區(qū)域煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)分析

彭 旭 趙宇琦

華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理系 河北 保定 071003

0 引言

自從2002年煤炭?jī)r(jià)格市場(chǎng)化以來(lái)，煤炭企業(yè)與電力企業(yè)圍繞著電煤價(jià)格的矛盾不斷升級(jí)。一方面，煤炭?jī)r(jià)格已經(jīng)實(shí)行了市場(chǎng)定價(jià)，另一方面，電力企業(yè)的發(fā)電價(jià)格卻受到政府的管制。“市場(chǎng)煤，計(jì)劃電”的價(jià)格雙軌制形式是當(dāng)前煤電關(guān)系困局的主要原因［1］。

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)煤電產(chǎn)業(yè)矛盾提出了很多相關(guān)建議和解決方案，其中“煤電產(chǎn)業(yè)縱向一體化”是緩和煤電產(chǎn)業(yè)矛盾，促進(jìn)煤電能源發(fā)展的重要架構(gòu)模式。劉勁松（2007）從“煤、電租”的角度分析了煤電企業(yè)縱向關(guān)系中的關(guān)鍵問(wèn)題，提出了緩解煤電沖突的政策建議。楊蕙馨（2007）指出產(chǎn)業(yè)鏈中分工制度安排包括：企業(yè)分工、準(zhǔn)一體化契約分工和市場(chǎng)分工。成本與收益的比較是決定分工制度安排選擇的主要因素。林衛(wèi)斌（2007）認(rèn)為煤電矛盾的根源在于煤炭?jī)r(jià)格雙軌制，解決矛盾的根本途徑就是打破集體談判形成重點(diǎn)電煤合同的縱向治理模式。 Jacek Kamiński（2008）考察了波蘭電力企業(yè)與煤炭企業(yè)之間縱向一體化程度與長(zhǎng)期合同、現(xiàn)貨市場(chǎng)交易之間關(guān)系。Thomas P.Lyonb（2012）以坑口電廠為例研究了如何處理縱向關(guān)系問(wèn)題以提高整體效率。

由于市場(chǎng)勢(shì)力的不同，煤電產(chǎn)業(yè)雙方就電煤的價(jià)格問(wèn)題進(jìn)行了博弈，博弈的最終結(jié)果往往是電力企業(yè)與煤炭企業(yè)各自抱團(tuán)，意見(jiàn)難以統(tǒng)一［2］。長(zhǎng)期以來(lái)，產(chǎn)業(yè)鏈下游的煤炭資源以行政指令的方式進(jìn)行資源配置，這種配置方式往往存在信息溝通不暢以及遲緩，難以用有效的方式進(jìn)行資源的優(yōu)化和利用［2-4］。作者認(rèn)為，區(qū)域性能源產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)是一種有效的解決方案，該方案已經(jīng)在部分地區(qū)初步實(shí)踐且效果良好。通過(guò)構(gòu)建一體化能源系統(tǒng)可以“繞過(guò)”煤電企業(yè)間因各自利益沖突導(dǎo)致的不必要的博弈過(guò)程，大大降低交易成本和交易風(fēng)險(xiǎn)，避免尋租過(guò)程，有序規(guī)范煤炭企業(yè)的開采過(guò)程，使得煤炭企業(yè)可以根據(jù)實(shí)際需要統(tǒng)籌安排生產(chǎn)，讓一體化能源系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)出來(lái)。本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，嘗試從理論上說(shuō)明一體化能源系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)特性，為未來(lái)能源工作的開展提供一定的啟示和借鑒。

1 煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)是由煤電能源供給系統(tǒng)、煤電能源運(yùn)輸系統(tǒng)、煤電能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、煤電能源政策系統(tǒng)、煤電能源社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和煤電能源環(huán)境系統(tǒng)，六個(gè)子系統(tǒng)所構(gòu)成［5］，如圖1所示。

圖1 煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)因果關(guān)系圖

煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)之間相互聯(lián)系、互相支撐、協(xié)同運(yùn)作，共同構(gòu)建了動(dòng)態(tài)的不斷發(fā)展著的煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)［6，7］。

煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，具有以下特點(diǎn)。

1）煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性。

2）煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)是多個(gè)子系統(tǒng)互動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)包含眾多的子系統(tǒng)，并且在更高的層次上與社會(huì)文化、國(guó)家意志相關(guān)聯(lián)。因此，煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)發(fā)展是由眾多子系統(tǒng)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化、國(guó)家意志、環(huán)境、政策等層面上相互作用、相互耦合的動(dòng)態(tài)過(guò)程［8］。

3）煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)具有不確定性。煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的不確定性來(lái)自于三個(gè)方面：自然現(xiàn)象的不確定性；社會(huì)現(xiàn)象的不確定性；認(rèn)識(shí)的局限性。

