[電力市場(chǎng)的發(fā)展概況]
從托馬斯·愛迪生的珍珠街電站到塞繆爾·因薩爾創(chuàng)立的受監(jiān)管公用事業(yè)公司，以及20世紀(jì)末的縱向一體化壟斷格局，美國電力行業(yè)在其初創(chuàng)的百年歷程中，經(jīng)歷了技術(shù)和制度翻天覆地的革新。
歷史：從傳統(tǒng)監(jiān)管到解除管制
在20世紀(jì)60年代，美國的電力供應(yīng)幾乎完全由垂直一體化的公用事業(yè)公司掌控，這些公司負(fù)責(zé)從發(fā)電到輸配電直至消費(fèi)者的整個(gè)流程。這種模式下，單一的公用事業(yè)公司在其服務(wù)區(qū)域內(nèi)獨(dú)占管理和運(yùn)營輸電設(shè)施的權(quán)利，形成了所謂的“傳統(tǒng)監(jiān)管”市場(chǎng)格局。
自20世紀(jì)90年代起，美國多個(gè)州開始放寬對(duì)電力行業(yè)的管制。此次放松管制最主要的成效體現(xiàn)在引入競(jìng)爭性的批發(fā)市場(chǎng)，以及在零售市場(chǎng)中引入競(jìng)爭機(jī)制，即客戶可自行選擇零售商。
在這個(gè)結(jié)構(gòu)下，發(fā)電站出售電力，而負(fù)載服務(wù)實(shí)體(LSE)購買電力并轉(zhuǎn)售給消費(fèi)者。區(qū)域輸電組織(RTO)/獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(ISO)取代公用事業(yè)公司成為電網(wǎng)運(yùn)營商，并成為電力批發(fā)市場(chǎng)的運(yùn)營商。運(yùn)營商通常運(yùn)行三種市場(chǎng)來決定這些服務(wù)的批發(fā)價(jià)格：能源市場(chǎng)、容量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)。
能源市場(chǎng)用于協(xié)調(diào)日常電力生產(chǎn)的拍賣。在能源市場(chǎng)中，電力供應(yīng)商根據(jù)特定的價(jià)格出售其發(fā)電廠的電力合約，LSE競(jìng)標(biāo)這些合約以滿足消費(fèi)者的需求。供應(yīng)商的出價(jià)按價(jià)格從低到高進(jìn)行排列。當(dāng)提供的電量與需求量相匹配時(shí)，市場(chǎng)“出清”，發(fā)電廠根據(jù)每兆瓦時(shí)的市場(chǎng)定價(jià)收費(fèi)。RTO/ISO主要運(yùn)行兩個(gè)能源市場(chǎng)：日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)。
輔助服務(wù)市場(chǎng)旨在維護(hù)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定，并在發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障或停機(jī)時(shí)，提供必要的短期備用電源。
容量市場(chǎng)用來確保電網(wǎng)在任何給定時(shí)間都有足夠的發(fā)電能力來滿足消費(fèi)者的需求，包括在高峰負(fù)荷時(shí)期。它是一個(gè)補(bǔ)充機(jī)制，專注于電力系統(tǒng)的可靠性和安全運(yùn)行，而不僅是即時(shí)的電力供應(yīng)。RTO/ISO定期組織容量拍賣，電力零售商在這些拍賣中競(jìng)購必要的發(fā)電能力。
交易結(jié)構(gòu)：從遠(yuǎn)期到日前到實(shí)時(shí)
從交易時(shí)限的角度，美國電力市場(chǎng)可以細(xì)分為遠(yuǎn)期(包括期貨)市場(chǎng)、日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)。遠(yuǎn)期市場(chǎng)涉及的交易基于雙方合同，合同期限可以根據(jù)雙方協(xié)商決定，范圍從一個(gè)月到30年不等，涵蓋全天或特定的高峰/非高峰時(shí)段。相比之下，日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)的交易則更為靈活，主要針對(duì)即將發(fā)生的電力需求，按小時(shí)計(jì)價(jià)和交易。為保證發(fā)電機(jī)能夠提前準(zhǔn)備運(yùn)行，實(shí)時(shí)市場(chǎng)僅處理市場(chǎng)中5%的電力需求，而其余95%的電力交易則是通過日前市場(chǎng)和遠(yuǎn)期市場(chǎng)來完成的。
