【導讀】我國電力市場改革9號文中，將電力市場模式分為集中式和分散式兩種，在電力市場的具體的設計環(huán)節(jié)，也經(jīng)常出現(xiàn)集中式和分散式之分。比如，交易模式包括雙邊交易和集中交易，對電廠的調(diào)度包括自調(diào)度和集中調(diào)度等，這都可以看為不同問題的分散和集中兩種實現(xiàn)方式。本文從市場的基本原理出發(fā)，對電力市場中的集中式經(jīng)濟機制和和分散式經(jīng)濟機制進行討論。

(走進電力市場 作者：荊朝霞)

一、計劃機制和市場機制概述

1、經(jīng)濟體制

集中和分散的區(qū)別可以體現(xiàn)在很多不同的層次。這里，首先從最高層次討論：經(jīng)濟體制。

經(jīng)濟學的目的是解決資源配置中的三大問題：生產(chǎn)什么、怎么生產(chǎn)和為誰生產(chǎn)。解決這三大問題有兩大類方法：計劃和市場，或者說集中和分散。計劃機制下，由政府確定三大問題的解決方案。市場機制下，通過市場的力量自發(fā)形成三大問題的解決方案。

2、集中(計劃)機制

集中(計劃)機制：由一個統(tǒng)一的、集中的、壟斷的機構(gòu)來確定資源配置的方案：生產(chǎn)什么產(chǎn)品，怎么組織生產(chǎn)的過程，生產(chǎn)的產(chǎn)品怎么分配等。計劃機制具體可以由多種方式實現(xiàn)：1)政府直接管制;2)壟斷的國有企業(yè)運營;3)壟斷的私有企業(yè)運營。生產(chǎn)規(guī)劃、生產(chǎn)計劃、分配計劃都由這個壟斷的機構(gòu)來負責。這個壟斷的機構(gòu)的目標是整個經(jīng)濟體系的總體福利最大，包括生產(chǎn)者福利和消費者福利。

理論上，如果這個壟斷的機構(gòu)能夠獲得經(jīng)濟體系的所有的信息，包括所有消費者的需求特性的信息、所有生產(chǎn)者的供給特性的信息，以及相關內(nèi)外部約束的信息;具有足夠的計算、分析能力;并且執(zhí)行者能夠完全以社會福利最大化為目標進行決策，集中的計劃體制下可以實現(xiàn)社會福利最大化的結(jié)果。但是，實際上往往達不到這個結(jié)果，影響這個目標實現(xiàn)的因素包括：

1)信息。集中決策者無法得到完全的、準確的所有市場主體的信息。一方面是由于市場主體的數(shù)量可能比較大;另一方面，市場主體都會有隱瞞自己信息以得到更多獲利的動機，集中的決策者很難獲得完全真實的信息，即使是對同一個企業(yè)內(nèi)部的不同部門。

2)分析計算能力。現(xiàn)實經(jīng)濟世界是一個復雜的系統(tǒng)。如果要完全反映所有市場主體的生產(chǎn)、消費特性，集中決策的問題可能是一個非常復雜的、高維的、非線性的最優(yōu)化問題，在一定的技術(shù)條件下和時間內(nèi)可能無法求解。

3)代理人的激勵問題。在集中機制下，社會福利最大化的目標需要由一個代理人來執(zhí)行，如上所述，這個代理人可能是政府的某個部門，可能是某個國有企業(yè)，也可能是受管制的私人企業(yè)、上市公司。這個代理人在進行決策的時候，難免會受到其個人利益的影響，這樣就會導致實際的目標不一定是社會福利最大化的目標。

4)市場主體的激勵問題。對市場中的廣大的市場主體，包括生產(chǎn)者和消費者，其獲得的效益并不完全與其付出的努力相關，可能導致生產(chǎn)效率的低下。

3、分散(市場)機制

分散(市場)機制：沒有一個統(tǒng)一的、集中的、壟斷的機構(gòu)來確定資源的配置方案，而是通過市場主體各自的決策，市場主體之間的博弈，達到一種均衡狀態(tài)，確定資源的配置方案。市場中有很多個獨立的市場主體，每個市場主體的目標都是各自的利益最大化。市場主體之間互相博弈，調(diào)整自己的市場策略，最終達到均衡的狀態(tài)。

理想狀態(tài)下，如果市場競爭充分，信息完全，沒有交易成本，沒有外部性，分散的市場機制可以實現(xiàn)社會福利的最大化。也就是說，在每個人追求自己的個人利益最大化的同時，自動的推動了整個社會福利最大化的實現(xiàn)。當然，這個結(jié)果的實現(xiàn)也有條件。

