英国天然气与电力价格联动关系研究

(上海电力大学 经济与管理学院，上海 201306)

对英国电价市场与天然气价格之间联动关系进行研究，参考英国电力期货市场的虚拟交易枢纽和定价机制，并通过多个市场竞争手段形成煤炭价格的方式，从煤炭和电价的关系中探求一种新的定价策略，使中国煤价或者电价都能充分反映市场供求关系。

一、相关文献综述

早在20世纪70年代，英国政府大力建设与投资使天然气消费量在短期内实现增长。周璇（2014）等对天然气产业的发展进行了详细阐述，分析了英国自由天然气市场的运营机制和定价机制，对中国天然气市场进行了深度挖掘，并提出了相关政策建议。[1]张小平等（2016）、胡济洲等（2005）对英国电力市场改革史以及相应的电力市场交易主体、类型、模式等进行了探讨，借鉴对方在建立双边交易市场中的宝贵经验，并结合中国实际国情构建了更环保、更多样化的低碳减排电力市场美好蓝图，有益于在新的国际形势下建立中国电力市场体制。[2][3]何苗和王军（2017）对英国、澳大利亚和美国等发达国家的电力期货市场进行了研究，对国外电力期货市场被引入的原因和历程都做了详细调研，对中国电力期货市场的建立具有启示；[4]王雨佳（2018）实证分析了煤电上下游价格对中国电煤价格扭曲的影响，认为加快电煤产业的市场化，鼓励煤电企业合并重组，有利于稳定中国现有电力市场的煤电交易；[5]马忠玉等（2019）通过构建SICGE模型得出电价管制会严重影响煤炭市场的运行率，并且逐步放开电价管制有利于提高碳减排效果，认为电力市场和煤炭市场的改革应当具有政策协同性，探索有效的煤电联动机制仍是必要的；[6]吴德军等（2016）运用双重查分模型分析了煤电联动对企业盈余的影响，并增加考虑政治成本对其的影响，认为价格管制的政治成本较高，而政治成本的不同会给企业管理的盈余造成不对称性，经济影响较持久；[7]邵宝珠等（2010）通过一定的算例分析认为电力期货是一种可以有效优化市场配置的手段，可以由此重组发电侧的资源配置以及降低电价成本，但未提及这一结论是否可以有效试行在现有的煤电市场的价格联动中。[8]以上研究为本文提供了一定的基础，但都未对英国电价与天然气价格之间的关联进行深入研究，也未对中国电价与煤价的变动趋势作出探讨。中国电力市场仍有很大发展空间，电价与煤价之间的市场关系仍不明朗，英国电力期货的引入经验对中国现行电力市场具有重大借鉴意义。通过VAR模型对英国电价与天然气之间的联动关系作进一步研究，验证其合理有效性，同时为中国电力市场的发展提供借鉴，研究现有电力能源成本与电网售价的关系，有助于煤电市场看好新政策后的电价走势，促进煤电改革。

二、模型构建与数据处理

（一）数据预处理与Eviews实现

笔者实证分析涉及数据主要来源于2018年1月—2019年12月英国天然气价格TP和英国电力价格EP的周度数据，天然气价格（TP）取自IPE英国天然气期货周度收盘价，数据来源于Wind金融数据库，电力价格取自英国电力日前交易价格，数据来源于欧洲能源交易所。

笔者主要使用Eviews10.0软件建模分析处理相关数据。为了消除时间序列中的异方差影响造成伪回归，将指数趋势变成线性趋势，对原本时间序列TP、EP分别取自然对数得到两组新序列lntp，lnep再进行研究，新序列的二者变化率波动如图1所示：

图1 lntp,lnep的波动情况

（二）研究方法—VAR自回归模型

VAR模型通常用于处理多个经济指标的预测分析以及分析随机干扰对变量的系统偏差影响，将内生变量作为系统中所有内生变量的滞后值函数来构建模型，是对N个变量之间的动态关系的一种紧密说明。[9]因此，为进一步探寻成本方英国天然气价格与售价方电价之间的联动关系，笔者构建VAR自回归模型分别对数据依次进行平稳、协整和因果关系检验后，再利用脉冲响应分析和方差分解作进一步数据分析。笔者构建英国天然气气价与电价之间的动态关系双变量VAR模型为：

