基于市场交易的电能与环境协调激励电价机制设计

摘要

20世纪90年代以来，世界上很多国家均处在电力市场化改革的关键时期，随着电力工业垄断体制的改变，电力监管模式也相应的发生改变。电力市场化改革进程中的电力监管者所面临的一个核心问题是如何通过设计良好的电价机制抑制发电商的市场力行为。作为国民经济的重要基础行业，电力工业煤碳消耗量占总煤碳消耗量的60％，电能生产中由燃煤造成的污染占总环境污染量的40%。伴随着石油危机的进一步加重，世界上许多国家由燃油发电转向燃煤发电，这势必造成环境污染状况的进一步恶化。在垄断市场力问题尚未解决的情况下，电力监管者又必须面对电力生产所带来的环境污染问题。在我国这些问题也十分突出，随着西部大开发战略的实施，西部能源基地逐渐形成。如何合理利用与配置能源资源，保障西部地区能源开发与经济、环境协调发展已经成为政府电力监管亟待解决的问题。为了解决上述电能与环境协调发展中的冲突问题，国内电能与环境方面的研究专家任玉珑（2006）提出一种电力监管新模式：电能与环境协调监管。在新的电力监管模式下，需要构建与之相适应的组织机构、机制及相关制度，这是课题组共同完成的。作为课题组研究成果的一部分，论文所做的是设计一种与新电力监管模式相适应的电能与环境协调激励电价机制。
　　论文的研究目的是从理论和实践上探讨在电力市场化改革中，电能与环境协调监管新模式下，如何设计基于市场交易的电价机制以协调电能生产和环境保护，即：在考虑对发电商排污行为和市场力行为进行协调监管的情况下，电力市场电价机制应该如何设计。具体来讲是：在电能与环境协调监管新模式下，如何设计协调激励电价机制，在满足西部经济增长带来的巨大电能需求的同时，减少电能生产中的污染排放。最终构建一种基于市场交易的电能生产与环境保护协调的激励性电价机制，以约束发电商的市场力行为，激励发电商减少污染排放，从价格机制角度寻求解决电能与环境协调发展中的冲突问题。
　　论文的研究思路是：首先对协调的理论及方法进行综述，在协调理论研究的基础上，给出电能与环境协调的基本思想、相关概念及协调方法，并认为基于市场交易的电价机制是协调电能与环境的重要机制之一。对电价机制的研究现状及设计理论进行综述，找出影响发电商市场力的几个重要因素。通过对发电商实施市场力的过程进行仿真，分析了市场力的自然垄断因素和机制因素，发现信号传递是影响发电商实施市场力的重要因素之一。然后从信号传递角度对当前的主要电价机制进行了再次综述分析，认为信号干扰度越大，电价机制中发电商实施市场力能力越弱。机制中信号干扰度研究属有限理性理论研究的范畴。为了更好地定义机制信号干扰度这一概念，论文对有限理性建模方法进行综述分析，发现基于摩尔自动机的有限理性建模方法较难解决存在信息不完全和多人参与的博弈问题。因此，提出一种基于米兰自动机的有限理性建模方法，相应的，构建了一种基于米兰自动机的经济学仿真框架。为了干扰发电商之间的共谋信号，提出一种发电商准随机匹配电价机制，在新的仿真框架中对该电价机制进行了仿真研究，仿真实验表明电价机制可以使发电商实施市场力能力降低。实验结果论证了从增加机制对信号干扰度对电价机制进行设计是可行的。同时，为了激励发电商减少污染排放和市场力行为，引入电力产品差异化概念，依据电能生产单位减排程度，解决电力产品的单一性问题，把电力市场分为两个市场，构建了电能与环境协调激励电价机制。采用基于米兰自动机的经济学仿真方法对协调激励电价机制进行验证，仿真结果表明该激励机制是有效的。最后对协调激励电价机制中存在的一个争议（为什么不引入已经相对成熟的排污权交易市场）进行了仿真实验。仿真发现，与电力市场交易相比，排污权交易市场交易较为清淡，并不足于干扰发电商之间的共谋信号。
　　论文的主要特色及创新体现在以下三个方面。
　　①研究发现电能生产在随排污总量递减而递减的过程中存在几个跃变，这些跃变为政府进行排污总量控制提供了决策依据。论文是在马中（2002）和Ottar Mestad（2007）提出的采用环境容量来进行排污总量控制与通过资本市场对排污权进行初始分配的基础上，考虑电能生产与环境保护协调激励过程。以减少单位减排量与电能产品减少量之间的比例关系来确定排污控制总量，即，若电能产品减少比率大于单位减排比率，则这种总量控制是不经济的；如果增加排污量，使经济增加比率少于环境破坏比率，则认为这种总量控制具有环境破坏性。与其它文献的不同之处在于，论文在研究过程中考虑了电力交易市场与排污权交易市场之间的相互影响。通过研究发现，排污总量与电能生产并非一个单调递减关系。在排污总量不断减少过程中，电力市场的供电量经过了几个跃变：首先，随着排污总量的减少，电能生产量减少；经过一段时间后，随着排污总量减少，电能生产量增加。再经过这一时期，排污总量再减少，电能生产减少，并且其减少幅度在不断地加大。这一研究结果对排污权交易理论与政府制定排污总量控制政策具有一定的借鉴意义。
　　②对基于有限自动机的有限理性建模理论进行了扩展，使其更有利于实现多人有限理性博弈行为建模。基于有限自动机的重复博弈模型不但对重复博弈效用最大化问题进行了描述，而且可以采用有限自动机的状态个数对博弈行为及决策成本进行量化。近年来，在国外博弈论研究中，已经有文献描述基于有限自动机的重复博弈理论。论文构建的一种基于米兰自动机的有限理性建模方法是对Abraham Neyman（2000）提出的基于摩尔自动机的有限理性建模方法的进一步扩展。与摩尔自动机的根本区别在于：摩尔自动机的状态转换是依据每次博弈中竞争对手的行为来决定下一个状态，而基于米兰自动机的博弈模型是依据每次与竞争对手博弈所获取的效用来决定下一个状态。由于参与人所获取的效用已经包含竞争对手的博弈行为与自身博弈行为，所以不必具体考虑对手采用了什么决策、对手个数有多少。因此基于米兰自动机的博弈模型对信息不完美，竞争对手个数变动的情况进行博弈分析更具优势。在该建模理论的指导下，论文对发电商的组织行为进行了建模。采用有限自动机来描述发电商决策，可以更好的表示决策复杂度。决策越复杂，发电商之间的共谋越难达成，这为设计抑制发电商市场力的电价机制提供了理论依据。
　　③构建了一种基于信号传递的电能与环境协调激励电价机制。在基于市场交易的电价机制研究文献中，主要集中在如何抑制发电商市场力上，而同时考虑发电商市场力行为和污染排放行为的较少。本文从信号传递理论角度出发，对当前主要的基于市场交易的电价机制进行了分析，认为在电力市场中增加信号的干扰程度可以抑制发电商的市场力。并在此理论基础上，考虑环境因素，构建了一种电能与环境协调激励电价机制双市场模型。该机制从两方面对发电商达成默契共谋的信号进行干扰。一方面采用准随机匹配的方式，使发电商无法得到其它发电商的成交价，也无法预测市场出清价，从而增加其达成共谋的难度。另一方面，在电力市场的中引入单位减排量的概念，使电力产品产生差异化，构成了两个产品的市场，政府可以在不同的市场中采用不同的激励手段，从而在进一步干扰发电商之间的信号传递，达到抑制发电商的市场力行为和减少电能生产过程中排污量的目的。采用论文提出的一种基于米兰自动机的有限理性建模方法，发现发电商的决策模型复杂度增加。因此可以断定，发电商之间的共谋难度加大，也就是发电商实施市场力的行为得到抑制。通过仿真实验说明该机制在解决电能与环境协调激励问题上是有效的。

