美国电力市场发展分析及对我国电力市场建设的启示

第35卷第6期电网技术Vol.35No.62011年6月PowerSystemTechnologyJun.2011文章编号：1000-3673（2011）06-0161-06中图分类号：TM71文献标志码：A学科代码：790·625美国电力市场发展分析及对我国电力市场建设的启示许子智，曾鸣（华北电力大学经济与管理学院，北京市昌平区102206）AnalysisonElectricityMarketDevelopmentinUSandItsInspirationtoElectricityMarketConstructioninChinaXUZizhi,ZENGMing(SchoolofEconomicsandManagement,NorthChinaElectricPowerUniversity,ChangpingDistrict,Beijing102206,China)ABSTRACT:Centeredontheissuesofconstructionofregionalelectricitymarket,developmentofsmartgrids,developmentofcleanenergyandmechanismofdemand-sideresponse,thedevelopmenttrendandfeaturesofelectricitymarketsinUSareemphaticallyanalyzed.InallusiontodevelopmentofelecticpowerindustryinChina,itisproposedthattheelectricitymarketconstructioninChinashouldbesustainableandtheconstructionofsmartgridsshouldbespeededup;domesticelectricitymarkets,demand-sidemanagementandauxiliaryservicemarketsshouldbefurtherimproved.KEYWORDS:electricitymarket;smartgrid;cleanenergy;ancillaryservice;demandsideresponse摘要：重点围绕区域市场建设、智能电网发展、清洁能源发展、需求侧响应机制，分析了美国电力市场的发展趋势和特点。针对我国电力工业的发展情况，提出我国电力市场建设应以可持续发展为目标，加快智能电网建设，进一步完善国家电力市场、需求侧管理和辅助服务市场。关键词：电力市场；智能电网；清洁能源；辅助服务；需求侧响应0引言美国是昀早进行电力市场改革的国家之一，在电力市场模式设计和选择方面经历了曲折的探索过程，对市场建设的长期性和复杂性有着深刻认识。国内学者对美国电力市场进行了广泛而深入的研究，成果丰富[1-13]。近年来，随着能源安全、气候危机、环境保护等大环境的改变，美国电力市场建设突出表现为传统市场设计与适应新形势的市场建设齐头并进的发展趋势。一方面，继续完善批发电力市场、辅助服务市场、零售市场等，不断提高区域市场运营效率。另一方面，开展适应清洁能源和智能电网发展的市场机制建设。需要指出，这2个方面并不截然分开，既有区别也有融合，如需求侧响应机制就是智能电网的昀佳应用之一[14-15]。近年来，美国电力科学研究院、哈佛大学电力市场组、亚利桑那州立大学电力系统工程研究中心等主要研究机构重点围绕市场模型与方法、监管问题、金融与财务、气候变化等问题开展研究。在传统市场设计方面，主要研究稀缺定价机制、发输电投资与容量充裕性、金融交易在消除市场力中的作用以及电力终端与电力市场的关系，即促进需求侧响应、提高能源利用效率和电动交通应用等。此外，本文重点研究了气候变化对系统运行策略、电源扩展计划、可再生能源接入和市场规则的影响，以及相应的可再生能源交易机制、排放权交易机制等热点问题。在此背景下，本文重点围绕区域市场建设、智能电网发展、清洁能源发展、需求侧响应机制，分析美国电力市场的发展趋势和特点，相关理念和具体措施对我国电力市场建设可以起到借鉴作用。1美国区域电力市场建设1.1电力市场的改革方向自1992年电力市场化改革以来，以加州危机和美加大停电为代表的美国电力工业经历了改革蓬勃期、挫折期和缓慢发展期。虽然各方对电力市场化改革仍存有疑虑，如美国公共电力联盟认为区域输电组织(regionaltransmissionorganization，RTO)偏离了保障区域内输电投资的充裕性这一昀核心162许子智等：美国电力市场发展分析及对我国电力市场建设的启示Vol.35No.6任务，而节点电价(locationalmarginalprice，LMP)也没有起到引导发电和输电投资的作用。但美国联邦能源监管委员会(federalenergyregulatorycommission，FERC)充分肯定了市场改革的作用，认为正是竞争确保了美国在25a来以合理的价格、安全可靠地供应电力和天然气。FERC认为美国电力市场已具备有效竞争市场的应有特点，即充裕的发电投资、燃料的多样性、市场准入、电网准入、坚强电网、充裕的电网投资、良好的运行绩效、市场透明性、需求侧响应以及提供新产品、新服务和新技术。长期来看，自由竞争仍是美国电力和天然气能源政策的核心，FERC未来将在培育自由竞争和加强必要监管之间采取更灵活的协调方式，以解决静态监管难以处理不确定性因素大幅增多的问题，逐步由静态监管变为动态监管，及时根据市场变化调整监管方式，以实现平稳改革。1.2区域电力市场建设美国各区域电力市场进一步完善市场设计。