美國(guó)PJM電力容量市場(chǎng)分析

王冬明，李道強(qiáng)

（浙江省電力公司，杭州 310007）

電力企業(yè)管理

美國(guó)PJM電力容量市場(chǎng)分析

王冬明，李道強(qiáng)

（浙江省電力公司，杭州 310007）

通過(guò)詳細(xì)分析美國(guó)電力工業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù)，指出其20世紀(jì)60到70年代電力工業(yè)的高速發(fā)展奠定了美國(guó)電能市場(chǎng)的基礎(chǔ)，但電能市場(chǎng)無(wú)法有效引導(dǎo)電源建設(shè)，埋下了電力供求失衡的隱患，也促使美國(guó)開(kāi)始了容量市場(chǎng)建設(shè)的歷程。介紹和分析了美國(guó)PJM電力容量市場(chǎng)，指出電力容量市場(chǎng)是有計(jì)劃特色的市場(chǎng)，同時(shí)也處于不斷完善過(guò)程中。提出了我國(guó)電力工業(yè)處于迅速發(fā)展過(guò)程，更應(yīng)該建立符合我國(guó)實(shí)際的電力容量市場(chǎng)，用市場(chǎng)化的方式引導(dǎo)電力工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)。

電能市場(chǎng)；容量市場(chǎng)；市場(chǎng)準(zhǔn)入；定價(jià)機(jī)制

1 容量市場(chǎng)概述

20世紀(jì)90年代初，英國(guó)、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)開(kāi)始了以放松電力工業(yè)管制為目標(biāo)的電力市場(chǎng)改革，引起了世界電力市場(chǎng)改革的浪潮。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，電力市場(chǎng)改革取得了矚目的成果，以節(jié)點(diǎn)電價(jià)為主要定價(jià)手段的電能市場(chǎng)模式得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，由于用電需求在短期內(nèi)缺乏價(jià)格彈性，發(fā)電容量的緊張會(huì)導(dǎo)致價(jià)格尖峰。如果電力市場(chǎng)僅依靠電能價(jià)格尖峰提供激勵(lì)、促進(jìn)發(fā)電容量投資，將導(dǎo)致發(fā)電容量出現(xiàn)周期性的繁榮與衰退的循環(huán)，在容量富裕期會(huì)導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備利用率低下，而在容量短缺期會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模的停電。這種周期性的繁榮與衰退的循環(huán)顯然不利于發(fā)電企業(yè)和電力用戶的長(zhǎng)久利益。

僅僅由電能市場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電容量余缺的風(fēng)險(xiǎn)極大，許多國(guó)家和地區(qū)開(kāi)始建立發(fā)電容量市場(chǎng)，以期在電能價(jià)格之外由容量?jī)r(jià)格來(lái)引導(dǎo)電源投資，避免發(fā)電裝機(jī)容量周期性的過(guò)度過(guò)剩與短缺循環(huán)，促進(jìn)電力工業(yè)的穩(wěn)定有序發(fā)展。

美國(guó)是世界上電力工業(yè)最發(fā)達(dá)的國(guó)家，電力市場(chǎng)建設(shè)較為成熟。本文以美國(guó)為例，介紹容量市場(chǎng)建設(shè)的背景和市場(chǎng)模式。

2 美國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的歷史

1882年9月，愛(ài)迪生在紐約建立了美洲第一家發(fā)電廠，開(kāi)創(chuàng)了美國(guó)電力工業(yè)。1890-1910年，美國(guó)的采礦、紡織、鋼鐵和印刷等工業(yè)迅速實(shí)現(xiàn)電氣化；1935年，富蘭克林·羅斯?？偨y(tǒng)簽署了《鄉(xiāng)村電氣化法案》（REA），鄉(xiāng)村電氣化得到快速發(fā)展，1967年美國(guó)98%的農(nóng)場(chǎng)用上了電。

