图片来源：https://www.pexels.com/zh-cn/

文献来源：Gonzales, L. E., Ito, K., & Reguant, M. (2023). The Investment Effects of Market Integration: Evidence From Renewable Energy Expansion in Chile. Econometrica, 91(5), 1659–1693.

01

市场整合能够促进地区间的贸易往来和资源整合，进而提高资源的分配效率，促进企业投资。本文利用智利最近的一项电网扩容项目，使用结构模型研究电力市场整合对智利企业生产的影响，并分析该项目对环境的影响。

近年来，能源市场的供需在空间上逐渐呈现出了不平衡现象。由于历史原因，能源需求方往往会分布在热力发电厂附近，这些企业和个人的电力需求不断扩大导致了传统热力发电厂的生产能力无法再满足本地的需求，需要依靠可再生能源进行补充。不过，可再生能源企业分布在光能、风能等自然资源充足的地区，这些地区人口相对较稀疏，电力需求较低，生产的电力无法在本地被充分消费。因此，可再生能源的供需在空间呈现出了错配现象。

本文研究了智利的一项电网扩容项目对能源市场的影响，通过反事实分析发现：该项目不仅能够促进不同地区间的电力贸易，还能够刺激企业形成预期，投资可再生能源。具体表现为：第一，市场整合促进了地区间的贸易，地区间能源价格趋于收敛；第二，电力贸易刺激了可再生能源企业的投资，进而提高产量，代替了部分高成本的热力发电厂；第三，本文通过事件分析法发现该项目在宣布时就形成了预期，提高了可再生能源的投资，因而本文通过结构估计方法进行反事实模拟，分析市场整合的经济和环境绩效。

02

观察1: 无论是投资预期还是延迟，在事件窗口如果没有考虑投资增加的机制，总成本节约均会被低估；如果市场整合效应推迟了，那么在窗口期的政策效果就更弱了，净收益就被低估了；如果投资形成预期，但是预期所形成的成本和产量均下降的事实被忽视了，那么最后的结果将会被高估，因为在窗口期没有将成本考虑进来。

观察2：无论是投资预期还是延迟，市场整合带来的价格下降将在事件窗口周围被低估，因为新增投资带来的价格下降没有被观测到。

观察3: 无论是投资预期还是延迟，如果投资形成了预期，事件窗口期地区间的价格差将被高估，因为地区A在投资形成预期时的初始价格已经下降了；在存在延迟投资的情况下是不变的，因为在窗口期太阳能在地区A的净利润是为0（前文假定太阳能的进入是零利润的），不影响两个地区的价格差。

Figure 2展示了智利在2017年开始实施的电力市场整合的电价变动图。智利的电力分别由南北两家电力公司提供，由于供需在南北之间分布的不平衡，因此在没有实施这项政策之前，电价的差别很大。具体表现为左图。自2017年宣布开通第一条传输线（interconnection）后，智利于2019年开通了第二条(reinforcement)，在这一时间跨度内，智利南北地区的电价逐渐趋于平衡。

03

(一) 数据

（二）描述性分析

Figure 2中Atacama为太阳能充足的地区，电价相对更低，Antofagasta 和Santiago为电力需求紧张的地区。下图中展示了电力市场整合后，Atacama分别与两地的电价差异，可以发现，在实施了电力整合后，电价逐渐趋向平衡。

由于市场整合会导致更多低成本的企业进入大市场，部分没有价格优势的企业会退出，因此本文估计市场整合最终会导致发电成本下降。由于没有可观测到的发电成本数据，本文参考Cicala (2022)的做法构建了“全国范围的择优成本(nationwide merit-order cost)”指标，该指标度量了所有可能的随时间变化的影响成本的变量，具体构建方式请参见原文。通过回归发现，电力市场的整合显著降低了企业的发电成本。

以上分析还并未考虑智利实行的电力市场整合政策是否在正式实施之前就已经产生了预期效应（2014年就宣布实施），即太阳能充足的地区是否在政策实施之前就开始扩大投资。Figure 4中，本文展示了Atacama地区在政策实施前后的太阳能装机容量、日间电力产量和电价波动情况。

可以发现：在2014年之前，Atacama地区的日间和夜间电价基本保持稳定，在2014年-2017年之间，由于电力市场上还未整合，Atacama地区太阳能电力供给远大于需求，日间价格更低。在2018年市场整合之后，Atacama地区的电力被传输至其他地区，电价有一定的上扬。该结果表明，本文政策实施估计出的系数可能存在偏误，因为Atacama地区的电力价格在政策实施之前已经偏低了。

04 

在最优化的情况下，发电厂的生产决定和每小时的本地市场价格在模型中是能够被决定的，本文构建了发电厂每小时t的最优调度来最小化其成本：

约束条件中第一项表示产品的供给加上来自输电线的进口减去通过输电线出口的净进口大于等于本地的电力总需求。其中，由于地区之间的电力传输会产生一部分损失，在进口电力中使用表示地区之间传输损失；同样的，表示本地用电会产生一定的用电损失。约束条件中第二项为区域间电力传输量不能超过该条传输线的阈值。

网络模型（Network  Model):由于本文需要计算电力市场整合的反事实结果，因此，基于特定的自然特征将智利划分为11个区域。利用11个区域的特征可以计算出每块相似特征区域内所能够提供的能源产量和成本。

成本函数（Cost functions)：不同地区、不同类型的能源成本在不同时间点也会发生变化，虽然在数据中已经包含了每日成本的数据，但不同来源的电力成本中还包含有其各自的额外成本，最终本文生成了特定浮动范围下的电力成本。

（二）投资模型（Investment Model）

该部分本文首先建模并估计了贸易量变动如何导致投资的变化，基于投资模型，可以模拟出不同水平传输能力下的反事实结果。

首先，本文假设太阳能发电厂是完全竞争市场，其利润为零。零利润的均衡条件为：

（三）模拟电力市场整合的收益

接下来本文对三种场景进行模拟。场景一：根据真实数据获得的2017年第一次电力市场整合和2019年的加强整合后的经济效应；场景二：没有进行市场整合的反事实结果，并且在该场景下假设可再生能源的投资与第一种情况相同（即只增加本地可再生能源供给，但不传输至其他地区），设定不同的以反应电力传输能力；场景三：依然没有市场整合，但可再生能源存在本地市场行为（根据市场价格进行产量调整）。

Figure 5展示了三种模拟结果。可以发现：场景一在实施了电力市场整合后，本地所生产的可再生能源价格上升了，整合后的市场需求更大，电价自然会提高；场景二中由于本地可再生能源供给增加了，但由于存在市场分割，本地电力供给的增加导致了电力价格相对更低。场景三中，由于可再生能源供给受到市场供需关系的调整，电价依然维持在完全竞争市场的水平，与场景一类似。

此外，图二中可以发现在场景一和场景二的情况下可再生能源的供给增加了，而场景三和预期相同，供给维持在本地完全竞争下的水平，可再生能源的规模不及场景一和场景二。后文对三种场景进行了数值计算，与该部分的描述性结果一致，具体细节可参见原文。

05 

这篇文章研究了智利电力市场整合对可再生能源扩张的影响，重点关注投资效应这一机制。利用智利电力市场最近的两次电网扩张，本文通过构建结构模型，并结合企业和地区数据研究发现了市场整合导致智利各地区电力价格趋同、可再生能源发电量增加、发电成本和污染排放减少。