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中文摘要

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1 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 研究目的和研究内容

1.3 研究方法、思路及框架结构

1.4 主要特色及创新

2 相关文献综述

2.1 电能与环境协调的相关概念界定

2.2 国内外基于市场交易的电价机制实施情况

2.3 基于市场交易的激励性电价机制研究综述

2.4 激励电价机制设计的相关理论研究综述

2.5 本章小结

3影响电能与环境协调激励电价机制设计的主要因素仿真研究

3.1 复杂适应系统与Swarm仿真

3.2电力市场中存在市场力的自然垄断因素仿真分析

3.3 电力市场中存在市场力的机制因素仿真分析

3.4电能与环境协调激励电价机制设计的基本思想

3.5 本章小结

4 仅考虑抑制发电商市场力的激励电价机制设计

4.1 基于行为复杂度的有限理性建模方法研究及应用

4.2 基于有限理性建模的经济学仿真框架

4.3抑制发电商市场力的电价机制设计

4.4 本章小结

5 单边开放电力市场电能与环境协调激励电价机制设计

5.1 单边开放电力市场的结构及特征

5.2 单边开放电力市场激励发电商减排的电价机制单市场模型

5.3 单边开放电力市场协调激励电价机制双市场模型

5.4 本章小结

6 双边开放电力市场电能与环境协调激励电价机制设计

6.1 双边开放电力市场的结构及特征

6.2 双边开放电力市场协调激励电价机制

6.3 对争议的验证：能否用排污权交易市场替代新市场的引入

6.4 本章小结

7 结论与研究展望

7.1 研究结论

7.2 研究展望

致谢

参考文献