电力不可存储与电力期货市场失败：成因与机制，本文主要内容关键词为：电力论文,期货市场论文,成因论文,机制论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
电力期货被作为抑制电力市场波动、提高电力市场效率的工具受到了普遍关注。并得到了大量研究成果，多数研究者认为电力期货有助于抑制电价的波动，例如Biorgan等（1999）、Mount（2001）、Borenstein（2001）、张显和王锡凡（2005）、迟正刚和张敏（2005）、周浩和陈建华（2003）、江健健等（2003）、杨梅等（2007）以及朱太辉和吴忠群（2008）。一些文献甚至已经开始探讨利用电力期货进行风险管理和预测的方法，例如Tanlapco等（2002）、王良友等（2004）以及吴世勇等（2006）。但是对于电力期货市场自身的问题以及电力期货市场和现货市场之间的协同作用则少有文献研究。不幸的是，正当人们对期货市场寄予很大希望的时候，美国的电力期货市场却发生了意想不到的交易中断。由此暴露出电力期货交易本身可能存在严重的系统性缺陷。很多人把美国加州电力期货市场失败归因于市场操纵（见Moulton,2005）。已有很多学者意识到，电力的不可存储性导致期货价格与现货价格之间缺乏联系，由此引起期货交易失败，如Moulton（2005）和Collins（2002）。然而他们并没有说明为什么不可存储性会导致期货交易丧失价格发现功能，似乎仅仅是因为电力不可存储，就必然造成电力期货从根本上失去与现货价格相联系的可能性，这一点在Collins（2002）的论文中表现得十分突出。最近有研究指出电力期货价格与现货价格正相关，并肯定了电力期货的价格发现功能，例如Zhe和Zhao（2005）、Wu等（2008）以及Feng等（2007）。实际上，长期以来人们普遍认为“在电力市场化改革中引入期货交易能够给予市场参与者抵御巨大市场风险的能力”，例如周浩等（2004）。那么到底电力的不可存储性给电力期货交易带来哪些影响，而这些影响形成的机制又是什么呢？曾有研究者对电力市场运行有效性的必要条件做过归纳，其中的两个必要条件是买家和卖家的数量都必须足够多，而且电力的实际需求必须对价格具有充分反映，如Woo等（2003）。由于现实中电力用户数量庞大，人们便很容易认为参与电力期货交易的人数也一定十分庞大，然而事实并非如此（见Moulton,2005和Woo,2003）。与此同时，电力需求对电价弹性很低（见Lijesen,2007），而电力供给对价格的弹性是较充分的（见Creti和Fabra,2007）。这意味着电力期货市场不可能是有效的。那么，又是什么原因导致出现这些问题呢？有研究表明这些问题的形成与交易者的决策行为有关，如吴忠群（2008）。但是对于决定这些决策过程的根源则没有阐明。
本文试图围绕电力的不可存储性，分析交易者决策过程，寻找电力期货市场失败的原因及其机制。
二、电力市场波动成因
这里现货市场指实时交易的市场。按照一般的经济理论，现货市场的价格由市场供求决定。对于寡占型电力市场而言，企业面对的问题是如何决定产量。① 在这样的市场上，企业竞争的最终结果将达到一个动态的均衡状态，其最优产量（上网电量）可表示如下：②
显然，如果能够求出市场总容量，就能确定单个企业的最优产量，这样每个企业都按照最优产量生产，于是供求平衡，价格稳定，这是人们所期望的。③ 然而由于市场需求量是不确定的，因而也就不可能找到一个完全确定的最优产量。当然生产条件的不确定也是电力生产厂商所面临的风险，比如对于水力发电企业，气候和水文条件的不确定性，对于火力发电企业，燃料价格的不稳定等等。但是生产方面的不确定性对于本文的议题并不重要，故略去，以便我们把注意力集中在电力的不可存储性上。