1)競爭充分。這是最重要的條件。市場中有足夠多的市場主體，每個市場主體沒有影響價格的能力，只能作為市場價格的接受者。

2)信息充分和對稱。每個市場主體都可以得到其決策需要的市場信息。市場主體獲得的信息是對稱的，不存在一些市場主體掌握的信息多，另外一些市場主體掌握的信息少的情況。

3)交易成本低。交易需要成本，包括尋找交易對手的成本、談判的成本、資金交割結(jié)算的成本等。如果交易成本過高，將淹沒市場帶來的效益。

4)沒有外部性。外部性的存在會影響市場的效率。比如，可再生能源發(fā)電具有減少排放的好的外部性，燃煤發(fā)電具有增加排放的壞的外部性，這個外部性如果在市場機制中沒有考慮，或者以錯誤的方式考慮，都會影響市場整體的效率和福利。

二、集中和分散機制的層次

集中的經(jīng)濟機制和分散的經(jīng)濟機制各有優(yōu)缺點，在理想的情況下都可以實現(xiàn)資源配置的最優(yōu)化。但實際中，兩種模式實現(xiàn)最優(yōu)的假設、前提條件都不可能完全實現(xiàn)，因此每種模式都存在一定的問題。

縱觀各國的經(jīng)濟，基本沒有完全的計劃經(jīng)濟或完全的市場經(jīng)濟，都是介于計劃和市場之間的混合經(jīng)濟。不同經(jīng)濟的差別，主要取決于計劃和市場在經(jīng)濟中的比例。這個比例可以體現(xiàn)在不同的層次。

1、不同行業(yè)之間

一個經(jīng)濟系統(tǒng)包括多個行業(yè)，如航空、金融、交通、電力、通訊、農(nóng)產(chǎn)品、工業(yè)品等。首先，要確定在哪些行業(yè)采用計劃、壟斷的體制，哪些行業(yè)引入市場的機制。這并沒有一個確定的模式，是隨著相關理論、技術(shù)、經(jīng)濟的發(fā)展而變化的。歐美等傳統(tǒng)的市場經(jīng)濟國家，在十九世紀市場經(jīng)濟發(fā)展的初期，都認為應該讓市場發(fā)揮最大的作用，大多行業(yè)都是完全的市場機制。20世紀20年代到70年代之間，出現(xiàn)了多次嚴重的經(jīng)濟危機，因此認識到市場不是萬能的，需要政府的干涉，對通訊、能源、航空等都進行了嚴格的管制，以壟斷的機制運行。但到了70年代以后，又認識到了政府太多管制對經(jīng)濟造成的不利的影響，又紛紛開始了解除管制的過程。通訊、交通、電力行業(yè)紛紛又逐漸轉(zhuǎn)向更加市場化的機制。

2、行業(yè)內(nèi)部的不同環(huán)節(jié)

對很多比較復雜的行業(yè)，特別是以某種網(wǎng)絡為基礎的網(wǎng)絡行業(yè)，產(chǎn)品的生產(chǎn)包括多個環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)具有不同的屬性。完全的壟斷和完全的計劃運行都有問題，需要在不同的環(huán)節(jié)采用不同的運營機制。一般來說，目前經(jīng)濟學家和政治學家達成的共識是，對網(wǎng)絡行業(yè)，在產(chǎn)品的生產(chǎn)和分配環(huán)節(jié)可以引入競爭，而在網(wǎng)絡環(huán)節(jié)仍需要保持壟斷，因為一般一個行業(yè)建設兩個網(wǎng)絡是不經(jīng)濟的。

電力行業(yè)是一個典型的網(wǎng)絡行業(yè)，包括發(fā)、輸、配、售等不同的環(huán)節(jié)。一般認為，在發(fā)電和售電環(huán)節(jié)，可以引入市場的機制，而在輸、配電環(huán)節(jié)，需要仍然保持比較強的壟斷性。

3、某個產(chǎn)品市場的供給端和需求端

對某個產(chǎn)品市場來說，包括供給側(cè)和消費側(cè)，可以對產(chǎn)品市場整體進行市場化，也可以僅對某一側(cè)進行市場化。以電力市場中的幾個例子說明僅僅在供給和需求一側(cè)進行市場化的情況。

1)電力單一購買者。電力市場中，對發(fā)電這個產(chǎn)品或服務，在早期的實踐中，很多國家或地區(qū)采取的是單邊市場，即僅僅在發(fā)電側(cè)引入市場機制，實行競價上網(wǎng)，但在終端用戶的銷售側(cè)仍然保持壟斷，由電網(wǎng)公司以單一購買者的形式從不同的電廠買電再統(tǒng)一賣給終端用戶。

2)輔助服務市場。電力市場中的輔助服務也大多是一個單邊的市場：輔助服務由一個壟斷的機構(gòu)通過市場化的機制獲得，包括中長期合同及集中拍賣等形式，然后由這個壟斷的機構(gòu)將相關的輔助服務成本按一定的原則分攤給相關的市場成員。

