固定电价与可再生能源配额制：基于中国电力市场的比较

郭炜煜，赵新刚，冯　霞

(华北电力大学经济与管理学院，北京　102206)



固定电价与可再生能源配额制：基于中国电力市场的比较

郭炜煜，赵新刚，冯霞

(华北电力大学经济与管理学院，北京102206)

可再生能源配额制是实现可再生能源发电由固定电价制度向政府政策与市场机制共同作用的制度变迁。研究二者对中国电力市场及社会福利的影响可知：固定电价和配额制均可有效促进厂商增加绿电产量并减少煤电产量，但固定电价制度会产生社会福利的损失，而配额制则提高了社会福利水平；配额制不仅有助于提高可再生能源发电的技术进步水平，而且有利于实现卡尔多-希克斯改进。

固定电价；可再生能源配额制；可交易的绿色证书

1　引言

当前，为支持可再生能源发电产业发展，中国实行的是固定电价和强制上网制度。这一制度虽在一定程度上促进了可再生能源发电产业的发展，但依然无法从根本上扫除产业发展面临的发电、上网和市场消纳三大障碍。因此，必须进行重大的制度创新。

可再生能源配额制(Renewable Portfolio Standards，RPS)，是由政府主导的、为促进可再生能源发电产业发展的强制性制度变迁。就配额制而言，目前主要存在两种观点：一种观点认为，配额制以配额的形式强制规定了可再生能源发电产业发展的目标，从而有助于解决产业发展面临的深层次问题，其不仅契合了当前可再生能源发电产业发展的制度创新需求，而且通过绿色证书交易(Tradable Green Certificates，TGC)，可有效发挥市场机制对资源配置的决定性作用。另一种观点认为，实施配额制虽有助于优化中国的能源结构，但也可能会产生一些难以预料的经济问题和社会问题而遭到反对，如实施配额制会提高传统能源发电企业的成本，因此，现阶段实施配额制会面临较大的风险。

上述观点从两个角度就实施配额制的经济意义和社会意义以及可能面临的风险给出了认识，哪种观点更为科学、更加契合当前中国经济结构和社会结构深层次变革的现实需求？为此，本文针对固定电价和配额制对电力市场及社会福利产生的影响进行系统分析，以期从学理层面科学地回答上述问题。

2　文献述评

目前，国外有关学者针对固定电价与配额制进行的研究主要集中于政策或制度的实施效果[1-6]，如Mészáros等研究了寡头市场中固定电价与绿色证书交易对发电厂商经济行为的影响[7]；Marc Ringel比较分析了固定电价与绿色证书交易的优缺点及其对欧盟可再生发电产业的影响[8]。另外一些研究主要集中于分析配额制对碳减排的影响，如Lori Bird等分析了RPS对美国电力部门碳减排的激励作用[9]，David Knutsson等、Thomas Unger等和Eirik S.Amundsen等研究了北欧实施RPS后绿色证书交易对即期和远期碳排放交易市场产生的积极影响[10-12]，而P.E.Morthorst则研究了将TGC市场引入到一个开放的电力市场后对碳减排产生的积极作用[13]。

当前，国内学者针对配额制进行的研究相对较少且大多研究仅停留在定性分析层面。其中，付姗璐构建了固定电价与配额制互补模式的基本框架[14]，王博[15]、姜南[16]、顾树华等[17]及李家才[18]则分别讨论了绿色证书交易制度设计中需科学界定可再生能源的种类和技术范围、总量目标制度及绿色证书的定价机制和立法等问题。

分析当前国内学者所进行的研究，虽然具有其科学合理的一面，但大多研究仅集中于定性分析，尚缺乏学理层面的系统研究，致使所提出的对策与建议难以落到实处。

3　研究方法

3.1基本假设

基于本文研究目标，现做如下假设：①电力市场为寡头垄断市场且存在古诺均衡，发电厂商进行产量竞争；②装机容量利用率为常数，此时厂商的发电量可用装机容量表示；③电力市场的需求曲线为线性[19]，即：

pe=a-bQ

(1)

其中，pe为均衡上网电价；Q为电能总需求量，包括煤电和可再生能源发电(简称绿电)；a、b为经济参数。

④市场中存在m个同质的煤电厂商(各厂商的产量和边际成本相同)和n个同质的绿电厂商，且成本函数分别为：

Ccoal=ccoalqcoal+fcoal

(2)

Cgreen=cgreenqgreen+fgreen

(3)

其中，Ccoal、Cgreen分别表示煤电和绿电厂商的总成本；ccoal、cgreen分别表示煤电和绿电厂商的边际成本；qcoal、qgreen分别表示煤电和绿电厂商的产量；fcoal、fgreen分别表示煤电和绿电厂商的固定成本。