美國(guó)最初的發(fā)電設(shè)備主要是燃煤機(jī)組和水電機(jī)組；1957年，核電廠首度并網(wǎng)發(fā)電，其規(guī)模一直穩(wěn)步擴(kuò)大。天然氣機(jī)組和燃油機(jī)組則從20世紀(jì)60年代末開(kāi)始穩(wěn)步發(fā)展。圖1表現(xiàn)了美國(guó)1949-1988年電力裝機(jī)容量的變化情況。

圖1 美國(guó)1949-1988年電力裝機(jī)容量

可以看出，20世紀(jì)60和70年代，美國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量迅速增長(zhǎng)，該時(shí)期被稱為美國(guó)電力工業(yè)發(fā)展的“黃金時(shí)代”。進(jìn)入80年代后，發(fā)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)明顯趨緩，而以煤、天然氣和油為一次能源的發(fā)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)趨于停滯狀態(tài)，主要的增長(zhǎng)容量來(lái)自核電發(fā)電設(shè)備。

“黃金時(shí)期”大規(guī)模的發(fā)展，使美國(guó)電力工業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，同時(shí)也使電力供給能力大大超過(guò)了電力負(fù)荷需求，化石類(lèi)發(fā)電設(shè)備的平均利用小時(shí)在“黃金時(shí)期”初期為5 000 h左右，而80年代初最低降至3 500 h左右。供給能力的極度富余，使發(fā)電企業(yè)特別是獨(dú)立發(fā)電商的經(jīng)營(yíng)遭受巨大困難，這應(yīng)該也是90年代初推動(dòng)美國(guó)電力市場(chǎng)改革的動(dòng)因之一。圖2是美國(guó)電力市場(chǎng)改革開(kāi)始后，1989-2007年間電力裝機(jī)容量變化情況。

可以看出，除2000-2003年天然氣機(jī)組容量快速增長(zhǎng)外，其他時(shí)間發(fā)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)極其緩慢，煤、油、水和核電裝機(jī)容量處于停滯甚至減少的狀態(tài)。

圖2 美國(guó)1989-2007年電力裝機(jī)容量

美國(guó)在賓夕法尼亞—新澤西—馬里蘭（Pennsylvania-New Jersey-Maryland，簡(jiǎn)稱PJM）、新英格蘭和紐約等電網(wǎng)成功推行電能市場(chǎng)后，裝機(jī)容量并未得到應(yīng)有的平穩(wěn)增長(zhǎng)?！包S金時(shí)期”打下的基礎(chǔ)被迅速侵蝕，2000年起燃煤機(jī)組的平均發(fā)電利用小時(shí)數(shù)超過(guò)了6 000 h，供求失衡的苗頭開(kāi)始出現(xiàn)。2000-2001年的美國(guó)加州電力危機(jī)，是電能市場(chǎng)發(fā)出的強(qiáng)烈價(jià)格信號(hào)，希望市場(chǎng)增加發(fā)電容量投資，并引發(fā)了2000-2003年天然氣機(jī)組快速增長(zhǎng)，但加州社會(huì)經(jīng)濟(jì)及電力工業(yè)也付出了慘重的代價(jià)。人們認(rèn)識(shí)到，僅以電能市場(chǎng)信號(hào)來(lái)引導(dǎo)發(fā)電設(shè)備的建設(shè)是不夠的，并于20世紀(jì)90年代末開(kāi)始了艱難的容量市場(chǎng)建設(shè)探索。PJM作為美國(guó)運(yùn)作最成熟的電力市場(chǎng)之一，于1999年開(kāi)始了容量市場(chǎng)建設(shè)進(jìn)程。

3 PJM容量市場(chǎng)介紹

PJM電力市場(chǎng)的成員必須遵守四大基本協(xié)議：可靠性保障協(xié)議（Reliability Assurance Agreement）、運(yùn)行協(xié)議（the Operating Agreement）、輸電價(jià)目表（the PJM Open Access Transmission Tariff）和輸電商協(xié)議（the Transmission Owners Agreement）。根據(jù)可靠性保障協(xié)議，負(fù)荷服務(wù)商（Load servers）必須持有足夠機(jī)組容量（不一定是自己的機(jī)組），以滿足自己的容量義務(wù)，不能履行義務(wù)的負(fù)荷服務(wù)商將按照協(xié)議條款進(jìn)行處罰。容量義務(wù)成了容量市場(chǎng)的需求基礎(chǔ)。

