美國電力市場最新特點(diǎn)及對中國的啟示
執(zhí)筆人：田偉 、施航、曹陽、雍太有
0.引言
2015年3月，國務(wù)院發(fā)文深化電力體制改革，新一輪電力市場化改革開啟。2017年8月，國家發(fā)改委、能源局聯(lián)合發(fā)文推進(jìn)電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點(diǎn)，并要求積極推動與電力現(xiàn)貨市場相適應(yīng)的電力中長期交易。在政府的推動下，各省紛紛開展電力市場建設(shè)，電力市場化改革逐步深入。與此同時，新市場主體的涌現(xiàn)、新市場關(guān)系的出現(xiàn)，也帶來新的問題，有必要借鑒國際上成熟的電力市場建設(shè)與運(yùn)營的經(jīng)驗，進(jìn)一步推動中國電力市場建設(shè)。
美國自20世紀(jì)90年代開始推進(jìn)電力放松管制改革以來，在經(jīng)歷了加州能源危機(jī)、批發(fā)電力市場建設(shè)放緩、電網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)安全停電事故等問題后，市場機(jī)制逐步完善，并已成為國際上成熟電力市場的典型代表之一。本文總結(jié)了美國電力市場化改革的進(jìn)程和改革特點(diǎn)，剖析了其在市場化改革和運(yùn)營中面臨的挑戰(zhàn)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合中國電力市場建設(shè)提出了幾點(diǎn)建議。
1.美國電力市場化改革進(jìn)程
美國電力行業(yè)的市場化改革可以追溯到20世紀(jì)70年代。由于石油禁運(yùn)，油價持續(xù)增長，帶來電廠運(yùn)營燃料成本急劇上升和零售電價急劇上漲。為應(yīng)對能源危機(jī)，美國政府積極開展能源電力市場改革和立法。1977年，成立能源部（DOE），推廣和推進(jìn)能源有關(guān)的技術(shù)，并下設(shè)聯(lián)邦能源管理委員會（FERC），負(fù)責(zé)電力、天然氣和石油的州際貿(mào)易與傳輸。
1992年，美國國會通過了“國家能源政策法”（Energy Policy Act，EPAct92），旨在通過法律來增加清潔能源的使用，提高美國的整體能源效率，該法案形成了一個建立競爭性的批發(fā)電力市場的大綱。按照EPAct92的要求，1996年FERC發(fā)布了第888號法令，明確要求開放電力批發(fā)市場、分拆發(fā)電服務(wù)與輸電、允許發(fā)電商和用戶公平接入輸電網(wǎng)，鼓勵成立獨(dú)立的系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)(ISO)，拉開了美國電力工業(yè)市場重組的序幕。1999年，F(xiàn)ERC頒布了2000號法令，提出建立區(qū)域輸電組織(RTO)，旨在跨州范圍內(nèi)建立獨(dú)立、完整的輸電運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)，并要求擁有或運(yùn)行管理跨州輸電設(shè)施的電力公司必須組建或加入RTO，有力推動了美國電力行業(yè)重組，在促進(jìn)電能合理流動和資源優(yōu)化配置的同時為電力市場的運(yùn)營提供了有效監(jiān)督。
2005年，美國國會頒布“能源政策法案”（EPAct 2005），對FERC的權(quán)利進(jìn)行重大變革，增加監(jiān)督國家輸電網(wǎng)可靠性標(biāo)準(zhǔn)的制定和實施、防止市場操縱、促進(jìn)電力投資、協(xié)助輸電走廊選址、審查某些并購/收購事宜等責(zé)任，進(jìn)一步促進(jìn)了電力市場開放。
到2017年，美國已經(jīng)建立以ISO或RTO為代表的批發(fā)電力市場，如圖1所示。目前，約有2/3的電力負(fù)荷處于ISO/RTO服務(wù)區(qū)，在ISO/RTO市場框架下，所有的電量都在實時市場交割，市場參與方都會建立對實時電價的預(yù)期，并基于這一預(yù)期進(jìn)行遠(yuǎn)期決策，對實時電價的預(yù)期決定了日前電價和遠(yuǎn)期電價。
圖1 美國部分批發(fā)電力市場格局（2017年）
在零售側(cè)，美國電力市場改革的重點(diǎn)是允許具有競爭性的電力服務(wù)公司參與電力供給，同時賦予電力用戶在不同電力服務(wù)公司之間自由選擇的權(quán)利，以消除傳統(tǒng)電力公司在銷售端的壟斷。美國零售市場的監(jiān)管是在州層面進(jìn)行的，各州根據(jù)自身情況制定電力零售市場的政策法規(guī)，因此，并大部分州尚未開放零售競爭。有的州開放了電力零售市場的競爭，即允許電力用戶在競爭性零售供應(yīng)商之間進(jìn)行選擇，零售電價會隨著電力供需關(guān)系變化和不同的服務(wù)計劃而不同；有的州仍然是傳統(tǒng)的壟斷電力供應(yīng)，即消費(fèi)者不能選擇供電公司，只能從所在地區(qū)的電力公司購買電力，但零售價格受到政府監(jiān)管；還有的州部分開放零售電力選擇。截至2017年，美國零售市場壟斷和競爭模式的分布如圖2所示。