其中，加州电力市场实施了市场再设计与技术升级(marketredesignandtechnologyupgrade，MRTU)，建立了集合电能、辅助服务(运行备用)和阻塞管理的日前市场，以期能够以昀低的成本实现资源优化配置，建立了新的市场规则和惩罚方式，以限制和惩罚一些公司的博弈和市场操纵行为，建立了节点定价机制，以消除阻塞区域内外价差以及利用昀新的计算机技术提供一个更加精确的模型，使独立系统运行机构(independentsystemoperator，ISO)能更好地预测日前市场交易的潮流情况。此外，纽约电力市场制定了市场设计改进计划，以建立充分竞争和流动的市场，实现日前市场和实时市场的跨区协作。中西部ISO以昀小化生产成本为目标，建立辅助服务市场，通过市场方式确保系统安全运行。虽然负荷和发电容量占美国全国电量的40%左右，西北部和东南部地区尚未形成有组织的电力市场，但这些地区仍在深化改革，开展公有公司对大工业用户供电的竞争。同时，FERC从4个方面规范和促进电力批发市场竞争：1）增强需求侧响应，特别是在运行备用短缺时，利用市场价格来刺激需求弹性，以提高系统运行的灵活性。2）促进长期合约交易发展，重点在于增加市场参与者之间的透明度，允许相互交换长期电力交易的信息。3）提高市场监测能力，主要是增强市场监测机构(marketmonitoringunit，MMU)的独立性。4）建立新的规则，提高RTO和ISO对用户意见的处理速度，提高服务水平。1.3区域电力市场的发展趋势目前，美国只有区域电力市场，尚未形成全国范围内的国家电力市场，但逐步扩大市场范围已成主要趋势。一方面，美国政府已经意识到区域市场间的协调在电网规划建设、区域市场运营等方面的重要作用，因而不断推动批发市场和RTO范围的扩大。另一方面，各区域电力市场之间也在逐渐加强协调与合作。其中，宾夕法尼亚、新泽西和马里兰3州互联系统(Pennsylvania-NewJersey-Maryland，PJM)和中西部ISO建立了2个RTO共同解决问题的联合运行协议(jointoperatingagreement，JOA)，实现机组停运协调、紧急事故协调、数据共享等。纽约ISO则与PJM建立协调机制，以消除跨区交易的壁垒，解决成本分摊问题，提高东北部市场的整体效率，同时还将与新英格兰ISO、加拿大的安大略、魁北克和滨海诸省建立合作。1.4区域市场电价发展情况美国近年的批发电价总体上呈上升趋势，主要原因是能源价格上涨。以PJM批发电力市场为例，如图1所示。若除去能源价格上涨的因素，电力批发价格总体是下降的。这表明在过去的10a中，PJM市场日益增加的市场竞争效率带来了电力价格的下降。改革州零售电价增幅明显高于管制州。在1998—1999年间，改革州零售价格有所下降，管制州基本维持不变。而在1997—2003年，改革州和管制州零售价格均增加了0.5美分/kW⋅h。美国解除管制州与管制州零售电价的对比如图2所示。由图2可知，自2004年后，改革州零售价格增加了3.4美分/kW⋅h，但管制州仅增加了2.1美分/kW⋅h。7060504030201001998—19991999—20002000—20012001—20022002—20032003—20042004—20052005—20062006—20072007—2008年份平均电价；除去能源价格影响后的电价水平。电价/(USD/MW⋅h)图1能源价格上涨对PJM批发电力价格的影响Fig.1ImpactofenergypriceriseonPJMelectricitywholesaleprice第35卷第6期电网技术163电价/(美分/kW⋅h)131197531年份1997199819992000200120022003200520042008200720062009开展电力改革的州全国平均价格未开展电力改革的州图2美国解除管制州与管制州零售电价的对比Fig.2RetailelectricitypricecomparisonbetweenregulatedprovincesandderegulatedonesinUS2美国电网建设与电力市场的发展2.1跨区电网与智能电网建设美国正综合利用各方面措施来加速电网建设，推动全国骨干高压电网的形成，实现全国大范围联网。虽然自2005年实施新能源法刺激输电投资以来，电网投资有了明显上升趋势，但仍未能形成大规模的跨州、跨地区的高电压传输网络，不能有效地将清洁能源从偏远地区输送到人口密集中心。预计到2030年20%的美国电力将由风电产生，为此需要修建30.5767Mm的765kV骨干电网[16]。与此同时，智能电网已成为奥巴马政府绿色能源环境气候一体化政策的重要组成部分，包括PJM在内的多个区域都已开始研究设计智能电网系统。FERC则进一步引导工业界在发展智能电网的标准和装置方面协调一致。这包括在区域市场运行机构、公共事业公司、供电商和消费者之间提供双向通信，以及协调发展可再生能源、需求侧响应、电力储能装置和电动交通系统等。2.2电网升级对市场发展的影响电力系统与电力市场在物理运行和经济运营方面密切相关[17-18]。近年来，美国电网建设加速将对电力市场运营带来重大影响。跨区电网建设为扩大交易范围、加强各区域市场间的协调运营提供了物质基础，而智能电网将对数10a来保持的电力系统运作方式带来变革，这会对电力市场建设提供新的契机，从而深刻影响和改变现有电力市场。在市场建设方面，智能电网将促使电力市场对用户选择权进一步放开，因而支撑零售市场迅速发展，并接近完全竞争。电力用户双向互动、用电弹性变大，这将提高批发市场和零售市场之间的互动性。其中，需求侧响应机制作为联结批发市场和零售市场的重要一环，作用将更突出。在规划机制方面，FERC推动各区域的输电规划向实现跨区域的能源资源优化整合方向发展。为此，FERC检查各区域现有输电规划程序能否促进跨区输电线路的发展以及能否大规模整合分布式能源资源等，推动用户和其他利益相关者参与输电规划程序，开发各区间统一的可用输电容量的计算方法，制定区域输电成本分配方法，建立宽松的输电选址管理规则，以吸引更多的投资等。美国能源部(DepartmentofEnergy，DOE)每3年开展1次全国输电阻塞研究