3.1 PJM容量市場(chǎng)發(fā)展過(guò)程

1998年，開(kāi)創(chuàng)了容量信用交易模式的容量信用市場(chǎng)（Capacity Credit Market，CCM）。當(dāng)年10月15日，第一個(gè)月度市場(chǎng)開(kāi)市；12月31日，第一個(gè)日市場(chǎng)開(kāi)市。

1999年1月27日，由于容量信用市場(chǎng)容易被操縱而被管制，此時(shí)距第一個(gè)月度市場(chǎng)開(kāi)始僅3個(gè)月。

1999年5月31日，容量信用市場(chǎng)經(jīng)過(guò)改良后恢復(fù)運(yùn)行。

1999年7月10日再次被管制，此后一直處于管制狀態(tài)。

2007年，PJM采用可靠性定價(jià)模式取代原有的容量信用市場(chǎng)，并于當(dāng)年4月開(kāi)始正式運(yùn)行。

3.2 容量信用市場(chǎng)

容量信用市場(chǎng)是PJM電網(wǎng)最初采用的容量市場(chǎng)模式，為容量市場(chǎng)的建設(shè)取得了寶貴經(jīng)驗(yàn)，奠定了良好的基礎(chǔ)。

容量信用市場(chǎng)分為月度市場(chǎng)和日市場(chǎng)，市場(chǎng)成員有兩類(lèi)：負(fù)荷服務(wù)商（Load servers）和容量擁有者（Resource owner）。容量擁有者指PJM區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)有機(jī)組、規(guī)劃中機(jī)組、可削減的電力負(fù)荷（Demand Resource）、合格的輸電網(wǎng)升級(jí)項(xiàng)目（Qualifying Transmission Upgrades）及區(qū)域外機(jī)組。

是否參與容量信用市場(chǎng)遵循自愿原則，負(fù)荷服務(wù)商和容量擁有者都可以在市場(chǎng)外通過(guò)雙邊交易買(mǎi)賣(mài)容量信用（Capacity Credit），通過(guò)容量市場(chǎng)購(gòu)得的容量信用不得以任何借口進(jìn)行調(diào)整。負(fù)荷服務(wù)商購(gòu)買(mǎi)容量信用，以滿足全部或部分機(jī)組容量義務(wù)。

在月度市場(chǎng)中，負(fù)荷服務(wù)商和容量擁有者可以根據(jù)自己未來(lái)的容量需求預(yù)期和對(duì)市場(chǎng)情況的判斷，買(mǎi)賣(mài)容量信用。而在日市場(chǎng)中，如果參與者不能滿足其規(guī)定的容量義務(wù)，PJM僅接受其不足部分的買(mǎi)盤(pán)；如果參與者在滿足其規(guī)定的容量義務(wù)的基礎(chǔ)上有多余的容量信用，PJM僅接受多余部分的賣(mài)盤(pán)。

在月度市場(chǎng)和日市場(chǎng)的參與者完成報(bào)價(jià)后，PJM根據(jù)買(mǎi)賣(mài)雙方的申報(bào)組織出清，出清價(jià)格等于邊際成交賣(mài)盤(pán)的報(bào)價(jià)，所有成交的交易都按照同一市場(chǎng)出清價(jià)格成交。

如果市場(chǎng)成員在月容量信用市場(chǎng)上賣(mài)了過(guò)多的容量信用，以致無(wú)法滿足自己最終的機(jī)組容量義務(wù)，則必須通過(guò)日容量信用市場(chǎng)或雙邊交易獲得足夠的容量信用，否則將根據(jù)PJM的運(yùn)行規(guī)則和可靠性保障協(xié)議（RAA）進(jìn)行處罰。