圖2 美國部分零售電力市場格局（2017年）
構(gòu)建公平、開放、競爭有序的市場環(huán)境，是國內(nèi)外電力市場改革的共同目標(biāo)。美國在頒布電力市場相關(guān)法令推動市場改革，注重于破除壟斷、降低市場進(jìn)入門檻、提供非歧視性接入、建立公平的競爭環(huán)境。因此，美國電力市場的改革策略是：輸電、發(fā)電、售電3個業(yè)務(wù)完全獨(dú)立和分離，發(fā)電、售電參與批發(fā)電力市場的競爭，輸電資源對所有輸電服務(wù)請求公平開放。
2.美國電力市場化改革的特點(diǎn)
美國電力市場化改革是一個不斷完善和發(fā)展的過程。FERC堅定地推動電力市場建設(shè)，針對電力市場出現(xiàn)的問題，不斷完善電力市場規(guī)則，優(yōu)化市場結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)市場監(jiān)管。在美國的市場化改革進(jìn)程中由政策法律驅(qū)動市場建設(shè)、運(yùn)營，同時，市場運(yùn)行中出現(xiàn)的問題又驅(qū)使法律體系的進(jìn)一步完善。
（1）市場改革，立法先行。從美國的電力市場化進(jìn)程可以看出，美國電力市場化改革都是先從立法開始推動，市場改革的關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)中都可以看到法律法規(guī)的影子，具有鮮明的立法先行的特點(diǎn)。美國當(dāng)代電力市場體系的形成起始于1992年頒布的EPAct92，該法案開啟了地區(qū)壟斷性電力公司的重組，為市場競爭的引入以及后續(xù)ISO/RTO的建立奠定了基礎(chǔ)。1996年FERC在經(jīng)過廣泛征求各方意見之后，頒布了888號法令，要求建立開放輸電接入，建立批發(fā)電力市場；并規(guī)定各個市場在修改或完善市場規(guī)則時，首先需經(jīng)市場利益相關(guān)方的公開討論和意見征詢，形成修改建議送交FERC批準(zhǔn)，然后FERC舉行聽證會和進(jìn)行公開的意見征詢，決定是否批準(zhǔn)修改建議，一旦FERC批準(zhǔn)，則ISO/RTO按照批準(zhǔn)的規(guī)則來修改市場運(yùn)行中的相關(guān)功能和運(yùn)行市場。該過程能夠充分尊重參與市場各方的意見，保證市場規(guī)則的公平公正和透明。同時，面對市場運(yùn)行中涌現(xiàn)的問題，F(xiàn)ERC不斷出臺新的法令完善電力市場法律體系。自1996年發(fā)布888號法令以來，F(xiàn)ERC已經(jīng)發(fā)布了近400個法令，完善和規(guī)范批發(fā)電力市場。
為有效保證電力市場的公開、公平、公正，美國實施監(jiān)管獨(dú)立的政策，并對市場違規(guī)現(xiàn)象進(jìn)行嚴(yán)懲。一方面成立獨(dú)立的市場監(jiān)控部門，對市場行為、市場參與人員的行為進(jìn)行監(jiān)控，并向FERC報告違規(guī)行為；另一方面，EPAct2005大大加強(qiáng)了FERC權(quán)力，市場操作或違規(guī)可能受到每天100萬美元的罰款。同時，在市場出清過程中，加強(qiáng)對市場成員市場力的監(jiān)管，對違規(guī)的競價按照基于成本的參考價格曲線進(jìn)行修正，以降低市場力的影響。
美國的政治體系賦予州具有相當(dāng)高的獨(dú)立性和自主性。聯(lián)邦政府對于跨州事務(wù)才具有管轄權(quán)；電力零售業(yè)務(wù)一直是州立法和州政府機(jī)構(gòu)監(jiān)管的業(yè)務(wù)，各州根據(jù)自身的情況制定了相關(guān)的監(jiān)管法令法規(guī)。美國聯(lián)邦、州等不同層級電力市場相關(guān)政策、法令的出臺，都是針對特定的問題，如開放市場競爭、RTO建立、輸電網(wǎng)開放、提高市場效率、成本分?jǐn)偟龋瑸樵敿?xì)市場規(guī)則的設(shè)計提供法律依據(jù)。
