半开放环境下电力市场多电压等级多类型用户转移交叉补贴建模研究

何璞玉，王倩，胡林，李倩，周飞，杨杰

(国网四川省电力公司经济技术研究院，成都 610041)

2015年3月“电改9号文”提出的“管住中间，放开两头”的电力体制架构推进了我国电力市场由完全管制向半开放状态转变[1 - 3]，然而我国“工、商业补贴居民与农业、高电压等级补贴低电压等级”的用户间电价交叉补贴整体格局并未发生实质性变化[4]。此外，用户参与市场化交易后，由向电网企业缴纳销售电价转变为缴纳输配电价，而销售电价与输配电价中包含的交叉补贴是不同的，因此，用户由管制市场转入开放市场的同时，也会带动其承担(享受)的交叉补贴量发生变化。进一步，由于市场化交易对工、商业用户经济性吸引力更强，因此，工、商业用户较居民、农业用户拥有更低的开放市场准入门槛，由此造成了我国半开放电力市场内交叉补贴供需失衡问题日益凸显[5]。因此，亟需构建电力市场半开放环境下电价转移交叉补贴平衡模型缓解这一现象。

有学者认为交叉补贴在电力行业过去的发展中不可或缺[6 - 7]，并用多种方法对交叉补贴规模进行了测算。文献[8]等使用价差法，粗略测算了2007年我国居民用户享受的交叉补贴约为2 097.6亿元；
文献[9]通过AIDS模型和Log-Log模型测算出2015年我国电力交叉补贴为1 588亿元。文献[10 - 12]也分别构建了基于用户需求弹性、电力用户负荷特性的交叉补贴测算模型。

然而，电力交叉补贴不是越多越好，随着电力市场不断发展，部分学者对电力交叉补贴的作用机制进行了深入分析。文献[13]使用CLAD估计方法进行分析后发现，电价交叉补贴会导致我国东部地区工业绿色发展效率显著降低。文献[14]在分析俄罗斯电价结构的基础上，利用拉姆齐模型研究了销售电价交叉补贴与社会福利的相互作用，结果显示，销售电价交叉补贴规模扩大与否并不会引导社会福利优化。文献[15]分析不同区域的居民用电需求价格弹性后，发现城镇居民享受的交叉补贴程度较农村居民更高，这有悖于交叉补贴的施行初衷。文献[16]提出了基于需求价格弹性的交叉补贴分类标准，认为交叉补贴不仅没有达到普遍惠民的作用，还侧面助推了物价，最终导致低收入水平用户负担过重。文献[17]分析了我国电价交叉补贴现状后，发现用户间和区域间交叉补贴，对我国电价体系的调整和电力建设的发展有不利影响。

受电价交叉补贴争议影响，目前许多专家学者都倡导为了使电价水平更加合理，更好地反映供电成本，应在电价改革中取消交叉补贴[18]。然而，从另一方面考虑，电力行业输配电环节具有垄断性，如果取消交叉补贴，设定成本导向型电价，那么：工、商业用户供电密度大并且负荷率高，相应地，其单位供电成本较低；
居民、农业用户供电密度小且负荷率低，其单位供电成本较高[19]。即居民和农业用户销售电价要高于工、商业用户才能符合成本定价原则。文献[20 - 23]认为：由补贴电价直接转变为市场电价会造成电价的突增，这会给贫困地区以及城市内低收入的居民用户带来用电困扰，因此，电价交叉补贴政策仍存在一定意义。

另外，也有一些学者针对交叉补贴平衡问题提出了解决思路。文献[24]提倡对污染严重的大工业用户实施差别电价，并认为可以以这种定价方式弥补我国“环境税”缺失带来的影响。此外，这还有利于实现收入的分配平衡，即政府应当维持交叉补贴规模或者适度减少非污染型工业用户交叉补贴规模。文献[25]认为随着市场交易电量增加，交叉补贴问题会日趋严重，并建议加强输配电成本监管力度。文献[26]等基于对天津市输配电价的研究，提出交叉补贴确定补贴对象和补贴政策是实现补贴公平的首要原则。文献[15]基于区域间差异化用电需求价格弹性，提出了城乡居民差别化补贴政策。

