云南水電外送的受端市場綜合競爭力分析

趙岳恒，周俊東，錢紋，王志敏，胡凱，趙爽，陳宇

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究中心，昆明 650051）

0 前言

為了充分有效地開發(fā)西部豐富的能源資源，著力解決西部貧困和東部缺電的狀況，切實(shí)實(shí)現(xiàn)能源資源可持續(xù)發(fā)展、全國電力資源優(yōu)化配置，我國制定了“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的電力發(fā)展戰(zhàn)略。其中南部地區(qū)建設(shè)任務(wù)的重點(diǎn)是從貴州烏江、云南瀾滄江和桂、滇、黔三省區(qū)交界處的水電資源，以及貴州、云南兩省坑口火電廠的電能開發(fā)出來送往廣東，而云南正是“西電東送”南部通道建設(shè)的重要基地。云南省作為早期實(shí)施“西電東送”的省區(qū)，截止2017年6月，云南“西電東送”電量累計(jì)突破6000億千瓦時(shí)。

當(dāng)前，我國新一輪電力體制改革正在向縱深推進(jìn)，輸配電環(huán)節(jié)以外的電力市場交易和競爭將在跨省區(qū)輸電中發(fā)揮越來越重要的作用。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)云南富余水電的充分利用和優(yōu)化配置，結(jié)合云南水電消納現(xiàn)狀和新一輪電力體制改革精神，有必要對(duì)云南富裕水電的綜合競爭力分析開展研究，為云南省在今后日益靈活的跨省區(qū)交易中的決策提供有效參考。

包括電力市場在內(nèi)的市場競爭狀況研究，在國內(nèi)外有很多文獻(xiàn)，但是絕大部分的文獻(xiàn)側(cè)重于定性分析，定量分析的文獻(xiàn)中部分也引入了定性分析。其中定性分析較為普遍使用的分析方法是企業(yè)戰(zhàn)略管理理論中的競爭策略分析法和市場營銷中的理論分析方法；而定量分析方法較多地采用綜合評(píng)分法、馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣法和博弈論等方法。文獻(xiàn)[1-4]從定性分析的角度，初步對(duì)電力外送規(guī)模及目標(biāo)市場進(jìn)行優(yōu)化研究分析。文獻(xiàn)[5]基于工業(yè)組織理論研究了電力市場及其參與者的行為規(guī)律，但分析過程缺乏嚴(yán)密的數(shù)學(xué)論證，說服力不足。文獻(xiàn)[6]基于概率分布的合理假設(shè)建立了滿足英格蘭-威爾士類型的電力市場解析投標(biāo)模型，用動(dòng)態(tài)的方法求解滿足利潤目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型。文獻(xiàn)[7]將人工智能的方法應(yīng)用到電力市場競爭力分析中，借助歷史數(shù)據(jù)建立了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的競爭策略。也有很多基于博弈論的方法來研究電力市場競爭力的文獻(xiàn)。文獻(xiàn)[8]根據(jù)目標(biāo)電力市場的運(yùn)營模式，構(gòu)建了競爭力分析的數(shù)學(xué)模型和基本假設(shè)，并求解出了市場競爭力的納什均衡。此外，在區(qū)域電力市場競爭問題的研究方面，文獻(xiàn)[9]以東歐電力市場為例，研究了交易和競爭的問題。文獻(xiàn)[10]構(gòu)建了基于市場占有率的馬爾可夫預(yù)測模型，將電力市場競爭力分析作為一個(gè)應(yīng)用進(jìn)行了驗(yàn)證。

綜上所述，國內(nèi)外在電力市場競爭力研究方面文獻(xiàn)頗豐，但是基于同一送端電網(wǎng)，在不同受端市場的競爭力分析的研究較少，并且很多都是定性分析，說服力不足。本文著力研究云南水電外送的受端市場競爭力分析問題，通過綜合評(píng)分法、TOPSIS法、馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣法和博弈論等四種不同方法的定量計(jì)算與比較，為云南電力外送決策提供有效的理論和數(shù)據(jù)支持。