一般情况下，市场容量会随着经济的变化而改变，如果把引起电力市场需求量变化的经济因素看做是外生的，那么，这些因素对于电力市场的影响就是一种扰动。于是，市场需求量④ 的变化服从下面的模型：
在此基础上发电企业决定各自的产量，这样对于市场整体而言，需求波动处于主导地位：当需求在发电容量的范围内时，供给对于价格具有完全弹性，电力价格是稳定的；当需求超过供给能力时，供给对于价格将失去弹性，价格会不停上涨。这是因为电力不可储存以及电力传输受电网容量限制。这将导致两个严重后果：一方面当需求突然增加时，供给无法跟上，价格将急剧上涨；另一方面，当需求突然减少时，供给无法储存，供给过剩，价格急剧下降。图1显示了电力现货价格波动的实际情况，不仅波动频繁而且伴随着经常性的价格骤然飙升（price spike）或狂跌。一日之内价格的变动幅度可以高达数十倍。这在普通商品市场上是不存在的，在金融产品市场上也是罕见的。
三、电力期货价格发现机制的特殊性
很多关于电力期货有效性的分析都缺乏可靠根据。正如Collins（2002）所指出，人们对于电力期货作用的预言来源于对竞争性市场一般属性的天真信念，而不是建立在对电力市场的实际理解上。与以往的研究不同，Collins（2002）对电力市场条件下期货与现货的关系进行了较为细致的研究。Collins（2002）认为，期货的价格发现功能与商品的可存储性有直接联系。假定商品可以被储存的时间是t＞0，现货价格是
，利率为r，忽略其他成本，提前t时间的期货价格
就近似等于现货价格的未来值，即
如果期货价格高于上式的计算值，就会有套利者抛售期货买入现货，从而使期货价格下降、现货价格上升，反之则有套利者购买期货而卖出现货，使期货价格上升现货价格下降。结果，在套利压力作用下，期货价格与现货价格大体上保持（4）式所示的关系。这也就是期货具有“价格发现”功能的原因。
但是Collins（2002）认为，电力不同于普通商品，它不可存储，这使得今天的均衡现货价格与明天的均衡远期价格之间失去联系，因此套利行为对现货价格波动的限制作用就不存在了。其理由是：由于电力的不可存储性，不可能把今天的电留待明天出售，所以明天的价格对今天的决策没有影响，无论明天的价格是多少，今天的发电容量必须也只能在今天售出，明天可以卖出的只能是且必须是明天的发电容量。所以他断言，对于电力而言，电力期货交易不具有价格发现功能。
Collins（2002）的研究否定了此前人们构想电力期货改善电力市场效率的基本根据。这是一个值得高度关注的问题，如果Collins（2002）的分析完全正确，我们就必须改写电力期货的相关理论。
然而，这里要阐明的是，尽管电力的不可存储性造成人们无法通过常用的存货调整对价格做出反应，但是依然存在对电力期货价格做出有效反应的途径，即基于预期的决策机制，其本质是虚拟存货。这正是Collins（2002）以及其他相关分析中所忽视的问题。
（一）常规存货理论的视角
假定今天的电价是200元/MWH，并且知道明天的电价是210元/MWH，通常情况下，任何发电商都愿意把今天的电留到明天卖，但是由于电力是不可储存的，所以在纯粹的现货市场上，任何人也不可能把今天的电力保留到明天，今天的电只能今天卖掉。于是明天的电价对于今天毫无影响，发电商只能被动接受价格，而没有任何主动选择的可能。⑤ 这正是Collins（2002）要表达的意思。如果电力现货与期货价格之间的联系仅仅如此的话，那么电力的不可存储性就是电力期货市场发挥功能不可逾越的障碍。
图2 不可储商品的虚拟存储
注：图中黑色区域为以期货形式卖出的电量。
图3 纯粹现货交易的情形
注：图中灰色区域为没有卖出的电量。
（二）虚拟存货的视角
