基于產業鏈的可再生能源發電并網定價機制：一個分析框架

孔令丞 梁 玲 李 仲

(1.華東理工大學商學院，上海 200237；2.上海對外經貿大學會展與旅游學院，上海 201620；3.上海工程技術大學管理學院，上海 201620)

基于產業鏈的可再生能源發電并網定價機制：一個分析框架

孔令丞1梁 玲2李 仲3

(1.華東理工大學商學院，上海 200237；2.上海對外經貿大學會展與旅游學院，上海 201620；3.上海工程技術大學管理學院，上海 201620)

可再生能源商業化應用能夠實現經濟增長下的碳強度目標，但商業前景取決于其與常規能源發電成本之間的差距，而定價機制的合理設計對彌合兩者的成本差距起著決定作用。本文從可再生能源發電產業鏈的多方主體利益關系入手，研究供電量波動條件下多方主體合意的價格契約，據此設計符合產業鏈規模匹配和技術銜接的定價機制；在此基礎上，綜合可再生能源的發電類型、地區稟賦、技術手段與地區需求等因素，選擇基于主體利潤最大化的執行方式；通過考察定價機制在“干中學”和規模報酬下的成本效應，研究多方主體的跨期價格契約。為政府制定碳強度目標約束下可再生能源發電的中長期規劃提供理論分析框架。

碳強度；可再生能源發電；產業鏈；定價機制

1 文獻綜述

應對氣候變化和能源危機成為全球的熱點問題之后，世界各國都對此相繼制定了可再生能源發電并網的價格機制和相關的刺激政策。總結相關文獻主要有以下幾方面：

1.1 國外的定價政策研究

為了彌合可再生能源與傳統能源技術應用成本差距，傳統的定價導向政策設計大多都是通過價格干預機制來實現這一目標(Valentine,2010)。因此，為了保證可再生能源發電逐步滲透到傳統能源發電市場，共同保障電力市場的供電需求，多數國家在可再生能源發電初期都規定了高于常規能源發電的強制并網電價(Feed in Tariff)；或對可再生能源發電實行平價并網，但按所計量的電量(Net-Metering)發放綠電證書(Trading Green Certificate)，在證書市場通過交易來獲得收益。為了實現讓可再生能源發電對碳減排的貢獻能夠滿足國家和地區的目標(Buckman,2010)，幾乎每個國家的相關部門對定價機制的設計都會考慮到其發電地可再生能源的稟賦狀況，從而設計不同的政策導向、力度并實現政策間的協調匹配。

歐盟規定，電網必須接收可再生能源發電。但并網會對電網在輸變電、擴容、調峰、儲能等方面提出挑戰，因此，很多政策都是基于可再生能源發電產業鏈下游而設計的。在歐洲的可再生能源發電市場，Voogt,et.al.(2006)認為發電指令能有效激勵歐洲可再生能源在電力市場的占比，但產業鏈下游并網價格缺乏明確的政策導向，就會減少可再生能源發電。為了保證電網接收可再生能源發電，必須重塑并網定價規則，補貼電網以確保提高并網配置能力(De Joode ,et. al.,2009)。但強制并網電價(FIT)政策效果表明：基于行業基準收益率的補貼具有很高的政策代價(Lesser & Su,2008)，而西班牙實踐發電基金管理，成功執行歐盟可再生能源發電指令(Del Rio,2005)。而凈電量計量(NM)由于對分布式發電具有較大的邊際效用，由此成為太陽能發電系統在所有實時電價中最有競爭力的政策(Carley,2009)。就證書(配額)交易(TGC)而言，研究認為：長期合約有利于推動可再生能源發電(Paolo,2007)。

中國近年來可再生能源發電市場發展迅猛，但相關研究學者認為，中國雖然已成為全球風能和太陽能發電的領軍梯隊，但是由于未有效解決并網和低效運行問題，造成“高裝機容量、低發電量”并存的現實怪象(Wang et. al.,2010)。為了解決這個問題就必須要求提高并網政策框架的完善性Martinot(2010)，但是目前國內大多研究僅集中在并網定價機制及配套政策方面，如何提高并網政策框架的完善性的相關研究還應考慮規模報酬的成本效應，亟待探索電力發輸送各環節協調的價格浮動機制，從而達到間歇性能源發電和電網穩定輸配要求之間的有效平衡(Munoz,et. al.,2007)。

