网企业因输配售可再生能源电力产生的成本，主要包括接入建网成本（如变压器、变电站等一系列配套设施建设）、电网维护和销售费用等。不考虑交易成本，一般情况下，满足b > c。

2）电价参数

e P为新能源上网电价，为常规能源上网电价，P为终端零售电价，D为电力需求量。鉴于新能源尚未成为主要电源，其电力供给不影响终端用户效用，故设P、D均为常数。考虑到常规能源电力的基础性地位以及发电技术相对成熟，设为常数，通常满足<eP。

3）收益函数

第i＝（1,2,3,4）种政策情形下，发电企业获得的新能源发电收益函数表示为

Пi1（Q）＝Pe Q－B（Q） （6.1）

由于电力的同质性，电网企业的新能源收益Пi2体现为替代常规能源电力对收益的影响。若总收益函数为

П´i2＝DP－PeA－（D－A）－C（A）

无新能源电力上网时收益为D（P－)，则表示为

Пi2＝A（-Pe ）－C（A） （6.2）

设w为单位新能源电力上网带来的社会福利增加值，体现节能减排带来的综合社会经济效益。政府的新能源电力收益表示为A上网带来的社会福利增加值，即

Пi3（A）＝Aw （6.3）

6.2.3 市场定价情景

1）博弈特征分析

电网技术直接决定了发电参与主体的交易地位和交易方式。可以理解为电网自然垄断属性决定了电网企业和用户结盟。一般电力系统的频率由中调直接控制，只有与电网解列时，中调才委托区域控制，由此可见，电力系统为保证电能质量，所有发电厂和供电公司都必须接受电网调度部门的同一调度和指挥，这就决定了电能生产消费的高度集中性和统一性。

用户掌握在电网企业手中，电网企业在电力系统中占有优势主导地位，掌握着市场主动权，属于买方垄断。这一阶段的博弈大多属于政府主导下的“发电商—电网企业”之间的Stackelberg博弈。

2）各主体博弈行为及利益分配

这种情景属于市场定价市场定量情景。电网企业根据输电成本收益信息先决定Pe，发电企业在观测到Pe信息后决定Q。电网企业和发电企业同时获得最大收益。市场均衡符合以电网企业为主导，发电企业跟随的一个序贯非合作Stackelberg博弈均衡。

对式（6.1）、式（6.2）分别关于Q、Pe求导，易知式（6.1）、式（6.2）分别为变量Q、Pe的凹函数，故均有对应的唯一最大值。为得到Stackelberg博弈均衡，采用逆向归纳法，先求出发电企业在已知Pe时的最优对策。由一阶条件= Pe- bQ＝0，得最优发电量为

电网企业收购所有新能源发电量，将式（6.4）代入式（6.2）得电网企业获得的总收益为

式（6.5）为Pe的凹函数，由一阶条件为0，得电网企业最优新能源购电价为

Pe*= （6.6）

将式（6.6）代入式（6.4）中，得 Pe*时发电企业最优发电量为

Q *＝ （6.7）

将式（6.6）、式（6.7）代入式（6.1）、式（6.2）、式（6.3）得发电企业、电网企业、政府获得的新能源发电收益分别为

П11＝

П12＝

П13＝

由此容易得出推论1：市场定价定量政策下发电成本较输配售成本对供应链主体收益分配影响较大。由П11:П12易得到发电企业的新能源收益是电网企业的倍。b变动带来的双方收益变动大于c变动带来的双方收益变动。b下降，发电企业收益比重增加，电网企业收益比重减少，双方收益分配失衡。

6.2.4 政府规制定价情景

1）政府定价市场定量情景

政府定价市场定量情景下，政府根据发电成本或市场平均电价等，对新能源上网设定指导价Pe，发电企业依据Pe决定发电量。最优发电量为式（6.4）。

政府要求电网企业承担强制上网义务，故A ＝Q*，则最高上网电量应满足。为追求最大新能源上网带来的社会收益，则政府制定的最优上网电价应为

Pe*

将式（6.8）代入式（6.4 ），得新能源最优发电量Q*＝。

追求自身收益最大化，市场化条件下电网企业的最优定价等于式（6.6），与式（6.8）相比较，很明显政府定价高于电网企业最优定价，必然造成电网企业的利润减少甚至亏损，为鼓励电网企业参与，政府需要对电网企业完成新能源电能输配售的度电补贴为μe*= 。因此，电网企业获得的新能源收益为新能源电力交易收益和政府补贴之和，即（e－Pe）a－C（a）＋μea，则

П22＝

易得发电企业、电网企业、政府的新能源收益分别为

П21＝

П22＝

П23＝

对比政策1，易得推论2：在政府定价市场定量（固价制）政策下，发电企业和电网企业收益均等。

（П21＋П22 ）:（П11＋П12）＝＝8b:（3b＋c），表明，由于b ＞c时，供应链总收益比政策1提高约5b－c倍，政府定价更有利于提高双方总收益。

2）市场定价政府定量情景

电网企业缺乏收购积极性易造成新能源并网困难或运行受限，由此配额义务的承担主体应是电网企业。这种政策规定电网企业售电量必须有一定比例或数额的可再生能源电力，而上网电价则由市场竞争形成。

根据节能减排的宏观目标，政府设定电网企业完成的新能源电力上网量为H。未完成任务的电网企业从市场购买配额的价格为k元/（k W·h），当A＜H时，电网企业收益可表示为S1＝－（H－A）k。超额完成任务的电网企业出售配额以获利，即当A＞H时，获利S2＝（A－H）k。设配额无法完成的概率为θ，则配额收益表示为E（S）＝θ·S1＋（1－θ）·S2＝（ A－H）k。电网企业收益函数为