期貨市場(chǎng)
電力期貨是指以特定的價(jià)格進(jìn)行買賣，在將來某一特定時(shí)間開始交割并在特定時(shí)間段內(nèi)交割完畢，以期貨合約形式進(jìn)行交易的電力商品。美國電力期貨交易主要是在以下幾個(gè)交易所進(jìn)行：紐約商品交易所、納斯達(dá)克期貨交易所、Nodal交易所和ICE美國期貨交易所。
日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)
以賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭聯(lián)合系統(tǒng)運(yùn)營商(PJM)為例，在日前市場(chǎng)，電力的價(jià)格是根據(jù)預(yù)測(cè)的下一日電力需求和供應(yīng)以及預(yù)定的交易來提前計(jì)算的。電力參與者在日前市場(chǎng)進(jìn)行交易，以鎖定次日的電力價(jià)格和數(shù)量，這有助于他們減輕價(jià)格波動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)并提前規(guī)劃電力需求。
PJM的實(shí)時(shí)市場(chǎng)是一個(gè)現(xiàn)貨市場(chǎng)，即采購的產(chǎn)品可立即交付，其中當(dāng)前價(jià)格(稱為節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià))根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行狀況每五分鐘計(jì)算一次。實(shí)時(shí)能源價(jià)格發(fā)布在PJM運(yùn)營數(shù)據(jù)網(wǎng)頁上，買家和賣家之間的交易按小時(shí)結(jié)算。
[發(fā)電與用電情況分析]
供給：發(fā)電側(cè)動(dòng)能切換，但化石燃料仍主導(dǎo)
近十年來，美國發(fā)電量較為穩(wěn)定，大體維持在4100TWh/年。其中，依賴化石燃料(即天然氣和煤炭)的發(fā)電占比顯著下降，從接近70%的高位減少到不足60%。2016年，天然氣發(fā)電超越之前一直占據(jù)主導(dǎo)地位的燃煤發(fā)電，成為最主要的發(fā)電來源，緊隨其后的是核能、水力以及其他可再生能源發(fā)電。核能和水力發(fā)電量占比相對(duì)穩(wěn)定，核能發(fā)電量占比20%左右，水力發(fā)電量占比7%左右。另外，除水力發(fā)電外的可再生能源的發(fā)電量占比增長顯著，從2001年的2%增長到2023年的16%。
國家激勵(lì)政策助力，太陽能與風(fēng)能引領(lǐng)增長
2023年，美國的光伏發(fā)電量顯著增長，達(dá)到165TWh，與2022年相比增長13%，過去十年的年均增長率保持在44%。在過去十年中，太陽能裝機(jī)量的年均增長率達(dá)到28%，主要得益于太陽能投資稅收抵免等強(qiáng)有力的聯(lián)邦政策、成本的迅速下降以及對(duì)清潔電力需求的不斷增加。目前，美國累計(jì)太陽能裝機(jī)已超過179GWdc。在2023年新增的電網(wǎng)容量中，光伏裝機(jī)占比53%，首次超過新增裝機(jī)容量的一半。
風(fēng)電行業(yè)的顯著發(fā)展也得益于PTC等多項(xiàng)激勵(lì)措施的實(shí)施，自2019年起，風(fēng)電已成為美國可再生能源發(fā)電中的最大組成部分。在過去幾年中，風(fēng)電在美國可再生能源發(fā)電中的占比持續(xù)增長，從2019年的41%上升至2023年的48%，顯示風(fēng)電在可再生能源領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。風(fēng)電在美國總發(fā)電量中的比例也在穩(wěn)步提升，近幾年穩(wěn)定在8%左右。
美國火力發(fā)電結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，天然氣為主導(dǎo)能源
在過去二十年中，由于天然氣價(jià)格低廉以及煤炭供應(yīng)量顯著減少，美國的天然氣發(fā)電量大幅增長。這一趨勢(shì)得益于天然氣勘探技術(shù)的突破，產(chǎn)量大幅提高，這也使得美國在2023年成為全球最大的液化天然氣出口國。2023年，美國天然氣發(fā)電量達(dá)到1802TWh，占全年發(fā)電總量的43%，而位居第二的核能發(fā)電量僅占比18.6%。