2 一體化能源系統(tǒng)的多維動(dòng)態(tài)構(gòu)建方法及模式選擇

煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)在理論上屬于企業(yè)的縱向一體化范疇。煤電產(chǎn)業(yè)的縱向一體化有兩個(gè)方面的含義：1）企業(yè)的狀態(tài)，指的是單個(gè)企業(yè)向某種產(chǎn)品的生產(chǎn)端或銷售端的延伸。2）企業(yè)的行為，指企業(yè)通過(guò)縱向合并或建立新的生產(chǎn)或銷售組織，進(jìn)入另一個(gè)加工或銷售階段的行為。

煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)策略就是在市場(chǎng)機(jī)制下，按照煤電產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)工序?qū)F(xiàn)有的煤電產(chǎn)業(yè)鏈上處于上、下游的產(chǎn)業(yè)或企業(yè)，在地域空間范圍內(nèi)結(jié)合起來(lái)。即將煤炭企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和電力企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)納入到同一個(gè)體系當(dāng)中，使某些不必要的市場(chǎng)行為內(nèi)部化的過(guò)程。

煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的構(gòu)建不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過(guò)程，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)的不斷加強(qiáng)、完善和積累的過(guò)程。煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)直觀表現(xiàn)為以煤電產(chǎn)業(yè)中的“龍頭企業(yè)”為核心，通過(guò)資本驅(qū)動(dòng)、成本驅(qū)動(dòng)、生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)、政策驅(qū)動(dòng)等模式，在一定空間范圍內(nèi)或跨越空間向前延伸、向后拓展從而形成煤電產(chǎn)業(yè)的縱向一體化。煤電產(chǎn)業(yè)鏈上節(jié)點(diǎn)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)是由龍頭企業(yè)的市場(chǎng)勢(shì)力所影響和決定的。因此，在煤電產(chǎn)業(yè)縱向一體化的構(gòu)建過(guò)程中，煤電產(chǎn)業(yè)中的龍頭企業(yè)需要不斷調(diào)整其自身的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)策略，著眼于煤電產(chǎn)業(yè)鏈的完整性、延伸力和耦合程度，通過(guò)龍頭企業(yè)與其它節(jié)點(diǎn)企業(yè)、配套企業(yè)間建立戰(zhàn)略聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)煤電產(chǎn)業(yè)鏈要素的控制和共享。從宏觀動(dòng)態(tài)的角度來(lái)說(shuō)，煤電產(chǎn)業(yè)縱向一體化的構(gòu)建是從煤炭企業(yè)維度的發(fā)展開始，煤炭企業(yè)維度上的節(jié)點(diǎn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)與合作模式的變動(dòng)，引起節(jié)點(diǎn)企業(yè)在一定時(shí)空布局的變動(dòng)，從而產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)的集聚效應(yīng)和技術(shù)協(xié)同效應(yīng)，導(dǎo)致煤炭產(chǎn)業(yè)的不斷提升。電力企業(yè)維度上的節(jié)點(diǎn)企業(yè)通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、智能電網(wǎng)改造等方式，使得電力企業(yè)不斷向前發(fā)展。在煤炭企業(yè)維度、電力企業(yè)維度兩個(gè)方向不斷發(fā)展的同時(shí)，煤電企業(yè)必然在政府維度、市場(chǎng)維度上同時(shí)進(jìn)行著協(xié)同交互發(fā)展的運(yùn)作過(guò)程。煤電產(chǎn)業(yè)在煤炭企業(yè)維、電力企業(yè)維、政府維和市場(chǎng)維，四個(gè)維度的相互作用下，形成了煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)建設(shè)的“動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)路徑”［6］，如圖2所示。

圖2 煤電產(chǎn)業(yè)縱向一體化的動(dòng)態(tài)多維構(gòu)建圖

煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)中的運(yùn)營(yíng)廠商的市場(chǎng)交易模式會(huì)導(dǎo)致交易成本C1，而建立煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)后可以降低生產(chǎn)交易產(chǎn)生的成本，但同時(shí)卻產(chǎn)生了組織管理成本C2。

圖3 煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的交易成本、組織成本圖

煤電企業(yè)的模式選擇見(jiàn)圖3所示，當(dāng)一體化能源系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量小于Q*時(shí)，此時(shí)的交易成本小于組織成本，煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)中的企業(yè)適合分散經(jīng)營(yíng)。當(dāng)一體化能源系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量大于Q*時(shí)，組織成本小于交易成本，以煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的內(nèi)部交易代替了市場(chǎng)交易，節(jié)約了交易成本，此時(shí)建立煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的形式更為有利。煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)中的運(yùn)營(yíng)廠商的業(yè)務(wù)量達(dá)到Q*時(shí)，實(shí)現(xiàn)了煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)構(gòu)建的最優(yōu)邊界。

