連系線の制度改革の経済効果：間接オークションの実証分析

Interconnection Capacity Allocation Method:First-Come-First-Served Rule to Implicit Auction
杉本康太
東京財団政策研究所 博士研究員(sugimoto@tkfd.or.jp)1

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モチベーション

• 日本は震災後、様々な電力システム改革を実施してきた。
• 改革は成功か失敗か？
• 制度改革の因果効果を事後的に検証した研究は少ない。

3

イントロダクション• 分析対象は、2018年10月1日から導入された、間接オークション
連系線利用ルールの機能• 日本全体での最小費用での電力供給（広域メリットオーダー）• エリア間の需要と供給の一致を空間的に支える• 新規参入者と既存事業者の公平な競争環境の整備

日本の９エリアと連系線

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先着優先ルール
First-come-first-served (FCFS)

連系線の空き容量 （＝ 運用容量 ー マージン）

先着順で予約された容量
前日市場＋時間前市場で配分可能な容量6

先着優先ルールの下では…
北本
連系線の予
約率

○は実需給７日前、十は実需給２日前の時点での予約率。

空き容量の大半が前日市場のゲートクローズ（前日午前10時）以前に予約されていた。

先着優先ルールで起きていたこと
前日１０時以前

前日１０時～前日１７時
予約容量

予約容量
予約のキャンセル
前日市場で配分可能な容量

前日市場で配分可能な
容量7先着優先ルール (FCFS)

間接オークション(IA)

連系線の空き容量

連系線の空き容量

予約容量

2018/10/01~

前日市場
で配分可
能な容量

前日市場で配分可能な容量

Q. 間接オークションの経済的な効果は何か？
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9貿易効果• 間接オークションによる、• 前日市場でのエリアを越えた電気の輸出入（貿易）量の増加は、• 輸入エリアと輸出エリア間の前日市場の価格の差を減少させる。

• なぜなら、• 輸出エリアの限界費用の低い発電機が、追加的にエネルギーを生産し、連系線を通じて輸入エリアに送電し、• 同時に、• 輸入エリアの限界費用の高い発電機が、発電電力量を減らすため。

貿易効果
¥/MWh

輸出エリア（東北東京）¥/MWh

輸入エリア（北海道）

𝑰𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑨𝒖𝒕𝒂𝒓𝒌𝒚

𝑬𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑻𝒓𝒂𝒅𝒆𝑰𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑻𝒓𝒂𝒅𝒆𝑬𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑨𝒖𝒕𝒂𝒓𝒌𝒚

MWhMWh11

入札量効果• 間接オークションは、連系線の事前予約を禁じることで、前日市場での入札量を増加させる。

• その結果、輸入エリアと輸出エリア間の前日市場の価格の差を増加させる。

連系線を流れる電気の量（取引の種類別）

先着優先ルールの下では、年間70～100TWh程度の電気が相対契約で連系線を流れていた。
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これは年間電力消費量の7～10%に相当する。

前日市場の売り・買い入札量

赤線は売り入札量、青線は買い入札量の日次移動平均値。

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入札量効果¥/MWh

輸出エリア（東北・東京）¥/MWh（⇒が北本の予約量）
輸入エリア（北海道）

𝑰𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑻𝒓𝒂𝒅𝒆𝑰𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑨𝒖𝒕𝒂𝒓𝒌𝒚
𝑬𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑨𝒖𝒕𝒂𝒓𝒌𝒚
𝑬𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷TradeMWh

MWh間接オークションの経済効果
前日市場の価格
𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕
𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺

15

𝟏
△𝑾=𝟐

𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺 − 𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺

𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕+ 𝑷𝑰𝑨

𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕− 𝑷𝑰𝑨∗ (𝑸𝑰𝑨 − 𝑸𝑭𝑪𝑭𝑺 )2018年10月以降の仮想的な市場価格の差（線分DC）と貿易量 𝑸𝑭𝑪𝑭𝑺 を推定する必要DA

𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑰𝑨

Price Dependency Curve

PDCexport△W
𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑰𝑨

𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺

B

PDCimport

C

青：貿易効果赤：入札量効果

QFCFS

QIA

前日市場での連系線を介した貿易の量

2018年10月以降の仮想的な貿易量 𝑄෠𝐹𝐶𝐹𝑆 を推定
෡ 𝑭𝑪𝑭𝑺 = 空き容量 − 予約量 𝑖𝑓 ∆𝑝ො𝐷𝐴𝑀 ≠ 0𝑸

空き容量
先着順で予約された容量
前日市場＋時間前市場で配分可能な容量

前日市場で”市場分断”が発生するとき（ ∆𝑝ො𝐷𝐴𝑀 ≠ 0 ）、連系線の空き容量を全て使って貿易を行う

前日市場は、シングルプライス・オークション＋市場分断約定（やくじょう）方式

・買い入札価格
・買い入札量・買うエリア・売り入札価格
・売り入札量・売るエリア1718（参考）前日市場の約定の手順① 日本全体でｵｰｸｼｮﾝを実施し、均衡点（ｼｽﾃﾑﾌﾟﾗｲｽと総約定量）を求める。
② その際に各連系線を流れる電気の方向と電力の量を計算③ もし①の電力量が各連系線の空き容量を超過しなければ、①の均衡点が最終的な約定価格・取引量になる。
③’ もし①の電力量が各連系線の空き容量を超過した場合、①を取り消し、その連系線を境に市場を分断して、ミニ市場ごとにオークションをやり直し、ミニ市場ごとに異なる均衡点（エリアプライス・約定量）を決定する。

エリア別市場価格の乖離＝市場分断が発生している

北海道＞東北・東京＞西日本のとき、北本とFCで分断

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2018年10月以降の仮想的な北本の貿易量 𝑄෠𝐹𝐶𝐹𝑆 を推定
෡ 𝑭𝑪𝑭𝑺 = 空き容量 − 予約量 𝑖𝑓 ∆𝑝ො𝐷𝐴𝑀 ≠ 0𝑸
予約された容量前日市場で配分可能な容量

前日市場で市場分断が発生するとき（ ∆𝑝ො𝐷𝐴𝑀 ≠ 0 ）、前日市場は連系線の空き容量を全て使って貿易を行う

まずは仮想的な予約量と、市場分断の有無・方向を求める

20

21

仮想的な北本の予約量の推定
・2018年10月以前のデータを、訓練データとテストデータに8:2の比で分割し、・訓練データを用いて、2018年10月以前の連系線の予約量を推定:
preq𝑟𝑒𝑠𝑒𝑟𝑣𝑒,𝑡 = 𝛼0 + 𝛽1 空き容量 + 𝑇𝑖𝑚𝑒 𝐹𝐸𝑡 + 𝑒𝑡・推定したモデルに、テストデータを代入して予測誤差（MSE）を計算

モデル

(1)
線形回帰

(2)
LASSO

Mean Square Error

375

377

(3)

(4)

Random Forest Neural Network
426408・線形回帰を用いて、2018年10月以降の仮想的な予約量を予測

仮想的な北本連系線の予約量

22

23

仮想的な市場分断の有無・方向の推定
・2018年10月以前のデータを、訓練データとテストデータに8:2の比で分割し、・訓練データを用いて、2018年10月以前の市場分断の発生確率モデルを推定:
𝑷𝒕 = 𝜶𝟎 + 𝜷𝟏 空き容量 + 𝜷𝟐 予約量 + 𝜷𝟑 需給要因 + 𝑻𝒊𝒎𝒆 𝑭𝑬𝒕 + 𝒆𝒕P𝑡 = {市場分断なし、順方向に市場分断、逆方向に市場分断}・推定したモデルに、テストデータを代入して正解率（Accuracy）を計算
モデル
Accuracy

(1)

(2)

(3)

