基于产业链的可再生能源发电并网定价机制：一个分析框架

孔令丞 梁 玲 李 仲

(1.华东理工大学商学院，上海 200237；2.上海对外经贸大学会展与旅游学院，上海 201620；3.上海工程技术大学管理学院，上海 201620)

基于产业链的可再生能源发电并网定价机制：一个分析框架

孔令丞1梁 玲2李 仲3

(1.华东理工大学商学院，上海 200237；2.上海对外经贸大学会展与旅游学院，上海 201620；3.上海工程技术大学管理学院，上海 201620)

可再生能源商业化应用能够实现经济增长下的碳强度目标，但商业前景取决于其与常规能源发电成本之间的差距，而定价机制的合理设计对弥合两者的成本差距起着决定作用。本文从可再生能源发电产业链的多方主体利益关系入手，研究供电量波动条件下多方主体合意的价格契约，据此设计符合产业链规模匹配和技术衔接的定价机制；在此基础上，综合可再生能源的发电类型、地区禀赋、技术手段与地区需求等因素，选择基于主体利润最大化的执行方式；通过考察定价机制在“干中学”和规模报酬下的成本效应，研究多方主体的跨期价格契约。为政府制定碳强度目标约束下可再生能源发电的中长期规划提供理论分析框架。

碳强度；可再生能源发电；产业链；定价机制

1 文献综述

应对气候变化和能源危机成为全球的热点问题之后，世界各国都对此相继制定了可再生能源发电并网的价格机制和相关的刺激政策。总结相关文献主要有以下几方面：

1.1 国外的定价政策研究

为了弥合可再生能源与传统能源技术应用成本差距，传统的定价导向政策设计大多都是通过价格干预机制来实现这一目标(Valentine,2010)。因此，为了保证可再生能源发电逐步渗透到传统能源发电市场，共同保障电力市场的供电需求，多数国家在可再生能源发电初期都规定了高于常规能源发电的强制并网电价(Feed in Tariff)；或对可再生能源发电实行平价并网，但按所计量的电量(Net-Metering)发放绿电证书(Trading Green Certificate)，在证书市场通过交易来获得收益。为了实现让可再生能源发电对碳减排的贡献能够满足国家和地区的目标(Buckman,2010)，几乎每个国家的相关部门对定价机制的设计都会考虑到其发电地可再生能源的禀赋状况，从而设计不同的政策导向、力度并实现政策间的协调匹配。

欧盟规定，电网必须接收可再生能源发电。但并网会对电网在输变电、扩容、调峰、储能等方面提出挑战，因此，很多政策都是基于可再生能源发电产业链下游而设计的。在欧洲的可再生能源发电市场，Voogt,et.al.(2006)认为发电指令能有效激励欧洲可再生能源在电力市场的占比，但产业链下游并网价格缺乏明确的政策导向，就会减少可再生能源发电。为了保证电网接收可再生能源发电，必须重塑并网定价规则，补贴电网以确保提高并网配置能力(De Joode ,et. al.,2009)。但强制并网电价(FIT)政策效果表明：基于行业基准收益率的补贴具有很高的政策代价(Lesser & Su,2008)，而西班牙实践发电基金管理，成功执行欧盟可再生能源发电指令(Del Rio,2005)。而净电量计量(NM)由于对分布式发电具有较大的边际效用，由此成为太阳能发电系统在所有实时电价中最有竞争力的政策(Carley,2009)。就证书(配额)交易(TGC)而言，研究认为：长期合约有利于推动可再生能源发电(Paolo,2007)。

中国近年来可再生能源发电市场发展迅猛，但相关研究学者认为，中国虽然已成为全球风能和太阳能发电的领军梯队，但是由于未有效解决并网和低效运行问题，造成“高装机容量、低发电量”并存的现实怪象(Wang et. al.,2010)。为了解决这个问题就必须要求提高并网政策框架的完善性Martinot(2010)，但是目前国内大多研究仅集中在并网定价机制及配套政策方面，如何提高并网政策框架的完善性的相关研究还应考虑规模报酬的成本效应，亟待探索电力发输送各环节协调的价格浮动机制，从而达到间歇性能源发电和电网稳定输配要求之间的有效平衡(Munoz,et. al.,2007)。

1.2 国内的定价政策研究

中国还处在第一碳排放量大国的身份和工业化中期的发展阶段，其碳排放状况对全球生态环境的影响力让中国已经成为世界瞩目的焦点。但是目前国内可再生能源定价研究中，关于定价机制政策的经济论证可谓非常欠缺，学者们热衷于讨论欧美等国的政策介绍和对中国政策制定的启示(汪文隽,2011)；也有进行技术经济分析来研究可再生能源产业链结构和电力市场规制(耿亚新，2011)，等等。这些研究的研究方法多是比较分析，研究视角也仅从法理、法规的角度而没有对可再生能源产业链定价机制的经济论证。因此，对减排目标的政策规划与效果评估，就成为中国对国际社会减排承诺置信检验的宣言。