（2）實行非統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)電力市場。美國各州具有自主的司法管轄權(quán)，因此，F(xiàn)ERC 888號法令最初并未嚴(yán)格規(guī)定統(tǒng)一的市場規(guī)則，各ISO/RTO根據(jù)各自情況設(shè)計了各具特色的批發(fā)電力市場，開展電力市場的運(yùn)行。由于規(guī)則缺陷和監(jiān)管缺失，2000年加州出現(xiàn)能源危機(jī)，一度引起不正常的高電價和停電。此外，由于市場模式各不相同，市場之間無法有效配合，市場經(jīng)驗無法有效借鑒。因此，F(xiàn)ERC于2002年7月發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)電力市場設(shè)計（SMD）的擬議規(guī)則（NOPR），旨在糾正提供州際輸電服務(wù)和其他行業(yè)服務(wù)時的歧視，并確保區(qū)域電力市場內(nèi)和電力市場之間的公平合理費(fèi)率。該提議強(qiáng)化ISO/RTO獨(dú)立輸電服務(wù)功能，通過成立區(qū)域顧問委員會加強(qiáng)市場監(jiān)督，采用節(jié)點(diǎn)邊際定價機(jī)制，建立日前和實時電能市場和金融輸電權(quán)市場，成立獨(dú)立市場監(jiān)管部門等。盡管該提議受到多方反對，最終沒有通過，但各ISO/RTO都基本自愿按照SMD設(shè)計思想對原市場規(guī)則進(jìn)行了修改或者在新建ISO/RTO的規(guī)則中采用，有效指導(dǎo)了電力市場的建設(shè)與發(fā)展。
（3）物理與金融交易相結(jié)合。美國電力市場是由金融和物理交易相結(jié)合的電力市場，可進(jìn)行多種交易產(chǎn)品，包含容量、電能、輔助服務(wù)、金融輸電權(quán)等，在日前市場中還允許虛擬電能買賣參與競價。日前市場電能的交易是金融約束，實時市場則是電能的物理交付。金融輸電權(quán)和日前市場虛擬電能競價都是金融工具，為市場參與成員提供規(guī)避風(fēng)險工具。市場成員可以通過購買金融輸電權(quán)防范輸電阻塞成本，虛擬電能競價幫助市場成員防范實時電價的大幅波動。金融工具的引入，給市場成員提供了套利機(jī)會，有利于日前和實時市場價格的收斂，進(jìn)而了促進(jìn)市場的穩(wěn)定，提高了市場的效率。
（4）規(guī)劃與市場相結(jié)合。美國把電網(wǎng)和電源的規(guī)劃納入ISO/RTO的業(yè)務(wù)范圍，并且建立電網(wǎng)投資成本回收機(jī)制。FERC發(fā)布的1000號法令明確了區(qū)域統(tǒng)一規(guī)劃輸電投資的要求，除了考慮輸電需求外，還需要評估投資的經(jīng)濟(jì)效益和確定成本分?jǐn)倷C(jī)制。FERC也頒布多個法令規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)化電源接入電網(wǎng)的流程，保證非歧視性電源接入。通常輸電規(guī)劃流程是ISO/RTO根據(jù)電網(wǎng)輸電需求提出輸電網(wǎng)升級或建設(shè)計劃，投資人對相關(guān)輸電計劃進(jìn)行評估確定是否競標(biāo)建設(shè)；電源規(guī)劃由電源投資商根據(jù)投資收益評估提出建設(shè)計劃，ISO/RTO對計劃進(jìn)行審批。無論輸電規(guī)劃還是電源規(guī)劃，都會評估投資的經(jīng)濟(jì)效益。而經(jīng)濟(jì)效益評估主要依據(jù)是對于未來市場情況的預(yù)估。
（5）運(yùn)行安全與經(jīng)濟(jì)效益平衡。美國電力市場設(shè)計的目標(biāo)是開放競爭，降低供電成本，但在交易中，電網(wǎng)運(yùn)行安全始終是市場出清的基本條件。通過容量市場、日前市場、實時市場等多時間尺度交易來保證供電的充裕性，還通過在日前和日內(nèi)市場購買充分的備用來應(yīng)對可能出現(xiàn)的系統(tǒng)故障或發(fā)電、負(fù)荷的波動。然而，由于競爭性市場中的市場成員都追求自身利益的最大化，ISO/RTO必須遵循電網(wǎng)運(yùn)行可靠性標(biāo)準(zhǔn)來確定輸電約束、電力和備用需求，不能隨意增加輸電約束，增加購買發(fā)電或備用，任何市場出清邊界條件的改變和非經(jīng)濟(jì)的調(diào)度措施都會引起市場成員的質(zhì)疑。因此，高效的市場必然是電網(wǎng)運(yùn)行安全和電力供需經(jīng)濟(jì)效益的平衡。
總的來看，美國電力市場政策法律體系的構(gòu)建、市場機(jī)制的設(shè)計都不是一蹴而就的，都是在市場建設(shè)與運(yùn)營中針對出現(xiàn)的問題，不斷完善電力市場規(guī)則，逐步構(gòu)建起成熟的市場體系。
3.電力市場化運(yùn)行面臨的挑戰(zhàn)
美國電力市場化改革改變了傳統(tǒng)的電網(wǎng)運(yùn)營模式，對電網(wǎng)運(yùn)行安全、電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)和電力公司經(jīng)營都帶來了巨大挑戰(zhàn)。
3.1 電網(wǎng)運(yùn)行安全上的挑戰(zhàn)
美國開放批發(fā)電力市場后，市場主導(dǎo)下的電網(wǎng)運(yùn)行面臨多變的運(yùn)行方式、有限的安全裕度、自主的發(fā)電用電等諸多挑戰(zhàn)。
3.1.1 多變的運(yùn)行方式
