低收入国家电力去中心化市场

11053 分布式市场在低收入国家 梅根·朗 一份经验证的可重现性包可用于本文，请访问http://reproducibility.worldbank.org，点击直接访问。此处 政策研究工作论文 11053 摘要 低收入国家的政府越来越多地将离网电力供应整合到国家电气化战略中，从而创造了新型、去中心化的电力市场。本文研究了一种高度去中心化的产品，它在能源获取中发挥着重要作用：即购即用（PAYGo）太阳能家庭系统。与电网电气化不同，即购即用太阳能具有较低的前期成本，但相对较高的使用成本。高边际成本价格在多大程度上限制了太阳能家庭系统的采用？2019年，多哥政府实施了一项大型补贴， 降低使用成本17.8%至41.7%，而前期成本保持不变。本文估计补贴大幅提高了采用率，对最小系统（增加240%）的影响最大。论文接着发展了一个理论框架，表明此类补贴的效果因分散式太阳能电力的独特成本结构而具有不确定性。结果表明，使用价格在低收入家庭的电气化决策中至关重要。 本文是发展研究小组、发展经济学的研究成果。它是世界银行为提供其研究开放访问并贡献于全球发展政策讨论而进行的更大努力的一部分。政策研究工作论文也发布在http://www.worldbank.org/prwp上。作者可通过mlang@worldbank.org联系。本文的验证可复现包可在http://reproducibility.worldbank.org获取，点击链接即可访问。此处对直接访问。 《政策研究工作论文系列》传播正在进行中的工作的发现，以鼓励关于发展的思想交流。问题。该系列的一个目标是快速发布研究结果，即使报告的呈现并不完全精致。论文带有作者名称应相应引用。本文中表达的研究发现、解释和结论完全是作者自己的。作者的观点。它们不一定代表世界银行/国际复兴开发银行的立场。其附属机构，或世界银行执行董事或他们所代表的政府的机构。PG 分布式市场在低收入国家 梅根·朗∗ 关键词：电气化、分散式电力供应、可再生能源JEL分类代码：O2, Q2, Q4 1 引言 将电力电网扩展到农村地区在许多低收入国家财政上不可持续。电网扩张的成本高昂，低收入家庭对电力的需求较低，这使得公共事业公司为这些家庭提供服务不具盈利性。因此，政府越来越多地将分散式电力供应纳入国家电力普及战略，并强烈关注太阳能。 我研究了这样一个高度去中心化的产品，它在能源获取方面发挥着越来越重要的作用：即付即用（PAYGo）太阳能家庭系统。即付即用太阳能系统的消费者需支付首付以安装太阳能家庭系统，这通常比接入电网的成本低一个数量级。该系统提供基本的电力接入。1安装完成后，消费者通过使用移动货币购买接入时间来“按需付费”使用系统产生的电力。2住户通过这些持续支付的太阳能家用系统使用费用灵活地筹集资金。 相对较低的PAYGo系统首付使得安装成本比电网连接更可负担；然而，使用PAYGo系统的成本仍然比传统能源来源更高。在多哥，我的研究环境，最小型系统的接入时间成本几乎是未通电家庭蜡烛、煤油和电池平均每月支出的两倍。因此，PAYGo合同的架构要求将能源接入讨论的重点从连接成本转移到密集边际使用成本。到何种程度，高密集边际价格限制了太阳能家庭系统的采用？ 多哥政府在2019年推出了一项大型补贴，用于扩大太阳能接入时间，此前已多次在供应侧投资，以发展私人市场的预付费太阳能。该补贴降低了接入成本 时间缩短了17.8%–41.7%，具体取决于太阳能家庭系统的规模，但采用的前期成本保持不变。该政策的目标是到2022年将农村电气化率从提高至40%，使30万户家庭实现电气化。 我使用事件研究和双向固定效应设定来量化政策响应下的采用率增长。多哥政府分三个阶段实施补贴，优先权大致倾向于电力普及率较低的省份。补贴的实施创造了自然的实验环境，用于衡量密集边际价格对广泛边际电气化决策的影响。3 政策在头几个月显著增加了太阳能家庭系统的采用率，其中对于规模最小、成本最低的系统的效应最大。