3)需求側(cè)管理。電力行業(yè)中未進行電廠側(cè)競價情況下的需求側(cè)管理，可以認為是一種需求側(cè)單向開放，供給側(cè)仍集中壟斷運行的方式：發(fā)電側(cè)尚未開放，仍然采用集中壟斷的運行、調(diào)度機制，在電力供給緊張的市場，由用戶通過一些市場化的方式進行報價，反映其愿意承擔的電力的最高價格或者停電獲得的補償。

4、產(chǎn)品的交易方式

如果已經(jīng)確定了對某個行業(yè)某個環(huán)節(jié)的某一側(cè)或雙側(cè)進行市場化改革，采用市場的分散決策機制，則需要進一步確定其產(chǎn)品的交易場所和交易方式。

1)分散的交易。由市場的供需雙方在場外、自由簽訂交易合同。

2)非強制性的集中交易。由獨立的機構(gòu)成立集中的交易機構(gòu)，市場主體可以在交易機構(gòu)(如非強制型的電力交易機構(gòu)Exchange)中進行集中的交易。交易機構(gòu)起的作用主要是降低交易成本。市場成員可以自由選擇是否在交易機構(gòu)中進行交易。

3)強制性的交易機制。要求市場成員必須在一個統(tǒng)一的市場(如強制性電力庫POOL)中進行交易。

6、集中市場中一些特殊生產(chǎn)和消費特性的考慮

電力市場是一個非常復雜的市場，在市場設計中有很多特殊的問題需要考慮。比如，多產(chǎn)品的問題，電網(wǎng)約束的問題，發(fā)電機組的非線性成本特性問題等，這些問題可以有不同的解決方式，從大的方面也可以分為集中的方式和分散的方式兩大類。

三、電力市場中一些特殊問題的處理

1、多產(chǎn)品的處理

市場中可能包括多種產(chǎn)品，多種產(chǎn)品之間的供給和需求互相影響。可以用不同的方法，包括分散的方法和集中的方法來考慮不同產(chǎn)品之間的機會成本。舉例來說，發(fā)電機組的發(fā)電容量可以用于能量市場發(fā)電，也可以用于輔助服務市場做備用。發(fā)電機組參與備用市場的成本，很大程度上是其參與能量市場的機會成本，即由于參與備用市場而造成的發(fā)電量的變化，進而造成的對能量市場收益的影響。市場設計有兩種思路：

1)分散式：建立能量和備用兩個獨立的市場，由市場主體自己決定如何對總?cè)萘窟M行分配。市場主體在兩個市場的報價中，需要考慮在另外一個市場的可能的機會成本。

2)集中式：設計一個包括能量和備用的聯(lián)合的市場，市場主體僅僅需要申報總的一個報價，由一個集中的機構(gòu)來考慮兩個市場之間的協(xié)調(diào)和機會成本。

2、網(wǎng)絡約束的處理

電網(wǎng)的約束處理是電力市場設計中需要特別注意的一個問題。如果將發(fā)電和電力傳輸看為是實現(xiàn)電力供應的兩個產(chǎn)品，這個問題也可以歸為多產(chǎn)品問題：發(fā)電和輸電兩個產(chǎn)品市場之間的協(xié)調(diào)問題。

1)集中式：兩個市場聯(lián)合運行

我們知道，電在電網(wǎng)中的傳輸有很多限制條件，比如每條線路有最大傳輸量的約束、節(jié)點的電壓需要保持在一定范圍內(nèi)、要保證一些系統(tǒng)擾動如發(fā)電機組故障和線路短路后系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定運行等。在集中的市場模型中，在能量市場出清的時候，同時考慮完全的電網(wǎng)的約束，保證能量市場出清的結(jié)果是可行的。這樣，市場出清的結(jié)果、市場的電價同時反映了能量市場和輸電容量市場的供需情況。

2)分散式：兩個市場獨立運行

由于實際上能量市場和輸電市場是相互影響的，能量市場和輸電市場不可能完全獨立運行，可以通過電網(wǎng)約束的簡化和市場的分離來實現(xiàn)兩個市場的一定程度的解耦。

(1)市場的分離。將能量市場、輸電市場都分為多個獨立的市場。

(2)約束的簡化。將電網(wǎng)的復雜的約束盡量用比較簡單的形式表現(xiàn)。盡量減小不同市場之間的耦合。

以歐洲電力市場為例：根據(jù)行政區(qū)域、電網(wǎng)特點等，劃分為若干價區(qū)。并做以下假設：a)認為價區(qū)內(nèi)部的交易不會有網(wǎng)絡約束的問題。b)可以給出每兩個價區(qū)之間的最大交易量(輸電量)。這樣，就可以把整個市場分解為若干個獨立的市場：a)價區(qū)內(nèi)部市場：能量市場不受網(wǎng)絡約束的影響，可以自由進行交易;b)跨區(qū)交易市場：跨區(qū)能量交易需要獲得跨區(qū)輸電容量，由于認為每兩個價區(qū)之間的跨區(qū)交易的最大交易量是確定的、不會互相影響的，因此不同的跨區(qū)交易可以獨立組織，單獨成為一個市場。

