引言

　　电力工业市场化改革之前，电源与电网同属一个利益主体，电源和电网的投资与规划可以紧密协调，便于贯彻国家的能源、环保、国土资源等宏观政策。然而，在“厂网分开”后的电力市场环境下，负责发电容量扩展和输电容量扩展的市场主体不同，且各主体间存在潜在的利益冲突，如此完成的规划可能会引起社会福利的损失。我国的电力工业在过去10年间经历了一个由容量过剩到电力严重短缺的巨大变化，对社会经济造成的影响难以估计。

　　在电力市场环境下，作为自负盈亏的经济实体，发电公司进行投资决策的主要依据是项目的投资收益情况，而非系统的可靠性提高或社会福利的增加。影响项目投资收益的因素除了未来的电力负荷和上网电价外，还有项目规划期内的电网投资与规划以及其他发电公司在同一地区内的投资规划情况，但这些信息具有很大的不确定性，且也不易获取，这样就会导致电源规划方案具有相当程度的盲目性。在放松管制后电网公司虽然仍保持垄断地位，但在投资规划时也存在类似的难题。为优化电网投资规划方案，必须能够较为准确地评价采用某种方案时整个规划期内的电力市场运营情况，这一方面需要进行市场环境下的负荷预测，另一方面也需要能够获取电源的未来布局信息。可见，在电力市场环境下发电和输电投资与规划的主体虽然不同，但存在相互影响、相互制约的关系。为使电力系统规划工作能够有序进行，从而以最小的成本实现最大的社会效益，发电和输电投资与规划需要适当协调。

　　在电力市场环境下如何协调电源和电网投资与规划已经成为一个新的课题。

　　1　电源与电网的关系

　　电源与电网是构成电力系统的不可分割的有机组成部分，电源的布局和容量直接影响输电线路的走向和电压等级，而输电容量和输电走廊的位置又反过来影响发电装机的布局，两者的发展又共同受到宏观经济政策、负荷增长、环保约束等因素的影响。文献提到，在传统的电力系统规划中，一般以发电规划为核心，输电规划在发电规划的基础上进行。电力系统规划不仅要满足负荷增长的需要，还要遵循国家能源战略方针，电源的容量和布局应配合一次能源基地(如煤炭基地、水能基地等)的建设大局。由于在传统的垂直一体化垄断的电力系统中，各环节的利益主体一致，电厂与电网之间在规划、入网、运行等方面的矛盾可以通过统筹规划、内部协调，或运用行政方式解决，发输电投资与规划之间的协调比较容易。然而，在电力市场环境下，发电和输电企业作为独立的市场主体，发电投资与规划成为各发电公司或投资者自身的决策问题，输电投资与规划则需要对未来的、期望的发电—负荷模式的变化做出反应。与电力市场化改革前相比，电网的地位和作用发生了较大的变化：一方面它连接着发电公司、配电／零售公司和用户，具有物理功能；另一方面它提供了公平竞争的场所，具有市场和经济功能。具体而言，电网应在如下几个方面发挥作用：

　　(1)电网应具备足够的输电容量，确保电力市场的有效交易的实现。只有具备相当的输电规模，才能形成充分竞争的电力市场。

　　(2)优化资源配置，保障国家能源安全和促进国民经济发展。

　　(3)公正、公平地开放输电通道，为电力交易提供竞争平台，促进电力市场规范和有效的竞争。

　　(4)通过制定合理的输电电价，为电源和用户提供适当的激励。

　　(5)通过统一调度，确保电力系统的安全、可靠与经济运行。

　　(6)通过公布输电规划方案，并向社会提供电力需求、电价预测信息等，引导发电规划，促进发电投资建设。

　　近年来北美和欧洲发生的数起停电事故表明，电网欠投资所导致的社会损失大于过投资的社会净成本，这是因为用户失负荷成本很高。在电力市场环境下保证足够的输电容量对于电力市场的良好运营具有重要的意义，不充裕的输电容量会为电力交易制造约束。然而，在竞争的电力市场中存在多种阻碍输电投资的因素，如果基于市场驱动方式进行输电投资和规划，则可靠性的公共价值可能就不会被适当考虑。

