可再生能源发电与售电企业绿证配额交易的激励机制研究.pdf

第 卷第 期运 筹 与 管 理 ，年 月 收稿日期：基金项目：国家社会科学基金青年项目（）作者简介：商波（），男，江苏连云港人，博士，讲师，研究方向：能源技术经济。可再生能源发电与售电企业绿证配额交易的激励机制研究商 波（常州大学 商学院，江苏 常州 ）摘要：鼓励售电商积极履行可再生能源配额义务是平衡配额制度与售电市场改革关系的契合点。本文构建了可再生能源发电商与售电商上下游企业展开配额交易合作的决策模型，解构了单次合作路径下的外部激励、连续合作路径下的双重激励模型。主要结论表明：外部补贴促进了单次合作收益的增加，电证捆绑是售电商完成配额目标的重要途径，且对应一个最佳补贴额度。若政府提高补贴额度，电证分离的交易模式能够产生显著的激励效果。在连续合作路径下，发电商获得最大收益的条件是利益共享比例较高，平均分担配额成本；但降低成本分担比例仍会导致绿证价格增加。不论采用何种配额交易模式，内部合作利益协调机制都能够抑制市场电价和绿证价格的上涨。研究为政府设计可再生能源配额制度与售电侧改革方向相适应的激励方案提供理论依据。关键词：可再生能源发电商；售电商；绿色证书；超额消纳量；激励机制中图分类号：文章标识码：文章编号：（）：（，）：（），“”（，），：；引言我国长期利用传统化石能源导致了气候变化、环境污染，威胁着人类的生存和发展，大力推广可再生能源已成为实现经济社会可持续发展的重要战略举措 。年，我国全面启动了可再生能源配额（简称“配额”）监测与考核机制，它是减少碳排放和促进可再生能源技术利用最常见和成功的政策之一 。该制度规定了电网、售电企业等电力主体承担消纳责任，如售电企业承担与其年度售电量相对应的消纳量，与电力用户协同承担消纳配额义务。按政策要求，售电企业为履约配额，可以向可再生能源发电商购买绿色证书（简称“绿证”）或可再生能源超额消纳量来履行相应的配额义务。然而，电力配额增加了售电商的经营负担，可能会迫使售电商提高市场电价，甚至因无法正常盈利而退出市场。因此，在配额机制作用下，政府应当如何运用激励政策鼓励售电商积极履行配额义务的同时降低零售电价？售电商如何通过内部途径与可再生能源发电商建立配额交易合作？以及如何探索适应市场的配额交易模式？显然，制定有效的鼓励政策、形成内部激励性对活跃能源市场交易、深化售电市场改革都有着较强的理论意义和应用价值，这些方面的现实诉求迫切但研究力度相对薄弱。一些研究认为绿证交易支持了可再生能源投资，增加了发电商的客观利润，但如果绿证交易市场失灵，可再生能源产业将受到重创 ，这是由市场结构特征决定的 ，。研究也都突显了效用、成本、环境的社会福利效应 ，。虽然技术、政策和市场等风险阻碍了可再生能源的市场发展 ，但市场和政策阻力又是激励投资的基础，两种激励的协调及侧重点不同 。然而，可再生能源投资不仅与用电需求密切相关，而且很大程度依赖售电供给，影响了售电商的购电决策，为此一些研究开始将重心转移到发电与售电的博弈关系上。但上述研究都未考虑可再生能源配额机制对发电侧和售电侧的影响，故另一部分研究将该机制纳入售电交易的 决 策 框 架 ，但 仍 存 在 以 下 空 白 亟 待臻善：部分研究探析的决策过程尚未关注交易形式，没有考虑不同合作路径会产生不同的决策效果。关于绿证配额交易机理较多，但未具体区分何种配额交易模式。另外，促进可再生能源发展激励机制运 筹 与 管 理 年第 卷的研究大多集中在发电侧，而从售电侧角度来考察电力配额制度下合作激励机制的研究仍凤毛麟角。更关键的是，现有研究都没有重点挖掘激励机制在配额交易成本与合作利益、绿证价格、市场电价之间的平衡作用。因此，本文解析了可再生能源发电商和售电商进行绿证配额交易的决策过程，设计了不同合作路径下对应的激励机制，由此提出了研究议题。本文边际贡献体现在：从售电主体角度，构建了单次合作与连续合作路径下外部配额售电补贴和内部利益协调的双重激励机制。着重解决了售电商与可再生能源发电商合作利益分配不均的问题，同时平衡了售电商配额交易成本与市场电价之间的矛盾，侧重对售电市场改革的启示。