1.3 技术进步、能源替代和动态政策研究

可再生能源发电会随着技术进步和规模变动产生成本效应，相应的定价也应随之调整，固定并网电价(FIT)的设计和调整也才有据可依。Wang(2009)认为可再生能源发电技术虽然正不断从实践到成熟的发展，但需要进行技术成本经济性遴选，依据电力市场的供求关系变化，决定何时大规模应用。因为技术创新投入具有规模报酬递减的特性，严重制约可再生能源发电的可持续发展，亟待制定有针对性的激励政策，加速技术进步的成本降低效应(Usha,2010)。但如果考虑碳排放的生态环境成本，就会影响能源生产成本，从而带来能源价格的相对涨跌，刺激可再生能源的需求，同时还可以平抑规模报酬递减(Michael,et. al,2002)。从目前来看，各国政府和国际社会对能源与环境的干预结果，都能提高可再生能源发电对传统能源的边际技术替代率，但是提高到一定临界值后，就需要进行定价机制的合理调整，保证产业链的创新技术和运营规模的动态匹配。

但可再生能源发电未来的发展思路与现实存在一定差距，其对传统能源的替代效率存在一定的替代弹性，这将对能源需求产生影响。因此研究技术进步和规模报酬的综合成本效应以及如何准确估计并动态化弥合可再生能源和传统能源发电之间的成本差距，将是未来的研究重点。因为如果对可再生能源和传统能源发电之间的成本差距未能准确估计，会导致产业链结点之间由于价格补贴与成本之间的异动，产生新一轮的“瓶颈约束”。

2 分析框架和解决思路

碳强度目标确定后，可再生能源的发电量对目标贡献也由此确定。由于可再生能源发电技术无法与常规能源的展开竞争，因此政府会对可再生能源发电产业链各个环节进行不同程度的鼓励。政府的介入对可再生能源发电上游的材料和设备供应商、中游发电商、下游电网接入等主体的利益关系产生影响。上中下游的各企业，均会依据自身技术实力、商业化前景、禀赋状况等条件，按国家政策导向来确定相应的产量。形成了由政府主导的产业链节点行业间新的利益关系。

2.1 供电量波动下多方合意的价格机制设计

理论上，政府所规定的价格政策激励幅度，应能够弥合可再生能源发电成本CRES和常规能源发电成本CFE之间的差距。即激励幅度至少要满足CRES-CFE。

提高可再生能源发电对碳强度目标的贡献，需要其下游电网全额或按配额收购其所发电力。由于可再生能源发电存在间歇性和反调峰性的特征，在预测准确性制约的现实下，可再生能源发电电量存在不确定性，电网需要从扩容、调峰和储能等方面满足并网需求。这都会增加成本CG。产业链上下游多方合意的价格激励效果PE，应能弥补电网接收可再生能源发电所增加的成本，并使可再生能源发电企业至少获得和常规能源发电企业同样的利润，即PE=CRES-CFE+CG。

尽管政府规定电网负责调峰，但由于电网的垄断特征，调峰成本依然由发电方承担。在水电调峰能力不足的情况下，火电调峰就成为目前唯一的选择。即当超过电网峰值电量时，电网会要求发电企业关闭一定量的火电机组，来满足可再生能源并网。而机组关闭和再开动所产生的成本就由发电企业来承担了。

如何让电网在负责调峰的同时也承担相应的成本？一种办法是政府将调峰成本补贴给电网，但政府无法调查电网的真实的调峰成本。这可以从不完全契约和产权理论入手来寻求更有效的解决办法。

对电网公司而言，由于其自然垄断特征和提供公共产品义务，是执行政府强制并网政策的责任主体，与政府之间形成“委托-代理”关系；同时，国家电网和地方电网之间又属于“委托-代理”关系。在接收可再生能源并网上会表现出“表面合作”，但会尽量显示高成本CG，或转嫁成本；信息不对称和并网前的预见成本、缔约成本和之后的证实成本高昂，导致了契约的不完全，事前电网为实现并网所作的专用性投资无法写入契约。

这时对事前的权利进行机制设计就十分必要。通过资产所有权或剩余控制权的合理配置，来实现对电网进行专用性投资的激励，从而提高电网接收可再生能源并网的成本控制激励和技术能力。时间线如图1所示。