⑤绿电的边际成本高于煤电的边际成本，即cgreen>ccoal，且a>cgreen>ccoal。

3.2模型构建

(1)固定电价制度。为补偿绿电厂商的生产成本，政府通常会给予其固定电价补贴。电力市场的均衡上网电价pe由市场需求与供给决定。

此时，绿电厂商的生产决策原则为：

(4)

其中，t为绿电厂商获得的单位绿电的电价补贴。

煤电厂商的生产决策原则为：

(5)

在政府的可再生能源中长期发展规划中，要求实现绿电占比α，因此：

(6)

t=

(7)

据此可得t与煤电厂商的边际成本、绿电厂商的边际成本以及政府规划确定的绿电占比α间的经济关系，如表1所示。

表1　固定电价补贴与其他经济变量间的关系

注：“-”表示二者反向变化，“+”表示二者同向变化，以下同。

由表1可知，在固定电价制度下，固定电价补贴与煤电厂商的边际成本呈反向变化关系，与绿电厂商的边际成本和产业发展规划确定的绿电占比呈同向变化关系。据此，进一步求解可知煤电厂商和绿电厂商的均衡产量以及电力市场的总发电量和均衡上网电价均为煤电厂商的边际成本及绿电占比的函数，且与绿电厂商的边际成本无关，具体如表2和表3所示。

表2　固定电价制度下煤电厂商的边际成本与各经济变量间的关系

表3　固定电价制度下绿电占比与各经济变量间的关系

由表2和表3可知，在固定电价制度下，煤电产量、绿电产量及总发电量与煤电厂商的边际成本呈反向变化，均衡上网电价与煤电厂商的边际成本呈同向变化。煤电产量与绿电占比呈反向变化，绿电产量和总发电量与绿电占比呈同向变化，均衡上网电价则与绿电占比呈反向变化。

因此，在固定电价制度下，为提高绿电产量，政府可在产业发展规划中提高绿电占比，但必须给予绿电厂商更高的电价补贴。固定电价补贴一方面补偿了绿电厂商和煤电厂商生产成本的差额，从而激励厂商提高其产量以达到社会最优的绿电产量；但另一方面，由于其补偿了二者生产成本的差额，会使绿电厂商忽视成本约束进行生产，且电价补贴是政府给予厂商的转移支付，此时，社会在获得绿电厂商产出提高带来的外部收益时，也承担了绿电厂商生产的私人成本。

(2)配额制。在配额制下，政府强制规定绿电配额α，要求所有发电厂商在其上网电量中至少有一定比例的绿电或持有代表一定比例绿电的绿色证书。此时，对煤电厂商而言，因其单位发电量要配α单位的绿电证书，故边际成本增量为αpc，其中，pc代表绿色证书的价格。因此，煤电厂商的生产决策原则为：

(8)

对绿电厂商而言，在实现绿电配额α前提下，可将代表1-α单位绿电的绿色证书在市场上进行交易。此时，其单位绿电所实现的收益包括上网电价pe和绿色证书的价格pc。因此，绿电厂商的生产决策原则为：

(9)

由利润最大化的一阶条件，可得煤电厂商和绿电厂商的均衡产量、总发电量、均衡上网电价及TGC价格与煤电厂商的边际成本和绿电厂商的边际成本间的关系，具体如表4和表5所示。

表4　配额制下煤电厂商边际成本与各经济变量间的关系

表5　配额制下绿电厂商边际成本与各经济变量间的关系

由表4和表5可知，在施行配额制的电力市场中，煤电产量、绿电产量和总发电量与煤电厂商和绿电厂商的边际成本间均呈反向变化，TGC价格与煤电厂商的边际成本呈反向变化，而与绿电厂商的边际成本呈同向变化。煤电厂商和绿电厂商的均衡产量以及总发电量和均衡上网电价不仅决定于煤电厂商的边际成本，而且决定于绿电厂商的边际成本。此时，通过两个市场的交互作用，实现了绿电厂商生产成本在行业内的分摊。

为提高绿电产出水平，政府必须提高发电厂商的绿电配额α。当α提高时，煤电厂商的边际成本增量、煤电产量、绿电产量以及总发电量均会随之变化，具体如表6所示。

表6　配额制下绿电配额与各经济变量间的关系

分析表6可知：一方面，提高绿电配额α，煤电厂商的边际成本增量会上升，煤电产量会下降。施行配额制，政府的目标是提高绿电产出水平，但此时也增加了煤电厂商的成本，煤电厂商会减少煤电产量。另一方面，提高绿电配额α，绿电产量和总发电量的变化方向不确定，可能增加、可能减少也可能不变。究其原因，当政府提高绿电配额α时，绿色证书的需求会增加。考虑寡头市场上厂商生产决策的相互依赖性，当煤电厂商的生产决策为减少产量时，对于绿电厂商而言，其生产决策可能为增加产量、维持不变或减少产量，由此对电力市场和绿色证书交易市场产生的影响如表7所示。此时，考虑发电厂商的风险中性，绿电厂商无论进行何种产量决策，均可提高其利润水平。