3、發(fā)電機組約束的處理

發(fā)電機組發(fā)電成本的一些非線性特性，是電力市場設計中需要重點考慮的另外一個問題，也可以用集中式和分散式兩種思路進行。

1)問題的描述

我們知道，發(fā)電機組有最小、最大技術(shù)出力約束，有一定的啟動時間，有較大的啟動成本、空載成本，邊際微增成本也不是單調(diào)上升的。也就是說，發(fā)電機組的供給特性是非單調(diào)的、非線性的，不符合經(jīng)典經(jīng)濟學中對供給曲線的假設。

電力市場設計中，一般規(guī)定發(fā)電的報價需要是單調(diào)上升的。這一方面是考慮到整個行業(yè)來說，市場的供給量是隨著價格升高而增加的;另一方面，從技術(shù)的角度，如果允許發(fā)電機組申報非單調(diào)的報價函數(shù)，市場出清則無法得到唯一的結(jié)果。

這樣，就出現(xiàn)一個問題：市場中，如何考慮發(fā)電機組的這些技術(shù)的約束、非線性的成本特性呢?

2)集中式方法

美國PJM為代表的市場中，采用集中的方法處理這些約束和非線性問題。具體來說，就是：(1)由市場主體申報詳細的技術(shù)約束參數(shù)和成本特性，包括啟停時間、爬坡速率、啟停成本、空載成本、微增成本等。(2)由集中的調(diào)度機構(gòu)在市場出清中統(tǒng)一考慮這些約束，產(chǎn)生考慮各種約束的調(diào)度方案。在市場結(jié)算中，通過全成本補償(make-whole-pament)機制保證發(fā)電機組的總收入不小于總成本。

3)分散式方法

英國、北歐、澳大利亞等電力市場中，對發(fā)電機組的約束和成本的非線性特性主要由市場主體在報價中自行考慮，市場出清模型中不考慮機組本身的技術(shù)約束的成本回收需求。也就是說，市場出清模型中不包括機組的約束，結(jié)算也不考慮市場主體是否能回收全部的成本。美國電力市場中的自調(diào)度(self-commitment)實際上就是一種對發(fā)電約束的分散式的處理方式。

很多人會擔心，這種機制下，如何保證交易方案的可行?如何保證電網(wǎng)的安全可靠性?如何保證發(fā)電廠的收益?

答案是：市場。市場成員得到的唯一的收入是每個時段的能量的收入。在報價時，不僅僅要考慮微增成本，還有考慮啟停成本、空載成本;也就是說，自己將非線性的成本曲線線性化，申報符合要求的單調(diào)遞增的報價曲線;在進行各個時段的報價時，不僅僅考慮每個時段的供需情況，還要考慮自身的技術(shù)約束，保證交易結(jié)果的可行(比如，如果爬坡速率慢，就不要在連續(xù)的時段之間給出差異太大的報價)。

另外，從市場模型上，為了簡化市場成員的報價，也可以設計一些特殊的報價形式減少這種不一致的出現(xiàn)。比如歐洲市場中的各種塊報價、關聯(lián)報價就是從這個角度進行的一些設計。我們之前的一些文章里對這種報價方法有較為詳細的介紹。(參考【走進電力市場：歐洲電力現(xiàn)貨市場聯(lián)合出清機制】)

四、集中式和分散式機制的對比和選擇

我們看到，在不同的層次，不同的環(huán)節(jié)，都存在集中和分散，計劃和市場之間的選擇。前面已經(jīng)簡單分析了計劃和市場各自的特點。在理想的情況下，兩種方式都可以實現(xiàn)最優(yōu)，但實際中都存在各種制約其最優(yōu)化實現(xiàn)的因素。因此，具體在某個問題上的選擇取決于對具體問題的分析，而且最佳的選擇不是固定不變的，可能會隨著一些供需情況、技術(shù)的發(fā)展等發(fā)生變化，最佳的模式可能從集中轉(zhuǎn)為分散，也可能從分散轉(zhuǎn)為集中。下面對影響集中和分散機制選擇的因素進行討論。

1、生產(chǎn)的規(guī)模經(jīng)濟和范圍經(jīng)濟性

具有規(guī)模經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)，企業(yè)的規(guī)模越大，整體生產(chǎn)效率越高，因此適合由一個集中、壟斷的機構(gòu)來運行;具有范圍經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)，對多個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的聯(lián)合運行比單一生產(chǎn)的成本低，也適合由一個集中的、壟斷的機構(gòu)來聯(lián)合運行。對不具有規(guī)模經(jīng)濟、范圍經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)、環(huán)節(jié)，更加適合由多個不同市場主體分散來運行。具體到電力市場中，這個原則可以用于以下問題的選擇：