VAR模型是自回归模型，同一样本内的变量集可以作为它们过去值的线性函数。即一方的现期值不仅依赖于另一方的现期值，还依赖于另一方的若干期滞后值。因此，文中解释变量增添了天然气价格lntp与电力价格lnep的不同滞后期作为样本研究。式（1）中i为滞后期的期数阶数值，k为系数矩阵，在不同滞后期i内随之变化，ε为随机变量，各变量之间相互独立且服从同一正态分布函数N（0，σ2）。

三、天然气价格与电力价格之间实证分析

（一）时间序列平稳性检验

首先对时间序列lntp、lnep进行平稳性检验,确认其在水平状态下的平稳性。选择在其平稳状态下的时间序列做下一步协整性分析，反之，则需进一步检查其单整阶数。主要采取ADF单位根检验法[10]，首先进行原假设认为该时间序列存在多于至少一个单位根，即非平稳的状态下，则对平稳的数据序列需要在给定的置信水平上显著，拒绝原假设。同时备选假设认为该序列不存在这样的单位根，对实验数据依次检验结果如表1所示。

表1 相关变量的平稳性检验

由表1的数据可得，0.1713、0.4291为该原时间序列lntp、lnep在平稳性检验下获得的p值，验证了在5%的显著性下，原时间序列均认同存在单位根的原假设，表明原序列lntp、lnep为不平稳序列。进而取原序列lntp、lnep的一阶差分序列dlntp、dlnep再一次进行检验,结果显示序列dlntp、dlnep获得的p值均等于零，则表明在1%的显著性，一阶差分序列dlntp、dlnep下均拒绝原假设，再次判定原时间序列的一阶差分序列为平稳序列，即lntp、lnep为一阶单整的非平稳序列。

（二）约翰森（Johansen）协整关系检验

Johansen检验是基于VAR模型的回归系数检验，非平稳序列极易出现伪回归。已验证序列lntp、lnep均为一阶单整序列，满足同阶单整的前提。对其进行Johansen协整检验可验证二者之间关系是否存在伪回归，协整结果如表2、3所示。

从表中可见，由于所得结果中的最大特征值检验值和特征根迹检验值都小于5%的临界值，验证了lny与lnx之间最多存在一个协整关系的原推断，并认为二者之间存在协整关系。利用Eviews10.0软件进一步得出lntp与lnep的协整表达式为：

从回归方程中可以看出，lntp的系数为0.5964,说明天然气价格lntp与电价lnep之间存在着正相关性，即天然气价格每上升1%，电价随之上升0.5964%。

表2 特征根迹检验

表3 最大特征值检验

（三）VAR模型的滞后阶数选择

为考察两者之间的动态关系，笔者建立天然气价格lntp与电价lnep的双变量VAR模型。通常情况下，只有验证其平稳序列才能直接构建，非平稳序列则需要进行差分处理。只要N个同阶单整的不平稳序列之间存在某种长期稳定的协整关系[11]，就可以证明两者之间存在长期关系，即可用直接原序列构建模型。由上面验证可知lntp、lnep这两个一阶单整序列之间存在长期稳定的协整关系，故可用lntp、lnep直接建立VAR模型。

VAR模型的自由度与其滞后阶数呈反比，建模前，首先使用HQ,LR,FPE,AIC和SC准则确定模型的最优滞后阶数。通过Eviews10.0软件，分别构建了滞后期为 0、1、2、3、4、5 时的 VAR 模型，结果如表4所示。从表4可知，除SC准则判定最优滞后阶数为2阶外，AIC，FPE,LR，HQ信息准则均判定滞后3阶为最优滞后阶数，可以综合判定该VAR模型的最佳滞后期为3阶。

表4 VAR模型不同滞后阶数结果

以上滞后阶数结果为进一步建立VAR（3）模型奠定基础，并对其再次进行平稳性检验。利用AR单位根检验法确定其是否存在单位根，不考虑脉冲响应函数的标准误差，则输出的特征根图形结果如图2所示，AR单位根的倒数模均分布在半径等于1的单位圆内，即不存在单位根，进一步说明该模型是平稳有效的，便于进入下一步研究。