在批發(fā)電力市場，發(fā)電機(jī)組的電量通過競價上網(wǎng)，用戶用電需求也可能根據(jù)電價改變。發(fā)電機(jī)組的競價允許每天或者每小時都不一樣，因此，根據(jù)每天市場出清結(jié)果確定的日發(fā)電計劃可能由于競價的不同而不同，即使連續(xù)的日負(fù)荷變化不大也可能出現(xiàn)多個發(fā)電機(jī)組由于市場出清結(jié)果需要調(diào)整出力甚至啟停機(jī)組，引起較大的電網(wǎng)潮流或者參數(shù)的變化，造成電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險。有限的電網(wǎng)安全離線分析可能未覆蓋這些變化，沒能在系統(tǒng)出現(xiàn)緊急狀況時提供完備的控制預(yù)案或者安全預(yù)警機(jī)制，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來安全風(fēng)險。例如，2010年4月1日深夜，加州ISO的調(diào)度員沒有注意到根據(jù)日前市場出清結(jié)果圣地亞哥地區(qū)一個大型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)需要在深夜停機(jī)，當(dāng)該機(jī)組在深夜停機(jī)時，其他機(jī)組來不及彌補(bǔ)該機(jī)組停機(jī)造成的發(fā)電損失，從而造成圣地亞哥地區(qū)局部缺電，進(jìn)而為了整個電網(wǎng)安全考慮，不適當(dāng)?shù)夭扇×饲胸?fù)荷措施，造成了圣地亞哥地區(qū)持續(xù)45 min的20%負(fù)荷停電事故。另外，電網(wǎng)安全裝置根據(jù)特定運(yùn)行狀態(tài)預(yù)設(shè)的參數(shù)可能無法應(yīng)對運(yùn)行方式的一些變化。如2011年9月8日下午，加州電網(wǎng)在高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，一臺230 kV變壓器因過載而跳閘，造成小范圍的負(fù)荷停電和部分負(fù)載轉(zhuǎn)移，而負(fù)載轉(zhuǎn)移卻造成了臨近一條230 kV輸電線過載跳閘和局部電網(wǎng)頻率波動，進(jìn)而臨近的San Onofre核電廠的安全裝置由于過于靈敏的參數(shù)設(shè)定進(jìn)行保護(hù)性切機(jī)動作，造成電網(wǎng)突然失去大電源，結(jié)果造成南加利福尼亞州、亞利桑那州和墨西哥部分地區(qū)超過270萬人失去電力供應(yīng)的嚴(yán)重電網(wǎng)安全事故。
21世紀(jì)以來，美國電網(wǎng)發(fā)生了多起較大的安全事故，部分原因與開放輸電后電網(wǎng)運(yùn)行方式更復(fù)雜有一定關(guān)系。一般來說，電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，市場可以做很多事情來保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全，例如調(diào)整發(fā)電機(jī)出力來滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行條件，購買足夠備用來防止可能出現(xiàn)的故障或負(fù)荷波動。但在緊急運(yùn)行情況下，需要快速采取有效的控制來保證電網(wǎng)的安全，而目前流行的5 min滾動運(yùn)行的實時平衡市場無法有效地解決電網(wǎng)緊急情況下的控制問題。因此，在開放輸電后，基于市場運(yùn)行結(jié)果的電網(wǎng)運(yùn)行會更加復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性，電網(wǎng)運(yùn)行人員應(yīng)更加重視電網(wǎng)動態(tài)安全問題，包括在線仿真分析、控制策略準(zhǔn)備、保護(hù)控制參數(shù)整定、人工干預(yù)預(yù)案制定等多個方面。
3.1.2 有限的安全裕度
在輸電網(wǎng)開放接入的電力市場環(huán)境下，電網(wǎng)運(yùn)行追求經(jīng)濟(jì)性和安全性的平衡，即在追求社會福利最大化的同時也需要保障電網(wǎng)運(yùn)行安全。在這樣的目標(biāo)驅(qū)動下，一方面，市場出清會盡量利用電網(wǎng)輸電能力，安排競價低的機(jī)組來滿足負(fù)荷需求。