　　文献基于博弈论方法分析了市场条件下电源与电网间的相互关系。研究结果表明：电源企业或电网企业任一方的行为都有可能对另一方的利益造成重要影响，它们之间存在着一种动态的关系；发电企业和电网企业在追求自身利益最大化的同时，有可能使整个电力建设陷入无序竞争状态，造成巨大的资源浪费。为避免资源浪费，提高规划的科学性，统一协调两者的投资与规划行为非常必要。

　　此外，发输电投资与规划在很大程度上依赖于电价体系以及电价的变化趋势，只有电价达到一定水平，投资者才有动力进行容量投资。文献分析了不同电价体系对发输电投资与规划的影响，并指出：如果仅通过商业途径进行发输电投资和规划则需要十分完善的电价机制，且可能会因为太过复杂而实际上并不可行。由于存在交易成本及信息不充分问题，采用适当形式、一定程度的协调而非完全依赖于市场机制可能更为可行，这可在相当程度上避免“搭便车”问题及信息缺乏所带来的负面影响。这样，在电力市场环境下，需认真研究应该如何进行发输电投资与规划的协调，并明确责任主体。

　　2　发输电投资与规划的协调模式

　　电源和电网投资与规划的协调应首先从机制或模式方面入手，设计合理的激励机制或管制机制，从宏观方面引导二者相互协调。目前国内外学者已提出了下述若干种协调模式，这些模式各有特点，其适用范围也不尽相同。

　　2.1　电源主导模式

　　文献认为市场环境下电力规划工作应着重解决“三个协调”问题，即电力工业与国民经济的协调，电力工业与能源政策、矿产资源、环境容量、交通运输等的协调，电力工业内部因素包括电源结构、电源布局等的协调。因此，针对我国国情提出了一种以电源规划为主导的分阶段模式，首先确定电源结构及布局等，然后对电源组织竞争，确定电源建设权，在此基础上再进行电网规划。文献以该模式为基础，提出了电力行业规划的统一优化新模型，并采用准动态优化算法进行求解。该模式比较接近于传统的电力系统规划，也易与国家的能源政策匹配，但缺点是未充分发挥市场的作用，一定程度上限制了发电规划的灵活性。

　　2.2　统一规划模式

　　管理部门基于国家宏观能源政策，在获取足够长期的供求信息后，统筹考虑发电规划和输电规划。其中输电规划可以由政府相关部门或政府委托的机构集中进行，最后按指令性计划实施。对发电侧而言，由于在一个电力市场地域范围内往往存在着多个发电公司，它们都具有独立的市场主体地位，不可能按照过去的指令性方式进行规划和实施。统一规划过程既可从输电规划开始，也可从发电规划开始。发电和输电规划需要进行迭代，筛选出几个可能的发电和输电的优选方案，然后对这些方案进行综合经济分析，提出预期的综合电价和输电电价评估，排列出发电和输电规划方案优先次序供决策者考虑。文献提出了一种方法，即政府根据一次规划布局的合理性和环保要求，批准规划的建厂地址、类型和容量，对发电规划方案进行公开招标，中标的发电投资者被许可投资建设经营电厂。

　　采用这种规划模式时，传统电力系统的各类规划方法大都可以采用，容易实现。规划方案的实施体现了市场力量和管制相结合的原则。这种方法可以引导发电容量在地域上和时域上的合理布局，这对电力系统的安全可靠运行非常重要。这种模式适合于像我国这样电力工业发展快速、市场机制仍在建立之中的电力市场。

