美国东部与西部电力市场的分析比较

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 美国东部与西部电力市场的比较 辛耀中1, 韩　放1, 李毅松1, 屈敬伏1, 王　浩2 (11 国家电力调度通信中心, 北京 100761; 21 电力自动化研究院, 南京 210003) 摘要: 介绍并比较了美国目前已经运行的 4 个电力市场, 即东部的 PJM、新英格兰、纽约州电力市 场和西部的加州电力市场, 分析了加州电力危机的深层原因, 最后提出了我国电力市场应该从中吸 取的经验教训。 关键词: 电力市场; 电源规划; 调节 中图分类号: TM 73; F 12319 收稿日期: 2001203206。 1　美国电力市场简介 经美国联邦能源管制委员会批准建立的电力市 场独立系统运行机构 ( ISO ) 共 5 个: 加州 ISO , PJM ISO , 新英格兰 ISO , 纽约州 ISO 和中西部 ISO , 另外 得州电力可靠性委员会 (ERCO T ) 批准建立了得州 ISO。笔者最近有幸考察访问了其中 4 个已经运行 的 ISO , 现将 4 个美国电力市场的基本情况列于 表 1。 2　分析比较及经验教训 就在美国东部 3 个电力市场稳定运行且不断取 得成果的同时, 位于西海岸的全美第 1 个开展电力 市场的加州却发生了严重的电力危机, 笔者 2001 年 2 月在加州访问期间, 加州仍然在实行分区轮停的 限电措施。东西两岸形成了非常强烈的对比。现将 美国东部和西部电力市场进行分析对比如下。 表 1　美国 4 个电力市场基本情况比较表 Table 1　The basic information of four electr ic ity markets in USA 项目 PJM 新英格兰 纽约 加州 投运时间 1999 1999205201 1999211 1998203201 覆盖范围 宾夕法尼亚州、新泽西州、 马里兰州、特拉华州、弗吉 尼亚州 (部分)和华盛顿 (D. C. )等 缅因州、佛蒙特州、马萨诸 塞州、罗得岛州、新罕布什 尔州、康涅狄格州等 纽约州 加州 装机 容量öMW 56 774 27 170 36 350 45 000 最高 负荷öMW 51 700 22 523 28 136 45 000 批发市场 批发 批发 批发 批发 实时市场 10 m in 5 m in 10 m in, 占 5% 10 m in, > 40% 次小时市场 辅助服务 日容量信用市场, 调节市场, 固定输电权市场 A GC, 10 m in 旋转备用, 10 m in 备用, 30 m in 备用, 运行容量和装机容量备用 10 m in 旋转备用, 10 m in 备 用, 30 m in 备用, 运行容量 和装机容量备用 A GC, 10 m in 旋转备用, 10 m in备用, 60 m in 替代备 用 次日市场 24 时段 24 时段 24 时段, 占 40%～ 50% 24 时段, 由 PX 运行 期货ö合同 长期容量信用市场 合同 合同占 50% 原不允许 电价方式 节点边际电价 (LM P) 目前为统一电价, 将改为节点边际电价 (LM P) 节点边际电价 (LM P) 节点边际电价 (LM P) 结算方式 实时与次日分开两步结算 目前以实时价为准, 一步结算, 将改为两步结算 以实时价为准, 一步结算 ( ISO ) 零售市场 仅宾夕法尼亚州 全部, 但对 PG&E, SCE 冻 结零售电价, 仅 SD G&E 开 放 ISO 与 PX ISO 与 PX 合一 ISO 与 PX 合一 ISO 与 PX 合一 ISO 与 PX 分立, 2000201230 PX 关闭 21 第 25 卷　第 8 期 2001 年 4 月 25 日　　　　　　 　　　　　　 V o l. 25　N o. 8 A p r. 25, 2001 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 211　地区环境和能源结构 美国东北部地区水电资源丰富, 又与加拿大的 安大略水电基地相连, 加之负荷增长速度相对较慢, 使电力供需基本平衡。