因為電源、負(fù)荷的分布，可能出現(xiàn)遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的發(fā)電資源（通常發(fā)電成本相對低）通過長距離輸電向負(fù)荷中心供電，而靠近負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)組被迫停機(jī)，導(dǎo)致負(fù)荷中心的電壓支撐或運(yùn)行備用不足；另一方面，電網(wǎng)運(yùn)行雖然按照可靠性要求來購買調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用、運(yùn)行備用、無功/電壓支撐服務(wù)等輔助服務(wù)，但由于購買輔助服務(wù)將會產(chǎn)生成本，出于經(jīng)濟(jì)性一般只通過市場購買滿足可靠性最低要求的輔助服務(wù)。因此，從電網(wǎng)運(yùn)行安全裕度兩個重要方面—輸電通道的輸電裕度和輔助服務(wù)的備用裕度來看，由于成本的問題，電網(wǎng)運(yùn)行的安全裕度是有限的，給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。
北美電力可靠性委員會（NERC）已經(jīng)制定了許多電網(wǎng)可靠性運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)，為電網(wǎng)安全運(yùn)行所需輔助服務(wù)最低要求的確定提供了計算依據(jù)。有的RTO/ISO根據(jù)自身電網(wǎng)的實際情況，提出了高于NERC要求的輔助服務(wù)需求。NERC也在根據(jù)電網(wǎng)與電力市場的發(fā)展，不斷研究新的可靠性標(biāo)準(zhǔn)來應(yīng)對電網(wǎng)運(yùn)行可能出現(xiàn)的問題，例如近幾年修改了控制性能標(biāo)準(zhǔn)、動態(tài)擾動標(biāo)準(zhǔn)、可再生能源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)等。
在規(guī)劃方面，市場通過電價信息反映了電網(wǎng)的供需情況，發(fā)展新電源、建設(shè)新輸電線路在規(guī)劃時主要考慮電力和電網(wǎng)發(fā)展需要的指導(dǎo)思想將會受到投資建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益因素影響，需要對發(fā)電和輸電能力投資必要性進(jìn)行充分考慮，也必然限制了未來電網(wǎng)運(yùn)行的安全裕度。
3.1.3 自主的發(fā)電與用電
在競爭電力市場環(huán)境下，發(fā)電商和售電商可通過競價集中出清模式來確定其發(fā)電和用電計劃，也可通過雙邊合約確定部分或全部發(fā)電和用電計劃。在競價模式，發(fā)電商和售電商都會根據(jù)其利益考慮，提出其發(fā)電與用電的價格曲線，具有一定自主性。在雙邊合約模式，電網(wǎng)輸電能力允許的情況下，發(fā)電商和售電商會自主確定發(fā)電和用電計劃。在競爭的市場模式下，電網(wǎng)調(diào)度對于發(fā)電和用電計劃的安排沒有任何主動性，只能通過購買輔助服務(wù)和制定輸電通道輸電約束的方式影響機(jī)組的發(fā)電計劃。在這種情景下，電網(wǎng)調(diào)度保持了中立原則，但也失去了更加靈活的控制手段。因此，電網(wǎng)運(yùn)行需要充分掌握可調(diào)度資源來應(yīng)對電網(wǎng)運(yùn)行可能出現(xiàn)的各種情況。
可再生能源和分布式資源（分布式電源、需求響應(yīng)、儲能、電動汽車等）的發(fā)展，形成一種有別于傳統(tǒng)的自主發(fā)電和用電設(shè)備。由于相對邊際成本低，可再生能源發(fā)電會盡可能多地向電網(wǎng)輸送電能，而分布式電源在發(fā)電成本低于市場電價時也會盡可能為自己供電，甚至將多余電力向電網(wǎng)輸送或提供給相鄰負(fù)荷。需求響應(yīng)負(fù)荷、儲能、電動汽車等會根據(jù)電價信號來改變用電策略，這種不確定性也給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來巨大挑戰(zhàn)。此外，由于分布式資源主要接入配電網(wǎng)，對于輸電網(wǎng)來說，改善了負(fù)荷的可調(diào)節(jié)特性，也可以帶來額外的調(diào)節(jié)能力，有利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，但如何通過市場機(jī)制充分利用這些分布的、數(shù)量龐大的、相對微小的資源參與電網(wǎng)運(yùn)行也是電網(wǎng)運(yùn)行所面臨的挑戰(zhàn)。
3.2 市場與電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)上的挑戰(zhàn)
由于開放輸電接入和批發(fā)競爭，電網(wǎng)和市場運(yùn)行在技術(shù)方面也會遇到許多挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在模型、數(shù)據(jù)、應(yīng)用3方面。