　　同样，对于发电投资者而言，这种模式也限制了其灵活性，也存在传统的规划模式所具有的缺点。

　　2.3　参考规划模式

　　文献提出由政府主管部门或政府委托的机构统一进行发电和输电规划，形成参考规划方案，供发电投资者参考。这种规划方法一定程度上能体现政府主管部门期望的投资规划结果。规划过程如下：

　　(1)根据对未来的负荷情况预测发电投资选择，之后进行输电投资规划。在输电规划优先的基础上，进行发电和输电统一规划，形成参考规划方案。

　　(2)发布参考规划方案信息，特别要包括新的发电机组接入系统后未来的输电信息。

　　(3)各发电投资者考虑参考规划方案，进行各自的发电投资规划，之后向政府主管部门申报发电规划方案。

　　(4)投资者提交的发电规划方案如果与参考发电规划方案不一致，则重新进行发电和输电优化规划研究。经过几次迭代，可以形成被发电投资者和电网公司所接受的整个电力系统的优化规划方案。

　　在形成发电和输电优化规划的参考方案时，优化的目标一般为预期的发电和输电投资成本、运行与维修成本、可靠性和风险损失成本的综合值最小。发电投资者可以在第1次发电和输电参考规划方案形成之前，自主研究发电投资规划方案，向主管发电和输电参考规划的编制者提交规划方案供考虑。因此，这种规划模式可以体现市场环境下投资者自主决策的原则，兼顾发电和输电公司的意愿。不过，发电厂合理布局方面的协调比较复杂，一般难以实现全局最优。参考方案的形成过程基本上与统一规划模式相同。参考规划的重要用处之一是提供适当的输电价格信号，以长期边际成本为基础的节点电价能对系统规划提供较好的经济信号。

　　2.4　输电主导模式

　　电网公司在区域内占垄断地位，并具有信息优势，利于从全局把握系统规划方案。文献构造了一种受均衡约束的数学规划(MEPEC)模型，并以一个30节点系统为例，比较了主动式网络规划者(主动进行输电投资以引导出优化社会效益的发电均衡投资)、集中式资源规划者(即发输电统一规划)以及被动式网络规划者(输电投资规划时仅考虑当前装机容量而忽视发电和输电之间在扩展过程中的相互依赖关系)的投资决策。研究结果表明，从社会效益角度看，主动式网络规划虽然不优于集中式资源规划，但可以通过主动扩展网络容量，在一定程度上消除由于发输电分离而产生的社会福利损失。

　　文献也设计了一种输电主导模式，并引入协调因子来促进厂网协调规划，提出了共同分担规划风险机制。以缺电成本和输电成本作为规划协调变量、社会效益最大为目标，采用蒙特卡罗模拟法进行风险分析，结合投资者对效益和风险的理性认识，建立电力市场环境下厂网协调规划数学模型。

　　基本思路是以电网规划引导电源规划，由电网规划确定协调因子并通过其传达全局信息。其中输电规划遵循国家能源战略方针，对未来水平年的负荷水平和分布情况进行预测，在此基础上识别未来可能的发电规划场景，并在电网规划过程中反复抽样迭代模拟，在此过程中充分考虑未来运行方式的综合成本和输电成本，同时兼顾系统安全稳定运行的需要。将协调因子变量代入发电规划部分，通过协调因子对电源点(电厂)布局进行指导；而发电投资决策要计及对收益有重要影响的协调因子。通过比较若干可行电源布局点以及不同装机容量的一些组合进行发电投资规划。

　　在这种模型中，协调因子是关键。协调因子表示一种费用，可以理解为厂网规划之间的“平衡基金”。新建电厂按照选址所在地的协调因子向电网公司交纳费用，电网公司则要保证该厂竞价上网的电量不受阻塞。当电网出现阻塞需要某电厂减小出力时，电网公司要对该电厂按相应的协调因子对减少出力所引起的损失进行补偿。