政策将小型太阳能家庭系统的采用率提高了240%，大型系统提高了66%。我没有发现中等系统采用率在统计上存在显著增加。针对多哥的密集边际补贴的采用率大幅增加表明，太阳能家庭系统采用率低并非源于市场价格的采用收益低，而是因为信贷限制。因此，我的研究结果突出了长期可负担性对于边际家庭采用决策的重要性。来自太阳能家庭系统的碳收益估算等于补贴成本的1/3。尽管太阳能家庭系统采用可能存在其他积极的外部性，但它们必须足够大才能证明补贴规模是合理的。 在确定了多哥补贴的效果后，我建立了一个理论框架，以考虑在何种条件下补贴效果可以推广到其他环境。该模型突出了分散式太阳能电力与并网电力的两个基本不同特征：发电和分配的零边际成本，以及竞争性、可能具有竞争性的市场。我的模型说明了成本结构在……的重要性。 PAYGo光伏系统和展示出政策制定者需要知晓的大量参数，才能预测在不同于当前环境下的类似补贴政策的效果。 本文通过研究电力供应的分散化市场，扩展了我们对于电气化政策的理解，这些市场与电网市场有根本的不同。电网接入成本高昂，必然使得人们关注广泛的边际价格（Trimble等人，2016年）。改变电网连接前期成本的研究表明，农村地区对电气化的需求弹性高且价格敏感，明确指出前期成本是电网电气化的首要障碍（Lee、Miguel和Wolfram，2020年，Chaplin等人，2017年）。4近期Burgess等人（2023）的研究指出，非洲电网电价的高昂直接导致了对分布式太阳能解决方案需求的迅速增长。5与PAYGo太阳能等产品相关的低前期成本引发了关于电气化决策与前期成本高的情况下政策相关性较低且难以研究的密集边际价格之间关系的重大问题。 除了成本结构上的差异外，像PAYGo太阳能这样的去中心化解决方案并不会产生自然垄断。我的论文补充了Blimpo、Postepska和Xu（2020）的研究，他们为面临政府定价的联网公用事业建模了最佳连接成本。它还突出了通过去中心化市场实现电气化的政策制定者面临的独特问题。如Laffont和Tirole（1986）所指出的，监管者与自然垄断之间的信息不对称创造了监管者必须尝试最小化的信息租金。PAYGo太阳能现有的市场竞争结构意味着不同的政策动机。可再生能源和去中心化解决方案具有正面的环境外部性。而非解决 市场力量，政策制定者在处理去中心化解决方案时，可能会关注如何实现清洁能源的社会最优使用，或者实现与能源获取相关的社会目标。我的实证研究展示了密集边际补贴在多哥实现这些目标的效果如何，而我的模型提供了一个框架，以理解密集边际补贴在不同环境下的运作方式。 在关于电气化的争论之外，我的研究结果探讨了低收入环境中耐用消费品的使用成本与购买决策之间的关系。理论预测，边际价格降低应增加耐用消费品的采用率（Dubin和McFadden（1984年））。然而，低收入环境中的消费者通常受到信贷约束，这阻碍了具有一次性成本的耐用消费品的采用（例如，Berkouwer和Dean（2022年），Beltramo等人（2015年），Bensch，Grimm和Peters（2015年），Levine等人（2018年））。此外，美国和欧洲消费者的多项研究发现，存在与注意力不集中、短视和难以评估边际价格变化一致的证据（例如，Hausman（1979年），Gallagher和Muehlegger（2011年），Allcott和Wozny（2014年），Allcott和Taubinsky（2015年））。多哥补贴的影响表明，即使这些新型产品具有一次性成本，低收入国家的消费者对边际成本降低也非常敏感。这为低收入消费者使用成本的重要性提供了重要证据，并确立了信贷约束不是低收入人口对电气化广泛边际需求低下的唯一解释。 本文接着对多哥的电气化进程以及我所研究的政策进行描述，然后介绍实证策略和结果。随后，我提出一个分散式电力市场模型，讨论外部有效性，并考虑政策影响，最后得出结论。 