（1）模型方面。為不同市場建立合適的市場模型是建設(shè)電力市場首先需要面對的一個挑戰(zhàn)。一方面，市場模型需要充分反映電網(wǎng)的實際運(yùn)行約束，例如電網(wǎng)傳輸能力、電源發(fā)電能力、電源調(diào)控能力等；另一方面，市場模型必須考慮市場交易的特性和需求，包括市場運(yùn)行決策周期中電網(wǎng)、電源、負(fù)荷可能出現(xiàn)的變化，電源、負(fù)荷與市場成員的歸屬關(guān)系，定價節(jié)點(diǎn)、輸電路徑、負(fù)荷區(qū)域等定義，等等。通常電網(wǎng)物理模型和市場模型具有較強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系，但也不完全一致。
（2）數(shù)據(jù)方面。電力市場環(huán)境下，與數(shù)據(jù)有關(guān)的技術(shù)挑戰(zhàn)是多方面的，包括數(shù)據(jù)的生成、提交、審核、存儲和應(yīng)用等。主要有：①市場模型參數(shù)的準(zhǔn)確性：包括輸電網(wǎng)絡(luò)、電源、負(fù)荷、市場成員等數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。②競價數(shù)據(jù)的合規(guī)性：市場平臺應(yīng)對市場成員是否按照市場規(guī)則提交競價數(shù)據(jù)進(jìn)行合規(guī)性檢查，包括是否符合發(fā)電/用電的物理條件約束、是否符合競價范圍、是否符合市場力測試等。③市場需求和約束邊界數(shù)據(jù)的合理性：例如獲取足夠的備用是保證電網(wǎng)運(yùn)行安全的主要措施之一，但到底多少備用是足夠的，對于不同電網(wǎng)、不同運(yùn)行狀態(tài)下備用需求是不一樣的。在市場中，需求的變化會直接影響市場價格的變化，進(jìn)而影響市場成員的結(jié)算，因此，市場成員會對市場中備用需求的合理性提出質(zhì)疑。同樣，對于負(fù)荷預(yù)測、電網(wǎng)輸電能力等數(shù)據(jù)也可能存在質(zhì)疑。④私有數(shù)據(jù)的安全性和公共數(shù)據(jù)的透明性：在市場競爭環(huán)境下，市場成員的數(shù)據(jù)是私密的，而反映市場能力和市場需求的數(shù)據(jù)應(yīng)該是公共的。公共數(shù)據(jù)應(yīng)該是透明的，并對所有市場成員是無歧視公開的。而對于私密數(shù)據(jù)，則應(yīng)該進(jìn)行安全處理，防止泄漏或者被盜。⑤市場與電網(wǎng)數(shù)據(jù)的可用性：從競價至結(jié)算，市場流程所有環(huán)節(jié)都需要使用市場與電網(wǎng)運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)；同時，經(jīng)過長時間的運(yùn)行，也會產(chǎn)生海量市場和電網(wǎng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)。運(yùn)行中的數(shù)據(jù)需要快速處理和存儲，而歷史數(shù)據(jù)也需要保存作為審計和復(fù)核的依據(jù)。
（3）應(yīng)用方面。在電力市場環(huán)境下，市場和電網(wǎng)運(yùn)行的應(yīng)用在功能和性能需求2方面都存在許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)。從功能層面來說，市場與電網(wǎng)運(yùn)行需要大量的應(yīng)用工具，例如基于互聯(lián)網(wǎng)的市場交易平臺，市場成員可以通過該平臺提交競價和獲取市場交易結(jié)果；市場統(tǒng)一出清平臺，根據(jù)競價決定發(fā)電和用電計劃、輔助服務(wù)分配和市場價格；市場結(jié)算平臺，根據(jù)市場出清結(jié)果、計量和結(jié)算規(guī)則等計算市場成員的收支情況，支持會計財務(wù)功能；電網(wǎng)安全運(yùn)行與調(diào)度控制系統(tǒng)，包括負(fù)荷預(yù)測、發(fā)電控制、安全校核、狀態(tài)估計、在線監(jiān)測等；以及其他輔助工具。市場和電網(wǎng)運(yùn)行涉及許多應(yīng)用，有的是傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行已經(jīng)存在的應(yīng)用，例如EMS系統(tǒng)的應(yīng)用，可能需要進(jìn)行適應(yīng)電力市場運(yùn)行的功能加強(qiáng)，例如AGC需要根據(jù)市場結(jié)果來控制發(fā)電機(jī)組，負(fù)荷預(yù)測可能需要考慮價格響應(yīng)的需求變化等等；有的則是需要新開發(fā)的應(yīng)用，例如競價數(shù)據(jù)審核及市場力測試、市場成員財務(wù)能力測試、市場價格核準(zhǔn)、市場運(yùn)行效率評估工具等。從性能方面來說，在市場運(yùn)行中大部分應(yīng)用工具需要處理大量的數(shù)據(jù)，有的需要面向多個用戶。例如市場信息發(fā)布門戶需要面對大量需要獲取市場信息的用戶，需要支持大量的數(shù)據(jù)顯示、查詢和下載的要求；SCUC/SCED市場出清工具需要進(jìn)行24 h 96個點(diǎn)或者甚至7天168 h的機(jī)制起停和發(fā)電計劃的優(yōu)化任務(wù)，含大量約束、迭代計算，但運(yùn)行時間卻是有限的。另外，市場和電網(wǎng)也是不斷發(fā)展的，在應(yīng)用方面也會有新的功能和性能要求。