而 90 年代以来, 整个美国西 部地区经济高速发展, 特别是加州地区, 在硅谷电子 产业的带动下, 电力负荷快速增长。但基于对环境保 护和公共安全的考虑, 加州民众强烈抵制建设火电 厂和核电站, 对废气排放课以巨额罚款, 使得新增发 电装机容量很少, 近 10 年没有建设大型发电厂, 没 有扩建输电线路, 因此电源和输电网络建设远远落 后于电力需求的增长。加州本来有近 20% 的水电, 因西部干旱缺水, 所以大部分电力主要依赖于天然 气电厂。天然气电厂具有污染小的优点, 但价格较 高, 特别是在 2000 年, 全球石油价格暴涨, 加州天然 气价格上涨了 12 倍～ 30 倍, 使加州发电公司的发 电成本急剧上涨。部分发电公司将储存的天然气不 用于发电, 而直接在市场中出售, 以牟取暴利, 进一 步导致发电容量减少。发电成本的上涨和发电容量 的不足, 是加州批发电力市场电价飞涨的主要原因。 212　市场构建的基础 PJM、新英格兰、纽约州 ISO 是在原有紧密耦 合的电力联营体 (Pow er Poo l) 机构的基础上建立 的, Pow er Poo l 已经运行多年, 与各电力公司及发 电企业之间已有很好的协调与配合, 可比较平稳地 变为 ISO。而加州 ISO 是在原加州三大电力公司 ——太平洋煤气与电力公司 (PG&E)、南加州爱迪 生公司 (SCE)、圣迭哥煤气与电力公司 (SD G&E) 之 外另行成立的, 缺乏协同运行经验, 所制定的市场运 营规则中相互制约成分多, 相互协调成分少, 在紧急 情况下必然互相指责, 现在还在争论谁该对这场电 力危机负责。 213　交易机构与运行机构的协调 加州电力交易所 (PX ) 负责次日电力市场和 次小时电力市场, 而 ISO 负责实时电力市场和辅助 服务, 几十个协调者 (SC) 负责双边交易。这样 的运营机构很难实现有效的协调运作, 被许多专家 学者批评为“败笔”。后建的 PJM、新英格兰、纽约州 电力市场都吸收了加州的教训, 采用 ISO 与 PX 相 结合的方式, 也称为 ISO 内嵌 PX。纽约州 ISO 既负 责次日电力市场又负责实时电力市场。PJM 和新英 格兰开始时仅设立实时电力市场, PJM 现已开设次 日市场。得州 ISO 是惟一没有 PX 的 ISO。加州 PX 的次日市场已于 2001 年 1 月 30 日关闭, 次小时市 场也于 2001 年 1 月 31 日关闭, 相应功能将转移到 ISO 和 SC 或 A PX, 但其长期交易市场仍将继 续保留。 214　电价体系不完备 这 4 个地方的零售市场都不完备, PJM 仅宾夕 法尼亚州开放了零售市场, 新英格兰和纽约州还未 开放零售市场。加州虽然有零售市场, 但在加州进行 市场改革之初, 大家对电力改革后的形势比较乐观, 认为开放发电市场引入竞争后, 会引起发电成本的 降低, 电价会大幅下降。所以, 当初为了获得州议会 批准, 加州公用事业委员会保证市场运行后用户电 价下降 10% , 即冻结在 12 美分ö(kW ·h ) , 直到 2002 年 3 月。电力公司以为可以从发电市场竞争中 以较低的电价购买电力, 再以冻结电价销售给终端 用户, 从而获得较高利润。但事与愿违, 加州开展电 力市场后, 发电侧的批发电价一路上升, 而对于用户 仍然是与市场改革前一样的冻结电价, 电价失去了 调节供需的杠杆作用, 用户的用电弹性作用完全丧 失。圣迭哥煤气与电力公司 (SD G&E)经营的供电容 量不大, 经过艰苦努力, 于 2000 年夏获准解冻, 实行 零售价与批发价联动, 但引起当地居民强烈不满。