　　从整体上讲，此规划模式通过协调因子对电厂和电网这2个平等的经济实体起协调和平衡作用，比较公平。如何适当确定协调因子是此方法的关键。

　　2.5　市场激励模式

　　就电力市场环境下的电力系统规划而言，发电公司(CENCOs)、输电公司(TRANSCOs)和独立系统调度机构(ISO)等扮演着重要角色。由于各方追求的规划目标不同，可以通过循环迭代的方式模拟各方的目标和在市场上的响应，通过这种方式协调投资者的利益，并逐步达到各方可接受的最优规划方案。文献就基于这样的考虑提出了循环迭代的发电和输电协调投资与规划的模式。

　　在该协调规划模型中，ISO并不负责确定需要的发输电容量，而是基于系统安全准则向市场成员提供某种容量信号并收集市场主体的反映，通过迭代ISO确定容量支付的数额。利用节点边际电价、关口输电边际价格、容量支付等市场信号为市场环境下的发输电协调投资规划问题提供一个一般化的模型。

　　在投资决策过程中，ISO通过引入容量信号来作为新增发电或输电容量以改善系统安全性的激励。容量信号的计算采用了Bender's分解技术和拉格朗日松弛方法。ISO基于容量信号向GENCOs和TRANSCOs提供补偿。其中，GENCOs从容量和能量支付中获得收益，TRANSCOs从容量支付和关口输电权支付中获得收益。

　　计及系统安全约束的发电和输电投资与规划问题包括GENCOs和TRANSCOs的容量规划问题、ISO的网络安全性检查问题以及ISO的最优运行等3个子问题。文献给出了详细的数学模型，并通过算例进行了验证。仿真结果表明：该模型能够模拟包括ISO、GENCOs及TRANSCOs在内的市场参与者之间的交互作用，能够为投资者提供位置信号，引导系统规划部门、管理部门、地方政府相关部门在新增容量的数量和位置方面进行合作。

　　3　各国在协调发输电投资规划方面的做法

　　在电力工业市场化改革的初期，有关各国普遍将重点集中在电力市场的结构设计和市场运行方面。随着改革的深入，发电投资、电网投资与负荷增长之间的矛盾日渐突出，对电力市场的稳定运营构成了威胁，逐步引起人们的重视。对于应该如何进行电力市场机制设计，以协调发电和输电的投资与规划，各国的做法不尽相同。

　　在美国，没有集中和协调的发电规划，发电厂的新建、改造、退役和容量买卖由各个发电公司自己决定，风险自担。ISO或区域输电组织(RTO)负责输电规划，但不拥有输电资产。这样，要使输电规划适应将来各种可能的电力交易是一个相当困难的问题，存在潜在的可靠性问题r，。在英国，同样没有集中的发电规划，输电规划由国家电网公司负责。输电规划必须满足用户需求和安全标准，安全标准是电力监管授权国家电网公司经营业务的一部分。

　　在挪威，电厂的新建、改造和退役完全由发电公司自行决定，同时自担风险。然而，电厂的建设必须得到监管部门的特许经营权，即需要获得建设经营许可证。输电系统的可靠性和输电规划由电网公司负责，但在没有征得用户的咨询意见的情况下，电网公司不能兴建新的输电线路。

　　在南美国家，随着电力工业私有化的逐步推进，电力投资与建设的责任由政府逐步转移给私有机构。新的电力工业组织结构为发电领域的私人投资者提供了充分的自由。在玻利维亚、智利、秘鲁和哥伦比亚，政府机构会从社会效益最大化的角度制订互联电力系统指导性规划方案，以协调发电投资行为，但在不同的国家，指导性规划方案被遵循的程度有所不同。在输电方面，私有的输电系统所有者均被要求为竞争的发电公司提供开放通路，但在投资规划方面这些国家的做法有较大区别，其主要表现在政府干预和协调的程度上。智利通过一种协商性的开放接入收费系统，由私有机构利用市场手段进行输电扩展规划；阿根廷则通过公开竞标的形式进行输电规划协调；玻利维亚和秘鲁则通过所定义的“适宜的输电系统”并设置输电偿还价格上限协调各私有投资者，只有符合该系统的投资才能获得补偿。