多項ロジット84.04%

Random Forest

Deep Neural Network

86.53%

86.43%

・RFを用いて、2018年10月以降の仮想的な市場分断の発生の有無・方向を予測

24

仮想的な北本の市場分断の有無・方向

2018年10月以降の仮想的な北本の貿易量 𝑄෠𝐹𝐶𝐹𝑆 を推定෡ 𝑭𝑪𝑭𝑺 = 空き容量 − 予約量 𝑖𝑓 ∆𝑝ො𝐷𝐴𝑀 ≠ 0𝑸25

間接オークションの経済効果
前日市場の価格
𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺26

𝟏△𝑾=𝟐𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺 − 𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺

𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕+ 𝑷𝑰𝑨𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕− 𝑷𝑰𝑨∗ (𝑸𝑰𝑨 − 𝑸𝑭𝑪𝑭𝑺 )2018年10月以降の仮想的な市場価格の差（線分DC）と貿易量 𝑸𝑭𝑪𝑭𝑺 を推定する必要DA

𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑰𝑨

Price Dependency Curve

PDCexport△W𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕

𝑷𝑰𝑨𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕

𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺

B

PDCimport

C

青：貿易効果赤：入札量効果

QFCFS

QIA

前日市場での連系線を介した貿易の量27

2018年10月以降の仮想的な市場価格の差の推定∆𝑝𝐷𝐴,𝑡 = 𝛼0 + 𝜷𝟏 𝑞𝐷𝐴,𝑡 + 𝛽2 𝑞𝑏𝑖𝑑@𝑖𝑚𝑝𝑜𝑟𝑡 + 𝛽3 𝑆𝑢𝑝𝑝𝑙𝑦𝑡 + 𝛽4 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑡 + 𝐹𝐸𝑡 + 𝜀𝑡・β_1は貿易効果、β_2は入札量効果を示す。

・このモデルを推定し、先ほど求めた仮想的な貿易量𝑄෠𝐹𝐶𝐹𝑆 を代入することで、仮想的なエリア間の市場価格の差を求めることができる。

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2018年10月以降の仮想的な市場価格の差の推定
(1)

(2)

(3)

(4)

(5)𝜷𝟏 : 貿易効果

-0.03***-0.03*** -0.03*** -0.03*** -0.03***

se0.004

0.004

0.003

0.003

0.004

𝜷𝟐 : 入札量効果

0.12***

0.12***

0.11***

0.10***

0.10***

se

0.12

0.012

0.12

0.12

0.23

Month×Year FE

No

Yes

No

Yes

Yes

Hour×Month FE

NoNo

Yes

Yes

No

Hour×Year-Month FE

NoNo

No

No

Yes

標準誤差は日レベルでクラスタリング。 *** p<0.01, ** p<0.05, * p<0.1

間接オークションの経済効果
𝑻𝟏
෍△ 𝑾 =
𝟐

𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺 − 𝑷𝑭𝑪𝑭𝑺

𝒊𝒎𝒑𝒐𝒓𝒕+ 𝑷𝑰𝑨

𝒆𝒙𝒑𝒐𝒓𝒕− 𝑷𝑰𝑨∗ (𝑸𝑰𝑨 − 𝑸𝑭𝑪𝑭𝑺 )𝒕t = 2018/10/01 0時.

T = 2019/03/28 15時.

北本連系線の運用容量は、２０１９年３月２８日１５時に増強されたため、経済効果の計算は、その手前までの約6か月間。

連系線

北本FC

経済効果 (億円/ 6か月)

25.9(分析中)30

結論• 間接オークションは、連系線の事前予約を禁じることで、前日市場でのエリア間の貿易量と入札量を増加させる。

• この制度改革による経済効果（発電費用の削減効果）は、• 実施から約6か月間で、北本で25.9 億円、FCで ? 億円。
• 年間換算では計51.8 +α 億円。

• 間接オークションという制度改革の費用対効果は高かったと考えられる。