图2 VAR模型平稳性检验输出结果

（四）格兰杰（Granger）因果关系检验

在Eviews10.0软件环境下，对序列lntp、lnep进行格兰杰因果关系检验作进一步的探寻。首先对当前的序列lntp对所有的滞后性lntp做回归处理，但这一回归不包括lnep的滞后项。从这个回归中得到受原序列约束的残差平方和RSSR。再次将滞后项inep加入上述的回归式中，即再次获得一个关于滞后项lnep的回归，再由此回归得到无约束的残差平方和RUSSUR。

零假设是 H0：α1=α2=…=α q=0，即滞后项 lnep不属于此回归，为了检验这个假设，用F检验，则后项当前检验结果如表5所示。

可见当假设天然气价格变动对电价波动无影响时，并当滞后期在1—4时，格兰杰因果检验的P值全部低于0.01。即在1%显著性的情况下，其反馈结果认为天然气价格是电价波动的格兰杰原因，拒绝了原假设；而当假设电价波动不会导致天然气价格变动，则当滞后期等于1时，格兰杰因果关系检验的p值为0.4713>0.1，即在10%显著性情况下，数据结果认为短期内电价变动不会引起天然气价格变动，通过原假设；而滞后期在2—4时，格兰杰因果关系检验的p值均小于0.05,其检验结果又拒绝原假设，则认为在长期内电价波动是天然气价格变动的格兰杰因果关系。综上可知，短期内存在天然气价格波动对于电价波动的单项格兰杰因果关系，长期则表现为两者之间的双向因果关系，即存在电价到气价的单向因果关系，同时也存在由气价到电价的单项因果关系。

表5 lnx，lny的Granger因果关系检验

笔者采用Eviews10.0软件对VAR（3）模型进行向量自回归，结果如表6所示，与lntp相关的R2值和F统计值为0.9484和288.04，与lny相关的R2值和F统计值为0.9288和204.5,说明VAR（3）模型的契合度非常高，一定程度上解释能力非常好。继续对以上自回归结果进行比较，发现滞后期在1—3阶的时候，天然气价格lntp对电价lnep的影响系数分别为-0.42、-0.5019、-0.3284，反之电价 lnep 对天然气价格 lntp的影响系数为 0.1898、0.057、-0.0377，进一步表明二者之间存在着同期的影响关系。

表6 VAR（3）模型自回归结果

（五）VAR模型的脉冲响应函数分析

脉冲响应函数描述的是在随机误差项上增加一个冲击项后对当期和未来的影响。[12]对序列lntp、lnep进行脉冲响应函数分析。

结果如图3所示，依次为天然气价格lntp和电价lnep变动一个标准差后对本身和对方的脉冲响应函数图。

从图中可以清晰看出，当天然气价格受到自身正向冲击后，立即作出正面响应，但第1期则达到最高点0.07，随后开始下降，第2期后略有反弹，但总体呈下降趋势，第10期后趋于稳定；当电价受到天然气价格波动的一个正向冲击后，做出正向反应，从第1期的0.021开始上升，第7期后稳定在0.032。电价受到其自身的正向冲击后，从第1期的正向响应后一直下降，从第6期开始由正向响应转为负向响应，第18期后达到最低点-0.02；而天然气价格受到电价波动的一个正向冲击后，立即作出负向响应，第2期达到极小点-0.021，随后略有反弹，但一直均处于负向响应状态，第12期后趋于稳定。因此，可以得出结论，电价的波动与天然气价格波动相关，同时与其自身成本变动具有相关性。

图3 脉冲响应函数图

（六）方差分解

为进一步评估不同结构影响的变化范围，通过对lntp、lnep进行方差分解分析每一个结构冲击对内生变量变化影响的因素因子。如图4所示，依次表示电价波动由天然气价格波动引起的影响度；电价和天然气价格因自身贡献度值不同的波动度；天然气价格波动由电价波动随之引起的波动度。

