日本オペレーションズ・リサーチ学会
2021年 秋季研究発表会

1-B-4

先渡契約と市場均衡－再生可能エネルギー政策の影響－
05000319 東京理科大学
01308970 東京理科大学
1 . はじめに*伊藤 真理高嶋 隆太

ITO Mari
TAKASHIMA Ryuta

応用し，電力市場に先渡契約を導入する研究は多く

地球温暖化防止のために，二酸化炭素をはじめと存在する．たとえば，Kamat and Oren[2]は，2 つのノーする温室効果ガスの排出削減が国際的に重要な政策ドを設定し，送電制約を組み込みこむことにより複課題になっている．そこで，温室効果ガス排出の少な占市場下での先渡契約の影響について分析した．こい，再生可能エネルギーの利用が注目されている．再れまで，再生可能エネルギー普及促進策の評価に関

生可能エネルギーは，環境負荷が小さいというメする研究や，電力市場への先渡契約の導入の研究はリットがある一方で，高い費用と発電の不安定性の行われてきた．しかしながら，先渡契約とスポット取デメリットがある．そのため，再生可能エネルギーの引の両方で構成される寡占的電力市場の枠組みで，導入が社会的に望ましいとしても，政策支援がなけ

再生可能エネルギー普及促進策を評価した研究はなれば，十分な普及は困難である．そのため，政府は，い．昨今の電力自由化による電力市場の拡大や，再生再生可能エネルギーの導入を促進するための普及促可能エネルギー普及促進策の導入が進んでいる状況

進策を講じている．その代表的な制度として，再生可で，これら双方による影響の分析を行うことは非常

能エネルギー利用割合基準（以下，RPS: Renewableに有用であると考えられる．

Portfolio Standards）制度がある．RPS 制度とは，発電本研究では，RPS 制度のもと，複占電力市場にお事業者に発電量の一定割合（以下，RPS 要求割合）以ける事業者の利潤最大化問題を定式化し，先渡契約上を再生可能エネルギーによって発電することを義の導入が電力価格，REC 価格や発電量などへ与える務付ける制度である．

影響を分析する．また，各事業者の戦略的な駆け引き

電力小売り完全自由化を受け，発電事業者による卸電力取引所を介した取引が活発になっている．日のもとで RPS 要求割合の変化に伴う電力価格，REC価格や社会余剰への影響を考察する．
2 . モデル
ここでは，RPS 制度の施行下におけるクールノーの 2 種類の電力取引方法が存在している．スポット競争市場での先渡契約とスポット取引の 2 段階モデ市場は一日前市場と呼ばれ，翌日に発電または販売する電力を前日までに入札し，売買する市場である． ルを提案する．このモデルでは，各事業者は 1 段階目に先渡契約を行い，2 段階目にスポット取引を行う．
最も一般的な取引のうちの一つである．先渡市場は，
RPS 制度の施行下で，電力市場に発電事業者が二社事業者が将来の一定の期日に，現在定める価格で売存在していると仮定する．一方の事業者は，主に火力買する契約を結ぶ市場である．将来渡される電力価電源を所有し，非再生可能エネルギー電源のみで発格を固定したい価格ヘッジの際の利用に適している． 電を行う事業者(以下，非再生可能エネルギー事業者
自由化の進んだ電力市場では，一般的に，市場参加者と記す．)，他方の事業者は，再生可能エネルギー電がスポット取引と先渡契約の両方を活用する．
源のみを有する事業者(以下，再生可能エネルギー事再生可能エネルギー普及促進策の経済分析に関す業者と記す．)である．Allaz and Vila[1]のモデルと同様に，発電費用は，発電量に対して線形の費用関数にる研究は複数ある．たとえば Siddiqui et al. [3]では，よって表す．スポット市場における電力価格は，逆需RPS 制度の電力市場や REC 市場における競争への要関数によって表す．また，RPS 要求割合を𝛼で表す．
影響について分析をしており，社会厚生上最適なRPS各事業者は，RPS 要求割合𝛼を与えられたどおりに要求割合を算出している．Allaz and Vila[1]のモデルを受け止め，RPS 制約の REC による収入または費用を本卸電力取引所では主に，スポット市場と先渡市場含め事業者の収益を最大にするように意思決定を行う．先渡契約の目的はリスクヘッジではなく，スポット取引において有利な立場になるように，先渡契約にコミットすることである．この利潤最大化問題を解く際には，まず，2 段階目において，スポット取引からの収入を最大化するようにスポット取引量を決定した後に，1 段階目では，先渡契約，スポット取引それぞれの収入を考えて先渡契約量を決定する．
3 . 数値例
ここでは，パラメータを用いた数値例を示す．パラメータは，Siddiqui et al.[3]を参考に設定する．数値例
では，ベンチマークケースとして，クールノー競争のモデル（CO）を設定し，Allaz and Vila[1]のクールノー競争下における先渡契約モデル（FC）， RPS モデル（CO-RPS），先渡契約モデル（FC-RPS）それぞれの結果を比較する．RPS 要求割合αを，0.01 から 0.8 まで 0.01 刻みで変化させ，数値分析を行う．
図 1 に，RPS要求割合𝛼の社会余剰への影響を示す．
CO は，再生可能エネルギー比率，社会余剰がそれぞれ 28.6%，237.8（thousand $）であることに対して，FC は 14.3%，283.2（thousand $）である．Allaz andVila[1]の結論から既知であるように，先渡契約の影響により社会余剰が増加する一方で，再生可能エネルギー比率は，減少することがわかる．CO-RPS は，再生可能エネルギー比率 28.6%において CO よりわずかに社会余剰が減少するが，CO-RPS は RPS 要求割合𝛼として再生可能エネルギー比率を制御することが可能であり，1%から 28%の範囲で，CO の社会余剰より高い値となる一方で，それ以外の範囲，特に，
300