图1 可再生能源发电并网机制的时间线

就可再生能源发电环节而言，该市场结构属于寡头市场，发电企业之间的竞争关系表现为非合作博弈；但为了争取更优惠的政策，在对待并网定价政策的态度上，发电企业会表现出对政策诉求的一致性而具有合作倾向。因此竞合博弈适用这一情形的分析。博弈的第一阶段是非合作博弈，即发电企业先是独立选择各自的竞争策略。政府可以通过引入类型相关的多代理人竞争机制设计信息显示机制，如特许权招标；以及像重复博弈、信用机制和奖惩等这类信息甄别机制，来消除信息的不对称；或者按照不同资源区制定不同的价格，企业的竞争则是对资源区的选择。这两种情况在我国均实施过，目前所实施的是资源区定价。第二阶段则是发电企业通过相互合作以提高并网电价，通过建立可转移效用的合作博弈的特征函数，并由此建立分配规则，从中观察合作的稳定性。图2为政府主导下发电企业之间的竞合博弈模型框架。

因此，多方合意的定价机制取决于政府对电网的合约激励，在此基础上对发电企业的竞争机制和信号显示机制进行设计，由此产生了发电企业之间的竞合博弈结果。

图2 政府主导下的发电企业竟合博弈模型框架

2.2 产业链节点基于利润最大化的契约执行

定价机制确定之后，至少存在两种可执行的方式，在发电类型、资源禀赋、发电技术、电力需求等条件相同的情况下，多方合意的价格契约无论是对电网还是发电企业，对利润的影响完全相同：

第一，强制并网电价(Feed in Tariff)。即电网按多方合意的契约价格接收可再生能源发电并网，而高出常规能源发电的部分，则规定电网公司从用户收取可再生能源基金加以弥补。补偿在发电企业和电网之间进行分配。前者通过竞价确定，或按资源分区定价执行；后者则要确定接收并网所需的扩容及调峰，按图2的契约机制加以执行。

第二，可交易的绿电证书(Trading Green Certificate)。即发电企业按市场价向电网销售可再生能源发电。并网电量经政府授权的第三方独立机构进行核准后，给企业发放相等数额的可交易绿电证书。高出常规能源发电成本的部分就可以在证书市场上出售证书得到补偿。如图3所示。

目前，可再生能源发电的强制并网电价和可交易的绿电证书等措施在很多国家已相对成熟，但不同发电类型和技术条件(内部条件)、地区禀赋差异和地区需求(外部因素)等，均会导致同一定价机制在执行效果上有所不同。产业链节点的主体按利益最大化原则选择适用的形式，由此形成了同一定价机制下的不同措施选择。

其次，多方主体合意的契约价格下，国家电网以该契约接收可再生能源发电并网，并将任务进一步分解给下属地区电网。发电企业的发电类型、地区禀赋和技术条件等，会对发电成本产生影响；而地区的电力需求、电网规模和接入条件等，又会对电网接收并网的成本产生影响。地方电网执行契约的临界值取决于契约价格能否弥合可再生能源发电成本与常规能源发电成本之间的差额，以及并网成本变动；否则，会出现地方电网并网积极性缺失或者契约执行成本上升，两者均会降低政策效果。

图3 可再生能源发电并网的契约形式

这就需要构建强制并网(可再生能源发电并网价格由经政府核准的基于多方主体合意的契约价格确定)和证书交易(发电企业根据净电量计量所核准的可再生能源发电量获得证书，通过证书市场交易来补贴可再生能源发电高于当地燃煤脱硫机组发电成本的部分)的两部模型，同时考虑地区(禀赋)和规模(技术)的差异，分别测算这两种执行方式对可再生能源发电成本的补偿效果。从而为不同地区和不同规模的发电企业、电网公司提供基于其利润最大化的契约执行选择。如图4所示。

图4 可再生能源发电上下游基于利润最大化的定价机制执行选择

2.3 成本效应下的产业链价格联动机制

发电企业和电网公司均会受“干中学”、规模报酬的影响，以及这些因素交织作用的互动所产生成本效应，会产生产业链节点的动态跨期价格效应，从而形成可再生能源电力对常规电力的边际技术替代率在不同时期的动态变化。

但是，无论是发电企业还是电网公司，在多方合意的价格契约建立之后，均缺乏降低成本的激励，这需要考虑在动态情形下出现新的跨期收益变动时，对变动后的收益进行重新分配。因而有必要考虑多期的动态契约优化机制设计问题。