根据结果的反馈可知，天然气价格变动方差自身的解释程度从第1期开始下降，第20期后稳定在77%左右，而其变动方差由电价波动解释的部分从第1期开始上升，第2期后略有下降，但总体呈上升趋势，第20期后稳定在23%左右；电价变动方差由自身的解释程度从第1期的85%开始下降，第12期后稳定在28%左右，而其受天然气价格波动的解释部分从第1期的15%开始上升，第12期后稳定在72%左右。因此，再次证明电价的波动与天然气价格变动息息相关，并且其本身市场的成本售价波动影响度高于天然气价格波动。

四、结论与建议

（一）结论

1.脉冲函数图形和方差分解结果均显示，英国天然气价格与电价息息相关，二者具有联动关系。短期内，天然气价格是电价的单向Ganger原因，天然气影响电价波动；长期内，每当天然气成本上升，电价也会随之升高；电价下降时，天然气的价格也会随之波动，二者存在双向因果关系。纵观英国的天然气市场发展史，独特的虚拟交易运行机制不仅在电力期货市场中具备竞争优势，而且推动了英国能源转型，这有助于中国借鉴英国成熟的天然气发电经验，理顺二者之间的定价机制，以此角度研究，为中国后期发展煤电改革做市场风险评估提供一定基础，同时可以大力发展可再生能源，加速新电力体制改革，具有时代前瞻性意义。

图4 方差分解结果

2.以天然气为成本端，电价作为售电端，验证了成本和售价的关系。而中国目前电价基本由发电商控制，市场处于被动地位，“市场电”依然有一定的局限性，电价的调整无法越及煤电的上涨行情，应当从源头上测算各类发电成本，引导上网电价能够反馈企业成本和市场需求，通过结合现货市场测算成本，设定特定合约等各种手段以保证煤电市场各类主体的利益。

（二）建议

1.建立公开透明规范的电价监管体制。一方面，政府过多干预电力价格导致最终的销售电价往往不是市场多方诉求博弈的结果，企业组织间利益博弈矛盾凸出，加剧了资源不平衡分配。另一方面，中国电力交叉补贴严重，导致最终实际销售电价偏离了成本，缺乏公开透明的公共清算制度。应当从实际出发，参考市场供需实际情况，将不同用电性质供电人群分类，提供规范的电力监管体系。

2.需要逐步完善煤电联动价格政策。煤电联动不及时是关键问题，着手两边宏观调控，解决上下游利益矛盾冲突。英国早在第二次改革中就引入了远期合约配合短期现货等手段建立了平衡点，并且直接绕过国家管控，由双方自行签约合同。这就使电价的形成由发电方和需求侧共同决定，促进供给双方平衡。关注利润、成本、总价格这些全局因素，汲取英国气价与电价之间价格机制的成功经验，建立确切的公开清算制度，力求当下用户发电价格能够反映煤电市场的供求变化。突破以政府定价为主的价格模式，加强对煤炭企业的成本管理，同时保证发电方利益，对终端销售电价进行价格调控，从而为用户谋求最合理的发电方案，即从低成本高利润中谋求电力可靠供应，对建立健康的煤电产业具有积极效应。

3.放开电网“垄断”，完善电力行业监管体系。目前电网的角色是既当“运动员”又当“裁判员”，利用自身的垄断权利向竞争性业务进行利益输送，多个产业链之间都存在自然垄断、售电政策垄断、调度机制垄断、交易类型垄断。应当参考英国天然气价格形成机制，使发、输、配、售四个环节相互独立，形成多个价格机制双边竞争手段，调整电网销差价盈利模式与调度垄断电量计划，对电网不相容或者有一定区别的业务环节实行一定的分离，根据不同部门的职能实现网运分开，放开竞争性业务，推进电力资源配置公开公正透明的市场化。

4.加强电力期货市场的建设。英国电力市场基于现货市场的电价交割引入电力期货交易市场，利用期货虚拟交易枢纽和套期保值等手段能够更及时地反馈天然气发电市场中的供需情况，从而作出更积极的应对举措，同时增加了现货价格与期货价格的联动性，能够规避更多风险。而中国短期电力市场、电力辅助市场及期货市场这些交易规则都是空白的，可以借鉴英国天然气价格与电力价格之间的关系，通过分析交易规则，提高市场运行能力，充分发挥电力市场在资源配置中的作用。