1)縱向組織結(jié)構(gòu)的改革。是否要進行發(fā)、輸、配、售不同環(huán)節(jié)的拆分，很大程度上取決于這些環(huán)節(jié)的范圍經(jīng)濟性。縱向的拆分可以有不同的形式，包括法律上的、財務上的和信息上的等。法律上的拆分就是將一個企業(yè)分為多個獨立的企業(yè)，實現(xiàn)分散的、競爭的運營;財務上的分拆就是多個業(yè)務仍然由一個企業(yè)運營，但不同的業(yè)務的財務要獨立經(jīng)營、核算。對于同一個企業(yè)同時運營一些壟斷的產(chǎn)品和一些競爭的產(chǎn)品的情況，需要進行信息隔離，就是壟斷產(chǎn)品和競爭性產(chǎn)品的經(jīng)營需要在信息上相互隔離、獨立。

2)橫向組織結(jié)構(gòu)的改革。是否、如何對企業(yè)進行橫向的拆分，限制市場主體的市場份額，很大程度上，取決于企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營方面的規(guī)模經(jīng)濟特性。

另外，在進行縱向和橫向組織結(jié)構(gòu)的改革中，除了要考慮規(guī)模經(jīng)濟性和范圍經(jīng)濟性，還需要靠考慮信息方面的問題，在下面的章節(jié)里再討論。

3)多產(chǎn)品市場的設計。多個產(chǎn)品是獨立運行，還是聯(lián)合運行，取決于各自的成本和效益。對聯(lián)合運行有更大效益的情況，可以認為其具有規(guī)模經(jīng)濟或范圍經(jīng)濟。比如，上面例子中的能量市場和輔助服務市場，可以認為是不同的產(chǎn)品市場，采取獨立的出清機制還是集中的出清機制取決于兩個市場之間的范圍經(jīng)濟性;不同地區(qū)的市場可以認為是同類產(chǎn)品在不同地理、物理范圍的市場，采取分區(qū)出清的機制還是全市場統(tǒng)一出清的機制，取決于在不同區(qū)域范圍的規(guī)模經(jīng)濟性。

2、準確的、全面的信息的獲得

無論是集中決策，還是分散決策，其決策正確的一個前提是信息的準確、全面性。哪種機制能更加反映真實的、準確的信息，哪種方式相對就有更多的優(yōu)勢。

1)對信息量的需求和信息的可獲得性。集中機制中，決策需要所有市場主體的所有的信息，當系統(tǒng)非常龐大，市場主體的特性非常復雜的時候，集中機制下，常常無法獲得全部的、準確的信息。分散的市場機制中，市場主體的決策一般僅需要部分的信息。比如說，在完全競爭的市場中，市場主體報價時僅需要考慮自身的成本情況，按自己的真實成本報價就是最佳策略，不需要了解其他市場主體的信息。每個市場主體對自己的特性相對集中機制下的決策機構(gòu)一般有更加深入的、細致的了解。當然，市場決策需要的信息量和信息類型與市場的具體設計有很大關系。比如，在按報價結(jié)算(PAB，pay as bid)的機制下，市場主體決策時不僅僅需要了解自身的生產(chǎn)成本特性，還需要了解其他市場主體的特性，了解市場出清價的可能的情況。

決策所需的信息越多，會造成獲得信息的成本越高。一般來說，集中機制所需的信息較多，而分散機制需要的信息相對較少。

2)獲得的信息的質(zhì)量。假設集中機制和分散機制下，都可以獲得所有的、決策所需要的信息，那么決策的質(zhì)量很大程度上就取決于所獲得的信息的質(zhì)量。電力系統(tǒng)是由非常多的個體組成的，包括發(fā)電設備、電網(wǎng)設備、用電設備等。而這些不同的設備通常由不同的個體運行和管理。這些不同的個體之間是什么關系，比如完全獨立的公司、具有股權(quán)關系的公司、完全控股的上下級公司、同一公司的不同部門等，信息的獲取都需要一定的成本，獲取真實的信息都需要一定的激勵。不同的機制，獲取的信息的質(zhì)量和成本都會不同。

相對來說，集中機制更容易獲得準確的信息。市場機制下，市場主體的市場策略是否反映其真實信息，很大程度上取決于市場的競爭程度。在市場競爭程度不夠，市場主體有較大市場力的情況下，市場主體會傾向于隱藏自己的真實信息，從而對市場效率造成不利的影響。因此，市場機制設計中的一個重要原則是揭示原理，即在設計的市場機制下，市場成員最佳的市場策略是按照真實的成本報價。

【多產(chǎn)品設計】多產(chǎn)品的市場機制設計中，信息的可獲得性和質(zhì)量也是考慮的一個重要方面。比如在能量市場和輔助服務市場的設計中，市場主體提供輔助服務的機會成本與系統(tǒng)整體的調(diào)度方案有很大關系，每個市場主體在市場出清前很難準確估計，而如果采取能量市場和輔助服務聯(lián)合出清的機制，統(tǒng)一的出清機構(gòu)則可以方便的、較為準確的計算相關的機會成本。因此，目前大多數(shù)市場的發(fā)展趨勢都是采取能量市場和輔助服務聯(lián)合出清的模式。