3 一體化能源系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)分析

構(gòu)建煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。

1）通過(guò)構(gòu)建煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)可以使系統(tǒng)內(nèi)的企業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，增強(qiáng)系統(tǒng)的市場(chǎng)支配能力。同時(shí)較大的系統(tǒng)規(guī)模有利于發(fā)揮學(xué)習(xí)效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)在不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溢出，達(dá)到技術(shù)擴(kuò)散的目的。實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)，降低生產(chǎn)成本，提高消費(fèi)者剩余和社會(huì)福利水平。同時(shí)在賣方壟斷的條件下，實(shí)行煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)可以對(duì)下游富有彈性的企業(yè)實(shí)行價(jià)格歧視，這樣就提高了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的成本以及進(jìn)入壁壘。

2）通過(guò)構(gòu)建煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)可以降低交易成本。由于資產(chǎn)的專用性和交易的不確定性造成的機(jī)會(huì)主義行為使得現(xiàn)貨市場(chǎng)的交易成本較高。實(shí)行煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)可以將合作者變?yōu)閮?nèi)部機(jī)構(gòu)，用“契約”的形式固定雙方的交易條件，從而達(dá)到消除機(jī)會(huì)主義行為，降低交易費(fèi)用的目的［9］。

4 煤電產(chǎn)業(yè)一體化子系統(tǒng)的反饋回路分析

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的反饋回路揭示了系統(tǒng)狀態(tài)改變的原因即反饋結(jié)構(gòu)，下面是對(duì)煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)六大子系統(tǒng)的具體分析［10-12］。

圖4 煤電能源政策系統(tǒng)反饋圖

煤電能源政策系統(tǒng)（圖4）：煤電能源政策系統(tǒng)可以在很大程度上決定煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向，采取激勵(lì)政策可以加大對(duì)煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的扶持力度，從而增加煤電產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)信息［11］。

煤電能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（圖5）：系統(tǒng)中的各個(gè)變量一起組成了一個(gè)大的正反饋環(huán)，任何變量技術(shù)改進(jìn)的效應(yīng)都將在正反饋的作用下不斷擴(kuò)大，從而提升了煤電能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體效率水平［13］。

煤電能源供給系統(tǒng)（圖6）：煤電能源供給系統(tǒng)主要是由火力發(fā)電廠和煤場(chǎng)兩個(gè)系統(tǒng)部門所構(gòu)成。煤場(chǎng)提供煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的初級(jí)系統(tǒng)能源“煤炭”［14］。

煤電能源運(yùn)輸系統(tǒng)（圖7）：煤炭經(jīng)過(guò)公路、水路或者鐵路運(yùn)輸?shù)诫娏ιa(chǎn)部門“火力發(fā)電廠”，火力發(fā)電廠生產(chǎn)出的電力經(jīng)過(guò)電網(wǎng)分配到各個(gè)電力客戶端。

圖5 煤電能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)反

圖6 煤電能源供給系統(tǒng)反饋圖

圖7 煤電能源運(yùn)輸系統(tǒng)反饋圖

煤電能源社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)（圖8）：煤炭的供給會(huì)影響到煤炭?jī)r(jià)格和電力供給，電力供給在政府控制下間接延遲影響到電價(jià)水平。交易費(fèi)用、交易頻率、資金專用性以及不確定性共同決定了煤電能源系統(tǒng)是選擇企業(yè)組織形式還是市場(chǎng)組織形式等［15］。

煤炭開采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生煤矸石廢料和煤產(chǎn)品，同時(shí)開采會(huì)使得地表下陷。火力發(fā)電廠電力生產(chǎn)將產(chǎn)生CO2，SO2，NOx等污染物，同時(shí)產(chǎn)生大量的廢水、廢渣、粉塵等污染，嚴(yán)重破壞了生態(tài)系統(tǒng)，如圖9所示。

圖8 煤電能源社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)反饋圖

圖9 煤電能源環(huán)境系統(tǒng)反饋圖

5 煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析

5.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖

為了進(jìn)一步定量的表示出煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，采取建立Vensim模型下的煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)流圖［16，17］。

本文所建立的煤電一體化系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖如下方所示，選取了運(yùn)輸能力、火力發(fā)電廠等四個(gè)變量作為狀態(tài)變量。礦物演化、開采速率作為煤場(chǎng)的速率變量。采用了廢水，電力價(jià)格，監(jiān)管和規(guī)制等輔助變量以及經(jīng)濟(jì)總量、激勵(lì)政策等常量來(lái)構(gòu)建流圖中的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)流圖的構(gòu)建，可以看出煤電一體化能源系統(tǒng)變成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的、不斷發(fā)展著的、受到多重力量驅(qū)動(dòng)和具有眾多反饋關(guān)系的一體化能源系統(tǒng)［18］，具體流程如圖10所示。