283.2

FC-RPS
CO-RPS

社会余剰 [thousand $]250

FC237.8

CO200

150

100

500.00.10.20.30.40.5
RPS要求割合, α0.60.70.8

図 1 RPS 要求割合𝛼に対する社会余剰

RPS 要求割合が高くなるにしたがい，より低い値となることがわかる．また，12%のときに社会余剰が最大値となり，最適な RPS 要求割合が得られることがわかる．これは，Siddiqui et al.[3]とも整合的な結果である．これらの結果から，先渡契約と RPS 制度は社会余剰の観点から，それぞれ異なる効果があることがわかる．その 2 つの効果を含めたモデルが FC-RPSである．図 1 に示されているように，先渡契約を考慮することにより，社会余剰が大きく減少することがわかる．これは，電力価格による影響が大きいものと考えられる．
4 . おわりに本研究では，RPS 制度の施行下で，非再生可能エネルギー事業者と再生可能エネルギー事業者が各々一社存在する複占電力市場における先渡契約を導入したモデルを提案した．数値例では，ベンチマークケー
スとしての先渡契約無しのクールノー競争市場，先渡契約有りのクールノー競争市場，RPS 制度下における先渡契約有無のクールノー競争市場を比較した．
その結果，RPS 制度下での先渡契約の導入は，社会余剰の低下を招く一方で，非再生可能エネルギーの発電量，すなわち，二酸化炭素排出を抑制するはたらきがあることがわかった．
今後の課題として，不確実性や期間を取り入れ，リスクヘッジの目的も考えることで，本研究で考えたようなコミットメントとの関係を明らかにすることが考えられる．
謝辞
本研究は，日本学術振興会科学研究費助成事業基盤研究 (B)（課題番号: 19H02380）を受けて実施したものである．
参考文献[1] Allaz, B., and Vila, J.L.: Cournot competition, forward
markets and efficiency，Journal of Economic Theory,
53(1), 1－16, 1993.
[2] Kamat, R. and Oren, S.S.: Two-settlement systems forelectricity markets under network uncertainty and marketpower, Journal of Regulatory Economics, 25(1), 5－37,
2004.
[3] Siddiqui, A.S., Tanaka, M. and Chen, Y.: Are targets forrenewable portfolio standards too low? The impact ofmarket structure on energy policy, European Journal ofOperational Research, 250(1), 328－341, 2016.