1 云南水電外送的SWOT分析

本文采用SWOT法來分析云南省電力外送占據(jù)的優(yōu)勢、存在的劣勢、面臨的機(jī)遇和潛在的威脅。

1.1 優(yōu)勢（Strengths）

云南省有著非常豐富的水能資源。隨著云南省內(nèi)的電源建設(shè)不斷推進(jìn)，云南省在今后很長的一段時(shí)間仍然具備較強(qiáng)的外送能力。

云南省外送通道建設(shè)速度加快。隨著云南水電外送規(guī)模的大幅度增加，外送通道的建設(shè)相應(yīng)地加快。從1993年最初建成投運(yùn)的魯布革水電站至天生橋一回220千伏交流線路，到“十二五”期間重點(diǎn)建成的云南溪洛渡至廣東同塔雙回直流工程和糯扎渡至廣東特高壓直流輸電工程，云南水電外送最終形成了今天明顯的“強(qiáng)直弱交”格局。此外，為滿足云南清潔水電外送的需要，“十三五”期間基本明確了進(jìn)一步新增兩條規(guī)模較大的外送通道，分別是滇西北送電廣東特高壓直流輸電工程，輸電規(guī)模500萬千瓦，和烏東德電站送電廣東、廣西多端直流輸電工程，輸電規(guī)模800萬千瓦。

云南清潔水電的電價(jià)優(yōu)勢。當(dāng)西南水電開發(fā)成本在20000～28000元/千瓦以下時(shí)，相對(duì)于西北地區(qū)“風(fēng)光蓄”模式具有較優(yōu)的開發(fā)經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，云南省也在積極降低水電開發(fā)成本以增強(qiáng)其富余電力在全國電力市場的活力和競爭力。

1.2 劣勢（Weaknesses）

電力市場化經(jīng)驗(yàn)不足。伴隨著新一輪電改的深入推進(jìn)，電力企業(yè)市場化運(yùn)營與銷售勢必要更多地與市場化決策、競爭與合作等問題密切關(guān)聯(lián)起來，在這一方面云南省的經(jīng)驗(yàn)尚不豐富。

水電消納形勢依然嚴(yán)峻。受省內(nèi)用電增長低于預(yù)期、配套電網(wǎng)工程建設(shè)進(jìn)度滯后及來水條件等因素的綜合影響，今年云南水電不能完全消納，豐水期存在較大規(guī)模的棄水，水電消納形式仍然嚴(yán)峻。

1.3 機(jī)會(huì)（Opportunities）

西部大開發(fā)戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)。2017年10月19日，國家發(fā)改委和能源局印發(fā)了《關(guān)于促進(jìn)西南地區(qū)水電消納的通知》，提出采取促進(jìn)電源電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展、完善價(jià)格機(jī)制、建立市場和鼓勵(lì)政策等多項(xiàng)措施并舉以提高水電競爭力、有效解決西南地區(qū)棄水問題，實(shí)現(xiàn)水電資源的充分利用和優(yōu)化配置。

環(huán)境保護(hù)的理念日益受到重視。伴隨著環(huán)境污染的嚴(yán)峻形勢，國家和人民的環(huán)境保護(hù)意識(shí)越來越強(qiáng)。而水電資源作為優(yōu)質(zhì)清潔的電力資源，在電力市場中越來越受到各方的青睞。

1.4 威脅（Threats）

云南電力外送能力的逐步減弱。隨著云南省自身的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展，本省電力需求量會(huì)越來越大，而受制于水電等資源開發(fā)進(jìn)程的滯后，必然導(dǎo)致云南可外送的電力規(guī)模將會(huì)逐步地縮小。