首先，政府为了提高电网公司对可再生能源的并网效率，只要在某个时点出现技术的商业化应用概率足够高时(采用可再生能源对常规能源替代率的跨期累积结果)，即政府与电网公司之间的契约要在自然状态βi (i=1,2,…n)出现时重新签约，约定新的专用性投资的剩余分配权。时间图(图5)是在上一个时间图的基础上，考虑到动态多期的收益变动特征后，所形成的基于可再生能源并网技术商业化应用的多期动态契约优化。

图5 产业链价格多期动态契约优化时间图

之后，重新签约后同样需要对并网电价进行重新规制。政府通过设计多个代理人机制促使发电企业在电网和政府重新签约后展开竞争。竞争结果使发电企业之间的成本信息得到披露，这构成了跨期动态竞合博弈的第一阶段，而政府就此设计新的并网电价预案。发电企业在对政府电价预案的认领上又会产生诉求的一致性，表现出合作倾向。其结果取决于企业之间合作博弈后增加的总收益在发电企业之间分配的结果，这构成了跨期动态竞合博弈的第二阶段。

综合应用委托代理理论和博弈理论，建立在政府新的并网规则下，电企的两阶段竞合博弈模型，从而构建成本效应下的产业链价格联动机制。

3 结语

从目前的可再生能源发电项目的价格激励政策来看，均能看出针对产业链某一环节的定价机制设计，会由于产业链节点的规模不匹配和技术不衔接，造成产业链上某些环节产能过剩和产能不足并存现象。这不但无法实现政府碳强度的目标，并且还会在整个产业领域造成资源浪费。因此，设计一种产业链相关利益者各方主体合意的定价机制，才能保障在本土形成可再生能源电力产业项目，实现并网发电，有利于实现碳强度目标。定价机制设计合理性与否，取决于以下设计思路的正确性和可行性：

首先，中国政府的碳排放目标是基于强度而非总量，这使可再生能源产业的定价机制本身成为政府政策的一个组成部分。因此，“定价机制”而非“价格机制”就是基于可再生能源发电领域的定价规则由政府参与制定的现实，符合中国碳强度目标的要求。

第二，中国的电力产业具有独特性，即电网企业属于国家控股企业，因此兼具自然垄断和行政垄断双重特性。那么如果借鉴委托代理理论来研究我国的可再生能源发电强制并网机制设计以及激励电网增加专用性投资的契约机制，是我国电力产业目前亟待解决的问题。

第三，借鉴其他国家可再生能源发电并网的经验：比如欧盟推行的强制并网，美国的净电量计量和证书交易制度。这两种模式都是政府事前设计多个代理人的竞争机制，通过竞争显示低成本；但由于所有的发电企业在政府电价政策的诉求上都具有一致性，因此，采用竞合博弈模型来解释并网电价对电企的合意性，具有逻辑的正确性和理论的可行性。

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Study on the Pricing Mechanism of the Industrial Chain of Renewable Energy Power under the Goal
of the Carbon Intensity

Kong Lingcheng Liang Ling Li Zhong

The commercial application of the renewable energy can fulfill the goal of the carbon intensity under the economic growth, its prospect depends on the gap of the cost of the conventional energy, and the gap can be narrowed by designing rationally the pricing mechanism. This paper tries to (1) study the desirable price contract of the multi-subjects in the condition of the fluctuation of power supply and according to this, design the pricing mechanism for the scales and the technologies matching in the industrial chain, under the bound of the goal of carbon intensity and from the obligation relationship of the multi-interests subjects in the renewable energy power industrial chain. (2)To choose the operating ways which maximize the profit of the subjects in its industrial chain by synthesizing the factors such as the power type, region endowment, technical measure and the demand. (3) To study on the intertemporal dynamic price contract between multisubjects therefore establish the price coupling mechanism of industries in the chain based on the cost effectiveness so as to give the suggestions for the adjustment the pricing mechanism dynamically. All the studies can provide the theory bases and the practice guides for the medium and long term plan of the renewable energy power for the government under the bound of the goal of carbon intensity.

Carbon Intensity; Renewable Energy Power; Industrial Chain; Pricing Mechanism

F014.31

A

1005-9679(2017)01-0020-05

国家自科基金面上项目“碳强度目标下可再生能源发电产业链的定价机制研究”(批准号:71273091)；教育部人文社科规划项目“基于产业链的太阳能发电政策研究”(批准号:11YJA790068)。

孔令丞，教授，博士生导师，产业经济学博士和博士后，华东理工大学商学院经济系副系主任，能源经济与环境管理研究所副所长，研究方向：产业经济、资源与能源经济；梁玲，上海对外经贸大学会展与旅游学院管理学博士, 研究方向：运营与供应链；李仲，上海工程技术大学管理学院管理学博士，研究方向：物流与供应链、能源经济管理。