3、決策問題的建模和求解

經(jīng)濟學中要解決的資源配置問題從數(shù)學上可以看為一個優(yōu)化問題。在已經(jīng)獲得了決策所需的所有信息的情況下，是否能夠準確、快速的求解也是在進行分散和集中機制選擇中需要考慮的一個問題。

相對來說，集中決策下優(yōu)化問題更加復雜，更難求解;分散機制下，由于部分問題或全部問題通過分散的機制求解，優(yōu)化的規(guī)模減小，求解更加容易。

比如，對發(fā)電機組的約束和非線性處理的問題。集中的機制下，由統(tǒng)一的集中的機構(gòu)來考慮所有約束下的調(diào)度和成本回收問題，相關出清和結(jié)算的模型和算法都比較復雜。如果采用分散的機制，由各自市場主體通過報價反映相關的約束，出清和結(jié)算模型會相對更加簡單，但市場主體的報價策略會更加復雜。

實際上，在數(shù)學優(yōu)化領域，也一直有集中優(yōu)化和分布式優(yōu)化兩種方法。市場設計中的集中機制和分散機制，一定程度上也是這兩種優(yōu)化方法的反映。應該采用集中的方式還是分散的機制，沒有絕對的答案，取決于具體問題的特點、相關技術(shù)的發(fā)展。

4、對市場主體行為的激勵

以上分析是假設生產(chǎn)者的生產(chǎn)特性和消費者的需求特性一定的情況。實際上，不同的資源配置機制下，對市場主體的行為有不同的影響，進而影響市場的供給和需求的特性。

市場機制下，每個市場主體獲得的收益與其行為直接有關，相對來說，有更大的激勵降低自身的成本、提高生產(chǎn)和消費效率。

計劃體制下，生產(chǎn)計劃和分配計劃由一個統(tǒng)一的機構(gòu)集中進行，每個市場主體獲得的收益不完全與其自身的努力、效率有關，對市場主體降低成本、提高效率的激勵相對更加困難。

5、交易成本

交易成本包括尋找交易對手的成本、相關的技術(shù)支持系統(tǒng)的成本、研究市場策略的成本、市場機制研究和監(jiān)管的成本等。相對來說，集中機制下的交易成本很低，或者說幾乎沒有，而市場機制下隨著市場機制的不同會有不同的交易成本。

市場設計的一個原則，是盡量減小相關的交易成本。

【小結(jié)】選擇計劃還是市場，選擇集中模式還是分散模式，沒有絕對的答案，取決于對不同方案的成本、效益的對比分析。而這個對比分析的結(jié)果也不是一成不變的，會隨著相關供需情況、技術(shù)等的變化而變化。比如，在早期愛迪生剛發(fā)明電的時候，電的主要需求就是電燈，而遠距離傳輸?shù)某杀痉浅８撸虼耸袌鼍褪且恍┚植康摹⒎稚⒌摹艛嗟氖袌觯總€地區(qū)的市場是垂直壟斷的。隨著發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，大規(guī)模發(fā)電設備的出現(xiàn)，以及遠距離輸電技術(shù)的發(fā)展，更大范圍內(nèi)供電的規(guī)模經(jīng)濟性凸顯，電力市場的范圍逐漸擴大，從整個市場角度發(fā)電的規(guī)模經(jīng)濟性不再存在，因此發(fā)電側(cè)引入競爭成為可能。電力市場中一些具體環(huán)節(jié)的設計，更加需要密切考慮技術(shù)、經(jīng)濟的發(fā)展狀況和電網(wǎng)的具體特點。

五、集中式和分散式網(wǎng)絡約束處理機制的對比

這里以網(wǎng)絡約束的處理為例，對集中式和分散式兩種方式各自的優(yōu)缺點進行進一步深入的分析和討論。

1、集中和分散兩種網(wǎng)絡約束出力機制概述

在集中的市場模型中，能量市場和輸電市場聯(lián)合出清，也就是說，在能量市場出清模型中，考慮了完全的電網(wǎng)的約束，因此可以保證能量市場出清的結(jié)果是可行的。這樣，市場出清的結(jié)果、市場的電價同時反映了能量市場和輸電容量市場的供需情況。

在分散的市場模型中，通過電網(wǎng)約束的簡化和市場的分離來實現(xiàn)兩個市場的一定程度的解耦。以歐洲電力市場為例：根據(jù)行政區(qū)域、電網(wǎng)特點等，劃分為若干價區(qū)。并做以下假設：a)認為價區(qū)內(nèi)部的交易不會有網(wǎng)絡約束的問題。b)可以給出每兩個價區(qū)之間的最大交易量(輸電量)。這樣，就可以把整個市場分解為若干個獨立的市場：a)價區(qū)內(nèi)部市場：能量市場不受網(wǎng)絡約束的影響，可以自由進行交易;b)跨區(qū)交易市場：跨區(qū)能量交易需要獲得跨區(qū)輸電容量，由于認為每兩個價區(qū)之間的跨區(qū)交易的最大交易量是確定的、不會互相影響的，因此不同的跨區(qū)交易可以獨立組織，單獨成為一個市場。