而 冻结零售电价, 导致 PG&E 和 SCE 的 120 亿美元亏 损, 濒于破产, 在 2000 年夏季电力危机之后, 其累积 效应又引发冬季电力危机, 加州政府不得不拿出上 百亿美元救急。直到 2001 年 1 月初, 加州公用事业 委员会才迫于各方面的压力进行调价: 居民电价提 高 9% , 中小企业电价提高 7% , 大型企业电价提高 15% , 为期 3 个月。同时将批发市场电价上限从 750 美元ö(MW ·h) 调低到 250 美元ö(MW ·h)。 由此可以看出, 其零售市场和批发市场的电价体系 都有待完善。 215　长期合同 PJM、新英格兰、纽约州电力市场都非常重视长 期合同的平抑电价作用, 这可能是原 Pow er Poo l 与 各成员长期合同的自然延续。纽约州长期合同电量 占 50% , 次日市场占 40%～ 50% , 实时市场仅占 5% 以下。这样的比例对保证电力系统的稳定运行非 常重要。PJM 开创的长期容量信用市场和日容量信 用市场独具特色, 新英格兰和纽约州也都有运行容 量备用及装机容量备用市场。而加州正好相反, 市场 规则禁止电力公司与发电企业签订长期合同, 在缺 电时期, 发电企业为了追求高额利润, 甚至放弃在次 日市场和次小时市场上的竞价, 而将大部分电力投 放到10 m in的实时市场, 造成市场剧烈波动, 批发电 价大幅上扬。这被许多专家认为是滥用市场力的行 为。直到 2000 年夏季, 加州电力管制部门才取消了 不许签订长期合同的限制, 要求供电公司尽快与发 31·电力市场专栏·　辛耀中等　美国东部与西部电力市场的分析比较 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 电公司签订长期合同。但由于当时批发电力市场的 电价相当高, 供电公司担心在此时与发电公司签订 长期合同, 必然会使得合同价格参照现货市场价格 而提升, 根据以往负荷预测, 冬季负荷将下降, 因此 希望现货市场价格有所下降后再签订长期合同。然 而到了 2000 年冬季, 由于天气严寒, 负荷继续增长, 所以, 供电公司一直未能签订足够的长期合同来保 证 供电。直到 2000 年 11 月, 能源管制委员会 (FERC)干预后, 才要求市场参与者必须在次日市 场和期货市场上完成 95% 的交易, 差距大于 5% 的 将被处以罚款。 216　长远规划 PJM 可能是第 1 个负责区域长期规划的电力 市场运营机构。1997 年, FERC 批准 PJM 负责区域 输电网络的发展规划, 1999 年 6 月, FERC 又批准 PJM 负责区域电源规划。PJM 创立了分析区域电源 需求的模型, 制定了评估电源开发建议的程序, 定 义了第一电源请求队列, 将原来的 78 个项目精简到 47 项, 总共 21 GW 容量, 并建立了一个论坛, 以便 有兴趣的单位可以对项目进行跟踪评估。而与此形 成鲜明对照的是, 加州从酝酿发展电力市场至今的 近 10 年期间, 没有任何机构或组织负责电网和电源 的长期规划, 天真地以为电力市场本身会给出经济 学信号, 自动引导投资去发展电网和电源。实践证 明, 当市场表现出缺电时, 经济学信号的确给出, 但 太迟了, 这时开始建设电网和电源已经来不及了。而 且加州电力市场存在许多不定因素, 使投资者不敢 贸然涉足, 这是导致加州缺电的深层原因。所以, FERC 在 2000 法令中赋予区域输电组织 (R TO ) 扩 容发展的责任是很有道理的。 217　放松管制后的再管制 美国电力市场分为两大学派, 西海岸学派倾向 完全竞争, 加州电力市场的设计体现了较多竞争的 思想; 东海岸学派主张适当管制, 东部 3 个电力市场 也表现了合理管制的特征。加州电力市场危机表明, 政府的适当调节和管制是非常必要的。