過去十年中，美國煤電行業(yè)經(jīng)歷顯著變革，其發(fā)電量持續(xù)且迅速下降。截至2023年，美國的煤炭發(fā)電量已降至675.3TWh，相較于十年前的1582TWh，降幅超過一半。這一變化象征著能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也標(biāo)志著煤炭發(fā)電量歷史上首次被核能發(fā)電量超越。
發(fā)電能源未來展望：可再生能源主導(dǎo)新增裝機(jī)，燃煤發(fā)電能力預(yù)期減半
得益于太陽能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的持續(xù)下降，加之《通脹削減法案(IRA)》等政府補(bǔ)貼政策的支持，可再生能源在新建發(fā)電項(xiàng)目中正逐漸展現(xiàn)出相較于傳統(tǒng)能源更為顯著的成本效益。這一趨勢(shì)預(yù)示著可再生能源在未來電力結(jié)構(gòu)中的競(jìng)爭力和市場(chǎng)份額將持續(xù)增長。據(jù)預(yù)測(cè)，隨著可再生能源的擴(kuò)張，到2030年美國的燃煤發(fā)電能力可能將減少至當(dāng)前的50%左右，約200GW。
需求：經(jīng)濟(jì)增長仍是驅(qū)動(dòng)因素
美國用電量在2007年之前呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的趨勢(shì)，但隨著美國實(shí)施更為嚴(yán)格的能源效率標(biāo)準(zhǔn)和建筑規(guī)范，用電量的增長得到有效控制。之后受到極端天氣的影響用電消費(fèi)會(huì)出現(xiàn)小范圍波動(dòng)。2023年，美國向消費(fèi)者零售的電力達(dá)3861.3TWh，與2022年的3927.2TWh相比下降1.7%。據(jù)EIA預(yù)測(cè)，得益于美國宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境的持續(xù)改善，今年美國商業(yè)和工業(yè)部門的電力銷售額有望增加2%，反映出經(jīng)濟(jì)活力對(duì)能源消費(fèi)的積極影響。
[市場(chǎng)交易機(jī)制及電價(jià)]
不同于擁有統(tǒng)一的全國性電力市場(chǎng)的國家，美國的電力市場(chǎng)是區(qū)域性的，目前，美國有10個(gè)區(qū)域電力市場(chǎng)，這些市場(chǎng)覆蓋特定的地理區(qū)域。
作為北美最大的電力市場(chǎng)，PJM的服務(wù)范圍覆蓋13個(gè)州及哥倫比亞特區(qū)，其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出占到美國GDP的19%。作為區(qū)域輸電組織，PJM負(fù)責(zé)管理和協(xié)調(diào)PJM地區(qū)的高壓輸電線路，確保電力流動(dòng)的順暢和系統(tǒng)的可靠性。PJM還具有促進(jìn)需求側(cè)響應(yīng)(Demand Response, DR)的重要功能。需求側(cè)響應(yīng)是電力系統(tǒng)管理中的一種關(guān)鍵策略，旨在通過調(diào)節(jié)消費(fèi)者的電力需求來增強(qiáng)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和效率。這種策略通過激勵(lì)或其他手段促使用戶在電力需求高峰時(shí)段減少用電，幫助平衡電網(wǎng)負(fù)荷，防止過載，并減少對(duì)昂貴的備用發(fā)電資源的依賴。
以PJM為例的電力交易機(jī)制
兩級(jí)結(jié)算機(jī)制
在電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)踐中，調(diào)度機(jī)構(gòu)需要提前一天制定次日的發(fā)電計(jì)劃，涵蓋負(fù)荷預(yù)測(cè)、機(jī)組的啟動(dòng)與停機(jī)、發(fā)電功率安排、聯(lián)絡(luò)線使用等多個(gè)方面。這些預(yù)先規(guī)劃旨在增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的可預(yù)測(cè)性，從而減輕實(shí)時(shí)調(diào)度的負(fù)擔(dān)。