電力市場上不同送出端的競爭。電力體制改革要求電力系統(tǒng)逐步地實(shí)現(xiàn)完全的市場化，在市場化的進(jìn)程中，廣東、廣西等云南西電東送的主要受端市場可以有更多替代的企業(yè)可供選擇，其中同樣作為電力外送的西北地區(qū)對(duì)于云南省的外送競爭力就形成了強(qiáng)有力的競爭關(guān)系。

電力市場上替代能源的競爭。云南的清潔水電資源在不同受端市場面臨著來自于煤炭、燃?xì)?、熱力等其他替代資源競爭的壓力，并且隨著市場資源的整合重組這種壓力會(huì)越來越強(qiáng)。

2 受端市場概況

受系統(tǒng)峰谷差、電源結(jié)構(gòu)等因素的影響，各受端市場對(duì)云南水電不同送電特性的接受能力有一定差別，本文分別分析了華北區(qū)域、華中區(qū)域、華東區(qū)域和南方地區(qū)主要潛在受端市場的整體情況。

2.1 華北區(qū)域

結(jié)合云南至華北區(qū)域輸電距離的可行性，考慮到新設(shè)立的雄安新區(qū)綠色能源示范區(qū)的發(fā)展定位要求，本文重點(diǎn)對(duì)雄安新區(qū)所在的河北南部地區(qū)受端市場進(jìn)行研究。通過電力電量平衡計(jì)算，可以看出，在合適的邊界條件下，2020年河北南網(wǎng)電力缺額約250萬千瓦，2025年電力缺額進(jìn)一步增大到1140萬千瓦左右。

2.2 華中區(qū)域

華中區(qū)域主要考慮河南、湖北、湖南、江西和重慶等地的電力市場。通過電力電量平衡計(jì)算，可以得出，五地在2020年的電力供需形勢分別為，電力缺額550萬千瓦、470萬千瓦、5萬千瓦、130萬千瓦和-180萬千瓦，而在2025年電力缺額則分別擴(kuò)大到2110萬千瓦、1340萬千瓦、1110萬千瓦、1160萬千瓦和530萬千瓦。

2.3 華東區(qū)域

華東區(qū)域則主要考慮江蘇、安徽和浙江三地的電力市場。通過電力電量平衡計(jì)算，可以得出，以上三地在2020年的電力缺額分別為-148萬千瓦、240萬千瓦和-687萬千瓦，2025年的電力缺額則分別為930萬千瓦、570萬千瓦和336萬千瓦。

2.4 南方區(qū)域

南方地區(qū)本文主要考慮廣東、廣西和貴州三地的電力市場。通過電力電量平衡計(jì)算可以得出，三地的電力供需形勢為，2020年電力缺額分別為640萬千瓦、-200萬千瓦和-100萬千瓦，2025年電力缺額則分別為2181萬千瓦、550萬千瓦和300萬千瓦。

上述各受端省區(qū)的電力市場空間對(duì)比示意圖如圖1所示，圖中，橫坐標(biāo)序號(hào)1～12分別代表河北南部、河南、湖北、湖南、江西、重慶、江蘇、安徽、浙江、廣東、廣西和貴州等12個(gè)省區(qū)。

圖1 各受端省區(qū)電力市場空間對(duì)比示意圖

從圖1可以看出，“十三五”期間全國電力供需整體較為寬松，其中河北南網(wǎng)、華中區(qū)域有少量的電力市場空間，華東和南方區(qū)域電力供應(yīng)有一定富余。而“十四五”期間，各受端市場逐漸出現(xiàn)不同程度的電力缺口。

3 綜合競爭力分析方法介紹

僅僅從上述受端市場的供需形勢分析，很難從理性分析的角度做出能夠給云南省帶來最大益處的受端市場的決策，因此本文基于綜合評(píng)分法、TOPSIS法和馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣法，對(duì)于受端市場競爭力進(jìn)行定量分析比較，最終得出最有利的決策。

