研究|网络阻塞与市场力

之前，介绍了在没有网络约束的情况下的市场力情况。

重要的是，网络阻塞和市场力有很密切的互动，网络阻塞可能促进或抑制市场力。同时，市场力的行使也可能减轻或者加重网络阻塞。

首先，先来看一下简单的星状网络。假设，在这个网络中，每个电厂都是单独行动，即没有和其他电厂串谋。

如果其他电厂已经全容量发电，那么如果这个电厂故意降低发电量，其他电厂也没法增加，那么便会导致这个电厂的市场力增加。同样的，输电阻塞也会限制其他地区的电厂的产出，从而增加特定地区的电厂的市场力。

这个现象可以表述为：输电阻塞降低了相对市场的地理范畴，减少了可以与行使市场力的电厂进行直接竞争的电厂数量。

如果在初始时，输出方向已经达到流量限制，那么发电厂降低发电量就会有减缓阻塞的倾向。如果在初始时，输入方向接近达到流量限制，那么发电厂降低发电量就有可能导致输入方向达到流量限制。这个时候，外部的发电厂就无法增加发电量来响应该发电厂所降低的发电量。那么这个电厂就具有一定程度的市场力。而唯一能缓解这种市场力的便是该区域的其他电厂。如果该区域的电厂数量较少，那么这个市场便会具有很显著的市场力。

可以考虑两种潜在的情形：第一种是行使市场力发生在电力输入区域。假设在该区域网络流量接近其限制，如果该区域电厂缩减其电力产出，该区域的输入流量将会增大。刚开始，在网络限制具有约束力之前，整个网络的电力价格都会上升。但进一步降低电力产出会使得网络限制具有约束力，一旦网络限制具有约束力，电力剩余需求（剩余需求是该市场上去掉其他电厂满足的需求剩下来的部分）曲线就会变得非常陡。这时，行使市场力的动机就会很强。

第二种情形是行使市场力发生在电力输出区域。假设在开始时，输出方向网络限制已经具有约束力。在这种情况下，电厂电力产出的缩减倾向于减少电力输出。只要网络限制具有约束力，剩余需求曲线就会保持陡峭的状态。但是，进一步的产出缩减可能会减缓具有约束力的网络限制。这时，剩余需求曲线就会变得平缓，从而电厂行使市场力的动机变弱。

一个直接的后果便是，即便在市场中没有观察到显著的具有约束力的网络限制，这并不意味着网络约束没有影响市场参与者的行为。事实上，具有市场力的发电厂可以利用市场力使输出方向的网络限制不具有约束力。

下面举个例子，假设一个简单网络，有两个节点，一条线路连接。第一个节点有一个大型发电厂，其变动成本是￥20/MWh。第二个节点有一个电厂的发电容量1000MW，发电成本￥10/MWh，其他有大量电厂发电成本￥1000/MWh。同时在第二个节点出有一个价格敏感电力负荷。而两个节点间的网络限制是1000MW。

现在假定负荷的功率是1800MW。那么最优的调度便是在第二个节点的电厂调度1000MW，在第一个节点的电厂调度800MW。网络限制没有约束力，统一电价为￥20/MWh。

现在如果第二节点的电厂缩减电力产出，只发800MW，那么在第一个节点的电厂便需要冲抵缩减的电量，向负荷输送1000MW。此时，电价并没有受到影响。但是，第二个节点的电厂如果进一步缩减电量，便会导致输电电路的限制具有约束力，即第一个节点的电厂无法输送更多的电量。这样，便会需要调度成本是￥1000/MW的电厂，电力价格便会上升至￥1000/MW。

对于第二个节点的电厂，如果其全容量发电，获得利润为(20-10)×1000=￥10000/h  ，如果减少发电至800MW，（假设临界点时电价已上升至￥1000/MWh），电厂可以获得的利润为1000-10)×800=￥792000/h。显然，该发电厂有很强的动机行使市场力。

类似的，在交错电网中，电厂面对的剩余需求曲线也会在网络限制具有约束力的时候变得更陡，使得电厂具有更强的动机行使市场力。

另一种值得考虑的情况是，当一个发电公司拥有多个不同地区的电厂。在这种情况下，发电公司会恶化行使市场力的情况。通过调整不同地区的电厂的发电量，发电公司可以有意导致网络限制具有约束力，增加其市场力，进而获得超额收益。

如果考虑输电权，可以发现，如果在输入方向购买输电权，则会增加本地电厂的市场力，而在输出方向购买输电权，则会降低本地电厂的市场力。

我们可以进行一下简单的分析，从节点i到节点j的一般输电权的收益可以表示为：

T(P_i,P_j)=(P_j-P_i)V

其中，P为价格，V为输电权的电量。从而，在节点i的持有输电权的电厂的利润为（对于节点i处的电厂而言为输出方向的输电权）：

π(Q)=P(Q)Q-C(Q)+(P_j-P(Q))V

那么利润最大化的产出水平可以通过对上式求关于Q的一阶导数，并令其等于零得出，即：

P(Q)+(Q-V)P"(Q)=C"(Q)

由上式可以看出，V的增加，在其他变量不变的情况下，会导致Q的增加。也就是说，输出方向的输电权，降低了电厂行使市场力的动机。相反的，持有输入方向的输电权会增加行使市场力的动机。