综合来看，现有交叉补贴相关研究成果能够解决交叉补贴规模测算问题，也分析了交叉补贴现状，并分别从用户需求弹性、社会绿色发展等角度提出了政策建议。然而，目前我国电力市场处于开放市场与管制市场并存期，用户在两种市场中承担(享受)的交叉补贴是不同的，且随着参加市场化交易的用户不断增加，电价交叉补贴与电力市场匹配性较差的问题逐步凸显，现有研究无法解决这一问题。

本文认为，电价交叉补贴的提出与我国电力市场历史发展环境契合，现阶段，要妥善处理交叉补贴与电力市场的匹配性问题，就需要考虑电力市场内管制市场与市场化交易市场并存的半开放特殊环境，建立适应电力市场的过渡机制，并通过过渡机制引导市场向目标市场即市场化交易市场发展。

在此背景下，本文将根据电力用户用电特性测算各电压等级各类型用户理论输配电价，基于价差法构建分压分用户类型的电价交叉补贴测算模型，结合我国电力市场宏观环境构建转移交叉补贴平衡模型。最后针对平衡模型进行实例研究，验证其准确性与有效性。

1.1 分压分类型用户理论输配电价测算模型

1.1.1 各电压等级理论输配电成本测算

交叉补贴本质上反映的是各用户实际缴纳的用电费用与其本应承担的用电费用之间的差值关系，用户应承担的用电费用可以分为理论输配电价和购电成本两部分。其中，购电成本由发电企业决定，对于电网企业来说可视为固定值，而用户理论输配电价测算必须依托输配电成本测算。

我国施行电力体制改革后，目前，各省级电网企业普遍采用会计成本法对各电压等级理论输配电价进行核算，其基本思路主要分为两步。

1)根据“准许成本+合理收益”原则计算各电压等级电网的准许收入。

Rt,m=Ot,m+Dt,m+ktAt,m+Tt,m

(1)

式中：下标t表示某年度，t∈T，T为全部交易年度；
下标m表示某电压等级，m∈M，M为所有电压等级；
Rt,m为电网的准许收入；
Ot,m为电网的折旧费；
Dt,m为电网的运行维护费；
At,m为电网的有效资产；
kt为电网企业准许收益率；
Tt,m为电网的价内税金。

显然，各电压等级电网单位负荷准许收入为：

R′t,m=Rt,m/Lt,m

(2)

式中：R′t,m为接入m电压等级输配电网单位负荷准许收入；
Lt,m为系统年最大负荷时刻接入m电压等级输配电网传输总负荷。

而接入某电压等级的电力用户须承担的输配电成本就是该电压等级电网的准许收入，即：

Ct,m=R′t,m

(3)

式中：Ct,m为接入对应电压等级的电网用户须承担的单位负荷输配电成本。

2)按照电压传导机制分摊准许成本，测算各电压等级理论输配电价。

接入低电压等级电网的用户使用的电能需要在该电压等级及所有大于该电压等级的电网间逐级传输，因此，部分高电压等级电网的输配电成本也需要由接入低电压等级电网的用户承担，各电压等级输配电成本分摊原理如图1所示。

图1 输配电成本分摊原理Fig.1 Transmission and distribution cost sharing principle

由此，输配电成本分摊公式如下。

(4)

Ct,l-m=Ct,l×Lt,l-m/Lt,l

(5)

Ct,m-n=Ct,m×Lt,m-n/Lt,m

(6)

式中：下标m、n、l表示不同电压等级，m、n、l∈M；
Ft,m为接入m电压等级的用户承担的输配电成本；
Ct,l-m为接入m电压等级的用户分摊的l电压等级的电网成本，同理，Ct,m-n为接入n电压等级的用户分摊的m电压等级的电网成本；
Lt,l，Lt,m分别为l电压等级电网、m电压等级电网传输的总负荷；
Lt,l-m为由l电压等级电网传递至m电压等级电网的负荷，同理，Lt,m-n为由m电压等级电网传递至n电压等级电网的负荷。