1.2 國內的定價政策研究

中國還處在第一碳排放量大國的身份和工業化中期的發展階段，其碳排放狀況對全球生態環境的影響力讓中國已經成為世界矚目的焦點。但是目前國內可再生能源定價研究中，關于定價機制政策的經濟論證可謂非常欠缺，學者們熱衷于討論歐美等國的政策介紹和對中國政策制定的啟示(汪文雋,2011)；也有進行技術經濟分析來研究可再生能源產業鏈結構和電力市場規制(耿亞新，2011)，等等。這些研究的研究方法多是比較分析，研究視角也僅從法理、法規的角度而沒有對可再生能源產業鏈定價機制的經濟論證。因此，對減排目標的政策規劃與效果評估，就成為中國對國際社會減排承諾置信檢驗的宣言。

1.3 技術進步、能源替代和動態政策研究

可再生能源發電會隨著技術進步和規模變動產生成本效應，相應的定價也應隨之調整，固定并網電價(FIT)的設計和調整也才有據可依。Wang(2009)認為可再生能源發電技術雖然正不斷從實踐到成熟的發展，但需要進行技術成本經濟性遴選，依據電力市場的供求關系變化，決定何時大規模應用。因為技術創新投入具有規模報酬遞減的特性，嚴重制約可再生能源發電的可持續發展，亟待制定有針對性的激勵政策，加速技術進步的成本降低效應(Usha,2010)。但如果考慮碳排放的生態環境成本，就會影響能源生產成本，從而帶來能源價格的相對漲跌，刺激可再生能源的需求，同時還可以平抑規模報酬遞減(Michael,et. al,2002)。從目前來看，各國政府和國際社會對能源與環境的干預結果，都能提高可再生能源發電對傳統能源的邊際技術替代率，但是提高到一定臨界值后，就需要進行定價機制的合理調整，保證產業鏈的創新技術和運營規模的動態匹配。

但可再生能源發電未來的發展思路與現實存在一定差距，其對傳統能源的替代效率存在一定的替代彈性，這將對能源需求產生影響。因此研究技術進步和規模報酬的綜合成本效應以及如何準確估計并動態化彌合可再生能源和傳統能源發電之間的成本差距，將是未來的研究重點。因為如果對可再生能源和傳統能源發電之間的成本差距未能準確估計，會導致產業鏈結點之間由于價格補貼與成本之間的異動，產生新一輪的“瓶頸約束”。

2 分析框架和解決思路

碳強度目標確定后，可再生能源的發電量對目標貢獻也由此確定。由于可再生能源發電技術無法與常規能源的展開競爭，因此政府會對可再生能源發電產業鏈各個環節進行不同程度的鼓勵。政府的介入對可再生能源發電上游的材料和設備供應商、中游發電商、下游電網接入等主體的利益關系產生影響。上中下游的各企業，均會依據自身技術實力、商業化前景、稟賦狀況等條件，按國家政策導向來確定相應的產量。形成了由政府主導的產業鏈節點行業間新的利益關系。

2.1 供電量波動下多方合意的價格機制設計

理論上，政府所規定的價格政策激勵幅度，應能夠彌合可再生能源發電成本CRES和常規能源發電成本CFE之間的差距。即激勵幅度至少要滿足CRES-CFE。

提高可再生能源發電對碳強度目標的貢獻，需要其下游電網全額或按配額收購其所發電力。由于可再生能源發電存在間歇性和反調峰性的特征，在預測準確性制約的現實下，可再生能源發電電量存在不確定性，電網需要從擴容、調峰和儲能等方面滿足并網需求。這都會增加成本CG。產業鏈上下游多方合意的價格激勵效果PE，應能彌補電網接收可再生能源發電所增加的成本，并使可再生能源發電企業至少獲得和常規能源發電企業同樣的利潤，即PE=CRES-CFE+CG。

盡管政府規定電網負責調峰，但由于電網的壟斷特征，調峰成本依然由發電方承擔。在水電調峰能力不足的情況下，火電調峰就成為目前唯一的選擇。即當超過電網峰值電量時，電網會要求發電企業關閉一定量的火電機組，來滿足可再生能源并網。而機組關閉和再開動所產生的成本就由發電企業來承擔了。

如何讓電網在負責調峰的同時也承擔相應的成本？一種辦法是政府將調峰成本補貼給電網，但政府無法調查電網的真實的調峰成本。這可以從不完全契約和產權理論入手來尋求更有效的解決辦法。