圖10 煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖

5.2 煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的案例仿真

為了對(duì)煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，首先對(duì)系統(tǒng)中的變量輸入DYNAMO語(yǔ)言方程式，其中運(yùn)輸能力的DYNAMO語(yǔ)句為：

運(yùn)輸能力.K=公路、鐵路、水路和電網(wǎng).L+（煤產(chǎn)品.J+電力產(chǎn)品.J）*EXP（運(yùn)輸能力.J）

其中公路、鐵路、水路和電網(wǎng)是時(shí)間的函數(shù)。設(shè)計(jì)方程的初值為10000，時(shí)間步長(zhǎng)為1，并選用指數(shù)型函數(shù)擬合數(shù)據(jù)，探究隨時(shí)間變化的煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的運(yùn)輸能力變化狀況，具體的仿真結(jié)果如圖11所示。

由仿真結(jié)果可以看出，未來(lái)15年我國(guó)煤電產(chǎn)業(yè)的運(yùn)輸能力將會(huì)得到很大的提升，運(yùn)輸能力將不再是未來(lái)制約我國(guó)煤炭和電力產(chǎn)業(yè)的最關(guān)鍵的影響因素，煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)可以顯著提高能源系統(tǒng)的運(yùn)輸效率，并開始顯現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿臻g。

圖11 運(yùn)輸能力仿真分析

圖12 電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)能力仿真分析

對(duì)電網(wǎng)營(yíng)運(yùn)能力輸入的DYNAMO方程式為：

電網(wǎng)營(yíng)運(yùn)能力.K=6.2*SQRT（TIME/10-200）

電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)能力仿真圖見(jiàn)圖12，時(shí)間設(shè)定初值為2010，對(duì)電網(wǎng)的營(yíng)運(yùn)能力“全社會(huì)累計(jì)用電量”賦初值6.2千億千瓦時(shí)。對(duì)電網(wǎng)的營(yíng)運(yùn)能力部分進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果顯示未來(lái)我國(guó)電力消費(fèi)將持續(xù)增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)速度將逐步放緩，這與我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)是相對(duì)應(yīng)的。仿真結(jié)果同時(shí)表明在2030年左右，電力消費(fèi)將出現(xiàn)拐點(diǎn)，電力需求基本保持平穩(wěn)水平。

6 結(jié)論及建議

1）一體化能源系統(tǒng)的整體優(yōu)勢(shì)明顯

由煤電產(chǎn)業(yè)一體化能源系統(tǒng)的組成來(lái)看，它是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，需要政府、企業(yè)在宏觀層面上統(tǒng)一協(xié)調(diào)、統(tǒng)籌規(guī)劃，這樣就可以顯著降低煤電企業(yè)的尋租成本，減少不必要的博弈過(guò)程，降低交易費(fèi)用和生產(chǎn)成本，促進(jìn)煤電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

2）一體化能源系統(tǒng)可以增強(qiáng)現(xiàn)有系統(tǒng)的營(yíng)運(yùn)能力

目前，能源的運(yùn)輸問(wèn)題已經(jīng)成為了制約煤電一體化發(fā)展的重要屏障。而近些年來(lái)，通過(guò)構(gòu)建坑口電廠、西電東送、特高壓工程等一體化能源系統(tǒng)的形式，將能源資源在區(qū)域內(nèi)部消耗，輸出清潔能源電力，有效改善了地區(qū)能源的利用狀況，這是一體化能源系統(tǒng)整體優(yōu)勢(shì)的又一佐證。

3）建立全國(guó)性的能源交易平臺(tái)。

要進(jìn)一步鼓勵(lì)并推動(dòng)電力、煤炭、新能源、航運(yùn)等行業(yè)與地區(qū)之間的多元融合，逐步實(shí)現(xiàn)煤炭、風(fēng)電、水電、鐵路運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)鏈上的多業(yè)共贏。鼓勵(lì)煤炭企業(yè)和電力企業(yè)之間簽訂中長(zhǎng)期合同，建立長(zhǎng)期的合作伙伴關(guān)系，保障企業(yè)間的穩(wěn)定合作，這是保障煤電產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的良策。

［1］劉虹.煤電一體化面臨的問(wèn)題與對(duì)策［J］.宏觀經(jīng)濟(jì)管理，2012，（8）：53-55.

［2］劉冰.中國(guó)煤、電產(chǎn)業(yè)縱向關(guān)系：決定因素與模式選擇［M］.北京：經(jīng)濟(jì)管理出版社，2010.

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