1.1.2 各电压等级各类型用户理论输配电价测算

根据用户用电特性，可以将同一电压等级的输配电成本分摊至各类型用户，从而形成各电压等级各类型用户的理论输配电价。

此外，用户理论输配电价的设计还应遵循电网建设合理性原则。具体来看：在规划期，电网依据用户最大负荷预测来规划投资容量；
在运营期，持续且稳定的用电负荷能够保证电网运行效率。因此，峰荷大且持续时间短的用电方式会促使电网加大电网投资，还会降低电网运行效率，从而导致社会资源浪费。基于此，为保证电网投资效果与运行效率，并引导用户合理规划用电时间，防止出现年内负荷过于集中的情况，本文认为理论输配电价测算模型应遵循：电力用户最大负荷占电网最大负荷比重大，其分摊更高的输配电成本；
电力用户年负荷利用小时数越短，其分摊更高的输配电成本。

从电网运行稳定性来看，负荷占比大但负荷率高的用电方式对电网来说是稳定负荷，考虑负荷利用小时数的输配电价分摊模式可以适当降低该部分用户的电量电价分摊额。负荷占比小且负荷率低的用电方式对于电网影响未知，其输配电价分摊需根据情况具体分析。

由于不同电压等级下各类用户之间的耦合关系复杂，因此本文不考虑不同用户类型之间的同时系数，构建用户理论输配电价测算模型如下。

1)对于一般工商业、居民、农业用户，有：

(7)

(8)

(9)

2)对于大工业用户，有：

(10)

1.2 半开放环境下电力市场交叉补贴测算模型

现阶段，我国电力市场处于管制市场与开放市场并存的半开放状态，部分达到开放市场准入门槛的工、商业用户选择直接参与市场化交易，同时也存在售电公司代理少量未达到开放市场准入门槛的用户(多为居民与农业用户，下同)参与市场化交易的情况[27]。而电力市场结构与交易方式的改变直接影响了电力市场的资金流向，如图2所示[28]。

图2 电力市场资金流向Fig.2 Capital flows in the power market

在管制市场时期，所有用户均向电网企业缴纳目录销售电价，电网企业按照上网电价向发电商缴纳购电成本。在半开放市场时期，不参与市场化交易的电力用户资金流向不变；
参与市场化交易的用户按照是否达到市场准入门槛可以分为两部分：达到准入门槛的用户分别向发电商和电网企业缴纳核算电价以及输配电价；
未达到准入门槛的用户在售电商代理下与发电商间接交易，该部分用户只用向售电商缴纳销售电价，售电商再分别向发电商和电网企业缴纳核算电价以及输配电价。考虑到我国居民与农业用户输配电价暂未核定，后文建模部分将售电商代理居民与农业用户缴纳的输配电价作为一般工商业公示输配电价处理。

当市场完全开放后，电力供应端与消费端电价均通过竞价实现，用户电价在成本定价和竞价购电双重作用下，逐渐回归真实水平；
电网按照“固定成本+合理收益”受收益管制，其通过售电商回收的输配电价也将存在部分削减。

1.2.1 销售电价交叉补贴测算模型

用户缴纳销售电价时所承担/享受的交叉补贴额为除了向发电商与电网企业缴纳的电价之外的额外支出/获得的电价。由此，各电压等级各类型用户销售电价交叉补贴测算模型如下：

(11)

(12)

(13)

(14)

1.2.2 输配电价交叉补贴测算模型

输配电价交叉补贴为用户应缴纳的理论输配电价与电网公示输配电价的差额，参与市场化交易的用户均承担输配电价交叉补贴。各电压等级各类型用户输配电价交叉补贴测算模型如下。

(15)

(16)

(17)

(18)

1.3 分压分类型用户转移交叉补贴测算及平衡模型

1.3.1 转移交叉补贴测算模型

转移交叉补贴为用户参与市场化交易前后承担/享受的输配电价交叉补贴与销售电价交叉补贴的差额，由此，各电压等级各类型用户转移交叉补贴测算模型如下。

(19)

(20)

(21)

(22)

1.3.2 转移交叉补贴平衡模型

半开放电力市场内转移交叉补贴的总规模可以根据各类型用户单位电量转移交叉补贴与市场化交易电量规模计算得出，要实现电力市场内交叉补贴供需平衡，就需要寻找合适的转移交叉补贴承担者。