为了易于理解，仍以一个例子来说明其中的道理。比如有一个发电商每天的额定发电量是10MWH（这是由额定功率决定的），如果今天的现货价格是200元/MWH，而明天交货的期货合约价格是220元/MWH，如果该厂商预期的明天现货价格是210元/MWH，那么显然今天就以期货合约的形式卖出电力是最优的（风险小而预期收益高）。从技术角度看，发电的过程没有丝毫改变，但是从管理的角度看，发电商能够提前对自己的容量做出安排，就如同把未来现货市场上的电能转移到现在交易一样。可见，由于电力期货的存在，发电商能够决定可用发电容量中多大比例留待现货市场交易，相应的，决定多大比例用于期货交割。形象地说，就是现在决定保留多少电量用于未来的现货交易，相应地保留多少电量用于期货交割。这就是本文所说的虚拟存货原理，可以用图2和图3直观地描述。
图2说明如果能提前一段时间以期货形式卖出电量，那么在未来现货市场上的售电量就可以减少相应的比例，相当于对未来的电力提前进行了存储，即虚拟存货。
图3说明当没有期货交易时，现货市场交易无法把可售电量全部售出，比如发电商可能难以在短时间内找到合适的买主，造成产能闲置。
可见，期货交易对现货市场可交易电量具有直接影响。在t时刻看t＋1时刻的电力供给，则它由两部分组成——由期货确定的电量和待交易的现货电量。这就意味着，在t时刻通过期货交易决定了未来现货市场的供给结构，期货交易就相当于为未来的供求匹配预留了相应的份额。
四、期货与现货价格的互动
通常情况下，先期交易的商品价格对后续交易的价格具有重要的指导作用，被称为“价格发现”。通常说期货具有“价格发现”功能，就是因为人们能够根据期货价格对现货交易做出调整。但是，电力的不可存储性造成期货价格和现货价格的互动机制有所不同。对于普通商品，所有的交易参与者都可以通过调整商品的存量应对价格变化，而电力的不可存储性造成所有的到期发电容量（包括以期货形式确定的和以现货存在的）必须实际转化为电能，否则将被闲置，因为任何剩余的容量不可能转移到下一期交易。这导致电力期货的价格发现功能变得更为复杂。
在电力期货交易中，不同的交易者面临的价格风险暴露程度不同，这将导致他们的交易策略明显不同，并决定了期货和现货价格的互动关系。当现货价格上升时，所有的发电商都希望执行平仓，即买回期货合约，对冲初始头寸，电力用户则愿意持有期货以减少基差损失，显然这时期货的需求大于供给，价格必然上升，直至基差缩小到0，供求意愿达到平衡，期货的价格由此确定下来，结果期货的市场价格相应上升；而当现货价格下跌时，所有发电商都愿意保持期货合约的空头头寸，等待实物交割，电力用户则愿意卖出期货以获得基差收益，这时期货的供给大于需求，价格必然下降，直至基差缩小到0时供求意愿达到平衡，结果期货价格相应下降。没有实际电力需求或供给的纯粹投机商的收益与基差变化无关，交易开始时他们根据预期决定买入还是卖出，由于价格波动具有随机性，因此投机商买入和卖出的数量可视为大致相抵，即其净头寸近似为0，所以投机商的意愿不对价格产生实质性影响。因此，电力
上式说明，电力期货与现货之间存在密切的互动机制。但是，这种互动机制转化为实际的价格发现功能是有条件的，即期货市场必须具有充分的流动性，否则这一功能就会被降低甚至被彻底破坏。
五、投机陷阱与流动性枯竭
人们预期引入电力期货交易后，发电商、电力用户和投机者都可以参与市场交易，从而不仅可以提高市场的效率，还能够增加市场的流动性。出乎人们意料的是，电力期货市场在经过了短暂的增长之后，戏剧性地萎缩直至中断。
为了分析这一现象的原因，必须从期货市场的交易策略说起。通常可供操作的期货套期保值策略有三种：（1）实物交割的套期策略，这类似于远期电力合同的使用；（2）直接套期策略；（3）交叉套期保值策略。这些策略的较为详细的讨论可参见Tanlapco等（2002）和吴忠群（2008）。实际上，这三种策略主要是在形式上具有差别，其原理是一致的，见Wu和Davison（2010）。因此本文不分别展开说明。