對電網公司而言，由于其自然壟斷特征和提供公共產品義務，是執行政府強制并網政策的責任主體，與政府之間形成“委托-代理”關系；同時，國家電網和地方電網之間又屬于“委托-代理”關系。在接收可再生能源并網上會表現出“表面合作”，但會盡量顯示高成本CG，或轉嫁成本；信息不對稱和并網前的預見成本、締約成本和之后的證實成本高昂，導致了契約的不完全，事前電網為實現并網所作的專用性投資無法寫入契約。

這時對事前的權利進行機制設計就十分必要。通過資產所有權或剩余控制權的合理配置，來實現對電網進行專用性投資的激勵，從而提高電網接收可再生能源并網的成本控制激勵和技術能力。時間線如圖1所示。

圖1 可再生能源發電并網機制的時間線

就可再生能源發電環節而言，該市場結構屬于寡頭市場，發電企業之間的競爭關系表現為非合作博弈；但為了爭取更優惠的政策，在對待并網定價政策的態度上，發電企業會表現出對政策訴求的一致性而具有合作傾向。因此競合博弈適用這一情形的分析。博弈的第一階段是非合作博弈，即發電企業先是獨立選擇各自的競爭策略。政府可以通過引入類型相關的多代理人競爭機制設計信息顯示機制，如特許權招標；以及像重復博弈、信用機制和獎懲等這類信息甄別機制，來消除信息的不對稱；或者按照不同資源區制定不同的價格，企業的競爭則是對資源區的選擇。這兩種情況在我國均實施過，目前所實施的是資源區定價。第二階段則是發電企業通過相互合作以提高并網電價，通過建立可轉移效用的合作博弈的特征函數，并由此建立分配規則，從中觀察合作的穩定性。圖2為政府主導下發電企業之間的競合博弈模型框架。

因此，多方合意的定價機制取決于政府對電網的合約激勵，在此基礎上對發電企業的競爭機制和信號顯示機制進行設計，由此產生了發電企業之間的競合博弈結果。

圖2 政府主導下的發電企業竟合博弈模型框架

2.2 產業鏈節點基于利潤最大化的契約執行

定價機制確定之后，至少存在兩種可執行的方式，在發電類型、資源稟賦、發電技術、電力需求等條件相同的情況下，多方合意的價格契約無論是對電網還是發電企業，對利潤的影響完全相同：

第一，強制并網電價(Feed in Tariff)。即電網按多方合意的契約價格接收可再生能源發電并網，而高出常規能源發電的部分，則規定電網公司從用戶收取可再生能源基金加以彌補。補償在發電企業和電網之間進行分配。前者通過競價確定，或按資源分區定價執行；后者則要確定接收并網所需的擴容及調峰，按圖2的契約機制加以執行。

第二，可交易的綠電證書(Trading Green Certificate)。即發電企業按市場價向電網銷售可再生能源發電。并網電量經政府授權的第三方獨立機構進行核準后，給企業發放相等數額的可交易綠電證書。高出常規能源發電成本的部分就可以在證書市場上出售證書得到補償。如圖3所示。

目前，可再生能源發電的強制并網電價和可交易的綠電證書等措施在很多國家已相對成熟，但不同發電類型和技術條件(內部條件)、地區稟賦差異和地區需求(外部因素)等，均會導致同一定價機制在執行效果上有所不同。產業鏈節點的主體按利益最大化原則選擇適用的形式，由此形成了同一定價機制下的不同措施選擇。

其次，多方主體合意的契約價格下，國家電網以該契約接收可再生能源發電并網，并將任務進一步分解給下屬地區電網。發電企業的發電類型、地區稟賦和技術條件等，會對發電成本產生影響；而地區的電力需求、電網規模和接入條件等，又會對電網接收并網的成本產生影響。地方電網執行契約的臨界值取決于契約價格能否彌合可再生能源發電成本與常規能源發電成本之間的差額，以及并網成本變動；否則，會出現地方電網并網積極性缺失或者契約執行成本上升，兩者均會降低政策效果。

圖3 可再生能源發電并網的契約形式

這就需要構建強制并網(可再生能源發電并網價格由經政府核準的基于多方主體合意的契約價格確定)和證書交易(發電企業根據凈電量計量所核準的可再生能源發電量獲得證書，通過證書市場交易來補貼可再生能源發電高于當地燃煤脫硫機組發電成本的部分)的兩部模型，同時考慮地區(稟賦)和規模(技術)的差異，分別測算這兩種執行方式對可再生能源發電成本的補償效果。從而為不同地區和不同規模的發電企業、電網公司提供基于其利潤最大化的契約執行選擇。如圖4所示。

