美国能源市场之电力现货市场篇

电能由其他能源转换而来（比如太阳能发电，风力发电，核电等），因此它是一种二次能源。虽然看不见，但是可以被计量。电能一个很重要的特征就

电能由其他能源转换而来（比如太阳能发电，风力发电，核电等），因此它是一种二次能源。虽然看不见，但是可以被计量。电能一个很重要的特征就是其供给和需求必须在每个节点无时无刻都要完全匹配。

1. 电量需求

电力需求可分以下两种：

• 基本负载（Base Load）：基本负载是一直都在用的，比如电冰箱用电。
• 峰值负载（Peak Load）：峰值负载是在特定的一段时间用的，比如空调用电。

1.1 影响因素

影响电力需求的因素主要有人口，气候和天气，经济活动，电力政策/规范以及客户群体（居民用户，商业用户和工业用户）。

1.2 需求预测

电力需求预测可分为三类：

• 短期：从一小时到一周
• 中期：从一周到一年
• 长期：一年以上

对于短期预测来说，天气是最重要的影响因素；而对于中长期预测，它们会考虑历史负载，天气，用户群体及分类，电器数量和其特性，经济和人口数据以及其他因素。

1.3 需求响应（Demand Response）

需求响应是一种主动降低用电需求的机制，主要通过电力可靠性或电价来减少用户电力消费。其有三种形式：削减（Curtailing，当时不用，后面也不用了），转移（Shift­ing，转移是当时不用，后面再用，比如用电高峰不用洗衣机，非高峰的时候再用）和自发电（On-site Generation，自己发电，比如医院，数据中心等）。

需求反应有利于电力系统的规划和运营，其主要是在月度规划（Months Operational Planning），日前规划（Day-ahead Economic Scheduling），当日运营（Day-of Economic Dispatch）和实时运营（< 15 min）起作用。

2. 电力供应

电力供应涵盖两个方面，一方面是发电，另一方面是输配电。

2.1 发电

发电厂一般按燃料进行分类，其成本有两个大类，一类是投资成本，另一类是运营成本。

2.1.2 天然气发电

天然气发电机组可分为：

• 蒸汽锅炉（Steam Boiler）：规模在300 MW-1,000 MW，启动时间长，负荷弹性低
• 燃气涡轮机（Gas Turbine）：规模在10-50 MW，启动时间快，主要用于用电高峰时期，其投资低运营成本高，使用寿命短
• 联合循环电厂（Combined cycle power plants）：蒸汽锅炉和燃气涡轮机的组合，在同等规模的情况下，比煤电节省80%的用地

2.1.2 核电

核电厂用于满足基本用电需求，通常运营18或者24个月（燃料周期时间），然后加燃料和维护（大概20天左右或者更长）。

2.1.3 可再生能源发电

可再生能源发电包括风能，太阳能，地热，水力，生物质能等。其利好政策有税收抵免（ITC），低息贷款，返现和发电奖励（PTC），还有联邦政府资助的研发，可再生能源发电配额制（Renewable Portfolio Standards）以及可再生能源证书（Renewable Energy Certificates）。

2.2 输电（Transmission）

因为直流输电比交流贵，所以通常情况，均采用交流输电。在距离远，输电规模大的项目上才采用直流输电。

2.2.1 电网运营

电网运营包含两种调度：

• 日前调度（Day-Ahead Unit Commitment）：通常优先选择最经济的发电机组。考虑因素有第二天预估用电量，发电机组运行特性（发电输出变化快慢，最小/最大发电能力，最短发电时间），机组发电成本和环境合规成本。如果不能保证电网稳定性，即使其最经济，也不能上线
• 实时调度（System and Unit Dispatch）：保证需求和供给实时平衡，系统频率必须维持在60赫兹，同时还要保证电压稳定

在区域竞争市场，日前市场满足95%的电力需求，剩下5%靠实时市场解决。

2.2.2 辅助服务（Ancillary Services）

辅助服务主要是保障电网稳定和支持电力输送。通常服务于实时或者非常短的时期。其服务主要有四类：

• 调频服务（Regulation）：根据用电需求，增大或降低发电量。响应时间为秒级，因为电网不保持在60赫兹就会崩溃
  
• 运营备用（Operating Reserves）：当某个发电机组离线时，运营储备就派上了用场。它可以是增加发电量也可以是减少用电需求。它又可细分为三个小类：

(i) 运转备用（Spinning Reserves），运营备用的主要模式。发电机组一直在线，有富余的出力发更多的电或者通过需求响应，降低用电量，响应时间在10分钟之内

(ii) 离线备用（Nonspinning Reserves），发电机组处于待命状态，可在10分钟之内发电或者是通过需求响应，降低用电量

(iii) 补充备用（Supplemental Reserves）， 发电机组30分钟内发电，主要通过日前市场进行调度

• 黑启动（Black Start）： 在无需来自电网的任何外部帮助下，发电机组能够从关闭状态进入运行状态并开始输送电力，通常由水电站或柴油机组完成）
  
• 无功补偿（Reactive power）：电流输送要消耗电压，而电压需要无功功率来提供，此外电磁设备运行也需要无功功率。因此需要通过无功补偿来维持电网稳定

3. 电力批发市场（Wholesale Electricity Markets）

电力批发市场可分为管制市场（Traditional Regulated Mar­kets）和竞争市场（Market-Regulated Markets）。

3.1 管制市场

管制市场主要在美国东南，西南和西北。电力公司都是垄断企业，拥有发电设施和输配电系统。其核心职责是发电，维护电网稳定，平衡供需，经济调度，与其他区域配合调度，规划输电，与其他区域协调发展。

3.2 竞争市场

竞争市场由区域运营机构（Regional Transmission Organizations）独立运营。它们只有输电网运营权，不拥有发电资产和输电资产，也不负责相关资产的维护和配电。

其核心职责为确保输电网络稳定可靠，在划定的区域内运营输电网络，平衡供需，经营竞争性非歧视性电力市场，提供非歧视性并网服务和规划输电网络扩张。

美国一共有7个区域运营机构，它们是PJM Interconnection (PJM)，Midcontinent ISO (MISO)，Electric Reliability Council of Texas (ERCOT)，California ISO (CAISO)，Southwest Power Pool (SPP)，New York ISO (NYISO)和New England ISO (ISO-NE)。

4. 电价

影响电价的因素主要燃料价格，资金成本，输电能力以及电厂运营成本等，其中发电成本可以占到电价的65%。

电价的弹性很低，主要是因为终端用户不知道实时电价情况，他们通常按月付费。此外，电力是生活和其他社会/经济活动不可或缺的。

电价分为两种：

• 成本定价（Cost-Based Rates）：通常用于输电电价，一些不适合或不想要市场定价的地方。考虑因素有发电成本，输配电成本，投资回报以及其它成本
• 市场定价（Market-Based Rates）：价格由买卖双方协商。售电方需要证明没有市场操纵能力（发电量占该市场发电总量比例以及无法影响竞争对手成本和进入市场）