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選取

為分析云南水電在各受端市場的綜合競爭力，本文從多個(gè)不同的指標(biāo)對(duì)云南水電的綜合競爭力進(jìn)行量化比較。采取的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：

1）電力市場空間；

2）調(diào)峰能力；

3）送出電價(jià)水平；

4）受端單位用電量碳排放指標(biāo)。

其中，電力市場空間和調(diào)峰能力指標(biāo)能夠直接反映出在規(guī)劃年份，受端市場的電力需求情況；送出電價(jià)水平則考慮到了電價(jià)競爭的因素，它的高低是送受兩端多方面因素影響決定的；而受端單位用電量碳排放指標(biāo)則反映了電力消費(fèi)的清潔度，體現(xiàn)電力消費(fèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，其值越高說明清潔度越低，清潔能源的輸入越必要。單位用電量碳排放的計(jì)算公式如下式所示：

3.2 綜合評(píng)價(jià)方法

基于以上所采取的評(píng)價(jià)指標(biāo)，本文通過綜合評(píng)分法、TOPSIS法和馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣法對(duì)各受端電力市場綜合競爭力進(jìn)行量化評(píng)估。

3.2.1 綜合評(píng)分法

綜合評(píng)分法是將各個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)值后進(jìn)行線性加權(quán)匯總后得到綜合得分的方法。評(píng)價(jià)過程需要對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行同向化和無量綱化處理，處理方法如下：

3.2.2 TOPSIS法

TOPSIS法是根據(jù)有限個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象與理想化目標(biāo)的接近程度進(jìn)行排序、從而對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行相對(duì)優(yōu)劣評(píng)價(jià)的方法。具體評(píng)估過程如下：

a．評(píng)價(jià)指標(biāo)同向化處理，同綜合評(píng)分法；

b．對(duì)同向化指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，建立對(duì)應(yīng)無量綱化矩陣。處理方法為：

針對(duì)多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，可列出無量綱化后的矩陣：

其中，m為評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)，n為評(píng)價(jià)對(duì)象個(gè)數(shù)。

c．基于X矩陣得到最優(yōu)值向量和最劣值向量：

d．分別計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象所有評(píng)價(jià)指標(biāo)值與最優(yōu)值方案及最劣值方案的距離Di+、Di－：

式中，ωj為第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

e．計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案的接近程度Ci，并根據(jù)此評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣。Ci值越大，表示相應(yīng)的評(píng)價(jià)對(duì)象越接近最優(yōu)水平，綜合競爭力越強(qiáng)。Ci計(jì)算公式如下：

3.2.3 馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣法

馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣法是基于初始狀態(tài)，運(yùn)用轉(zhuǎn)移概率矩陣進(jìn)行市場趨勢分析的方法。具體評(píng)估過程如下：

a．依據(jù)2017年云南外送市場份額參照狀況，得到初始狀態(tài)概率向量：

式中，S(0)和Si0分別表示初始狀態(tài)概率向量和云南水電在第i個(gè)電力市場上所占的份額（i=1,2,...,12）。

b．構(gòu)造初始轉(zhuǎn)移矩陣。其中P11表示云南2017年向冀南外送電力2018年也向冀南外送電力的概率。P12表示云南2017年向冀南外送電力2018年轉(zhuǎn)而向河南外送電力的概率。P21表示云南2017年向河南外送電力2018年轉(zhuǎn)而向冀南外送電力的概率，其他概率照此類推。