圖4 可再生能源發電上下游基于利潤最大化的定價機制執行選擇

2.3 成本效應下的產業鏈價格聯動機制

發電企業和電網公司均會受“干中學”、規模報酬的影響，以及這些因素交織作用的互動所產生成本效應，會產生產業鏈節點的動態跨期價格效應，從而形成可再生能源電力對常規電力的邊際技術替代率在不同時期的動態變化。

但是，無論是發電企業還是電網公司，在多方合意的價格契約建立之后，均缺乏降低成本的激勵，這需要考慮在動態情形下出現新的跨期收益變動時，對變動后的收益進行重新分配。因而有必要考慮多期的動態契約優化機制設計問題。

首先，政府為了提高電網公司對可再生能源的并網效率，只要在某個時點出現技術的商業化應用概率足夠高時(采用可再生能源對常規能源替代率的跨期累積結果)，即政府與電網公司之間的契約要在自然狀態βi (i=1,2,…n)出現時重新簽約，約定新的專用性投資的剩余分配權。時間圖(圖5)是在上一個時間圖的基礎上，考慮到動態多期的收益變動特征后，所形成的基于可再生能源并網技術商業化應用的多期動態契約優化。

圖5 產業鏈價格多期動態契約優化時間圖

之后，重新簽約后同樣需要對并網電價進行重新規制。政府通過設計多個代理人機制促使發電企業在電網和政府重新簽約后展開競爭。競爭結果使發電企業之間的成本信息得到披露，這構成了跨期動態競合博弈的第一階段，而政府就此設計新的并網電價預案。發電企業在對政府電價預案的認領上又會產生訴求的一致性，表現出合作傾向。其結果取決于企業之間合作博弈后增加的總收益在發電企業之間分配的結果，這構成了跨期動態競合博弈的第二階段。

綜合應用委托代理理論和博弈理論，建立在政府新的并網規則下，電企的兩階段競合博弈模型，從而構建成本效應下的產業鏈價格聯動機制。

3 結語

從目前的可再生能源發電項目的價格激勵政策來看，均能看出針對產業鏈某一環節的定價機制設計，會由于產業鏈節點的規模不匹配和技術不銜接，造成產業鏈上某些環節產能過剩和產能不足并存現象。這不但無法實現政府碳強度的目標，并且還會在整個產業領域造成資源浪費。因此，設計一種產業鏈相關利益者各方主體合意的定價機制，才能保障在本土形成可再生能源電力產業項目，實現并網發電，有利于實現碳強度目標。定價機制設計合理性與否，取決于以下設計思路的正確性和可行性：

首先，中國政府的碳排放目標是基于強度而非總量，這使可再生能源產業的定價機制本身成為政府政策的一個組成部分。因此，“定價機制”而非“價格機制”就是基于可再生能源發電領域的定價規則由政府參與制定的現實，符合中國碳強度目標的要求。

第二，中國的電力產業具有獨特性，即電網企業屬于國家控股企業，因此兼具自然壟斷和行政壟斷雙重特性。那么如果借鑒委托代理理論來研究我國的可再生能源發電強制并網機制設計以及激勵電網增加專用性投資的契約機制，是我國電力產業目前亟待解決的問題。

第三，借鑒其他國家可再生能源發電并網的經驗：比如歐盟推行的強制并網，美國的凈電量計量和證書交易制度。這兩種模式都是政府事前設計多個代理人的競爭機制，通過競爭顯示低成本；但由于所有的發電企業在政府電價政策的訴求上都具有一致性，因此，采用競合博弈模型來解釋并網電價對電企的合意性，具有邏輯的正確性和理論的可行性。

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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

國家自科基金面上項目“碳強度目標下可再生能源發電產業鏈的定價機制研究”(批準號:71273091)；教育部人文社科規劃項目“基于產業鏈的太陽能發電政策研究”(批準號:11YJA790068)。

孔令丞，教授，博士生導師，產業經濟學博士和博士后，華東理工大學商學院經濟系副系主任，能源經濟與環境管理研究所副所長，研究方向：產業經濟、資源與能源經濟；梁玲，上海對外經貿大學會展與旅游學院管理學博士, 研究方向：運營與供應鏈；李仲，上海工程技術大學管理學院管理學博士，研究方向：物流與供應鏈、能源經濟管理。