在构建转移交叉补贴平衡模型时，考虑到：1)我国已多次颁布一般工商业电价下调通知，工、商业用户的用电价格不应再增长；
2)电力交叉补贴有失公平、有损效益的特征逐渐显现，电力定价应逐步回归成本导向；
3)合理的电价机制应响应电力市场化改革，引导用户参与市场化交易。因此，本文选取未参与市场化交易的居民与农业用户作为转移交叉补贴承担者，通过合理提高承担用户的销售电价平衡转移交叉补贴，交叉补贴平衡模型如下。

(23)

(24)

Pd=Ps

(25)

转移交叉补贴承担者的电价缴纳上限不应超过电力成本价，即当其电价增加值与完全管制市场内其享受的交叉补贴相等时，其达到电价提升上限。

2.1 基础数据

考虑到受新冠肺炎疫情影响，2020年电力数据具有特殊性，可能存在数据失真，因此本文选取S省2019年相关数据作为实例分析的依据。

根据2015年国家发改委印发的《输配电定价成本监审办法(试行)》[29]中相关数据核准S省电力公司固定资产情况以及2019年S省各电压等级各类型用户相关数据，如附录中表A1—A7所示。

表A1 2019年S省电力公司固定资产原值和固定资产净值Tab.A1 2019 original value of fixed assets and net fixed assets ofS province power company亿元

表A2 2019年S省各电压等级用户用电负荷Tab.A2 Electricity load for customers of various voltage levels in S province in 2019

表A3 2019年S省各电压等级各类型用户用电量Tab.A3 Electricity consumption by type of consumers by voltage level in S province in 2019亿kWh

表A4 2019年S省各类型用户目录销售电价Tab.A4 Catalog sales tariff for each type of user in S province in 2019亿kWh

表A5 2019年S省一般工商业与大工业用户目录输配电价Tab.A5 2019 S province general commercial and industrial users directory transmission and distribution prices元/kWh

表A6 2019年S省用户最大负荷占比Tab.A6 Maximum load share of users in S province in 2019

表A7 2019年S省用户年负荷利用小时数Tab.A7 Annual load utilization hours of customers in S province in 2019h

2.2 测算结果

2.2.1 理论输配电价测算

S省2019年各电压等级各类型用户理论输配电价测算结果如表1所示。

表1 S省2019年各电压等级各类型用户理论输配电价Tab.1 Theoretical transmission and distribution tariffs for sub-pressure and sub-type users in province S in 2019

由表1可知，同类型用户的理论输配电价普遍随电压等级降低而增加，这主要是因为接入低电压等级的电力用户不仅需要分摊本电压等级的输配电网费用，还需要分摊高电压等级输配电网的费用。此外，对比表1与附录表A4可以发现，同类型用户不同电压等级间的理论输配电价波动较目录销售电价大，如220 kV、110 kV大工业用户理论输配电价分别为0.036 6 元/kWh、0.112 3 元/kWh；
而目录销售电价分别为0.517 4 元/kWh、0.537 4 元/kWh，这主要是受电力普惠性影响。

2.2.2 电价交叉补贴测算

各电压等级各类型用户销售电价交叉补贴、输配电价交叉补贴、转移交叉补贴进行测算结果如图3所示。图中，销售电价交叉补贴和输配电价交叉补贴处于横坐标以上/以下时表示该类型用户享受/承担交叉补贴。

图3 分压分类型用户交叉补贴Fig.3 Cross-subsidy measurement of sub-pressure sub-type users

从销售电价交叉补贴情况来看，S省销售电价交叉补贴普遍呈现工、商业用户补贴居民、农业用户；
高电压等级补贴低电压等级现象，这与我国交叉补贴设立初衷保持一致。但也存在例外，如接入10 kV电网的大工业用户也享受了0.018 3 元/kWh的销售电价交叉补贴，这主要是因为接入10 kV电网的大工业用户最大负荷占比较大，因此其需承担的输配电成本较高，相应地理论输配电价也较高。