表7　煤电厂商的生产决策对电力市场和绿色证书交易市场可能产生的影响

4　实证结果与分析

4.1数据选取与处理

截至2014年底，中国总装机容量为13.602亿千瓦，并网可再生能源发电装机容量为13340万千瓦，占总装机容量的9.81%。其中，煤电、风电、太阳能和生物质发电的装机容量和平均装机容量如表8所示，且风能、太阳能和生物质发电分别约占并网可再生能源发电装机容量的71.82%、19.88%和7.26%，其他如地热能和海洋能等则规模较小。为简化分析且不失一般性，本文仅选取风能、太阳能和生物质能作为样本数据，并由此可得m:n≈1:4.6。

另外，根据国网能源研究院报告可知，“十二五”期间中国电力消费弹性系数为0.99，且平均上网电价为0.38元/kWh，2014年全社会用电量为55233亿千瓦时。据此，计算可得参数b=9.2×10-9，a=767，煤电厂商的长期平均成本=270元/MWh，绿电厂商的长期平均成本=504元/MWh。

表8　煤电及各主要可再生能源发电的装机容量

基于上述经济参数，模拟分析政府规定的绿电配额为α∈(0，40%]时，固定电价和配额制对煤电产量、绿电产量以及总发电量的影响。模拟分析所需的基础数据如表9所示。

表9　参数选取及基准值设定

4.2对电力市场的影响

基于表9数据，利用Matlab软件进行模拟分析，可得图1和图2。

图1a　两种制度下绿电厂商的产量变化趋势

图1b　两种制度下煤电厂商的产量变化趋势

图2a　两种制度下的总发电量变化趋势

图2b　两种制度下的上网电价变化趋势

由图1可知：①无论是在固定电价制度还是配额制下，随α的增加，绿电厂商的产量增加，且固定电价制度对绿电厂商的激励效应更加显著。正如图1a所示，当α<0.15时，二者对绿电厂商产量的影响无显著差异，而当α>0.15即15%时，绿电厂商在固定电价制度下的产量要高于配额制下的产量水平。②无论是在固定电价制度还是配额制下，随α的增加，煤电厂商的产量均下降，且煤电厂商在配额制下的产量水平下降更为显著，如图1b所示。

由图2可知：①随α的增加，电能的总供给量均呈增长趋势，二者的区别在于固定电价制度对于绿电厂商的激励效应更为显著。此时，在固定电价制度下，电能的总供给量呈单调的线性增长趋势，而施行配额制，电能的总供给量呈非线性增长且增速呈逐渐下降的趋势，如图2a所示。②随α的增加，上网电价在市场机制作用下均呈下降趋势。二者的区别在于施行固定电价制度时，在单调的线性增长的电能总供给量作用下，上网电价呈单调的线性下降趋势，而施行配额制时，在非线性增长且增速逐渐下降的电能总供给量作用下，上网电价呈非线性下降且降速逐渐趋缓的态势，如图2b所示。

4.3对社会福利的影响

在固定电价制度下，考虑政府、厂商和消费者三个经济行为主体的收益以及煤电厂商生产的负外部性，此时，社会福利为消费者剩余加生产者剩余减去政府对绿电厂商的总固定电价补贴和煤电厂商生产的外部成本，因此，社会福利为：

SWFIT=CS+PSFIT-λT-CE

(10)

其中：

PSFIT为生产者剩余，且PSFIT=pe(Q)Q-mccoalqcoal-ncgreenqgreen；

T为政府对绿电厂商的总固定电价补贴且T=t·nqgreen；λ为政府对绿电厂商的固定电价补贴水平因子，且当λ≥1时固定电价补贴产生无效率损失；

CE为煤电厂商生产的外部成本，且CE=γmccoalqcoal，其与煤电厂商的边际成本和产量相关；γ是对生态环境的影响因子，且0<γ<1。

配额制的施行不仅可实现绿电厂商生产成本的行业内分摊，而且有利于实现煤电厂商生产负外部性的内在化。此时社会福利为：

SWTGC=CS+PSTGC

(11)