3.3 電力公司經(jīng)營的風(fēng)險
在電力市場化進(jìn)程中，傳統(tǒng)電力公司的業(yè)務(wù)模式、經(jīng)營模式等受到?jīng)_擊，如表1所示。輸電網(wǎng)資產(chǎn)則由調(diào)度機(jī)構(gòu)統(tǒng)一調(diào)度，電力公司獲得固定投資回報收益；電力公司的供電服務(wù)則需要參與零售電力市場的競爭，但同時還需要承擔(dān)社會公益的托底服務(wù)。售電市場的開放使得電網(wǎng)公司的售電業(yè)務(wù)受到侵蝕，售電收入降低是不可避免的趨勢。并且，電力公司作為售電服務(wù)托底機(jī)構(gòu)，需要承擔(dān)保證電力服務(wù)的社會義務(wù)，無法選擇用戶，而非電網(wǎng)售電公司可以選擇可以帶來高收益的用戶，顯然對于電力公司是不公平的。還有，由于負(fù)荷側(cè)分布式電源技術(shù)的發(fā)展和需求響應(yīng)資源參與市場，改變了負(fù)荷發(fā)展的趨勢和降低了對輸配電網(wǎng)絡(luò)的利用，輸配電收入也隨著減少，電力公司過去對于輸配電的投資無法按照原計劃回收，對電力公司的正常運(yùn)營帶來巨大挑戰(zhàn)。
表1 電力市場化對傳統(tǒng)電力公司業(yè)務(wù)的沖擊
4.中國電力市場建設(shè)的建議
與美國相比，中國電力工業(yè)帶有濃重的計劃經(jīng)濟(jì)色彩，且中國法律政策體系也與美國存在較大的差異性。目前，中國電力市場的建設(shè)還在起步階段，缺乏市場建設(shè)和運(yùn)行的相關(guān)經(jīng)驗，相關(guān)法律政策還存在不適應(yīng)及缺失，電力市場建設(shè)缺乏法律依據(jù)?？偨Y(jié)國外電力市場建設(shè)的經(jīng)驗，中國電力批發(fā)市場建設(shè)在以下方面可以借鑒。
（1）尊重市場發(fā)展規(guī)律，給予市場成長時間。盡管多個國外電力市場已經(jīng)建設(shè)和運(yùn)行了二十余年，但回顧國外主要電力市場的發(fā)展歷史，可以發(fā)現(xiàn)電力市場的發(fā)展是不斷完善和進(jìn)化的過程。在中國，開放電力市場競爭無論市場監(jiān)管、市場運(yùn)行還是市場成員參與競爭，都需要一個學(xué)習(xí)和成長的過程，探索適合中國國情、電力工業(yè)發(fā)展的市場規(guī)律，通過實踐積累電力市場建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗。因此，中國電力市場建設(shè)也應(yīng)該從簡單市場設(shè)計向完善市場設(shè)計推進(jìn)，循序漸進(jìn)開展電力市場改革。電力市場交易可以從現(xiàn)貨交易發(fā)展成現(xiàn)貨與金融相結(jié)合的交易，從單一電能市場、單一輔助服務(wù)市場分別出清過渡到電能、多種輔助服務(wù)聯(lián)合出清，從單一發(fā)電側(cè)競價過渡到發(fā)電、負(fù)荷雙邊競價。在電力市場建設(shè)之初應(yīng)確定一個電力市場發(fā)展路線圖，在發(fā)展過程中，不斷評估對市場運(yùn)營情況進(jìn)行評估，逐步完善電力市場交易機(jī)制、產(chǎn)品、監(jiān)管及電網(wǎng)運(yùn)行、規(guī)劃等方面，最終真正建立一個競爭的、充滿活力的、可持續(xù)的電力市場和一個安全穩(wěn)定的電力系統(tǒng)。
（2）建立完善的電力市場法律體系。電力市場的建立、運(yùn)行和管理應(yīng)該是建立在公平、公正、公開的電力市場法律體系之上。完善的電力市場法律體系應(yīng)該涵蓋監(jiān)管機(jī)構(gòu)、發(fā)電公司、售電公司、電網(wǎng)公司、電力用戶、電力交易機(jī)構(gòu)、調(diào)度機(jī)構(gòu)等市場主體，覆蓋電力市場化交易的全過程，明確規(guī)范和定義各市場主體的責(zé)任、義務(wù)和行為準(zhǔn)則?；诜审w系開展市場設(shè)計，所有市場主體在法律體系的規(guī)范下參與電力市場活動，承擔(dān)相關(guān)義務(wù)和接受監(jiān)督，公平地競爭。需要強(qiáng)調(diào)的是，追逐利潤是市場成員參與市場競爭的根本動機(jī)，而嚴(yán)格的監(jiān)管和懲罰機(jī)制則是市場公平競爭的保障，中國在開展批發(fā)電力市場建設(shè)的時候可借鑒國外成熟市場的監(jiān)管方法和機(jī)制，為電力市場的穩(wěn)定發(fā)展提供保障。同時，隨著電力市場的運(yùn)營，針對市場運(yùn)營中出現(xiàn)的問題逐步完善電力市場法律體系。