研究以期为政府决策者制定可再生能源配额制度与售电侧改革方向相适应的激励方案提供决策依据，为售电主体减少配额成本与增加经济效益的矛盾纾困。模型假设本文可再生能源以风能、光伏为主，售电商以电网类型为主。为保障可再生能源发电出力的连续性、安全性，可再生能源发电商可以调用火电辅助服务来弥补上网偏差电量，设偏差比率为（），同时将发电总成本记为（），则可再生能源实际上网电量为（），表示实际发电量。电力需求函数（，），（）为电力需求总量，（）为价格弹性系数，为在不同合作、不同配额交易模式下的零售电价。假设绿证价格也由市场决定 ，需求函数为 ，其中 （）为绿证需求总量，（）为绿证价格敏感系数。售电商也可以直接购买可再生能源超额消纳量（设为 且 ）履约。不妨将超额消纳量价格设为可再生能源的批发电价 ，表示在不同合作、不同配额模式下的批发电价。若双方建立长期购电交易合作，则可再生能源发电商愿意共享合作收益，并为售电商分担部分配额交易成本（如给予绿证价格折扣），假设发电商承担的成本比例为 （），利益共享比例为（）。同时考虑补贴政策作用，设（）表示政府对售电商完成配额售电给予的单位补贴，单位补贴可以按配额比例 （）的交易成本确定。不同合作路径下的激励模型构建 基于单次合作路径的激励模型在单次合作路径下，双方基于最大利益独立决策。由于存在电证捆绑和电证分离两种模式 ，下面分别讨论。）电证分离的交易模式。可再生能源发电商和售电商的利润函数 ，分别为：（）（）（）（）（）其中：，分别表示在单次合作、电证分离模式下的批发电价和零售电价。再将发电量 和绿证价格 分别代入式（）和（）中，故 ，分别转化为：（）（）（）（）（）（）在决策的第二阶段，售电商根据批发电价 和绿证价格 确定最优零售电价，即 （，），对售电商利润函数 求关于 的一阶偏导数并令其等于零，得到 关于 的函数为：（）（）（）（）在决策的第一阶段，可再生能源发电商根据观测到售电商制定零售电价的反应函数（）来确定最优批发电价 ，即 （，（）。将式（）代入式（），故对式（）求关于 的一阶导数并令其等于零，可求出最优批发电价 为：（）（）（）（）（）（）（）于是可计算出（）和（），则对应的可再生能源发电商和售电商的最大利润分别为：（，）（）（）（）（）（，）（）（）（）（）（）电证捆绑的交易模式。可再生能源发电商和售电商的利润函数 ，分别为：（）（）（）（）（）（）（）其中：，分别表示在单次合作、电证捆绑交易模式下的批发电价和零售电价。将发电量 第 期商 波：可再生能源发电与售电企业绿证配额交易的激励机制研究分别代入式（）和（）中，故 ，分别转化为：（）（）（）（）（）（）（）在决策的第二阶段，售电商根据电价 或超额消纳 量 价 格 确 定 自 身 的 最 优 零 售 电 价，即 （，），故对售电商利润函数 求关于 的一阶偏导数并令其等于零，得到 关于 的函数为：（）（）（）在决策的第一阶段，可再生能源发电商根据售电商的反应函数（）来确定最优批发电价 ，即 （，（）。将式（）代入式（），对式（）求关于 的一阶导数并令其等于零，则 （）此时，可计算出（），则对应的可再生能源发电商和售电商的最大利润分别为：（，）（）（）（）（，）（）（）（）（）基于连续合作路径的激励模型连续合作意味着双方均以集体理性为原则进行共同决策。）电证分离的交易模式。在集体理性的连续交易合作下，可再生能源发电商的利润函数 为：（）（）（）（）（）售电商的利润函数 为：（）（）（）（）（）（）（）（）其中：，分别表示在连续合作、电证分离交易模式下的批发电价和零售电价。另外，发电商总成本费用 和售电商获得的配额售电补贴（）不在合作利益协调范围内。将 和 分别代入式（）和（）中，故 ，分别转化为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）在决策的第二阶段，售电商根据批发电价 和绿 证 价 格 确 定 自 身 最 优 零 售 电 价，即 （，），对售电商利润函数 求关于 的一阶偏导数并令其等于零，得到 关于 的函数为：（）（）其中：（）（）（）（）（），（）（）（）（），（），（）（）。