2 背景 i Context 2017年，多哥35%的人口能够使用电力：74%的城市家庭和5%的农村家庭。政府启动了一个新的计划—— 名为“CIZO”的综合计划被提出以增加农村电气化率至2022年的40%，目标是在2030年实现电力普及（USAID（2017））。CIZO旨在解决分散式电气化的供需双方障碍。在供应方面，CIZO包括增值税豁免和降低关税，以及由国家赞助的太阳能培训学院，以培养全国范围内PAYGo太阳能公司运营所需的人力（Kibala Bauer和White（2021））。在需求方面，CIZO包括由国家赞助的市场营销和意识提升活动以及终端用户补贴。 政府分阶段地传达了CIZO的不同组成部分。它首先在2017年6月宣布了增加太阳能家庭系统接入的计划，并在7月宣布与太阳能公司BBOXX会面。到12月初，太阳能公司在多哥已经开始运营。6同时，政府在建立和运营太阳能学院，这些学院于2017年开始运营，并持续到2019年上半年度（非洲开发银行（2017））。2019年3月，多哥政府宣布将补贴预付费太阳能服务，以提高电气化率，减少煤油的使用，并促进经济发展（奥腾格（2019））。在当时，预付费市场在多哥尚未成熟，因此只有两家预付费太阳能公司运营，尽管市场在原则上可以竞争。 基于《调和家庭生活标准调查》的数据，截至2018年底，城市家庭的电气化率达到了86%，农村家庭的电气化率为22%（WAEMU委员会（2018–2019））。每月平均电费支出范围从1575–2975非洲金融共同体法郎（CFA）（相当于2.40至4.50美元）不等，具体取决于电网接入家庭的连接类型。7在无电网连接的家庭中，79.5%的家庭报告称他们的主要供电来源为... 玛丽光源作为电池供电灯笼，占7.7%，煤油灯占5.8%，太阳能灯笼或太阳能板占5.8%，其余7%为其他能源来源（蜡烛、发电机等）。这些家庭在电池、煤油和蜡烛上的平均月支出为CFA 1192（约合USD 1.80）。 PAYGo太阳能家庭系统使农村消费者能够获得基本的电力接入，而无需投资基础设施来扩展电网。首付相对于购买太阳能家庭系统或接入电网的成本较小，消费者在持续付款的金额和时机上具有灵活性。8每个系统包括太阳能板、用于储存太阳能板发电的电池，以及各种高效率电器，如灯具、可充电收音机、便携式手电筒、手机充电器和电视。消费者可以选择将这些电器中的哪些包含在他们家的太阳能家庭系统（SHS）中，每增加一个电器都会提高整个合同的附加值。一旦消费者选择了他们的套餐，他们就会支付预付款，并在家中安装该系统。 安装完成后，消费者“先消费后付款”。太阳能公司设定每日电费率，即一天太阳能使用时间的费用。SHS（离网太阳能家庭系统）中包含的电器越多，每日电费率越高。一旦消费者使用移动货币购买使用时间，他们可以无限制地使用太阳能家庭系统。当使用时间用尽时，太阳能公司远程锁定消费者对SHS的访问权限，阻止他们使用，直到他们为额外时间付费。如果消费者在一段时间内不购买使用时间，太阳能公司可能会收回SHS。在预付费使用时间的合同中，与全球范围内越来越普遍的、尤其是在撒哈拉以南非洲地区的预付费并网电力的合同有着紧密的相似性（Jack和Smith（2020））。主要区别 这是这样的：访问时间持续下降，而提前在电网为千瓦时数量预付费用的消费者可以储备他们的电力信用额。9在两种情况下，提前还款使得电力合同对公用事业公司或太阳能公司具有高度可执行性，且成本极低。 将近95%的太阳能用户选择了三种日收费标准之一，即购买一天系统接入权的价格：CFA 160（34.16%的客户）、CFA 220（19.56%的客户）或CFA 375（41.2%的客户）。为了简化，我将日收费标准为CFA 160的系统称为小型，CFA 220的系统称为中型，CFA 375的系统称为大型。小型系统用户拥有灯泡、手机充电器，以及额外的灯泡或收音机。中型系统用户既有额外的灯泡，也有收