2、分散式方式分析

1)分散式機制的好處

a)交易組織靈活。由于每個市場中，僅需要簡單的考慮供需平衡即可，不要額外考慮一些特殊因素，因此交易方式靈活多變：交易可以雙邊進行，也可以集中進行;可以建立一個統(tǒng)一的集中交易中心，也可以有多個不同的交易中心;集中市場的報價、出清方式也可以靈活多變。

b)交易流動性好、適應性好。市場主體在市場供需狀態(tài)、自己的生產(chǎn)和消費特性發(fā)生變化時，可以很方便的、及時的通過一些增量的交易反映這種變化。

c)市場機制簡單。市場交易機制簡單，透明，信息披露簡單。

2)分散式方式的主要問題

分散式方式存在的主要問是：將一個連通的電力系統(tǒng)分解為多個獨立市場的過程中，一些假設條件不一定滿足，影響了系統(tǒng)的效率。

第一個假設：認為價區(qū)內(nèi)部的交易不會有網(wǎng)絡約束的問題。如果區(qū)內(nèi)網(wǎng)架非常強，區(qū)內(nèi)從來不會出現(xiàn)網(wǎng)絡阻塞的問題，這個假設沒有問題。但實際中這個假設是不可能實現(xiàn)的，總會在或多或少的時間內(nèi)由于區(qū)內(nèi)的交易造成一定的電網(wǎng)阻塞。這樣，之前成交的交易就需要調(diào)整(事后裁減)，或者要進行一些新的交易來解決這些問題(比如建立平衡市場)。這個過程中，就會容易造成一些市場力問題。美國加州、德州早期的市場中，采取了分區(qū)市場的機制，就是日前市場出清中假設區(qū)內(nèi)不存在網(wǎng)絡約束，實時市場中對網(wǎng)絡約束造成的問題再通過反向交易解決。這樣造成在一些地區(qū)的發(fā)電存在較大的市場力。

這個市場力出現(xiàn)的根本原因是：交易(定價)模型和調(diào)度的模型不一致，導致市場價格不能真實反映實際的系統(tǒng)成本。這種情況下，市場主體就存在了套利的機會。所以，市場設計的一個重要原則是：交易、定價模型盡量和調(diào)度模型一致。

第二個假設：可以給出每兩個價區(qū)之間的最大交易量(輸電量)。學過電力系統(tǒng)分析的都知道，電在電網(wǎng)中按物理規(guī)律傳輸，與交通、通信的都不一樣。對一個連通的電網(wǎng)絡，在兩個點之間進行電力的傳輸，將在所有線路上都產(chǎn)生電力潮流，不同節(jié)點(區(qū)域)之間的電力傳輸是會相互影響的。如果要事先給定每兩個區(qū)域之間的最大傳輸容量，必然要犧牲一定的可行空間。

圖1 歐洲網(wǎng)絡約束處理方式

如圖1所示，假設系統(tǒng)中存在三個區(qū)域A、B和C，橫坐標表示AC兩個區(qū)域之間的交換功率，縱坐標表示BC兩個區(qū)域之間的交換功率。圖中四條紅色的線條表示系統(tǒng)中的一些線路造成的網(wǎng)絡約束。也就是說，考慮到電網(wǎng)的各種約束，AC、BC之間的傳輸功率必須進行一些協(xié)調(diào)，需要在紅色的線條圍起來的范圍之內(nèi)，即五邊形EFGMN之內(nèi)。如果想要讓AC之間的傳輸功率盡量大，應該運行在G點;如果想讓BC之間的傳輸功率盡量大，應該運行在M點。實際運行中，AC、BC的傳輸功率只要在EFGMN內(nèi)，系統(tǒng)就是安全的、可行的。

但是，如果要將AC、BC兩個市場解耦，就需要單獨給出AC的最大傳輸功率和BC的最大傳輸功率，也就是說，要給出一個矩形的可行區(qū)域。而這種可行區(qū)域不是唯一的。比如，圖中給出了兩個可行域：藍色的矩形和黃色的矩形。相對藍色的矩形，黃色的矩形可行區(qū)域下，BC兩個區(qū)域之間的傳輸功率的范圍增大了，但AC之間傳輸功率的范圍減小了。實際中，需要事先由一個機構(gòu)按照某種方法確定一個可行域矩陣，這樣，各個區(qū)域之間交易的范圍就獨立的確定了，各個交易就可以單獨組織。比如，A、C兩個區(qū)域之間的交易由交易機構(gòu)H負責，而B、C兩個區(qū)域之間的交易由另外的交易機構(gòu)R負責。