3.3 可靠性定價(jià)模型（Reliability Pricing Model，RPM）容量市場(chǎng)

RPM容量市場(chǎng)是由多重拍賣(mài)市場(chǎng)組成的，包括1個(gè)基本拍賣(mài)市場(chǎng) （Base Residual Auction）、3個(gè)追加拍賣(mài)市場(chǎng)（Incremental Auction）和 1個(gè)雙邊市場(chǎng)。市場(chǎng)成員也由負(fù)荷服務(wù)商和容量擁有者組成。

基本拍賣(mài)市場(chǎng)提前3年舉行。PJM根據(jù)對(duì)3年后的負(fù)荷預(yù)測(cè)，組織容量擁有者競(jìng)價(jià)，以滿足電網(wǎng)3年后的機(jī)組容量需求，購(gòu)買(mǎi)容量的費(fèi)用根據(jù)規(guī)則分?jǐn)偨o負(fù)荷服務(wù)商。

市場(chǎng)成員可以在第一次和第三次追加拍賣(mài)中購(gòu)買(mǎi)容量來(lái)替代其無(wú)法履約的售出容量，比如工程的延遲或取消、現(xiàn)有機(jī)組的毀損等。

在目標(biāo)年份的前1年，PJM將重新進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，如果此次預(yù)測(cè)比基本拍賣(mài)前預(yù)測(cè)高100 MW以上，則組織第二次追加拍賣(mài)以補(bǔ)足差額，并將購(gòu)買(mǎi)費(fèi)用按規(guī)則分?jǐn)偨o負(fù)荷服務(wù)商。

負(fù)荷服務(wù)商可以通過(guò)雙邊交易市場(chǎng)獲得其在容量拍賣(mài)中未滿足的容量。

3.4 容量信用市場(chǎng)和RPM容量市場(chǎng)的不同

在容量信用市場(chǎng)中，市場(chǎng)成員受到的約束很少，一些有實(shí)力的市場(chǎng)成員可以通過(guò)月度市場(chǎng)買(mǎi)空賣(mài)空、控制日前市場(chǎng)供給等方式操縱市場(chǎng)，從而獲取高額利潤(rùn)。

RPM容量市場(chǎng)完善了規(guī)則，力圖規(guī)范市場(chǎng)成員行為，促進(jìn)市場(chǎng)健康發(fā)展。主要的改變有以下幾方面：

（1）市場(chǎng)準(zhǔn)入。PJM區(qū)域內(nèi)的現(xiàn)有機(jī)組必須通過(guò)拍賣(mài)市場(chǎng)出售容量；如果PJM區(qū)域中的現(xiàn)有機(jī)組和可削減負(fù)荷沒(méi)有參加基本拍賣(mài)市場(chǎng)，則失去了參加相關(guān)目標(biāo)年份的其他拍賣(mài)市場(chǎng)的資格，比如甲廠在2007年未參加2010年容量的基本拍賣(mài)市場(chǎng)，則也不能參加2010年容量的任何追加拍賣(mài)市場(chǎng)。

（2）定價(jià)機(jī)制?；九馁u(mài)和第二次追加拍賣(mài)中，容量擁有者作為賣(mài)方進(jìn)行單邊報(bào)價(jià)，并形成供給曲線，PJM根據(jù)一定規(guī)則確定需求曲線，并根據(jù)供給曲線和需求曲線確定出清價(jià)格?；九馁u(mài)市場(chǎng)的需求曲線見(jiàn)圖3。

圖3 基本拍賣(mài)市場(chǎng)的需求曲線和供給曲線

RPM模式加強(qiáng)了市場(chǎng)的準(zhǔn)入管制，推動(dòng)容量擁有者參與基本拍賣(mài)市場(chǎng)，增加了市場(chǎng)的供給量，降低了賣(mài)方的市場(chǎng)力。PJM制定的需求曲線既有一定的價(jià)格彈性，又有價(jià)格上限，發(fā)揮了市場(chǎng)的作用，在一定程度上限制了市場(chǎng)成員操縱價(jià)格的行為，具有計(jì)劃調(diào)控的意義。

