智能电网下分布式电力市场论文

一、文献述评

智能电网目前国际上并没有统一的概念。国际能源署给出的定义较为准确地概括了其共性:“智能电网是使用数字和其他先进技术来监视和管理所有发电来源电力的运输，以满足最终用户不同电力需求的电力网络。智能电网通过统筹所有发电端，电网运营商，终端用户以及电力市场利益相关者的需求和能力，尽可能高效地操控系统的各个部分，在最大限度降低成本和对减弱环境影响的同时，提高系统的可靠性、灵活性和稳定性。”帅军庆(2009)我国国家电网公司提出了坚强智能电网的概念，以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先、中国特色的坚强智能化电网。

StevenE.Collier在2009年IEEE电力和能源会议上认为，尽管智能电网内涵不同，但具备自愈、用户参与、抵御灾害能力、有大量的分布式电源、电力市场得以更好的发展这五个特征。陈志恒等(2013)从发展的角度来看，受技术条件、商业价值、投资和政策框架的制约，世界各国传统电网向智能电网“进化”，大致都需要经过由能源单向传输到能源与信息双向传输、由垂直一体化结构到网络化结构、由能源一次性输出到储存性输出、由垄断化运营模式到市场化运营模式的渐进过程。智能电网支持分布式电源的接入。

Ackermann(2002)分布式电源是以新能源和可再生能源为主构成，发力在用户侧的小型发电单元。新能源和可再生能源包括水电、风电、太阳能发电、生物能、热能和朝夕能。吕春泉等(2011)虽然可再生能源发电具有清洁性，能够有效降低CO2等温室气体的排放，但同时，具备随机性、间歇性、开发成本高、反用电高峰等不稳定特征，直接接入电网会对传统的电网造成巨大的冲击，进而大大降低传统电网的稳定性及可靠性。但储能技术、柔性直流技术、新能源综合利用技术的实施，解决了技术因素，例如国家电网公司完成的河北张北风光储示范工程。

当前我国政府提供的新能源补贴政策解决了价格高的问题。智能电网技术的发展将进一步改变电力产业的自然垄断属性，提高电力产品的价格弹性。胡恩同(2011)电力产业具备自然垄断属性，是现代社会不可或缺的生活必需品。电能具备无形、无色、无味、看不见、摸不着、危险大、同质性的特点。

作为生产品，具备企业有效规模大、资金密集、投资周期长、资本存量调整困难、难以储存的特点;作为消费品具备消费时间集中，时间周期性强，可替代性差，缺乏需求弹性的特点。供给需求要求瞬间平衡，电能质量对电器寿命和质量会产生影响，负荷变化瞬间供给产生影响。戚聿东，范合君(2009)但随着技术和经济理论的发展，电力产业的自然垄断属性逐渐在削弱。例如，随着发电技术的发展导致发电企业的最小效率规模显著下降。20世纪80年代，发电企业的最小效率规模为900MW，而到了90年代中期最小效率规模缩小为100MW(bayless，1994)。

因此，最近20年新建电厂的生产规模和分布较之以往明显变小和分散，但是生产效率却大大增强。目前，西方国家和我国已经在发电领域映入了竞争，促使企业提高了效率、改进了服务、降低了价格，垄断行业焕发了生机活力。居民、商业及工业用户具有不同的电能价格需求需求弹性，（消费者对价格反应的三种方式决定了价格需求弹性的大小，价格上涨时，一是消费者可以选择消费替代品;二是不选择替代品的情况下，可以减少该产品的消费;三是消费量不变，减少在其他产品上的花费。智能电网使得分布式电源成为传统电网公司供应电能的替代消费GriffinJM等，2005)。在电力市场中，分布式电源、储能设备将成为用户选择电能的消费替代，这将提高电力产品的需求弹性。综上所述，学者们普遍认识到智能电网不仅是能源领域重要的技术革命，更将进一步推动能源产业、能源市场的变革，但忽视了对市场结构演变的研究。正是基于此，本文用博弈论的方法，在借鉴古诺均衡模型的基础上，引入了多个需求市场，给出不同市场结构下的均衡解和均衡价格，并与完全垄断市场进行比较。

二、智能电网下电力市场的不同均衡

(一)问题的转化

从对电力市场影响的角度看，智能电网实现了分布式新能源的接入，为电力市场电力带来了新的竞争者，消费者的选择范围和需求的价格弹性增加了。市场结构从完成垄断逐渐演化为竞争。于是，我们将问题转化为新的竞争者对市场结构的影响，关注的是电力供应商和消费者行为发生的变化、新的均衡数量以及新的电价形成机制。

(二)模型选择

在分析市场结构的经典文献中，均衡数量和均衡价格的决定与市场参与者选择的策略行为密切相关，经济学家采用非合作博弈的同时决定产量的古诺模型、同时决定价格的伯川德模型、产量领导者模型斯塔科尔伯格模型以及价格领导者模型，每种模型都适用不同的环境条件。本文结合当前智能电网对电力市场的影响，选择同时决定产量的古诺模型。古诺模型中，市场参与者选择生产多少产量作为策略行为，同时决定产量后，也就相应的形成统一的市场价格。产量的本质是选择生产能力，也就是说市场潜在进入者在进入市场时，依据在位企业的产量来选择自己的产量。

2009年以来，随着智能电网建设的迅速发展，国家能源局大力支持新能源的发展，同时，支持分布式发电接入电网。国家能源局的主导下，相继发布能源、太阳能、风能、生物能、天然气十二五规划，颁布《分布式发电管理暂行办法》，重新启动大用户直购电，宣布建成100个新能源示范城市，大力推广风电特许权招标工程，制定新能源电镀补贴和电动汽车补贴。要求新能源发电优先上网。面对这种情况，传统供电商的市场进入阻止策略难以实施，与分布式发电商在用户侧展开竞争将在所难免。国家对分布式发电商的长期补贴政策，使得其具备了市场竞争力。林恩.派波尔(2012)发现在位企业选择价格领导者的策略，将导致新进入者具有后发优势，获取更多的利润。同时决定价格的伯川德模型的结果是均衡价格逼近边际成本，最终导致双方利润下降。

在位企业具备选择产量领导者的先动优势，产量高于古诺最优产量水平，利润是追随者的2陪。在追随企业产量较低的情况下，领导企业如果返回到古诺最优反应函数并少生产，则领导企业的状况可以得到改善。然而，如果领导企业真的改变产量，并且跟随者也知道这种可能，那么跟随企业会预期到其采取这种行为并在第1期不再降低产量。相反，如果它预期领导企业会增加产量，它也会增加自己的产量。

最终，预期产量的博弈将会使博弈回到同时博弈的古诺均衡结果。如果领导企业不能在第1期对产量做出承诺，则跟随者将会预期领导企业的产量变化，在此情况下博弈将会同时进行。综上，当前传统供电商不会选择价格领导者的策略，新进入者因成本过高和规模较小没有能力选择价格竞争策略。伯川德竞争策略因会导致均衡价格接近边际成本，市场参与者不会选择这样的策略行为。在当前国家要求新能源优先调度的情况下，如果实现电力市场竞争，传统供电商不得不同时考虑新能源发电商的产量决策，这就使得竞争从斯坦尔伯格模型进入到古诺模型。