這個方法下實現(xiàn)了交易之間的獨立性，但是可以看到，犧牲了一定的可行空間。無論選擇藍色矩形還是黃色矩形，可行范圍都比原始的可行空間EFGMN要小。

3)解決分散式方式下一些問題的方法

分散式方式的問題主要是兩個假設造成的問題。

(1)第一個假設造成的問題。第一個假設是認為價區(qū)內(nèi)部的交易不會有網(wǎng)絡約束的問題。對這個問題，有以下幾種解決方案：首先，增強網(wǎng)架，使得區(qū)內(nèi)阻塞很少發(fā)生;其次，調(diào)整分區(qū)方法，根據(jù)電網(wǎng)的物理特性分區(qū)，并將經(jīng)常發(fā)生阻塞的地區(qū)進行拆分;最后，進行市場力監(jiān)測和控制，限制一些特殊發(fā)電主體的市場力。

(2)第二個假設造成的問題。第二個假設認為可以給出每兩個價區(qū)之間的最大交易量(輸電量)。歐洲早期的電力市場中，大多采用這種方式處理電網(wǎng)阻塞問題，即ATC方式。認為每兩個價區(qū)之間的傳輸容量是確定的。從上面的分析看到，這種方法減小了可行空間，因此降低了市場的效益。

這個問題可以通過對跨區(qū)交易市場耦合的方法解決(參考【走進電力市場：歐洲電力現(xiàn)貨市場聯(lián)合出清機制，電力市場集中競價的經(jīng)濟學原理分析 (十五 阻塞管理基本原理5-歐洲分區(qū)競價、輸電容量計算及分配2)】)。區(qū)內(nèi)交易仍然可以自由進行，但所有的跨區(qū)交易需要在統(tǒng)一的平臺上進行，在統(tǒng)一的平臺上采用基于潮流的電網(wǎng)約束。對圖1中的例子，就是采用五邊形EFGMN來描述電網(wǎng)的約束。實際中，這個約束是以區(qū)域之間的潮流分布因子的形式展現(xiàn)的。

另外，也可以通過多級市場的配合實現(xiàn)市場流動性和市場效率的綜合目標：在中長期市場中，采用簡單的、解耦的網(wǎng)絡約束模型，通過簡單的模型實現(xiàn)交易的流動性;在接近實時的市場中，采用耦合的、考慮完全網(wǎng)絡約束的市場機制，最大程度發(fā)揮電網(wǎng)的作用。

3、集中式方式分析

集中式方式下，市場出清中直接考慮了所有的網(wǎng)絡約束，可以保證調(diào)度和交易的一致，減小市場套利、博弈的空間，減小電廠的市場力。

集中式方式下存在的主要問題是，網(wǎng)絡約束過于復雜，造成市場出清模型復雜，出清算法復雜、不透明，增加市場監(jiān)管的難度，增加信息獲取的難度。

4、討論

實際上，考慮到電力系統(tǒng)的特殊的屬性，無論是哪種市場模式，實時的調(diào)度都是集中進行的。比如，美國的實時市場，歐洲的平衡市場。不同的機制的差別，主要在于在這個集中的網(wǎng)絡約束處理之前，還要不要設計一些集中的市場，這些集中的市場中需要考慮哪些約束，這些約束的限值如何確定。

上面提到美國PJM為代表的電力市場是集中處理網(wǎng)絡約束的，但是，在中長期市場中，存在輸電權(quán)的拍賣市場，輸電權(quán)的定義也有實際節(jié)點、虛擬節(jié)點、Hub等多種方式。對同一個Hub的發(fā)電或負荷，如果購買了該Hub的輸電權(quán)，那么在Hub內(nèi)部的交易理論上也可以自由進行而不會帶來新的市場風險。

全文總結(jié)

“集中”和“分散”是包含多個方面含義的廣泛的概念，可以從不同的層次、不同的角度來理解。并沒有一個簡單的集中式市場模式或分散式市場模式的概念，集中和分散的概念反映在市場各個環(huán)節(jié)的設計中。

在進行電力市場的改革中，首先要確定市場化、引入競爭機制的環(huán)節(jié)，進行“集中”和“分散”、“計劃”和“市場”機制的選擇時主要是考慮生產(chǎn)的規(guī)模經(jīng)濟性、范圍經(jīng)濟性等的特性。

對市場中每個環(huán)節(jié)具體的機制設計，則更多的是要考慮電力系統(tǒng)的一些特殊的屬性的處理，比如網(wǎng)絡約束的處理，機組約束的處理等，需要結(jié)合具體電網(wǎng)的特點(網(wǎng)架是否強壯，是否經(jīng)常發(fā)生阻塞)、相關技術(shù)的發(fā)展(復雜算法的求解速度、效率)等確定最佳的方案。