在實(shí)際運(yùn)行階段，調(diào)度員主要聚焦于處理因各種原因產(chǎn)生的發(fā)電與負(fù)荷之間的不平衡問題。PJM市場(chǎng)深入借鑒這些運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建立日前市場(chǎng)和實(shí)時(shí)市場(chǎng)這兩個(gè)互補(bǔ)的交易平臺(tái)，實(shí)行所謂的雙層結(jié)算機(jī)制。這兩個(gè)市場(chǎng)分別進(jìn)行電力出清和財(cái)務(wù)結(jié)算。無論是日前市場(chǎng)還是實(shí)時(shí)市場(chǎng)，所使用的電價(jià)均為節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)(Locational Marginal Pricing introduction，LMP)，該價(jià)格模型包括能量成本、阻塞費(fèi)用和網(wǎng)絡(luò)損耗費(fèi)用三個(gè)組成部分。
日前和實(shí)時(shí)市場(chǎng)結(jié)算流程
在日前市場(chǎng)中，電力交易參與者(包括發(fā)電公司、分銷商和大型用戶)會(huì)根據(jù)對(duì)次日電力需求和價(jià)格的預(yù)測(cè)提交他們的買賣報(bào)價(jià)。PJM使用這些報(bào)價(jià)來進(jìn)行市場(chǎng)出清，確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的日前電價(jià)。參與者必須按照出清結(jié)果確定的價(jià)格和電量進(jìn)行結(jié)算。
實(shí)時(shí)市場(chǎng)操作發(fā)生在電力實(shí)際使用的當(dāng)天，以滿足未被日前市場(chǎng)預(yù)測(cè)到的需求或彌補(bǔ)預(yù)測(cè)失誤。電力參與者可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整他們的報(bào)價(jià)或直接在實(shí)時(shí)市場(chǎng)購買所需電量。對(duì)發(fā)電商來說，實(shí)時(shí)發(fā)電少于其日前市場(chǎng)計(jì)劃，減少部分將以實(shí)時(shí)LMP從市場(chǎng)中購買，反之將得到補(bǔ)償;對(duì)供電商來說，如果實(shí)時(shí)負(fù)荷超出日前市場(chǎng)負(fù)荷，將會(huì)以實(shí)時(shí)LMP為超出部分付費(fèi)，反之將得到補(bǔ)償。
區(qū)域特色和多元要素共同構(gòu)建電力供應(yīng)價(jià)格結(jié)構(gòu)
在美國解除管制的能源服務(wù)領(lǐng)域，各地區(qū)的電力供應(yīng)定價(jià)結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出獨(dú)特的區(qū)域特色，具體取決于發(fā)電廠和燃料的可用性、當(dāng)?shù)厝剂铣杀竞投▋r(jià)法規(guī)。以下是構(gòu)成電力價(jià)格的關(guān)鍵要素：
能源成分代表實(shí)際供應(yīng)給建筑物的電力商品的成本，這一部分構(gòu)成電力價(jià)格的主要份額。
容量成分反映維持設(shè)施運(yùn)行所需的最大電力分配量。每座建筑物及電網(wǎng)本身均有其容量需求，以確保穩(wěn)定運(yùn)行。
可再生能源組合標(biāo)準(zhǔn)(RPS)規(guī)定電力供應(yīng)中必須來自可再生能源的比例。隨著美國對(duì)可再生能源使用的增加，RPS的成本和比重預(yù)計(jì)將上升，其費(fèi)用受各州的監(jiān)管和立法環(huán)境影響。
傳輸成分涉及輸電解決方案的相關(guān)費(fèi)用。
線路損耗成分代表在電網(wǎng)運(yùn)輸和傳輸過程中的能量損失。
輔助服務(wù)成分旨在支持傳輸系統(tǒng)的平衡，確保電力從發(fā)電點(diǎn)順利輸送至最終用戶。盡管輔助服務(wù)在電價(jià)中占比不大，但對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，尤其是在需求高峰或緊急情況下，其作用至關(guān)重要。例如，紐約地區(qū)提供的輔助服務(wù)包括頻率調(diào)節(jié)、電壓支持和黑啟動(dòng)等關(guān)鍵功能。(作者單位：招商期貨)
文章來源：期貨日?qǐng)?bào)
評(píng)論