从输配电价交叉补贴情况来看，参与市场化交易后，工、商业用户仍承担一部分交叉补贴，但其承担的输配电价交叉补贴远低于在管制市场中承担的销售电价交叉补贴水平，且工、商业用户需要承担的交叉补贴仍然随着电压等级的降低而减少；
售电公司代理下参与市场化交易后，农业与居民用户由交叉补贴享受者转变为间接的交叉补贴承担者，且其承担的单位电量交叉补贴大于工、商业用户。

从转移交叉补贴情况来看，用户参与市场交易均会导致转移交叉补贴，其中，工、商业用户承担的单位交叉补贴减少，由此造成市场内转移交叉补贴增加；
农业与居民用户在售电公司代理下参与市场交易，承担与一般工商业标准相当的输配电价，由交叉补贴享受者转变为间接的交叉补贴承担者，弥补了部分转移交叉补贴。但是，由于工、商业用户的用电规模远大于居民与农业用户，因此，居民与农业用户在售电商代理下参与市场交易带来的交叉补贴的增加量不足以弥补市场内转移交叉补贴总量。

2.2.3 转移交叉补贴平衡模型测算

S省2019年市场化交易情况如表2所示。

表2 S省2019年市场化交易电量规模Tab.2 Market-based electricity trading in S province in 2019

由转移交叉补贴平衡模型可得，在S省2019年市场化交易程度下，β为0.049 6，即S省管制市场内居民与农业用户用电价格在目录销售电价的基础上提升4.96%，可以弥补用户参与市场化交易带来的转移交叉补贴缺口。从居民的电价溢价接受能力来看，2014—2019年我国居民人均可支配收入同比增长率始终保持在8%以上，远高于承担转移交叉补贴的电价提升比例。进一步，对居民与农业用户电价进行敏感性分析，结果如图4所示。

图4 居民与农业用户电价敏感性分析Fig.4 Sensitivity analysis of electricity tariff for residents and agricultural users

由图4曲线可知，随着市场化交易电量增加，未达到市场化交易准入门槛且未找售电商代理的居民与农业用户需要承担的用电价格逐渐增加。当市场化交易电量增加21%时，10 kV的居民用户电价提升比例为6.1%，达到价格提升上限；
当市场化交易电量增加49%时，35 kV的居民农业用户电价提升比例为7.8%，达到价格提升上限；
当市场化交易电量增加73%时，35 kV与1 kV及以下的居民用户电价提升比例为9.2%，均达到价格提升上限；
当市场化交易电量增加104%时，1 kV及以下的居民用户均参与市场化交易。

综合来看，S省市场化交易程度在2019年的基础上增加49%时，居民与农业用户电价提升比例仍处于溢价接受能力之内，且调整后电价基本能够反映电价的真实水平。

本文结合输配电价分配理论构建了基于市场交易方式转变的分压分用户类型的转移交叉补贴测算模型，并提出了以合理提高管制市场内农业与居民用户销售电价为基础的转移交叉补贴平衡模型，通过研究得到如下结论。

1)参与市场化交易后，工、商业用户承担的交叉补贴较参与市场化交易前有较大降幅。其中，一般工商业用户降幅位于25%～50%之间，大工业用户降幅均达70%以上，整体来看，受负荷传导关系影响，交叉补贴与电压等级仍呈负相关关系。

2)在售电公司代理下参与市场化交易后，居民与农业用户由交叉补贴享受者转变为间接的交叉补贴承担者，其实际缴纳的输配电价为售电商缴纳的一般工商业用户输配电价，且其承担的单位电量输配电价交叉补贴大于工、商业用户。

3)以2019年市场化交易规模为基础，S省市场化交易规模增幅小于49%时，本文构建的转移交叉补贴平衡模型能够在考虑居民溢价接受能力的情况下缓解我国现存的用户电量的市场转移导致的交叉补贴转移问题，此外，模型还能够逐步引导用户参与市场化交易，从而推动我国电力市场化改革。

然而，本文所构建的转移交叉补贴平衡模型仅适用于过渡期电力市场，能根据当前市场开放程度大致估算交叉补贴市场失衡程度，并提供短期解决思路，但是缺乏对电力市场长期的动态平衡机制设计研究，这是接下来针对转移交叉补贴平衡模型的研究重点。

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