在决策的第一阶段，可再生能源发电商根据观测到售电商制定零售电价的反应函数（）来确定最优批发电价，即 （，（）。将式（）代入式（），对式（）求关于 的一阶导数并令其等于零，故可得最优解 为：（）（）其中：（）（）（）（），（）（）（）（）（）。此时，可计算出（），则对应的可再生能源发电商和售电商的最大利润分别为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）电证捆绑的交易模式。在电证捆绑的交易模式下，可再生能源发电商和售电商的利润函数，分别为：（）（）（）（）（）（）（）运 筹 与 管 理 年第 卷（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）其中：，分别表示在连续合作、电证捆绑模式下的批发电价和零售电价。而发电商的总成本 和售电商获得的配额售电补贴 （）（）不在合作利益协调范围内。再将 分别代入式（）和（）中，故 ，分别转化为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）在决策的第二阶段，售电商根据批发电价 或超额消纳量价格确定自身的最优零售电价，即 （，），故对售电商利润函数 求关于 的一阶偏导数并令其等于零，得到 关于 的函数为：（）（）（）（）（）（）在决策的第一阶段，可再生能源发电商根据售电商 的 反 应 函 数（）来 确 定 最 优 电 价，即 （，（）。将式（）代入式（），并对式（）求关于 的一阶导数并令其等于零，故可得最优 为：（）（）（）（）（）其中：（）（）（）（）。同样可以计算出（），则对应的可再生能源发电商和售电商的最大利润分别为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）激励效应分析在满足参数取值范围内，将模型参数初始值设定为：，。单次合作路径下的最大收益变化模拟结果表明，在电证分离的交易模式下：当由 增至 时，可再生能源发电商的合作收益 增幅为 ，售电商的合作收益 增幅为 。若 分别以 个单位由 增加至 时，对 应 的 增 幅 分 别 为 ，对应 增幅分别为 ，。同理，亦可得到电证捆绑交易模式下 和 的增幅。经测算，电证分离交易模式下的 和 的整体增幅大于电证捆绑交易模式的情形，但 和 并未达到最优，即 ，。进一步考虑在同一补贴水平下，比较 与 的大小发现：补贴 存在一个临界值 ，当 时，大于 ；当 时，小于 。而且，随着 的增加单调递减，随着 的增加单调递增。不难推测：在电证捆绑交易模式下，当 超过 时，补贴政策能够激励售电商与可再生能源发电商进行单次合作，并产生较高的合作收益；否则，只能对可再生能源发电商起到激励作用。连续合作路径下的最大收益变化首先，考虑电证分离的情形。在图 （）中，发电商收益 存在多个极值，由于极小值为负，故只分析极大值的情况。若收益 达到最大极值，则成本分担比例 位于区间 ，内，收益共享比例 位于区间 ，。图 （）也表明类似的情形，当发电商维持较高的 且中等水平的，售电商也同时获得了最大合作收益。售电商的最大收益 远大于发电商的收益 ，且收益增量（即 ）相当可观。可见，内部合作激励机制极大增加了售电商的合作利益。（）发电商的最大合作收益（）售电商的最大合作收益图 电证分离交易模式下的最大合作收益变化由假设可知，绿证价格本身是由市场可再生能源供给决定，但如果发电商通过分担配额交易成本的形式建立利益协调合作机制，实际上是为售电商承担了交易成本波动的风险，那么发电商共享较高第 期商 波：可再生能源发电与售电企业绿证配额交易的激励机制研究的合作收益并承担部分合作成本也相对合理。内部利益协调激励机制对双方合作收益的增加也都起到了正向作用，特别是对售电商而言。其次，考虑电证捆绑的情形。在图 中，双方最大合作收益相比单次合作路径下收益也都实现了极大增加。由于单次和连续合作路径下的补贴的初始值都设置了 ，但相比而言，合作利益都实现了增加。与电证分离情形不同：若可再生能源电力和绿色证书实行捆绑交易，由于售电商按照预先协商的电价收购电力来履行配额义务，其收益成本相对稳定，在无成本分担和利益共享的情况下，售电商可以获得最大收益，反之降低。