式中，Pij中i和j取值為1,2,3,4,5,6,7,8,9，a,b,c，分別對(duì)應(yīng)12個(gè)省區(qū)。

c．市場份額預(yù)測：

預(yù)測2018年云南水電外送各省區(qū)所占的市場份額。

3.2.4 求解平衡狀態(tài)下電力市場占有率向量

不妨假設(shè)平衡時(shí)的電力市場占有率為S=(S1,S2,...,S12),根據(jù)電力市場占有率預(yù)測的馬爾可夫鏈具有遍歷性，所以滿足

解得唯一解，根據(jù)電力市場占有率的大小進(jìn)行排序，所得即為電力市場競爭力強(qiáng)弱的順序。

4 云南水電外送綜合競爭力分析

本文采取上述前兩種方法，對(duì)云南水電在各個(gè)受端省區(qū)的綜合競爭力進(jìn)行量化評(píng)估。當(dāng)采用綜合評(píng)分法和TOPSIS法進(jìn)行評(píng)估時(shí)，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)法設(shè)定綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為：

同時(shí)，考慮到廣東、河南兩省的電力市場空間較大，均超過了2000萬千瓦，為了避免因電力市場空間差異過大造成各省間的差距加大，在綜合評(píng)估中將上述兩個(gè)省的電力市場空間修正為1500萬千瓦。

定義初始綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為各項(xiàng)指標(biāo)未處理時(shí)的實(shí)際數(shù)據(jù)。初始綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為：

1）綜合分析法量化評(píng)估。按照3.2.1中的方法進(jìn)行處理后得到無量綱化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為：

則各受端市場的綜合評(píng)價(jià)值：

此時(shí)，云南水電在受端市場綜合市場競爭力對(duì)比示意圖如圖2所示。

圖2 云南水電在受端市場綜合競爭力對(duì)比圖 （綜合評(píng)分法）

2）TOPSIS法量化評(píng)估。按照3.2.2中的方法進(jìn)行處理得到無量綱化綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為：

同時(shí)計(jì)算出與最優(yōu)方案距離矩陣和與最劣方案距離矩陣（不考慮權(quán)重）：

此時(shí)，云南水電在受端市場綜合市場競爭力對(duì)比示意圖如圖3所示。

圖3 云南水電在受端市場綜合競爭力對(duì)比圖 （TOPSIS法）

對(duì)比兩種評(píng)價(jià)方法的評(píng)估結(jié)果，除冀南、湖南、貴州三個(gè)省份的評(píng)估排序有較大差異以外，其他省份的綜合評(píng)估排序情況基本相同。分析原因，主要在于兩種評(píng)估方法所采取的無量綱化處理方法及綜合評(píng)價(jià)模型不同所引起。綜合各類量化評(píng)估結(jié)果可以看出，兩種評(píng)價(jià)方法下云南水電在南方區(qū)域廣東省及華中區(qū)域湖北、河南、江西、重慶、及華東區(qū)域安徽等地區(qū)均具有較強(qiáng)的綜合競爭力。

5 結(jié)束語

本文通過采用綜合評(píng)分法和TOPSIS法對(duì)云南水電在各受端市場的綜合競爭力進(jìn)行量化評(píng)估，容易得出如下結(jié)論：

1）綜合兩種量化評(píng)估結(jié)果來看，云南水電在南方區(qū)域廣東省及華中區(qū)域湖北、河南、江西、重慶，及華東區(qū)域安徽等地區(qū)均具有較強(qiáng)的綜合競爭力。

2）就南方區(qū)域而言，云南水電在傳統(tǒng)受端廣東省仍然具備較強(qiáng)的競爭力，是今后云南水電富余水電宜優(yōu)先考慮送電的地區(qū)。

3）總體上，歷來作為全國電力流向傳統(tǒng)受端市場的華東區(qū)域的浙江、江蘇等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份，電力接受規(guī)模日趨飽和，在擠占電力市場空間的同時(shí)，調(diào)峰壓力增大，對(duì)今后更大規(guī)模的外電送入接受能力呈下降趨勢。

4）而近幾年不斷崛起的河南、湖北等中部省份，正在發(fā)展成為新興的受端電力市場。其受端市場空間相對(duì)較大，系統(tǒng)的調(diào)峰壓力也不甚明顯，在云南水電外送的備選受端市場中具有較強(qiáng)的潛在競爭力。