那隻看不見的手 - 淺談電力市場自由化

在大約1990年之前，世界各地的電力都是由政府管制(regulation)下的公共事業所提供。通常是以區域來分，一個區域會由單一個電力公司，來負責發電　(Generation)，傳輸　(Transmission)，及配電　(Distribution)。換句話說，在一個區域裡，電力是由這個單一個電力公司來壟斷。這樣的做法的主要背景是人們普遍認為電力是有自然壟斷　(Natural Monopoly)的性質：一個大電廠來供應整個城市的電力，會比好幾個小電廠來得更便宜許多。但是隨著輸電　(Transmission)的技術進步，電力可以傳送一千英哩而大約只浪費3%的電能。高效率的輸電提供了一個可以交易及競爭的可能性：每個小市場可以連結起來，成一個更大的市場，而供給者間可以彼此競爭。這道理就類似由於運輸科技的進步，整個世界被連結成一個大的市場。另外有人認為電力是民生必須，由政府來供應比較恰當。但反觀房屋的市場，它的需求比電力還更基本，但市場卻幾乎是完全自由化的。

根據管制的理論　(theory of regulation)，價格接近成本跟成本最小化是無法同時發生的。試想今天政府規定台電，電價永遠是依照發電的成本來訂。不管台電如何引進新技術，如何節省成本，他不會因此而賺比較多錢，因此台電失去了運用科技或是管理技術來節省成本的動機 (也就是大家所熟悉的公務員心態)。換個方向，如果今天政府規定台電一度電固定賣多少錢，那麼台電為了獲利，會想盡辦法最小化它的營運成本，所以價格卻也永遠不會接近成本。在一個高度的競爭的市場下，這兩者是可以同時發生的。以個人電腦為例，如今我們能有非常廉價且品質高的電腦，就是拜高強度的競爭所賜。

也因此，開放電力的市場的主要目的有二：使電價能接近成本，並使得成本能降低。換句話說，我們希望能因為市場的開放，使得電力系統的科技不斷的進步，同時也希望競爭壓低電價。然而，設計電力市場的複雜度是高於其他一般商品的市場的。其中一大原因是在沒有照即時電價來收費的情況下，消費者對價格的敏感度是趨近於零的。在這種情況下，容易會有市場失靈的情況。最著名的例子，大概就是發生在01年加州的能源危機了。造成加州能源危機的因素有許多，其中一個便是市場的設計錯誤(在往後的文章將會為大家做更詳盡的介紹)。經過二十年的從錯誤中學習，現在北美批發電力市場　(Wholesale electricity market)的設計大致上都趨於穩定。未來主要的方向，大概就是採用更多綠能，以及實現需求端對價格的反應了。

台電的董事長曾公開表示，台灣的市場並不適合自由化(新聞連結在此)。但我個人覺得，他沒有提出強而有力的論證來說明為什麼台灣不適合。我個人則是支持自由化的，就像是我在前段所描述的，自由化會幫助整個電力系統的科技往前邁進。也正因為土地狹窄，人口稠密，我們更需要先進的科技來幫助我們更有效率的利用能源。電力系統的科技在停滯發展近三十年後，未來的二十年將會有革命性的改變。若能將台灣的電業自由化，配合上台灣的IT產業基礎以及工程人才資源，台灣有機會在這波改革上扮演重要的角色。

插上插頭? 先看看標價!

試想著當我們走進一家超級市場，裡頭的東西的都沒有標價，而是你結帳的時候用秤重的方式來計價。這樣的方式聽起來很奇怪吧？但是我們熟悉的電力，正是以類似這樣的方式交易：不管使用者什麼時候打開你的冷氣，都是付一樣的錢買電。但實際上，在不同時候，甚至是不同地方，產生電力的成本是不一樣的。