为了缓解危 机, 加州政府紧急出资 4 亿美元用于 2 周内购电, 委 托国有企业——加州水利资源局 (CDW R )代政府买 电, 并且筹集 100 亿美元用于 5 个月内维持向终端 用户的供电, 以期在此期间能够解决危机。政府管理 部门还进行了一系列政策调整: 如允许零售电价上 调 7% 到 15% ; 允许签订长期合同; 强制要求发电公 司必须向加州卖电; 关闭 PX; 禁止电力公司继续出 售电厂等。假如没有政府干预, 任由 PG&E 和 SCE 破产, 怎么保护用户的利益? 谁来为社会供电? 肯定 会发生大规模的社会动乱, 后果不堪设想。因此, 在 放松管制后仍然需要适当的再管制。 218　区域输电组织 (RTO )势在必行 加州的能源危机表明, 单独的 ISO 调节能力太 弱, 对待危机无能为力。FERC 的 2000 法令规定 R TO 是 ISO 的进一步发展, 其目标是美国所有输 电设施拥有者, 包括公共和非公共事业实体, 都应将 其输电设施置于合适的R TO 的及时控制之下, 以 改善输电网络管理效率, 改善网络可靠性, 消除残存 的输电服务隐患, 改善电力市场性能。R TO 具有 4 个基本特点: ①独立性; ②活动范围及区域结构; ③运行许可权; ④短期可靠性。为此, R TO 还具有 8 项基本功能: ①费率管理与设计; ②拥塞处理; ③并 行路径潮流 (环流)管理; ④辅助服务; ⑤开放访问即 时信息系统 (OA S IS)、总输电能力 (T TC)、可用输 电能力 (A TC) ; ⑥市场监视; ⑦规划与扩展; ⑧区域 间协调。目前, 已得到了各方面的认可, 作为联邦法 令已经生效, 剩下的问题就是如何实施了。PJM ISO 对照 R TO 的 4 个特点和 8 项功能自我检查, 认为 完全满足 R TO 条件, 已经向 FERC 提交了成为 R TO 的申请报告, 可能会成为美国第 1 批 R TO。 PJM ISO、纽约州 ISO、新英格兰 ISO、加拿大安大 略 IM O (独立市场运行机构) 近期签署了一项理解 备忘录, 在规划、运行和市场竞争等方面寻求跨区域 的合作与协调。这体现了R TO 向更大区域发展的 可能性。 3　关于我国电力市场建设的几点建议 a1 加州电力市场失败后, PJM 市场模式成了美 国的样板。有的专家认为, 加州电力市场创造的经验 很多, 但其最大的失败就是将 ISO 与 PX 彻底分开, 且加州的 PX 也已于 2001 年 1 月 31 日关闭。所以, 美国后来建设的纽约州、新英格兰、PJM 等电力市 场, 大都采用 ISO 与 PX 相结合, 或 ISO 内嵌 PX 的 模式。目前 PJM 非常有兴趣输出其电力市场设计、 运行规则、运营系统的开发建设等各方面的经验, 愿 意提供咨询、技术服务或产品开发等。或许国家电力 公司可以与其建立合作关系。 b1 市场化改革是不可逆的, 电力市场的建设和 市场规则的设计要考虑到各种可能的情况, 在电力 供大于求时建立的电力市场, 往往对缺电的情况考 虑不周。加州就是非常典型的例子。我国目前的情 形与加州相似, 因此, 电力市场应该既适应丰电情 况, 又适应缺电情况。 c1 仅开放发电侧市场电价, 而固定售电侧电 41 　 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 价, 对供电公司而言, 不缺电时有利可图, 但缺电时 会构成致命的危险, 加州的教训最为惨痛。建议发电 侧电价与用户侧电价在较长的时段内实行联动。比 如先采用一季度作为售电价调整期, 如果一季度之 内累计发电价格下降, 再相应降低用户电价, 如果发 电价上涨, 则相应提高用户电价。以后可逐步采用 月、周、日等作为售电价调整期。 d1 美国没有统一的电网管理机构, 所有的改革 都得在各个电力公司之间协商, 难度很大。美国同行 非常羡慕包括中国在内的亚洲和欧洲等具有统一电 网管理机构的国家, 可以在改革中总览全局, 避免许 多不必要的失误。