П´42（A）＝DP－PeA－（D－A）＋（A－H）k－cA2

此时，新能源电力市场均衡符合以电网公司为主导者，发电企业为跟随者的一个序贯非合作Stackelberg博弈均衡。在该博弈中，电网企业根据政府规定的新能源配额信息确定Pe，发电企业观测到Pe后决定最优发电量。

同理，采用逆向归纳法得到均衡时的发电企业、电网企业、政府获得新能源电力最大收益为

П41＝

П42＝

П43＝

令П42对k求一阶导数，令－H＝0，电网企业收益最大化下的最优配额交易价格为k*＝H（2b＋c）－。因>0，故П42是关于k的严格凸函数，k*为配额最低定价。而 H（2b＋c）表示发电成本与输配售成本权重比例为2:1的新能源购电综合成本。

由此易得到推论3：当配额市场价格低于新能源供电额外成本（新能源购电综合成本与常规能源购电成本之差）时，即k<H(2b+c)-，说明此时的配额价格不足以激励电网企业努力促使新能源发电上网。因为电网公司宁愿购买配额而不愿努力促使新能源上网。

3）政府定价定量情景

政府制定Pe后，由于＜Pe，为补偿电网企业的收购成本，对新能源电力上网成本进行补贴；为完成份额目标调控各地新能源电力附加配额进行交易。这种情形下，实际上政府既确定电价又确定电量。

中国现行新能源政策属于该情形，具体做法：对终端用户用电量D征收可再生能源电价附加λ元/（k W·h）计入电网企业收入，首先用于支付可再生能源电价补贴。可再生能源电价补贴包括高于当地脱硫燃煤机组标杆上网电价的部分（Pe－）Q、国家投资或补贴建设的公共可再生能源独立电力系统运行维护费用高于当地省级电网平均售电价的部分F，以及可再生能源（包括本文所指的新能源）发电项目接网费用C（Q）。如果电价附加不足以支付新能源电价补贴，即Dλ－［（Pe－）Q＋F＋C（Q）］＜0，按照短缺资金额得到同等额度的新能源电价附加配额M（M＞0）。电网企业通过出售配额证获取收益。反之则购买配额M（M＜0）。

电网企业总收益函数可以表示为

П´2（a）＝DP－PeA－ （D－A）＋Dλ－C（A）－F＋M （6.9）

为达到新能源份额目标，政府定价需考虑双方收益最大化时的最优发电量和上网电量。在政府确定Pe情况下，电网企业追求自身利益最大化决定最优购买量。易知式（6.6）是关于变量A的凹函数，故有唯一的最大值。由一阶条件为零，得电网企业的最优购电量为

A*

同理，发电企业最优发电量为式（6.4）。此时兼顾供应链双方最优收益，最优定价需满足A*＝Q*，即。

当b＞c时，新能源最优上网电价应为

Pe*＝

将式（6.4）代入式（6.10）、式（6.11），得

A＝Q*＝

易得发电企业、电网企业、政府的新能源电力收益分别为

П31＝

П32＝Dλ

П33＝

推论4：要提高电网企业在新能源电力供应链中的收益比重，则新能源电力附加价应满足以下条件

证明：发电企业和电网企业的新能源发电收益比例为

当0≤λ≤ 时，П31（Q）:П32（Q）≥b:1，说明要提高电网企业的收益分配比重，λ应满足：

6.2.5 各情景下的利益分配比较

将不同政策情景下的各主体收益状况归纳为表6.1。

表6.1 供应链各方收益比较

由表6.1推导出以下结论。

第一，政府管制比市场自发调节更有利于提高供应链双方总收益。因为政府管制价格或数量政策下的发电企业收益П31、П41、П21均大于П11。而电网企业收益П22＞П12；新能源发电带来的社会福利П33＞П23＞П13。但在政策3、政策4下供应链双方收益分配比例取决于电力附加价或配额等变量的合理取值，因此无法充分保障双方收益合理分配。

第二，政府定价下的政府定量更能提高发电企业收益和供应链总收益，但不一定能保障电网企业收益。一方面，很明显新能源带来的社会福利П33＞П23。另外，发电企业收益П31＞П21 ，使用反证法证明。假设П31＜П21成立，则给定Pe且b＞c时不成立，则证明П31>П21为真命题，说明政府定量（现有政策）比市场定量（固价制）更能提高发电企业收益。而当λ＞l 时，政府定量才比固价制更能提高电网企业收益。上式不等式左边可以理解为新能源与常规能源单位供电成本差额相对量。

第三，配额制提高各方收益的关键在于通过市场机制内化可再生能源额外成本。

当新能源配额交易市场价格k，П21≤П41≤П31说明对发电企业最有利的政策依次是固定电价制、配额制、政府定价定量政策。其中表示高出常规能源上网电价的部分，而高出比例是新能源发输配售电成本比例的函数。当k＞时，П31＜П41说明该配额价格条件下配额制对发电企业最有利。同时П43＞П33 ，配额制比固定电价制带来的社会福利高，则更能促进可再生能源电力上网，因为放松价格管制后的k内化新能源电力额外成本。

当配额 H 满足H＜时，新能源上网电价增量部分在综合供电成本（2b＋c）中分摊，得到П42＞П22，说明配额制比固定电价制更能提高电网企业收益。当H＜ ，配额制比我国现有政策更能提高电网企业收益。