讀者可能會覺得奇怪，電力不都是一樣的嗎？又不像去超市，有機的蘋果比一般的蘋果貴是天經地義的事。發電廠大概可以分為兩類：基載 (baseload) 跟峰載 (peak-load) 發電廠。基載發電廠的特性是效率高，同樣的燃料可以產生更多的電力，但建設成本高 (又稱固定成本)。因此基載發電廠一年之中大部份的時間都是運轉的。而峰載則是相反，建設成本低，但發電的成本較高。當基載發電不足以應付用電量的時候，峰載發電廠才會開始運轉。這部分解釋了為什麼同樣一度電，在夏天午時比秋天清晨時的邊際成本高的多。

邊際成本的差距 ，其實不只是發電成本的差距。還必須把發電廠的固定成本(fixed cost)考慮進去。假設一座峰載發電廠用二十年，並且無時無刻都運轉，每度電 (KWh) 的固定成本是0.1617元。但如果平均一年總共只運轉一天(24個小時)，每度的固定成本變成了約59元(數據參考[1])。(還不把燃料成本算進去，就已經比每個月在帳單上看到的尖峰3塊多貴多了!)

以上所述，其實是電力跟其他商品的最大差別之處: 電能無法被有效的儲存。如果電能能輕易的被儲存起來的話，只需要蓋基載發電廠跟一堆大電池就好。尖峰的時候電池放電，離峰的時候就充電。最近很火熱的plug-in hybrid electric vehicle(PHEV)，就是被期待能扮演這大電池的角色。


亞當斯密說，自由市場中有隻看不見的手(invisible hand)。而在管制下的電力市場，這隻手像是被綁起來了。因為需求者看不見正確的價格，他們無從由價格做出合乎動機(incentives)的反應。也使整個市場的運作缺乏效率 (在台灣市場基本上由台電壟斷，在許多國家則有自由的批發電業市場)。這種低效率可以從很多方面去探討，譬如說，當供電不足而必須強制斷電的時候，誰的電要先被切斷? 假設我們知道每個人願意出多少錢而不被斷電，便可以很輕易的決定這件事。但如果我們不知道的話，先被斷電的使用者，可能是那些願意出高價而不想被斷電的人。用經濟學的理論去看，因為我們無從得知真正的需求曲線，所以市場無法做出最有效率的決定。


同樣的問題也出現在發電廠投資。因為我們不曉得真正的需求曲線，所以無法得知需要蓋多少電廠。假設今天政府跟台電說，今年夏天不想看到有任何的人被斷電。這時候台電就硬著頭皮蓋了幾座峰載發電廠來應付一年中用電量特高的1小時。回到剛剛所舉的例子，使用這座發電廠的固定成本高達一度電59元。但大部分的使用者願意為每度電的付的錢 (willingness-to-pay)是遠小於59元的，這種情況下，切斷電比蓋峰載發電廠來的有效率多了。

正因如此，電力系統中如果需求端是依照即時(real-time)的發電價格(成本)來收費的話，這個市場才會是有效率的。這便是電力市場中的需求反應(demand response): 消費者會依目前的價格來決定是否打開冷氣或是洗衣機。台電推出的夏日節電方案，其實就是利用價格誘因來鼓勵消費者在夏天減少用電，進而減少低效率發電廠的運轉。但是由於價格的訊號(price signal)太不精確也不即時，所以整體來說效率不高。(看完這篇文章，大家就了解為什麼盡量不要在夏天下午用洗衣機囉！)


本文從簡單的經濟學角度說明現在電力系統運作的方式，是不符合經濟效益且效率低的。現在很熱門的智慧電網(smart grid)，主要的功能就是要實現需求反應。因為電表必須要有通訊的功能來即時顯示電價資訊，甚至由電力公司直接控制你家的電器。需求反應還有非常多的附加價值，像是幫助電力系統在緊急狀態下的運作，增加綠能的使用效率，削減自由電業中發電業者的市場力量 (market power) 等等。以美國來說，需求反應實行上的困難是在法律和政治面，大家對如何制定需求反應的遊戲規則還沒有一個很明確的共識。在往後的文章，將會為大家更詳細的介紹關於需求反應的議題。



參考文獻：
[1] S. Stoft, 2002, Power System Economics:Designing Markets for Electricity, Wiley-IEEE Press

延伸閱讀:

聯合新聞網: 夏月電價6月開跑

Wikipedia, Demand Response