其中：

CS为消费者剩余，其与固定电价制度下的消费者剩余相同；

PSTGC为生产者剩余，且PSTGC=pe(Q)Q-m(ccoal+αpc)qcoal-ncgreenqgreen。

进一步分析可知两种制度下的社会福利水平，如式(12)和式(13)所示：

(12)

(13)

据此进行模拟分析，可得固定电价制度和配额制下的社会福利水平，如图3所示。模拟分析所需参数γ和λ取值分别为0.10和1.15。

由图3a和3b可知，无论是固定电价制度还是配额制，随α的提高，社会福利水平均呈下降趋势，但在同一α水平下，配额制的社会福利水平高于固定电价制度的社会福利水平，且α越高，二者的社会福利差值越大。究其原因在于，政府给予绿电厂商的固定电价补贴造成了社会福利的损失，且补贴水平越高，社会福利损失越大。

因此，对于中国的电力市场而言，从固定电价到配额制的制度变迁，有助于增进社会福利水平，有利于实现卡尔多-希克斯改进。一方面，政府、消费者、绿电厂商和生态环境由于配额制的施行而获得境况的改进或补偿，如转移支付的降低、电价的下降、绿电厂商收益的提高以及环境的改善；另一方面，尽管在短期内煤电厂商会由于分摊绿电厂商的生产成本而遭受损失，但长期而言，煤电厂商的境况会由于其生产率水平的提高而“自然而然地”获得补偿，“长期自然的补偿”(即希克斯补偿)不仅会促进煤电厂商在长期内提高生产技术水平，而且会“自然选择”投资于绿电的生产。

图3a　两种制度下的社会福利

图3b　两种制度下的社会福利差值

其原因在于：一方面，在固定电价制度下，政府给予绿电厂商的固定电价补贴，虽激励绿电厂商提高了产出水平，但会导致其忽视成本约束进行生产而无动力进行技术创新，因此，从长期来看，固定电价制度不利于提高可再生能源发电的技术进步水平。而施行配额制，绿电厂商通过绿色证书交易提高了收益水平，且厂商的技术创新有助于降低其生产成本从而获得更高的利润水平，由此使得绿电厂商有动力且有能力进行技术创新。因此，配额制有利于提高可再生能源发电的技术进步水平。另一方面，配额制的施行，不仅能实现绿电厂商生产成本的行业内分摊，且配额比例越高煤电厂商分摊的成本越高，迫于成本递增的压力，煤电厂商的生产决策是要么进行技术创新以降低生产成本，要么投资于绿电的生产，由此不仅可提高电力行业的技术进步水平，而且有利于优化电源供给结构。

5　结论与政策启示

通过本文研究，可得如下主要结论：

(1)无论施行固定电价制度还是配额制，随α的提高，绿电产量都会呈现增长趋势，而煤电产量则呈现下降趋势，且随α提高，电能的总供给量均呈增长趋势，均衡上网电价则呈下降趋势。

(2)施行配额制，有利于优化电源供给结构，有助于提高社会福利水平，从而实现卡尔多-希克斯改进。

本文研究结果对于当前电力市场化改革以及如何促进可再生能源发电产业发展具有一定的政策借鉴意义，一方面，为消除可再生能源发电产业发展面临的发电、上网和市场消纳三大障碍，提高可再生能源发电产业的规模化发展程度和市场集中度从而建立具有竞争力的产业体系，迫切需要实现可再生能源发电产业发展的政策创新和相关的制度变迁。另一方面，为缓解中国经济社会发展面临的资源环境压力从而实现可再生能源发电产业的中长期规划目标，在加速推进电力市场化改革进程的同时，亟需切实完善并施行可再生能源配额制。惟其如此，才能确保可再生能源发电产业在“看不见的手”的作用下提升技术进步水平，同时，促进社会福利水平的提高并实现卡尔多-希克斯改进。

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(责任编辑沈蓉)

Comparative Analysis of Feed-in Tariff and Renewable Portfolio Standards：the Power Market in China

Guo Weiyu，Zhao Xingang，Feng Xia

(School of Economics and Management，North China Electric Power University，Beijing 102206，China)

The Renewable Portfolio Standards is an institutional change from the Feed-in Law support to the combined action between government policies and market mechanism.By comparing both effects on China’s power market and social welfare，we realize that：both Feed-in Tariff and Renewable Portfolio Standards can be effective in increasing the green electricity and reducing coal-fired electricity，but the Feed-in Tariff causes the loss of social welfare.The Renewable Portfolio Standards，not only contributes to the improvement of the technological progress，but also achieves the KALDOR-HICKS-IMPROVEMENT by increasing China’s social welfare.

Feed-in Tariff；Renewable Portfolio Standards；Tradable green certificates

国家自然科学基金面上项目(71273088)。

F224.3

A