为了防止出现价格波动引发的损失，发电企业可以在电力期货市场上卖出与其现货规模相当的期货份额，于是电价被提前确定下来，以防止价格波动对利润的影响。⑥ 同样，电力用户和投机者也试图利用交易达到避险或增值的目的。
发电商套期保值的策略是卖出期货，到期时买入期货对冲掉初始套期头寸；电力用户的套期保值策略是买入期货，到期时卖出期货对冲掉初始的套期头寸。通常，发电商和电力用户都是套期交易者，套期交易者的实际损益由现货和期货之间的基差决定。如果基差增大，套期交易的买方（一般是电力用户）则遭受净损失，而套期交易的卖方（一般是发电商）则获得净收益；如果基差下降，则结果相反；如果基差不变则套期交易的双方都刚好达到盈亏相抵的状态。纯粹的投机商在交易开始时根据预期决定买入还是卖出期货，在到期前对所持有的头寸进行对冲交易，其收益由期货的价差决定，与基差变化无关。
套期分析表明，无论现货价格上升还是下降，只要基差不变套期保值策略都能发挥稳定收益（对发电商而言）和支出（对电力用户而言）的作用。所以理性的发电商和电力用户必然采用套期策略降低自身所面临的风险。因此，这是一个纳什均衡。在这一情形下，投机商的行动完全是被动的，因为电力不能存储，投机商无法通过现货市场交易调整期货合约的头寸，只能完全根据期货价格的波动即时采取对策。如果现货市场完全遵循布朗运动，则投机者的期望收益为0，这意味着电力期货市场对于投机商而言是无套利的，投机商参与这样的市场交易不是最优的选择。我们把这一情形称为“投机陷阱”。
实际数据支持了本文的这一分析。如图5所示，从1996年年初到2000年4月，美国加利福尼亚电力期货的交易者结构发生了根本性的变化：最初投机商占了超过1/2以上的比例，稍后还吸引了小投机商的进入，但是渐渐地投机商所占的比例越来越小，直至完全消失。
图4则直观地显示了期货价格具有波动频繁的特征，这使得投机者难以准确预测期货的价格变动。从而使纯粹套利策略的预期收益极低。
图4 电力期货价格的波动
注：纵坐标为价格（美元/兆瓦·时），横坐标为日期。
资料来源：根据美国PJM市场期限为一个季度的电力期货的收盘价格绘出，时间为2009年7月1日至2010年6月30日。
图5 电力期货在不同参与者中的分布
注：纵坐标为百分比，横坐标为月份，深灰色方框代表小额交易者所占份额，浅灰色方框代表大额投机商，无色方框代表大套期商。
资料来源：根据Moulton（2005）的统计结果绘出。
六、结论
即使不存在人为操纵和监管不力，电力期货市场也必将因为“投机陷阱”的存在而缺乏流动性，其根源是电力的不可存储性。但是，以电力的不可存储性为根据否定电力期货对现货的价格发现功能，进而把电力的不可存储性与无套利定价原则直接对立起来是错误的。电力的不可存储性妨碍电力期货市场功能发挥的根本机制是套期交易趋同，市场竞争演变为纳什策略，结果形成“投机陷阱”。这其中的关键点是普通的投机者在电力期货交易中处于不利地位，最终退出市场，结果市场因为缺乏流动性而丧失了其应有的功能。
本文的政策含义是，防止电力期货市场功能退化的根本途径是改变交易规则，扭转投机者在市场中所处的不利地位，否则电力期货市场交易中断就有其必然性，这对于电力市场建设极为不利。
注释：
① 寡头市场是少数几家厂商控制整个市场的产品生产和销售的一种市场结构。在电力市场建立前，电力生产行业一般被认为是典型的垄断市场，电力市场建立后，行业竞争性有所增加，基本形成寡头市场格局。
② 为了节省篇幅，具体的分析过程略去，有需要的读者请与作者直接联系。
③ 当然寡占市场并不是理想的市场模式，它会使价格高于完全竞争的水平，但这不是本文要解决的问题，故略去。
④ 这里的需求量指的是每个时期的平均需求量，而不是每个时点的需求量。
⑤ 不考虑发电商合谋操纵市场等情况。
⑥ 期货交割既可以平仓也可以实物交割，其效果相似。
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