4 對(duì)我國(guó)電力市場(chǎng)建設(shè)的啟發(fā)

上述分析表明，僅僅依靠電能市場(chǎng)不能有效引導(dǎo)發(fā)電容量建設(shè)，容量市場(chǎng)是電力工業(yè)以市場(chǎng)化方式實(shí)現(xiàn)自身健康發(fā)展的重要方式。但容量市場(chǎng)中的“商品”是通過(guò)社會(huì)強(qiáng)制力“創(chuàng)造”出來(lái)的，是有計(jì)劃特色的市場(chǎng)。

容量市場(chǎng)中的“商品”和普通商品不一樣，也決定了容量市場(chǎng)是一種創(chuàng)新市場(chǎng)。而美國(guó)容量市場(chǎng)的運(yùn)作模式是與其社會(huì)特點(diǎn)及市場(chǎng)基礎(chǔ)相適應(yīng)的，尚處于不斷完善過(guò)程中，不宜完全照搬。

我國(guó)當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，電力工業(yè)規(guī)?？焖贁U(kuò)大，又面臨節(jié)能減排壓力，需要在充分借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，創(chuàng)新思路，建立我國(guó)特色的容量市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

[1]DANIEL S．KIRSCHEN,GORAN STRBAC．電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理[M]．朱治中，譯．北京：中國(guó)電力出版社，2009．

[2]STAN KAPLAN．History of Energy in the United States∶1635－2000[OL]．2010－6－26,http∶//www．eia．doe．gov．

[3]DANIEL TRAYNOR．Before There Were Lights∶A History of Electricity in the U．S．[OL]．2010－6－30,http∶//www．tvakids．com．

[4]STAN KAPLAN．Electric Net Summer Capacity∶Total（All Sectors）,1949－2007[OL]．2010－6－27，http∶//www．eia．doe．gov．

[5]STAN KAPLAN．Electricity Net Generation∶Total（All Sectors）,1949－2008[OL]．2010－6－29，http∶//www．eia．doe．gov．

[6]HOWARD SCHNEIDER．PJM Manual Review for RPM [OL]．2010－7－2，http∶//www．pjm．com．

[7]HOWARD SCHNEIDER．PJM Manual 18∶PJM Capacity Market[OL]．2010－7－5，http∶//www．pjm．com．

[8]HOWARD SCHNEIDER．Reliability Pricing Model[OL]．2010－7－5，http∶//www．pjm．com．

[9]HOWARD SCHNEIDER．PJM Unforced Capacity Market Business Rules[OL]．2010－7－12，http∶//www．pjm．com．

[10]朱成章．美國(guó)加州電力危機(jī)透視[J]．中國(guó)電力企業(yè)管理．2001，4∶55－56．

（本文編輯：徐 晗）

Analysis of Electric Power Capacity Market of PJM

WANG Dong-ming，LI Dao-qiang
（Zhejiang Electric Power Corporation，Hangzhou 310007，China）

Through the detailed analysis of the power industry of the U.S.，this paper indicates that the rapid development of the power industry in 1960s and 1970s establishes the foundation of American electric energy market,but the market which cannot effectively lead the power supply construction and results in hidden trouble of imbalance between power supply and demand,Therefore,the U.S.starts building the capacity market. At the same time,it introduces and analyzes the capacity market of PJM,indicates that the capacity market is one with planning feature and being improved.At last,it proposes that Chinese electric power industry is developing rapidly and thus,power capacity market is required in accordance with the practical situation in China and market-oriented way should be adopted to lead to sustainable development of the power industry.

electric energy market；capacity market；marketaccess；pricing mechanism

F407.61

：B

：1007-1881（2010）10-0050-04

2010-07-15

王冬明(1960-)，男，江蘇泗洪人，工程師，研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)和電力系統(tǒng)運(yùn)行。

李道強(qiáng)（1973-)，男，浙江龍泉人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏κ袌?chǎng)和電力系統(tǒng)運(yùn)行。