因此，当 减少时，发电商的收益也在降低，见图 （），原因在于发电商利益共享比例与其收益成正比关系。（）发电商的最大合作收益（）售电商的最大合作收益图 电证捆绑交易模式下的最大合作收益变化 激励参数对市场电价和绿证价格的影响 补贴政策对电价和绿证价格的影响根据测算数据得到，配额售电补贴与可再生能源批发电价呈正比关系，与零售电价、绿证价格呈反比关系。在电证分离的交易模式下，当 越大，虽然 也在增加，但 却在减小；经计算可知，的增加幅度在递减，的减小幅度在增加。若双方进行单次合作，那么电证分离是实现市场配额交易的最佳模式，激励作用表现在：随着配额售电补贴或批发电价的增加，市场电价和绿证价格也越低（注：绿证价格出现负数是因为 初始取值偏小，但不影响结论本质）。与电证捆绑的变化情况类似，但 和整体上仍大于电证分离交易下的 和。成本分担和利益共享比例对电价和绿证价格的影响考虑电证分离的情形。在图 中，当 时，随着 和 的增加而单调增加。可以看到：的最大值在 到 之间，对应的 约为 ，为 。即发电商确定的利益共享比例越大，成本分担比例也相应增加，对应的批发电价也在增加，但增加幅度不大。另外，由于零售电价 和绿证价格 是根据批发电价 确定的，故 和 的有效激励区间也必须符合图 中当 时，对应有效区间 ，。由图 可知，当 达到最大时，约为 ，约为 ，再对应图 中，约为 。可推断：尽管 达到最大，但 价格不高，内部合作利益协调机制显著抑制了零售电价的上涨。而且，若 下降，则 下降的幅度非常有限，而 的下降幅度相对较大，如图 所示。再分析绿证价格的变化情况。当 达到最大时，约为 ，约为 ，对应图 中，绿证价格接近于零的水平，这也与 初始取值偏小有关，但不影响结论本质。同样说明了 达到最大值，但内部合作利益协调可以抑制绿证价格的上涨。此时，如果发电商降低成本分担比例，那么绿证价格仍会增加。比如，当 ，时，位于 ，的区间内。图 批发电价 的变化趋势图 零售电价 的变化趋势图 绿证价格 的变化趋势考虑电证捆绑的情形。在图 中，当 约为 且 约为 时，批发电价 达到最小值，表明发电商的合作利益共享比例非常低，而成本分担比例非常高，市场批发电价最低。然而，对应图 中的零售电价 却最高，最高零售电价与最低批发电价呈极端对立的情况。尽管 达到最大，但数值却非常小，显然，内部合作利益协调对电证捆绑交易下的零售电价降低也存在显著的正向影响。图 批发电价 的变化趋势运 筹 与 管 理 年第 卷图 零售电价 的变化趋势 结论售电商在履行可再生能源配额义务过程中会选择不同的配额交易模式，对自身利益、市场电价、绿证价格等方面也将产生不同影响。本文围绕售电商与可再生能源发电商展开绿证配额交易合作进行研究，从售电侧角度设计了配额售电补贴、内部合作利益协调的双重激励机制，并构造了不同激励合作情形下的决策模型，重点讨论了合作利益变化、激励参数对市场电价与绿证价格的影响，以挖掘激励机制对可再生能源配额制度与售电市场改革相适应的促进作用。研究得到以下结论：（）配额售电补贴促进了双方单次合作收益的增加，但增加幅度呈递减趋势。电证捆绑的交易模式是售电商完成配额目标的重要形式，此时对应一个最佳的配额售电补贴额度。（）在连续合作路径下，发电商实现最大合作收益的前提是收益共享比例较高，平均承担配额成本；售电商也能够实现最大合作收益。（）尽管政府提高配额售电补贴造成了批发电价的有限上涨，但有利降低了零售电价和绿证价格；电证分离是实现配额交易的最佳模式。（）批发电价与合作利益共享比例、配额成本分担比例呈同向变化，即使批发电价增加到最大值，但零售电价和绿证价格也处于中下水平。降低配额成本分担比例，绿证价格仍会增加。但不论采用何种配额交易模式，内部合作利益协调机制能够抑制市场零售电价和绿证价格的上涨。参考文献：，：，：，：，：，：，（）：，（）：，：，：，：，：，：，：，：，（）：，？，：，：，：，：，：，：，：王辉，陈波波，赵文会，等 可再生能源配额制下跨省区电力交易主体最优决策 电网技术，（）：第 期商 波：可再生能源发电与售电企业绿证配额交易的激励机制研究