目前, 中国全国互联的网架尚在逐 步建设过程中, 大量的电力交换还集中在大区内各 省之间, 国家主要负责跨大区的电力交易, 实现西电 东送和全国资源优化利用, 主要目标是三峡、二滩、 天生桥等大型水电资源的充分利用。建议近期采用 省、大区、国家三级电力市场模式, 适当加强大区电 网和大区市场的建设, 可以借鉴美国R TO 的策略。 e1 电力工业事关国计民生, 影响社会安定, 在 电力供应由传统的管制模式向自由竞争的模式转变 时, 应该采用循序渐进的方式。电力市场应该既遵循 电力系统固有的科学规律又遵循市场经济的客观规 律。特别是在管理体制上, 电网的调度、运行、管理部 门不能与市场交易部门脱节, 以便在系统运行受到 约束和限制时, 可以及时采取措施, 以减少对系统安 全运行的影响。 辛耀中, 男, 副总师, 教授级高级工程师, 国家有突 出贡献的青年专家, 主要研究领域为调度自动化、电力市场、 数据通信等。 韩　放, 女, 博士, 副处长, 高级工程师, 主要研究领域为 电力市场。 李毅松, 男, 副处长, 高级工程师, 主要研究领域为调度 自动化及调度生产管理系统。 COM PAR ISON AND ANALY SIS OF EL ECTR IC ITY M ARKETS IN THE EAST AND W EST OF USA X in Y aoz hong 1ΨH an F ang 1ΨL i Y isong 1ΨQ u J ingf u1ΨW ang H ao2; 11N ational E lectric Pow er D ispatch ing & Comm unication CenterΚBeijing 100761ΚCh inaΓ; 21N anjing A utom ation R esearch Inst itu teΚN anjing 210003ΚCh inaΓ AbstractΠFour electricity m arkets in U SA Κnam ely PJM ΚN ew EnglandΚN ew Yo rk in the east and Califo rn ia in the w estΚare compared. Facto rs brough t the electricity crisis in Califo rn ia are discussed. T he lessons fo r Ch inese electricity m arkets to learn are emphasizedΚand som e suggestions are po in ted ou t. KeywordsΠelectricity m arketΜpow er generat ion p rogramm ingΜregu lat ion 近期中国电工专用设备发展走势 中国电工专用设备制造业是一个发展中的行业, 特别是在品种、技术水平、质量上有待进一步发展和提高。关于近期我国 电工专用设备发展走势, 有关业内人士有如下分析: ①近期的发电设备如常规燃烧发电机组, 单机容量以 300 MW , 600 MW 亚临界机组为主, 逐步采用 600 MW 级以上的超临界机组; 随着电网向超高压、大容量、远距离方向发展, 输变电设备制造业 要研制 750 kV 和 1200 kV 电压等级的电缆设备, 直径 800 mm 挤出直径以上的真空炼泥机电瓷设备等。②电工专用设备要按 照电工产品质量提高要求而发展, 如微电机产品是向高性能、轻薄短小化、机电一体化发展。生产技术向集约化、柔性化、自动 化方向发展。蓄电池产品向小型高级化方向发展。③电工专用设备要按照电工企业的技术改造要求而发展。 欢迎订阅　欢迎投稿　欢迎刊登广告 欢迎访问《电力系统自动化》网站 http: ööwww. aeps- info. com 51·电力市场专栏·　辛耀中等　美国东部与西部电力市场的分析比较