　　指导性规划的目标是在一定规划期内的投资和运行费用及未供电能最小。再以风险最小为依据，对得到的最优解进行分析，通常要考虑未来负荷的增长和对燃料价格的评估。这里应着重强调该方案的“指导性”特征，因为它并不强迫私有投资者按该方案进行投资。

　　在制定规划方案时，政府主管部门可以要求私有投资者们递交项目申请。“指导性”规划中的推荐项目通常会被投资者看好。对发电投资者而言，指导性规划对公司是一个利好的重要信息，同时也易得到第三方的资金支持。

　　从私有投资者的角度看，通过开发投资项目产生期望的回报符合其战略利益；从政府主管部门的角度看，“指导性”规划的制定是以社会效益最大化为目标的，计及了投资的社会价值，考虑了包括燃料成本、投资额及适当的投资回报率等因素，这能够取得双赢的结果。

　　然而，由于外部因素的存在，投资者的决策往往与社会最优的决策不一致。一般而言，私有投资者难以详细了解外部性因素如电厂的环境影响等的细节，这就需要政府主管部门提供相应的信号。政府主管部门应根据实际的投资情况，定期提供修正的数据指导投资者的决策行为，以最大化社会效益，同时充分发挥市场机制的作用。

　　4　有待解决的关键问题

　　传统的保障发电和输电投资与规划的协调机制和理论在新的市场环境下不再适用，而这一问题又关系到电力工业的长远发展及电力市场的稳定运营，因此必须认真研究一些有待解决的关键问题：

　　(1)机制或模式方面的创新：设计合理的激励机制与管制机制，从宏观方面引导发输电规划的相互协调，是解决这一问题的关键。在构建机制时，应首先识别影响发输电协调投资与规划的主要因素，明确各参与主体的责、权、利。发输电投资是对投资位置、投资时间、投资大小的决策，应分清哪些方面应该由市场机制确定，哪些方面则应该通过管制方法确定，以及各类管制方法对协调效果的影响等等。

　　(2)理论或模型方面的创新：针对给定的协调管制机制，需要研究应该如何建立发电和输电投资与规划的模型，以及采用何种算法求解。无论发电或输电投资与规划，都是复杂的多决策变量、多约束条件优化问题，而且具有整数性、非线性、多目标性、动态性及不确定性等特点，同时其复杂性随着系统规模的增大而增加。传统上一般将发电和输电的投资与规划问题分别建模求解，将两者综合考虑的模型和算法很少。

　　(3)反映发电和输电投资与规划协调程度的指标体系：发电和输电投资与规划涉及的时间跨度大，且是一个动态的过程，如果没有定量的指标体系来衡量二者的协调程度，则难以及时准确地跟踪和评价二者协调的效果。

　　(4)定价机制的完善：对发输电投资和规划影响最大的是发电上网电价和输配电价，应该考虑通过电价来引导发电和输电投资与规划。如果能构建出反映发输电投资规划协调程度的稀缺定价机制，则可能对实现发输电投资与规划的协调起到很好的引导作用。

　　5　结语

　　作为电力系统投资与规划的2个重要组成部分，发电和输电投资与规划只有协调一致、均衡发展，才能实现资源的优化配置进而实现社会效益最大化。目前在这一领域中尚有很多问题值得研究或进一步研究，诸如应该怎样有效地组织电力市场环境下的电力规划过程，如何更为充分地发挥出电力市场的资源优化配置效益，采用怎样的理论和算法处理发电和输电投资规划的分散决策和协调统一，以及如何考虑节能环保约束以保障电力系统的可持续发展等等。这些问题是目前电力工业改革中迫切需要解决的、极富挑战性的课题，是非常重要的基础性的研究工作。