（3）確保電網(wǎng)運(yùn)行安全優(yōu)先的指導(dǎo)思想。建立電力市場的主要目的是提高資源配置的效率，優(yōu)化電力供需和傳輸，實現(xiàn)社會效益最大化。電力的可靠、持續(xù)供應(yīng)是社會活動的基礎(chǔ)，中斷的電力供應(yīng)可能會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，并對生產(chǎn)、生活帶來極大的影響。因此，電網(wǎng)的安全運(yùn)行是電力市場化運(yùn)營的基礎(chǔ)。在美國，自開放輸電開展批發(fā)電力競爭以來，發(fā)生了多起嚴(yán)重的電網(wǎng)安全運(yùn)行事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，中國電力市場的建設(shè)、運(yùn)行應(yīng)充分考慮電網(wǎng)運(yùn)行安全，在市場進(jìn)行交易出清和購買電力和備用、電網(wǎng)運(yùn)行控制時強(qiáng)化安全的考慮，保證電網(wǎng)安全的控制手段、機(jī)制的落實。
（4）支持新能源政策、推動新技術(shù)的應(yīng)用。電能是終端能源使用的重要形式，因此，國內(nèi)外能源政策大部分與電力的生產(chǎn)、供應(yīng)相關(guān)。例如，可再生能源的發(fā)展是美國能源安全政策的重要組成部分，可再生能源發(fā)電的消納也是各電力市場努力解決的重要問題之一；為了支持可再生能源消納，加州ISO增加了爬坡能力的市場，保證獲取足夠的調(diào)節(jié)能力來應(yīng)對可再生能源發(fā)電的波動；各ISO/RTO都采取了調(diào)頻性能的補(bǔ)償機(jī)制，鼓勵調(diào)頻資源積極跟蹤系統(tǒng)控制信號等。另外，F(xiàn)ERC也制定了支持新的電力技術(shù)應(yīng)用的法令，比如允許分布式電源、儲能、需求響應(yīng)等資源參與容量市場、調(diào)頻市場。中國電力市場建設(shè)也應(yīng)該充分考慮國家和地區(qū)的能源發(fā)展需要，設(shè)計合理的市場交易和補(bǔ)償機(jī)制，支持新能源消納，鼓勵分布式電源、儲能、電動汽車、需求響應(yīng)等分布式資源的參與市場，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、人工智能等方面的優(yōu)勢，實現(xiàn)開放、競爭、互動的電力市場。
5.結(jié)論
美國電力市場的發(fā)展是一個不斷完善的過程，從而逐步成為穩(wěn)定活躍的成熟市場。本文回顧了美國電力市場的發(fā)展歷程，總結(jié)了美國電力市場化改革在市場結(jié)構(gòu)、市場規(guī)則、市場運(yùn)行、市場監(jiān)管、電網(wǎng)電源規(guī)劃等相關(guān)方面體現(xiàn)的特點(diǎn)，然后分析了美國電力市場化改革中在電網(wǎng)運(yùn)行安全、電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)和電力公司運(yùn)營3方面遇到的挑戰(zhàn)，并針對中國電力市場建設(shè)提出了4方面的建議。
中國電力市場化改革是一項艱巨復(fù)雜的任務(wù)，可能會遇到與美國在改革中類似的市場不穩(wěn)定、供電危機(jī)、電網(wǎng)運(yùn)行安全受到威脅、改革進(jìn)程受到阻礙等問題。中國的電力市場化改革可借鑒美國電力市場發(fā)展過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)，結(jié)合中國社會制度、經(jīng)濟(jì)制度、電力發(fā)展等實際情況，堅定改革決心，確定電力市場的發(fā)展路線，實現(xiàn)符合中國國情的電力市場。
專家介紹
田偉(1985—)，女，通信作者，碩士，高級工程師，從事電力市場、調(diào)度自動化等相關(guān)研究，
E-mail: tian-wei@epri.sgcc.com.cn。
施航(1975—)，男，碩士，高級經(jīng)濟(jì)師，從事電力市場研究及運(yùn)行，
E-mail: 553114539@qq.com。
曹陽(1978—)，男，碩士，高級工程師(教授級)，從事調(diào)度自動化、電力市場、電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、需求響應(yīng)等相關(guān)研究，
E-mail: caoyang@epri.sgcc.com.cn。
